《环境化学》课件第三章

2008-5-121《环境化学》第三章水环境化学水环境化学AquaticEnvironmentalChemistry2008-5-122第一节第一节水的基本特征及污染物存在水的基本特征及污染物存在形态形态《环境化学》第三章水环境化学2008-5-123一、水的特征与分布一、水的特征与分布（（11）高熔点）高熔点(meltingpoint)(meltingpoint)和高沸点和高沸点(boilingpoint)(boilingpoint)比较项目比较项目CHCH44NHNH33HH22OOHFHFMP(MP(℃℃))--192192--787800--8383BP(BP(℃℃))--164164--33331001002020氢键A、偶极-偶极作用B、氢键（2）特殊的密度ρ气＜ρ固＜ρ液，4℃时ρH2O最大。1、水分子特性OHHHHHHOO《环境化学》第三章水环境化学O2008-5-124PropertyEffectsandSignificanceExcellentsolventTransportofnutrientsandwasteproducts,makingbiologicalprocessespossibleinanaqueousmediumHighestdielectricconstantofanycommonliquidHighsolubilityofionicsubstancesandtheirionizationinsolutionHighersurfacetensionthananyotherliquidControllingfactorinphysiology,governsdropandsurfacephenomenaTransparenttovisibleandlonger-wavelengthfractionofultravioletlightColorless,allowinglightrequiredforphotosynthesistoreachconsiderabledepthsinbodiesofwaterMaximumdensityasaliquidat4°CIcefloats,verticalcirculationrestrictedinstratifiedbodiesofwaterHigherheatofevaporationthananyothermaterialDeterminestransferofheatandwatermoleculesbetweentheatmosphereandbodiesofwaterHigherlatentheatoffusionthananyotherliquidexceptammoniaTemperaturestabilizedatthefreezingpointofwaterHigherheatcapacitythananyotherliquidexceptammoniaStabilizationoftemperaturesoforganismsandgeographicalregion《环境化学》第三章水环境化学2008-5-12522、天然水的分布、天然水的分布储存地储存地存水量存水量(kg)(kg)水的停留时间水的停留时间(year)(year)海海洋洋1.391.39××101021213760037600冰冰2.922.92××101019191500015000地下水地下水8.308.30××10101818湖湖泊泊2.302.30××101017176.26.2大大气气1.301.30××101016160.0280.028江江河河1.251.25××101015150.0337(=120.0337(=12天天))天然水的储量约为1428×1018千克，江河水约占千万分之九，储量最小，海洋水占97.3%。可供人类活动利用的水资源仅占0.64%。《环境化学》第三章水环境化学2008-5-126Snowpack,icePrecipitation304Movementofwatervaportoland,110condensationPrecipitation1055Runoff,110oceanLakereservoirEvaporationandtranspiration,195Evaporation1164groundwaterinfiltration每天的水循环（1012升）《环境化学》第三章水环境化学2008-5-127二、海水的特征二、海水的特征11、化学成分、化学成分(1)(1)常量元素常量元素(1mmol/L)(1mmol/L)(2)(2)营养元素营养元素(N(N、、PP、、SiSi、、FeFe、、MnMn、、Cu)Cu)(3)(3)微量元素微量元素(1(1μμmol/L)mol/L)(4)(4)溶存气体溶存气体：来源于大气、火山爆发、海洋生物和化学反：来源于大气、火山爆发、海洋生物和化学反应，有应，有COCO22、、CHCH44、、HH22SS、、OO22(0~8.5mg/L)(0~8.5mg/L)、、NN22和和ArAr。。(5)(5)有机质有机质(substance)(substance)：：来源于陆地输入、海洋生物分泌和来源于陆地输入、海洋生物分泌和尸体破裂。尸体破裂。《环境化学》第三章水环境化学2008-5-128常量元素常量元素平均含量平均含量g/Lg/L含量范围含量范围g/Lg/L理论上考虑的理论上考虑的主要存在形态主要存在形态NaNa10.770010.7700NaNa++KK0.39900.3990KK++MgMg1.29001.2900MgMg2+2+CaCa0.41200.4120CaCa2+2+SrSr0.00790.0079SrSr2+2+ClCl10.350010.3500ClCl--SS0.90500.9050SOSO4422--CC0.02800.0280COCO3322--BrBr0.06730.0673BrBr--FF0.00130.0013FF--、、MgFMgF++BB0.00440.0044B(OH)B(OH)330.007~0.00850.007~0.0085《环境化学》第三章水环境化学2008-5-129海水中的化学成分的浓度会因时因地有一定的变化。