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1、第三章 水环境境化学教学题目目第一节天天然水的的基本特特征和污污染物的的存在形形态教学重点点天然水的的碱度及及水中污污染物的的存在形形态教学难点点天然水的的碱度计计算教学类型型新课教学课时时2教学内容容教法提示1.2.2天然然水中的的碱度和和酸度为了测定定水体中中导入酸酸或者碱碱所引起起的缓冲冲能力的的变化程程度，引引入碱度度和酸度度两个概概念。碱度(AAlkaalinnityy)是指指水中能能与强酸酸发生中中和作用用的全部部物质、亦亦即能接接受质子子H+的物质质总量。能产生碱度的物质有：强碱NaOH 弱碱强碱弱酸盐。碱度的主要形态为OH-、CO32-、HCO32-，因此又分为氢氧化物碱度、碳
2、酸盐碱度、酸式碳酸盐碱度。水体的碱碱度是给给水系统统设计必必须要考考虑的指指标，碱碱度的测测定是水水质分析析中一个个经常观观测的指指标。天然水体体是一个个优良的的主要由由碳酸盐盐和重碳碳酸盐组组成的缓缓冲系统统，一般般氢氧化化物的碱碱度较低低，这一一缓冲体体系对于于维持天天然水体体的PHH值保持持在6-9的范范围内具具有非常常大的意意义。从从而保证证了水生生生物的的正常生生长。碱度与PPH值的的区别：PH值反反映的是是水中氢氢离子的的活泼程程度。碱碱度是指指水中含含有的能能与强酸酸发生中中和反应应的物质质的总量量。例如如：摩尔尔浓度相相同的NNaOHH和NaaHCOO3与同一一浓度的的HCll
3、反应，存存在下面面的反应应：由上面的的反应可可知，摩摩尔浓度度相同的的NaOOH和NNaHCCO3消耗同同样的HHCL，即即二者的的碱度是是相同的的，而二二者的PPH值是是显然不不同的，因因为一个个是强碱碱，一个个是弱碱碱。测定水体体的碱度度的方法法是用强强酸的标标准溶液液滴定待待测水体体，根据据在达到到滴定终终点时所所消耗的的酸的数数量来确确定水体体的碱度度。由于于不同的的指示剂剂所指示示的滴定定终点的的pH值是是不同的的，因此此，利用用不同的的指示剂剂所测得得的碱度度也是不不一样的的。当选选用甲基基橙作指指示剂时时滴定终终点的ppH值为为4.33，此时时测得的的碱度叫叫总碱度度，也叫叫做甲
4、基基橙碱度度，其化化学反应应的计量量关系式式如下：HCO33-+H+CO2+H2O因此，总总碱度是是水中各各种碱度度成分的的总和，即即加酸至至HCOO3-和和CO332-全全部转化化为COO2。其其表达式式为：总碱度=HCCO3- + 2CO332- +OOH- HH+溶液中CCO2、HCCO3-和COO32-的浓浓度均可可以用其其摩尔分分数（）与总总碳（CCT）的乘乘积来表表示，即即：因而，总总碱度可可以表示示成：则在总碱碱度相对对较高时时，OOH-可以以忽略不不计，此此时，如果滴定定是以酚酚酞作为为指示剂剂，当溶溶液的PPH值降降到8.3时，（用HCL去滴定OH，溶液由红色变成无色）表示O
5、H-被中和，CO32-全部转化为HCO3-，作为碳酸盐只中和了一半，因此，得到酚酞碱度表示式：酚酞碱度度=CCO32-+OHH-H2CO3*-H+= CTT（a2-a1）+ KK w/H+-H+达到所需需酸量时时的碱度度称为苛苛性碱度度.苛性性碱度在在实验室室中不能能迅速地地测得,因为不不容易找找到终点点,若已已知总碱碱度和酚酚酞碱度度就可用用计算方方法确定定.苛性性碱度表表达式为为苛性碱度度=OOH-HCOO3- -2HHCO33- HH+ 与与碱度相相反，酸酸度（aaciddityy）是指水水中能与与强碱发发生中和和作用的的全部物物质，亦亦即放出出质子HH+或经过过水解产产生H+的物质质的
