水环境化学复习资料

水环境化学研究水体化学物质的来源、存在形态、迁移转化、生态效应及污染水体的治理方法等。1000g海水中含有盐类物质35g，含盐量为3.5%配置3.5gY盐→96.5g水海中的鱼为什么不会死亡？海洋中的植物为什么能生存？鱼鳃中有一种泌氯细胞(氯化物分泌细胞)，具有把盐分排出体外的功能。海洋中植物在汲水的时候，植物细胞也有排出盐分的功能。所以我们吃的鱼、贝、虾、蟹和海带、紫菜等海洋生物时并不感到咸味。植物通过细胞渗透压控制离子的进入，可以排出盐分；动物通过主动运输、泌氯细胞吧盐分排出体外。把海水转化为淡水有哪些方法？蒸馏法(成本高、消耗大量能源、效率较低)、膜分离法世界上最大的湖欧亚大陆的里海(咸水)里海是世界上最大的湖泊,死海是世界陆地表面最低点,贝加尔湖是世界上最深的湖泊,巴尔喀什湖一半是淡水,一半是咸水中国：(咸水/内陆)青海湖(淡水)鄱阳湖陌生的岛上如何获取淡水？地下水、大气水、生物水证明大气中有水？从冰箱中拿出的饮料罐外壁有水珠地球上淡水总储量最多的水体是冰川海洋水、陆地水、大气水的划分依据是水的空间分布目前，人类能利用的淡水主要是江河水、淡水湖泊和浅层地下水1993年确定了世界节水日3月22日地球上的水存在的主要形式是固体水的分子结构：不是直线型水分子特点：1.极性很大，表面张力大、相似相溶；2.分子间有很强的氢键，熔沸点高，水结冰体积变大，保证了地球生物的存活水的基本性质：1.物理性质：沸点(373K)和冰点(273K，随压强的增大而降低)、蒸发热、密度(277K4℃最大，)、表面张力、比热1Cal·K-1·kg-1)、介电常数和偶极矩(水在常温下能够溶解离子型化合物的少数溶剂之一)2.化学性质：水的化学稳定性、水合作用、水的电离、水解水的某些异常性质及其意义性质特点意义状态一般为液态提供生命介质、流动性热容非常大良好的传热介质，调节环境和有机体的温度熔解热非常大使水处于稳定的液态，调节水温蒸发热非常大对水蒸气的大气物理性质有意义，调节水温密度4℃极大水体冰冻始于表面，控制水体中温度分布，保护水生生物，水的反膨胀性质具有重要影响和意义，对水生动植物的生存和繁衍极其关键表面张力非常大生理学控制因素，控制液滴等表面现象介电常数非常大高度溶解离子性物质并使其电离水合非常广泛对污染物是良好溶剂和载体，改变溶质生物化学性质离解非常少提供中性介质透明度大透过可见光和长波紫外线，在水体深处可发生光合作用广义上的水指处于自然界中的所有的水，具有水的所有特征和性能。天然水仅指处于天然状态下的水，不包括人为因素，不含有水的社会属性和经济属性。天然水中一般含有可溶性物质和悬浮物质（包括悬浮物、颗粒物、水生生物等）。水中的主要离子组成硬度酸碱金属阳离子Ca2+Mg2+H+Na+K+HCO3-CO32-OH-SO42-Cl-NO3-阴离子碱度酸根总碱度(AT)，它是由碳酸氢根碱度、碳酸根碱度、硼酸盐碱度及氢氧根碱度组成。陆地水：HCO3-SO42-Cl-Ca2+Na+Mg2+海水：Cl-SO42-HCO3-Na+Mg2+Ca2+地下水受局部环境地质条件限制，其优势离子变化较大。天然水的组成：离子、金属离子、微量元素、溶解性气体、水生生物Ca2+的主要来源：方解石的溶解Mg2+的主要来源：天然水中的镁Mg(H2O)62+以的形式存在，含碳酸镁的白云岩以及其它岩石的风化溶解产物Na+的主要来源：火成岩的风化产物和蒸发岩矿物K+的主要来源：火成岩的风化产物和沉积岩矿物Cl-的主要来源：火成岩的风化产物和蒸发岩矿物，几乎所有天然水中都有氯离子存在，它的含量范围变化很大HCO3-的主要来源：碳酸盐矿物的溶解SO42-的主要来源：火成岩的风化产物、火山（温泉）气体、沉积中的石膏与无水石膏、含硫的动植物残体以及金属硫化物氧化等等水体溶解氧DO:溶解在水体中的分子氧，主要来源于大气复氧及水生藻类等的光合作用，消耗于生物的呼吸作用，有机物的氧化过程。CO2：来源于有机物的氧化分解、水生动植物的新陈代谢作用及空气中二氧化碳溶解，消耗于碳酸盐类水解和水生植物的光合作用。