水環境化學講義

2022-10-11 02:36:04 字數 5072 閱讀 7962

水圈包括海洋水、大氣水、陸地水。

陸地水包括:

地下水:潛水,承壓水,凍土水,岩石、土壤分子水。

地表水:冰帽水、徑流水、湖泊水、沼澤水。

生物水。

從分子與溶液的角度看水與天然水

作為分子的水的組成、結構、特性:

易作溶劑:氫鍵、異性相吸、六邊形、較大分子間隙。

作為溶液的天然水的物理化學性質

粘度:流體運動過程中,分子之間形成的剪下應力的物理量,水的粘度相對較大且隨溫度公升高而急劇減少。

離子活度(ɑ)及離子強度(l)

離子活度係數:反映溶液體系中某離子表現活性的物理量。

當量數:相當於1摩爾氫離子所含電子量的物理化學量。當量濃度:

1l溶液中所有某種物質的當量數的量。當量=【mzi】/|zi| ,摩爾濃度【mzi】=|zi|*當量。一切化學反應都是當量平衡。

離子締合體。范德華力包括靜電力、誘導力、色散力。溶液體系中因分子與分子間碰撞作用形成的離子束稱為離子締合體。

第二章天然水化學成分最早形成於大氣層(凝結核),成分的直接影響因素包括生物、土壤、岩石。生物是最大**;成分的間接影響因素包括氣候、地貌(接觸時間)、水文要素(容量、流速等)

天然水主要離子化學

水化學反應回顧:

(1)中和反應

(2)沉澱-溶解反應:caco3<==>ca2++co32-

(3)氧化還原反應

(4)水解反應 fe3++3oh-<==>fe(oh)3↓ fe(oh)3+3oh-<==>fe(oh)63- 未脫水而先形成配位體(配位反應特例)

(5)配位反應 fe3++cn-<==>fe(cn)63- 氰化物處理

(6)置換反應

(7)吸附-解吸反應:2na++mg(膠體)2+<==>(na膠體na)2++mg2+ 2na++cd(膠體)2+<==>(na膠體na)2++cd2+骨痛病

(8)締和反應:在離子強度很高的條件下發生。 agcl+cl-<==>agcl2-

標準海水礦化度35.5g/l ,鹼金屬一般不發生配位反應。

天然水中的主要離子:構成天然水中離子總量95%以上的無機離子(8大離子:k+、na+、ca2+、mg2+、hco32-、co32-、cl-、so42-)

si (a)沉澱-溶解反應:(b)置換反應;(c)配位反應 4h4sio4<==>si4o6(oh)62-+2h++4h2o

a、b、c為直接反應。

(2)ca2+、mg2+、hco32-、co32-

(a)亨利定律 kh=x1/ph

(b)沉澱-溶解反應

(c)氧化還原反應

(d)吸附-解吸反應 2na++ca(膠體)2+<==>(na膠體na)2++ca2+

(e)置換反應

第四章主要型別陸地水與大氣降水化學

一、河水化學

1.特性:是交換最為頻密、水化學行為最為活躍的自然水體;水化學成分複雜多變;水中氣體含量豐富、充沛;水中礦化度往往很低。

2.流域溶質平衡方程:

基本概念:

固體徑流:單位時間內從上游向下游輸送通過特定斷面的無機固定總量,包括推移質、躍移質、懸移質中的無機成分以及離子徑流。

離子徑流:單位時間從上游向下游輸送通過特定斷面的溶解態無機物總量,是反映河流流域化學侵蝕強度的重要引數。

基流:河流中經常保有的最小徑流量。

我國的河水化學特徵:

四、大氣降水化學

1.**:**於海面,最主要**;火山噴發;森林火災;揚塵;植物,如植物分泌纖維;人類活動,包括煙塵、工業粉塵。

2.氣溶膠含量的影響因素:

降雨量越大,含量越小;降水狀態,雪《霧《雨(去除能力);氣候條件:風雲雨前天氣,降雨高度。

五、海水化學

1.特徵:礦化度很高且恆定,鹽度(海水中所有無機離子總含量)與氯度(海水中氯離子總含量)比穩定;主要離子佔總礦化度的98.

27%;水化學成分的時空變化不大;氣體含量分層現象明顯。

2.水化學成分:

a主要離子cl-。b鹼性係數:海水中hco3-、co32-含量之和與無機離子含量的比值,是海水受徑流影響程度及對鹼性物質緩衝能力的特徵性水化學指標。c溶解性氣體。

第五章重金屬在水環境中的遷移轉化

一、沉澱-溶解作用 1.氫氧化物 2.硫化物 3.碳酸鹽

二、水解作用

1.氫氧化物的水解;

2.生成多核羥基的水解――縮聚現象。

三、配位作用

中心體:一切可以接受電子的元素或陽離子。

第三章內容回顧:

基本概念(10個)

環境:影響人類生存和發展的各種天然的和人工改造的自然因素總體、包括大氣、水、土地、礦藏、森林、草原、野生動物、自然古蹟、人文遺跡、自然保護區、風景名勝、城市鄉村等

亨利定律:水中氣體(溶解性)的含量與該氣體的分壓成正比。在一定溫度壓力條件下的比例常數成亨利係數。

親和特性:分子與分子間存在使相互作用的特徵能量(ε)盡可能小的、相互間形成的位能(εp)盡可能低的趨勢。這種趨勢即分子的親和特性。

鹽效應:因離子強度增加,離子與離子之間的間距大幅度減少而產生「擠壓」碰撞,導致產生離子締合體,大大增加物質溶解度的效應。

離子活度:反應溶液體系中能夠參與反應的離子濃度的標量。

水的硬度: (p51水的總硬度:水中所含鈣、鎂離子總量)