6、总量量。组成成水中酸酸度的物物质也可可归纳为为三类：（1）强强酸；（22）弱酸酸；（33）强酸酸弱碱盐盐。例1 已已知水体体的碱度度为1.0010-3mool/LL，pH=77。求体体系中CCO2、HCCO3-和COO3-的浓度度。解：根据据碱度=OHH-+HCOO3-+22COO3-当pH=7时，体体系中H CCO3- CCO32- 。故：碱度度=OOH-+H CCO3-，代入入已知条条件：1.000100-3=110-77+H CO33- HH COO3-=11.000100-3mool/LL根据碳酸酸的一级级和二级级电离平平衡，可可以求得得CO2和COO32-的浓浓度： CO22+H2O
7、H+HCCO3- HCOO3- H+ CCO32-例2 已已知水体体的碱度度为1.0010-3mool/LL，pH=110，求求体系中中CO22、HCCO3-和COO32-的浓浓度。 解：根据据碱度=OHH-+HCOO32-+2CCO32-当pH=10时时，HCCO3-和CO32-浓度度相近，利利用碳酸酸的二级级电离平平衡： HCOO3-H+COO32-代入碱度度的表达达式，得得：即：故：根据碳酸酸的一级级电离平平衡：这里需要要特别注注意的是是，在封封闭体系系中加入入强酸或或强碱，总总碳酸量量CT不受影影响，而而加入CO22时，总总碱度值值并不发发生变化化。这时时溶液PPH值和和各碳酸酸化合态
8、态浓度虽虽然发生生变化，但但它们的的代数综综合值仍仍保持不不变，因因此总碳碳酸量CCT和总碱碱度在一一定条件件下具有有守恒特特性。在环境水水化学及及水处理理工艺过过程中，常常常会遇遇到向碳碳酸体系系加入酸酸或碱而而调整原原有的PPH值的的问题，例例如水的的酸化和和碱化问问题。例3 若若一个天天然水的的pH值为为7.0，碱度为为1.44100-3mool/LL，需加加入多少少盐酸才才能把水水体的ppH值降降低到66.0？解：根据据碳酸在在水中的的分布情情况可知知，当ppH值为6.0和77.0时时，相对对于水中中CO22和HCCO3-来说，CO32-的浓浓度可以以忽略不不计。此此时溶液液的碱度度主
9、要由由HCOO3-提供。故故：根据碳酸酸的一级级电离平平衡常数数可求得得CO2的浓度度：故pH=7.00时体系系中总碳碳的含量为为：TC1=COO2+HCOO3-=11.722100-3 mmol/L。由于在封封闭体系系中加入入强酸或或者强碱碱总碳量量CT的数值是不变变的,故故:TC2= TCC1=CO22+HCOO3-=11.722100-3 mmol/L即: 代入碳酸酸的一级级电离平平衡常数数和pH=66.0,可得:HCOO3-=55.299100-4mool/LL此时，体体系的碱碱度即为为5.22910-44moll/L。因此，当当pH由77.0降降为6.0后，体体系的碱碱度变化化为：1
10、.410-33-5.2910-44=8.7110-44moll/L因为碱度度的变化化即为加加入酸的的数量，故故需加入入盐酸88.71110-44moll/L。如利用分分布系数数，本题题也可以以进行如如下求解解：当pH=7时，查查表知=1.222，则则 CT=碱度度=1.221.4410-33=1.7110-33moll/L当pH=6时，查查表知=3.25，此时由于于CT值保持持不变，故故：碱度=CT/=1.7110-33/3.25=5.22610-44moll/L应加入酸酸量为11.410-33-5.22610-44=8.7410-44moll/L。由于是近近似计算算，故两两种算法法结果有有一