腐殖质：植物残体经微生物分解时，不易分解的部分如油类、腊、树脂及木质素等残余物与微生物的分泌物相结合，形成褐色或墨色无定形胶态复合物。富里酸溶于酸碱，腐植酸溶于碱、不溶于酸，胡敏酸不溶于酸碱（腐黑物）。自养生物：利用太阳能或化学能量，把简单、无生命的无机物元素引进至复杂的生命分子中即组成生命体。异养生物：利用自养生物产生的有机物作为能源及合成它自身生命的原始物质。细菌是关系到天然水体环境化学性质的最重要生物体。结构简单、形体微小，在环境条件下繁殖快分布广。细菌分类：按营养方式，可将细菌分为自养菌和异养菌两类。按照有机营养物质在氧化过程（即呼吸作用）中所利用的受氢体种类，还可将细菌分为：①好氧细菌②厌氧细菌③兼氧细菌总硬度水质0～4度很软水4～8度软水8～16度中等硬水16～30度硬水30度以上很硬水天然水体中化学物质的存在形态形态：物理结合形态、化学态（有机的或无极的）、价态、化合态和化学异构态等多方面。甲基汞→水俣病天然水的分类：离子总量（矿化度）、优势离子天然水按优势离子分类Ⅰ型弱矿化水[HCO3-]＞[Ca2+]+[Mg2+]Ⅱ型混合起源水[HCO3-]＜[Ca2+]+[Mg2+]＜[HCO3-]+[SO42-]Ⅲ型混合起源的水，但具有很高的矿化度[HCO3-]+[SO42-]＜[Ca2+]+[Mg2+]或[Cl-]＞[Na+]Ⅳ型酸性水[HCO3-]=0“类”采用相应的阴离子符号表示（C、S、Cl）金沙江[C]CaII型水金沙江（邓柯）[C]NaII型水“组”采用阳离子的符号表示，写作“类”的方次的形式“型”则用罗马字标在“类”符号下面全符号写成下列形式：如[C]CaⅡ表示重碳酸类钙组第二型水各类别的天然水系大气圈雨、雪、水蒸气生物圈体液、细胞内液、水合的生物聚合物岩石圈地下水、岩浆水、水合作用水水圈陆水：泉水和沼泽；塘、湖、冰帽和雪帽；河流、冰川海水：河口、海湾；海洋；海洋沉积物中的吸纳水原生矿物为适应地表热力条件而在物理、化学形态和性质方面所发生的一系列变化过程称为风化作用。水体中主要污染物及影响污染物种类典型污染物影响有机污染物耗氧有机物碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素消耗水中溶解氧，影响水生生物有毒有机物多氯联苯、农药、酚类、药物破坏水生生态环境，危害人体健康无机污染物有害无机物固体悬浮物、酸、碱、盐等改变物质的存在形态，降低水质有毒无机物氰化物、汞、铅、镉、砷、硒和氟产生毒性效应、降低水质、危害生物放射性污染物铀、镭等放射性污染水体富营养物质硝态氮、氨氮、合成洗涤剂产生富营养化病毒微生物污染致病菌、病毒传播疾病水污染：由于人类活动或自然因素，使水的感官状况（即色、嗅、味、浊度）、物理性质、化学成分、生物组成以及底质等发生异常变化，这种现象就是水污染。按来源分为天然污染源和人为污染源。按排放污染物空间分布方式分为点源和非点源。水中污染物分为8大类：1.耗氧有机物2.致病污染物3.合成有机物4.植物营养物5.无机物及矿物质6.由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物7.放射性物质8.热污染耗氧有机物：生化需氧量BOD(地面水体中微生物分解有机物的过程消耗水中的溶解氧的量，称生化需氧量)；化学需氧量COD重铬酸钾、高锰酸钾；总有机碳TOC；总需氧量TOD有机物在微生物作用下，其降解过程可分为两个阶段：第一阶段为碳氢化合物氧化为CO2和水，称为碳化阶段；第二阶段氨被氧化为亚硝酸盐及硝酸盐，称为硝化阶段。BOD5采用在20℃条件下，培养五天后测定溶解氧消耗量作为标准方法，称五日生化需氧量，以BOD5表示。