环境化学天然水的性质-----碱度和酸度

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1、第二节第二节 天然水的性质天然水的性质一、碳酸平衡一、碳酸平衡二、碱度和酸度二、碱度和酸度三、配位化学三、配位化学四、氧化还原化学四、氧化还原化学五、相间作用五、相间作用天然水中的主要离子组成天然水中的主要离子组成：钾、钠、钙、镁、碳酸氢根、硝酸钾、钠、钙、镁、碳酸氢根、硝酸根、氯和硫酸根离子为天然水中常见的八大离子，占天然水中离子根、氯和硫酸根离子为天然水中常见的八大离子，占天然水中离子总量的。总量的。水中的金属离子水中的金属离子：它可以通过化学反应达到稳定状态，酸碱，它可以通过化学反应达到稳定状态，酸碱，沉淀，配合以及氧化还原等是它们在水中达到最稳定状态的过程沉淀，配合以及氧化还原等是它们

2、在水中达到最稳定状态的过程气体在水中的溶解性气体在水中的溶解性氧在水中的溶解性氧在水中的溶解性二氧化碳的溶解性二氧化碳的溶解性水生生物水生生物水体产生生物体的能力称为生产水体产生生物体的能力称为生产率生产率是由化学的及物理的因率生产率是由化学的及物理的因素相结合而决定的素相结合而决定的生物（或生化）需氧量是另生物（或生化）需氧量是另一个水质的重要参数它是指在一一个水质的重要参数它是指在一定体积的水中有机物降解所要耗用定体积的水中有机物降解所要耗用的氧量的氧量一、碳酸平衡一、碳酸平衡 二氧化碳在水中形成酸二氧化碳在水中形成酸, ,可同岩石中可同岩石中的碱性物质发生反应的碱性物质发生反应, ,并可

3、以通过沉淀并可以通过沉淀反应变为沉淀物而从水中除去反应变为沉淀物而从水中除去. .在水和在水和生物体之间的生物化学交换中生物体之间的生物化学交换中, , 溶解的溶解的碳酸盐化合态与岩石圈大气圈进行酸碱碳酸盐化合态与岩石圈大气圈进行酸碱和交换反应和交换反应, ,对调节天然水的对调节天然水的pHpH和组成和组成有重要作用有重要作用。碳酸盐系统中存在的平衡关系：碳酸盐系统中存在的平衡关系：CO2 (g) CO2 (aq) +H2O H2CO3 H+ + HCO3- H+ + CO32- CaCO3(s)， MgCO3(s)碳酸盐体系与水的酸度、碱度密切相关；是天然水中碳酸盐体系与水的酸度、碱度密切相

4、关；是天然水中优良的缓冲系统，避免优良的缓冲系统，避免pHpH值急剧变；与水处理有关，值急剧变；与水处理有关，如水质软化等；与水生生物的光合作用、呼吸作用等如水质软化等；与水生生物的光合作用、呼吸作用等有关。有关。CO2 + H2OH2CO3*pKH2CO3HCO3- + H+pK1HCO3-CO32- + H+pK2碳酸化合态分布图的理解：碳酸化合态分布图的理解： 平衡的碳酸盐水溶液开放体系平衡的碳酸盐水溶液开放体系b b、交界点的意义：、交界点的意义： pH = pKpH = pK1 1时，时，a a0 0 = a = a1 1 = 0.50 = 0.50pH = pKpH = pK2 2

5、时，时， a a1 1 = a = a2 2 = 0.50 = 0.50a a、总体分布态势：、总体分布态势：pHpH6 6时，溶液中主要组分是时，溶液中主要组分是H2CO3H2CO3pHpH在在6-106-10之间时，溶液中主要组分之间时，溶液中主要组分HCO3-HCO3-pHpH10.310.3时，溶液中主要组分是时，溶液中主要组分是CO32-CO32-c、 比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，H2CO3*、HCO3-、CO32-等可随 pH 值变化，但总的碳酸量 CT 始终不变。而对于开放体系,CT 、HCO3-、CO32-均随pH值改变而变化，但H2CO3*总保持与大气相平衡的

6、固定数值。开放体系和封闭体系中碳酸平衡的对照表开放体系和封闭体系中碳酸平衡的对照表例题例题2-10某河流，某河流，pH=8.3, CT =3 10-3 mol.L-1 。有。有含含1 10-2 mol.L-1 硫酸的废水排入该河流。硫酸的废水排入该河流。假如河流假如河流pH值不得降低至值不得降低至6.7以下，问每升河以下，问每升河水中可最多排入这种废水多少毫升？水中可最多排入这种废水多少毫升？二天然水中的碱度和酸度二天然水中的碱度和酸度 1、酸度与碱度的意义：、酸度与碱度的意义：（1）碱度：）碱度：（给）水处理（给）水处理生物生产量生物生产量（2）酸度）酸度：（：（废）水处理废）水处理2、酸度