11、定的的误差。在天然水水体中，水水体的碱碱度与藻藻类的活活动有着着密切的的关系。光光合作用用的过程程可以用用下面的的方程式式来表示示在没有外外部COO2补充的的情况下下，随着着无机碳碳转化形形成生物物量，水水体的ppH值会会升高。在在实际水水体中，当当藻类快快速生长长时就会会出现类类似的情情况，此此时pH值常常常会超超过100。例4 已已知水体体pH值为为7.000，碱碱度为11.00010-33moll/L，求求当pH值为为10.00时时，会有有多少无无机碳转转化形成成生物量量。假设设pH值的的改变完完全由于于光合作作用所引引起。解：根据据碱度的计计算公式式可知，当当pH=77.000时， H
12、CCO3-=1.0010-33moll/L利用碳酸酸的一级级电离平平衡常数数可求得得： CCO2=22.25510-44moll/L故当pHH=7.00时时，体系系中无机机碳总浓浓度=CO22+HCOO3-=1.225510-33moll/L。当pH=10.0时，根根据碱度度可求得得：HCOO3-=4.6410-44moll/LCO332-=2.11810-44moll/L由于此时时CO22的浓度度可以忽忽略不计计，故ppH=110.000时，体体系中无无机碳总总浓度=HCCO3-+CCO32-=6.88210-44moll/L。故体系ppH值的的变化所所引起无无机碳总总浓度的的减少量量为：1
13、.222510-33-6.8210-44=5.4310-44moll/L这说明有有5.44310-44moll/L的的无机碳碳转化形形成了生生物量。由由于CCH2O的的化学式式量为330，故故产生的的生物量量为166.3mmg/LL。2.水中中主要污污染物的的分布和和存在形形态水体中污污染物质质的种类类非常多多，主要要来自于于工业污污染，农农业污染染和生活活用水污污染。工工业废水水是工业业污染的的主体，它它是水体体中污染染物的主主要来源源。农业业污染主主要是由由于广泛泛使用化化肥，农农药以及及大量农农业废弃弃物的产产生而造造成的。而而随着城城市人口口逐渐增增加，城城市生活活废水也也已经成成为水
14、体体的重要要污染源源。20世纪纪60年年代美国国学者曾曾把水中中污染物物大体划划分为八八类：（11）耗氧氧污染物物（一些些能够较较快被微微生物降降解成为为二氧化化碳和水水的有机机物）；（2）致致病污染染物（一一些可使使人类和和动物患患病的病病原微生生物与细细菌）；（3）合合成有机机物；（44）植物物营养物物；（55）无机机物及矿矿物质；（6）由由土壤、岩岩石等冲冲刷下来来的沉积积物；（77）放射射性物质质；（88）热污污染。这这些污染染物进入入水体后后通常以以可溶态态或悬浮浮态存在在，其在在水体中中的迁移移转化及及生物可可利用性性均直接接与污染染物存在在形态相相关。重重金属对对鱼类和和其他水水生生物物的毒性性，不是是与溶液液中重金金属总浓浓度相关关，而是是主要取取决于游游离（水水合）的的金属离离子，对对镉则主主要取决决于游离离Cd22+浓度度，对铜铜则取决决于游离离的Cuu2+及其其氢氧化化物。而而在部分分稳定配配合物及及其与胶胶体颗粒粒结合的的形态则则是低毒毒的，不不过脂溶溶性金属属配合物物是例外外，因为为它们能能迅速透透过生物物膜，并并对细胞胞产生很很大的破破坏作用用。2.1 有机污污染物（1）农农药 水水中常见见的农药药概括起起来，主主要为有有机氯和和有机磷磷农药。此此外还有有氨基甲甲酸酯类类农药。它它们通过过喷施农农药、地地表径流流及农药
