水环境化学专题知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第三章水环境化学WaterEnvironmentalChemistry水环境化学是研究化学物质在天然水体中存在形态、反应机制、迁移转化、归趋规律与化学行为及其对生态环境影响。它是环境化学主要组成部分，这些研究将为水污染控制和水资源保护提供科学依据。教学要求第一节天然水基本特征及污染物存在形态一、天然水基本特征1、天然水组成（离子、溶解气体、水生生物）天然水是含有可溶性物质和悬浮物一个天然溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化过程中，经过水溶解迁移、搬运到水中地壳矿物质。（1）天然水中主要离子组成天然水中常见八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。常见八大离子占天然水中离子总量95%-99%。水中这些主要离子，惯用来作为表征水体主要化学特征性指标。除上述八大离子之外，还有H+、OH-、NH4+、HS-、S2-、NO2-、NO3-、HPO4-、PO43-、Fe2+、Fe3+等。普通水体中特征离子海水中：普通Na+、Cl-占优势；湖水中：Na+、Cl-、SO42-占优势；矿化过程和矿化度矿化过程：天然水中主要离子成份形成过程，称为矿化过程；矿化度：矿化过程中进入天然水体中离子成份总量，以总含盐量（TDS-TotaldissolvedSolid）表示。普通天然水中TDS能够表示为：TDS=[Ca2++Mg2++Na++K++Fe2++Al3+]+[HCO3-+SO42-+Cl-+CO32-+NO3-+PO43-]经常，近似地天然水中常见主要离子总量能够粗略地作为水总含盐量（TDS）:TDS≈[Ca2++Mg2++Na++K+]+[HCO3-+SO42-+Cl-](2)天然水中溶解金属离子水溶液中金属离子表示式常写成Mn+,预示着是简单水合金属阳离子M(H2O)xn+。它可经过化学反应到达最稳定状态。酸-碱，沉淀、配合及氧化-还原等反应是他们在水中到达最稳定状态过程。水中金属离子经常以各种形态存在。比如铁:Fe(OH)2+,Fe(OH)2+,Fe2(OH)24+,Fe3+,……在近于中性天然水溶液中，水合铁离子浓度可忽略不计。（3）天然水中溶解主要气体天然水中溶解气体有氧气、二氧化碳、氮气、甲烷等。水表面以CO2、N2、O2为特征，不流通深海中CO2过饱和、有时还有硫化氢。气体溶解在水中，对于生物种类生存是非常主要。比如：鱼需要溶解氧，普通要求水体溶解氧浓度不能低于4mg/L大气中气体分子与溶液中同种气体分子间平衡服从亨利定律，即一个气体在液体中溶解度正比于液体所接触该种气体分压。气体在水中溶解度可用以下平衡式表示：[G(aq)]=KH·PG式中：KH——各种气体在一定温度下亨利定律常数；PG——各种气体分压。在计算气体溶解度时，需要对水蒸气分压加以校正（在温度较低时，这个数值很小）。依据水在不一样温度下分压，就可按亨利定律计算出气体在水中溶解度。①氧在水中溶解氧在干燥空气中含量为20.95%，大部分元素氧来自大气，所以水体与大气接触再复氧能力是水体一个主要特征。藻类光合作用会放出氧气，但这个过程仅限于白天。所以水中溶解氧主要起源有两个：水中藻类光合作用释放氧气和大气再复氧作用。例子：氧在水中溶解度与水温度、氧在水中分压等相关。氧在1.0130×105Pa、25℃（标准状态）饱和水中溶解度，可按下面步骤计算。水在25℃时蒸汽压为0.03167×105Pa，因为干空气中氧含量为20.95%，所以氧分压为：=(1.0130-0.03167)×105×0.2095=0.2056×105Pa代入亨利定律即可求出氧在水中摩尔浓度为：[O2(aq)]=KH·PO2=1.26×10-8×0.2056×105=2.6×10-4mol/L氧分子量为32，所以其溶解度为8.32mg/L。式中：——用绝对温度和时气体在水中浓度；——溶解热，J/mol;R——气体常数8.314J/（mol·K）。所以，若温度从0℃上升到35℃时，氧在水中溶解度将从14.74mg/L降低到7.03mg/L，由此可见，与其它溶质相比，溶解氧水平是不高，一旦发生氧消耗反应，这溶解氧水平能够很快降至零。1819②CO2溶解25℃时水中[CO2]值能够用亨利定律来计算。已知干空气中CO2含量为0.0314%（体积），水在25℃时蒸汽压为0.03167，CO2亨利定律常数是3.34×10-7mol/(L·Pa)(25℃)，则CO2在水中溶解度为：生产率：水体产生生物体能力称为生产率。生产率是由化学及物理原因相结合而决定。水中营养物通常决定水生产率，水生植物需要供给适量C(二氧化碳)、N(硝酸盐)、P(磷酸盐及痕量元素)(如Fe)，在许多情况下，P是限制营养物。决定水体中生物范围及种类关键物质是氧，氧缺乏可使许多水生生物死亡，氧存在能够杀死许