水的礦化度:水中無機離子濃度。

水的ph:指水中[h+]摩爾濃度的負對數值。

水的酸度:(p65 水的酸度是指水中所能與強鹼發生中和作用的物質的總量,亦即能放出質子h+或經過水解能產生h+的物質總量。)

水的鹼度:(p65 水的鹼度是指水中所能與強酸發生中和作用的全部物質,亦即能接受質子h+的物質總量。)

二、知識要點

1.水中主要離子的**與影響因素:

最早起源於大氣,主要來自生物、土壤、岩石(直接影響因素);氣候、地貌、水文條件(間接影響因素)。

2.水中主要離子:k+、na+、ca2+、mg2+——主要**於沉澱-溶解反應;hco32-、co32-——主要源於沉澱-溶解反應,水-氣介面交換反應和氧化-還原反應;cl-——水環境化學行為簡單;so42-主要源於氧化-還原反應。

3.核心反應:caco3+co2+h2o<==>ca2++2hco3- co2+h2o<==>h2co3 h2co3<==>h++hco3- caco3<==>ca2++co32-

4.天然水中[hco3-]-[ca2+]的關係:平衡前同步,平衡後成反比。

p49 : 當天然水中含有較多的h+ 時,如在硫化礦床氧化地段,強酸性誰對caco3的溶解,使水中的ca2+大大超過與hco3-的等當量濃度。

5.礦化度及水的分類:

p591)天然水按離子總量(即礦化度)的分類:

a.蘇聯阿列金提出的按離子總量的分類方案:

淡水——離子總量<1克/千克 ;微鹹水——1-25克/千克 ;具海水鹽度的鹹水——25-50克/千克 ;鹽水(滷水)—— >50克/千克。

b.美國採用的按離子總量分類的數值界限:

淡水——0-1克/千克;微鹹水——1-10克/千克;具海水鹽度的鹹水——10-100克/千克;鹽水(滷水)—— >100克/千克。

(2)天然水按主要離子成分的分類

先按優勢陰離子將天然水劃分為:重碳酸鹽類、硫酸鹽類、氯化鹽類。然後每一類中再按優勢陽離子分為鈣質、鎂質、鈉質三個組。

每一組內再按離子間的毫克當量比例關係分為四類:i型水弱礦化水,ii型水混合起源水,iii型水高礦化度的混合起源水,iv型水酸性水。

6.受沼澤及草甸土及森林影響的地表水ph:有機酸含量極高,

第四章回顧:

一、基本概念10組:

1.離子徑流:單位時間從上游向下游輸送通過特定斷面的溶解態無機物總量,是反映河流流域化學侵蝕強度的重要引數。

2.固體徑流:單位時間內從上游向下游輸送通過特定斷面的無機固定總量,包括推移質、躍移質、懸移質中的無機成分以及離子徑流。

3.地下徑流:指單位時間內,通過特定觀測剖面的地下水量。

4.承壓水:有特定補給區域而沒有自由水面的地下水。

5.潛水:具有自由水面的水。(p83,潛水是分布在第乙個隔水層以上的近地表的沉積物空隙、風化帶岩石裂隙和碳酸鹽岩石的溶洞裡的水。)

6.飽和帶:指潛水水位線以下的含水地層。

7.非飽和帶(包氣帶):指潛水水位線以上的濕潤地層。

8.酸雨:p92雨水的ph值小於5.6時稱為酸雨(雪)。

9.鹼性係數:海水中hco3-、co32-含量之和與無機離子含量的比值,是海水受徑流影響程度及對鹼性物質緩衝能力的特徵性水化學指標。

10.基流:河流經常保有的最小流量。

二、知識要點5組:

①河水化學、②湖水化學、③地下水化學、④大氣降水化學、⑤海水化學

1.以上各個的水化學特性;

①河水化學的.特性:是交換最為頻密、水化學行為最為活躍的自然水體;水化學成分複雜多變;水中氣體含量豐富、充沛;水中礦化度往往很低。

②湖水化學的特性:交換緩慢,礦化度往往高於同區域河水;水化學成分在水平空間上分布不均勻,在垂直分布上具有明顯的分層特性;受生物影響明顯;水文因素對水化學等影響明顯,湖水礦化度空間差異很大。③地下水化學基本特點:

水化學成分差別劇烈;水化學成分穩定;礦化度變化範圍很大;水化學型別具有多樣性;生物作用對地下水成分影響不大,應分空間來判斷是否受到生物的影響。⑤海水化學的特徵:礦化度很高且恆定,鹽度(海水中所有無機離子總含量)與氯度(海水中氯離子總含量)比穩定;主要離子佔總礦化度的98.

27%;水化學成分的時空變化不大;氣體含量分層現象明顯。

2.各自的直接影響因素;

①②③④⑤

3.除海水化學外,各自的間接影響因素(包括氣候、水文、地形地貌);4.核心反應(不考慮二級反應常數);

第五—七章回顧

一、基本概念

1.重金屬:密度大於鐵的金屬(化學概念);包括重金屬、輕金屬、類金屬(環境化學概念)。

2.配位反應:指泛路易斯酸鹼理論中的酸鹼加和反應,反應中接受電子對的稱中心體,提供電子對的離子或分子稱配位體。

3.膠體:

4.吸附:

5.形態:所謂形態,指元素在會見中表現出的價態、化合狀態、結合狀態和結構狀態,有可能表現出不同的環境化學行為和生物活性。

6.顆粒態金屬元素:結合在固相物質(懸浮物、沉積物、土壤)中的金屬元素。必然為結合態。

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