7、与碱度的测定、酸度与碱度的测定 碱度碱度 alkalinity是指水中能与是指水中能与强酸强酸发生发生中和中和作用的全部物质，作用的全部物质，亦即能接受质子的物质的总量。组成水亦即能接受质子的物质的总量。组成水中碱度的物质可归纳为三类：强碱、弱中碱度的物质可归纳为三类：强碱、弱减、强碱弱酸盐。减、强碱弱酸盐。 总碱度（或甲基橙碱度）总碱度（或甲基橙碱度）碱度碱度 酚酞碱度酚酞碱度 苛性碱度苛性碱度碱度碱度: :指水中能与强酸发生指水中能与强酸发生中和作用的全部物质中和作用的全部物质强碱强碱, ,在水溶液中全部电离生成在水溶液中全部电离生成氢氧根离子氢氧根离子弱碱弱碱, ,在水中有一部分发生反应

8、在水中有一部分发生反应生成氢氧根离子生成氢氧根离子强碱弱酸盐强碱弱酸盐, ,水解是生成氢氧根水解是生成氢氧根离子或者直接接受氢离子离子或者直接接受氢离子 H+ + OH- = H2O H+ + CO32- = HCO3- (酚酞酚酞终点终点) H+ + HCO3- = H2CO3 (甲基橙甲基橙终点终点)测定方法测定方法：酸碱滴定，双指示剂法：酸碱滴定，双指示剂法 苛性碱度苛性碱度碱度碱度 酚酞碱度（碳酸盐碱度）酚酞碱度（碳酸盐碱度） 总碱度（或甲基橙碱度）总碱度（或甲基橙碱度）苛性碱度苛性碱度：当用标准酸溶液进行中和滴定到：当用标准酸溶液进行中和滴定到pH=10.8时，所消耗的酸量。时，所消

9、耗的酸量。酚酞碱度酚酞碱度：以酚酞（：以酚酞（pH=8.3）做指示剂，消耗的酸量。）做指示剂，消耗的酸量。总碱度：总碱度：以甲基橙（以甲基橙（pH=4.3）做指示剂，消耗的酸量。）做指示剂，消耗的酸量。由于没有明显的滴定突越，由于没有明显的滴定突越，苛性碱度苛性碱度测不到，是一个理论值。测不到，是一个理论值。n总碱度总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用：用一个强酸标准溶液滴定，用甲甲基橙基橙为指示剂，当溶液由为指示剂，当溶液由黄色黄色变成变成橙红色橙红色(pH约约4.3)，停止滴定，此时所得的结果，停止滴定，此时所得的结果，也称为甲基橙碱度。也称为甲基橙碱度。 其化学反应计量关系式如下：计量关系

10、式如下：n H+ + OH- H2On H+ + CO32- HCO3- n H+ + HCO3- H2CO3总碱度总碱度= HCO3- + 2 CO32- + OH- - H+总碱度总碱度 = HCO3- + 2CO32- + OH- H+后备碱度后备碱度离子碱度离子碱度总碱度总碱度 = CT (1+ 22) + KW /H+ H+0 14甲基橙酚酞4.3HCO3-、CO2H2CO3总碱度/甲基橙碱度 总碱度= HCO3- + 2 CO32- + OH- - H+8.3CO32-HCO3-酚酞碱度酚酞碱度= CO32- + OH- - H2CO3* - H+12CO32-苛性碱度苛性碱度=

11、OH- HCO3-2 H2CO3* -H+ 能与能与强碱强碱发生发生中和中和作用的全部物质，亦即作用的全部物质，亦即放出放出 H+ 或经过水解能产生或经过水解能产生 H+ 的物质总量。的物质总量。包括包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐强酸、弱酸、强酸弱碱盐。酸度酸度 Acidity酸度酸度:指水中能与强碱发生中和指水中能与强碱发生中和作用的全部物质作用的全部物质强酸强酸: :如如HClHCl、 H H2 2SOSO4 4、HNOHNO3 3弱酸弱酸:CO:CO2 2、H H2 2COCO3 3、H H2 2S S、蛋白质、蛋白质以及各种有机酸类以及各种有机酸类强酸弱减盐强酸弱减盐:FeCl:FeCl3