但其中常量元素占总盐量的百分比却基本稳定，这一规律称为海水常量元素的恒比关系。应当指出，海水常量元素的恒比关系对于开阔海洋一般适用，但在局部海区就不一定适合。如，河口滨海区受流入河水的影响颇大，硫、碳等常量元素占总盐量的百分比，通常高于一般海水。•Cl-：55.1~55.3%•Na+：30.3~30.9%22、常量元素的恒比关系、常量元素的恒比关系《环境化学》第三章水环境化学2008-5-121033、盐度和氯度、盐度和氯度盐度盐度（（SS‰‰）：）：1kg1kg海水海水碳酸盐全部转化成氧化物、溴碘化物全部海水海水碳酸盐全部转化成氧化物、溴碘化物全部转化成氯化物、有机质完全氧化后所含的固体物质的量转化成氯化物、有机质完全氧化后所含的固体物质的量（（g/kgg/kg）。）。氯度氯度（（ClCl‰‰）：）：1kg1kg海水中将溴、碘等摩尔交换成氯后，所含氯的总克海水中将溴、碘等摩尔交换成氯后，所含氯的总克数（数（g/kgg/kg）。）。SS‰‰=1.806=1.806ClCl‰‰《环境化学》第三章水环境化学2008-5-121144、标准海水和人工海水、标准海水和人工海水标准海水：标准海水：氯度氯度和和电导电导已被准确测定的大洋海水。已被准确测定的大洋海水。人工海水：人工海水：只含无机物，不含有机物和颗粒物，只含无机物，不含有机物和颗粒物，pHpH是是7.9~8.37.9~8.3，，ClCl‰‰是是1919‰‰。。《环境化学》第三章水环境化学2008-5-1212三、天然水的基本特征三、天然水的基本特征11、淡水特征、淡水特征优势离子优势离子有机质有机质海水海水NaNa++MgMg2+2+CaCa2+2+；；ClCl--SOSO4422--HCOHCO33--海水海水2mg/L2mg/L淡水淡水CaCa2+2+MgMg2+2+NaNa++；；HCOHCO33--SOSO4422--ClCl--淡水淡水2mg/L2mg/L《环境化学》第三章水环境化学2008-5-121322、天然水的组成、天然水的组成（1）化学成分A、溶解态：盐、有机物和溶解的气体非溶解态：颗粒物、气泡B、主要离子（八大离子）：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-,占天然水总离子的95－99％。水中的主要离子组成图硬度酸碱金属Ca2+、Mg2+H+Na+、K+、阳离子HCO3-、CO32-、OH-Cl-、SO42-、NO3-碱度酸根阴离子《环境化学》第三章水环境化学2008-5-1214（2）水中重金属离子的存在形态（自学）水溶液中金属离子的表示式常写成Mn+，预示着是简单的水合金属阳离子M(H2O)xn+。它可通过化学反应达到最稳定的状态，酸－碱、沉淀、配合及氧化－还原等反应是它们在水中达到最稳定状态的过程。总含盐量：TDS=[Ca2++Mg2++K++Na+]+[Cl-+SO42-+HCO3-+NO3-]《环境化学》第三章水环境化学2008-5-1215（3）气体在水中的溶解性亨利定律：X(g)X(aq)气体在大气和水之间的分配达到平衡时，符合：[G(aq)]=KH×pGP102列出了一些气体的亨利定律常数注意1单位2扣除水的分压。一种气体在液体中的溶解度正比于液体所接触的该种气体的分压。《环境化学》第三章水环境化学2008-5-1216氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含盐量有关。在1.0130×105Pa、25℃饱和水中溶解度为8.32mg/L。水在25℃时的蒸气压为0.03167×105Pa。而空气中氧的含量为20.95%，氧的分压为：pO2=(1.10310–0.03167)×105×0.2095×105=0.2065×105代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为：[O2(aq)]=KH·pO2=1.26×10-8×0.2065×105=2.6×10-4mol/L氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32mg/L《环境化学》第三章水环境化学2008-5-1217氧气溶解度随着温度的变化，当温度从0℃升到35℃时，氧在水中的溶解度将从14.74mg/L降低到7.03mg/L。Clausius-Claperyron方程⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−×Δ=211211303.2TTRHCCLg《环境化学》第三章水环境化学2008-5-1218CO2的溶解度（P103，自学）PCO2=(1.0130-0.03167)×105×3.14×10-4=30.8(Pa)[CO2(aq)]=KH·pCO2=3.34×10-7×30.8=1.028×10-5mol·L-1CO2在水中离解，则：[H+]=[HCO3-][H+]2/[CO2]=K1=4.45×10-7[H+]=(1.028×10-5×4.45×10-7)1/2=2.14×10-6mol·L-1[HCO3-]=[H+]=(1.028×10-5×4.45×10-7)1/2=2.14×10-6mol·L-1pH=5.67故CO2在水中的溶解度应为[CO2]＋[HCO3-]=1.24×10-5mol·L-1《环境化学》第三章水环境化学2008-5-1219（（44）水生生物）水生生物水生生物可直接影响许多物质的浓度水生生物可直接影响许多物质的浓度,,其作用有代谢、其作用有代谢、摄取、存储和释放等。摄取、存储和释放等。¾¾自养生物：自养生物：利用太阳能量和化学能量，把无机物引入利用太阳能量和化学能量，把无机物引入生命分子中组成生命体。生命分子中组成生命体。¾¾异养生物：异养生物：利用自养生物产生的有机物作为能源及合成自利用