营养物质：水体富营养化(自然过程，但极其缓慢水华、赤潮)水体中的藻类、水体中的营养物质、水体的营养化程度地表水划分为5类：Ⅰ类主要适用于源头水、国家自然保护区Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区Ⅳ类主要适用于一般工业用水区以及人体非直接接触的娱乐用水区V类主要适用于农业用水区以及一般景观要求水域影响气体溶解的因素：分子本身性质(极性、分子大小、能否与水发生化学反应)、温度、压力(↑↑)、水中的含盐量(↑↓溶)、离子水合作用(↑间隙↓)原理：间隙填充、水合作用亨利定律：p=KHcwp—气体在大气中的平衡分压，Pa；cw气体在水中的平衡浓度，mol/cm3;KH亨利定律常数，Pa·m3/mol注意点：1.溶质在气相、溶剂中的分子状态必须相同2.对于混合气体，在压力不大时，亨利定律对每一种气体都分别适用，与另一种气体的分压无关3.对于亨利常数大于0.01的气体，可认为它基本上是完全溶于水的。4.亨利常数作为温度的函数，有公式5.亨利常数的数值可以再定温下由实验测定，也可以使用热力学方法推导6.亨利公式有几种不同的表达形式，要注意辨别。][][)2(总碱度21HHKCwT酸碱质子理论碳酸平衡理论酸度——指水中所含能与强碱发生中和作用的物质总量。碱度——指水中所含能与强酸发生中和作用的全部物质CT=[H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]封闭体系中232213213232023221-233213-3-23232312-23-3133203222]H[]COH[]H[]COH[]COH[]COH[]H[]COH[][CO————]H[]COH[]HCO[]HCO[]H][[CO————]COH[]H][HCO[)33.10p(HCOHCO)35.6p(HHCOCOH)46.1p(COHOHCOKKKKKKKKKKK12222121)]H[]H[1()]H[]H[1(11KKKKK开放体系中在封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]和[CO32-]等是变化的，但CT是不变的；开放体系中，CT、[HCO3-]和[CO32-]是变化的，但[H2CO3*]是不变的水的稳定性：水的稳定性是指水中碳酸钙的溶解和沉积性。如果水体中CaCO3没达饱和，CaCO3会在水中溶解，此时称水具有侵蚀性。如果水体中CaCO3过饱和，则称为水具有沉积性，会发生CaCO3的沉积。体系氧化还原平衡有两方面的含义：1.表示体系中电子给体和受体之间处于相对平衡状态，电子势位发生无限小变化时，随即发生可逆性的电子迁移2.包含在系统中的所有氧化还电对的电极电位都相等。水体中的氧化还原反应：化学氧化还原反应、光化学氧化还原反应、生物氧化还原反应电子活度和氧化还原电位：决定电位：某个单体系的含量比其他体系高得多，该单体系的电位几乎等于混合体系的pE，被视作决定电位。一般天然水体溶解氧是“决定电位”，而有机污染物积累的厌氧体系中有机物是“决定电位”。pE是平衡状态下的电子活度，衡量的是溶液接收或提供电子的相对趋势，可看做电子有效性的一种度量。在高H+活度，高电子活度的酸性还原介质中，Fe2+为主要形态。（酸性还原性介质）高H+活度，低电子活度的酸性氧化介质中,Fe3+为主要形态。（酸性氧化性介质）标准电极势(电极电位、氧化还原电位)：在标准状态下测定的电极电势，以单位E0表示，单位为伏特E0(H+/H2)=0.0000V配合物的命名：1.先提阴离子，再提阳离子2.若阴离子为简单离子，称某化某3.若阴离子为复杂离子，称某酸某内界的命名次序：1.配位数—配位体名称—合—中心离子(价态)2.若内界有多种配位体时，则配位体的明明顺序是：先无机配体，后有机配体，先阴离子，后中性分子3.不同配位体的名称之间以“·”分开，相同配位体个数用倍数词头二、三、四等数字表示。计算天然水中的pEK4[Fe(CN)6]六氰合铁(II)酸钾K[PtCl3NH3]三氯·一氨合铂(II)酸钾[Cu(NH3)4](OH)2氢氧化钠四氨合铜H2[PtCl6]六氯合铂(II)酸[Co(NH3)5(H2O)]Cl3三氯化五氨一水合钴(II)配合物