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1、第四章第四章 二氧化碳平衡系统二氧化碳平衡系统4-1天然水的pHpH4-2天然水中的酸碱平衡4-3 pH调整和和缓冲作用4-4水中硫化氢和硼酸的电离平衡 第四章第四章 二氧化碳平衡系统二氧化碳平衡系统 一、一、天然水按照天然水按照pH值的分类值的分类强酸性强酸性pH10.04-14-1天然水的天然水的pHpH二、天然水中存在的酸碱物质二、天然水中存在的酸碱物质化合态化合态淡水平均值淡水平均值表层海水的表层海水的一般含量一般含量深层海水的深层海水的含量范围含量范围碳酸碳酸硅酸硅酸氨氨磷酸磷酸硼酸硼酸0.970.2200.010.0070.0012.10.0030.00050.00020.42.3
2、2.50.030.15b HCO3- 最多；pH c , CO32- 最多 ；pH c, HCO3-最多3 3，各特征点的概念（续），各特征点的概念（续），各特征点的概念（续），各特征点的概念（续）特征点图4，特征点，特征点 a 、o 的的 pH 基本方程基本方程（1）a点的基本方程点的基本方程参考水平参考水平：H2CO3H2OH+=HCO3-+2CO32-+OH-碳酸分布系数关系式*近似处理法求解近似处理法求解可忽略可忽略忽略活度系数，忽略活度系数，则变为书上则变为书上24页页a点的关系点的关系式式（2）o点点的基本方程的基本方程 参考水平参考水平：HCOHCO3 3- - , H , H2
3、 2O O H H+ += CO= CO3 32-2-+OH+OH- - H- H2 2COCO3 3* * * *简化：简化：简化：简化：第二项可省略；第一第二项可省略；第一第二项可省略；第一第二项可省略；第一项的分母可仅保留项的分母可仅保留项的分母可仅保留项的分母可仅保留项项项项3，开放体系的碳酸平衡，开放体系的碳酸平衡 特点：平衡时体系中二氧化碳分压不变，水中特点：平衡时体系中二氧化碳分压不变，水中特点：平衡时体系中二氧化碳分压不变，水中特点：平衡时体系中二氧化碳分压不变，水中二氧化碳含量（分压）不变二氧化碳含量（分压）不变二氧化碳含量（分压）不变二氧化碳含量（分压）不变CCT-T-pH
4、pH关系式关系式关系式关系式分布系数+pH+2pH开放体系碳酸平衡的开放体系碳酸平衡的 CT-pH关系式（续）关系式（续）据此式可以绘出据此式可以绘出loglogC CT T-pH-pH图图图图* 开放体系碳酸平衡的开放体系碳酸平衡的lgC-pH图图CTCO32-HCO3-H2CO3*4-4H2CO3*CTCO32-HCO3-雷p103页4-3pH调整调整和和缓冲作用缓冲作用一、一、开放体系碱度与开放体系碱度与pH的关系的关系1，碱度酸度概念的复习，碱度酸度概念的复习总碱度总碱度=HCO3-+2CO32-+H4BO4+OH-H+ (甲基橙碱度)酚酞碱度酚酞碱度=CO32-+OH-H2CO3*-
5、H+苛性碱度苛性碱度=OH-2H2CO3-HCO3-H+ 总酸度HH2CO3*CO32OH 无机酸度HHCO3 2CO32OH 另类总酸度H2H2CO3*+ HCO3OHpH8.3酸度、酸度、酚酞酸度酚酞酸度pH4.3酸度、酸度、甲基橙酸度甲基橙酸度2，开放体系碱度与，开放体系碱度与pH的关系的关系结论：对开放体系，达到平衡后，结论：对开放体系，达到平衡后，pH高的，碱度大。高的，碱度大。开放体系碱度与开放体系碱度与pH关系图关系图二、二、pH的调整的调整 1，基本关系式的推导，基本关系式的推导也可以用也可以用表表示示二、二、pH的调整的调整 1，基本关系式的推导，基本关系式的推导2，公式的应
6、用，公式的应用（1）-pH表的绘制表的绘制表表表表4-6 4-6 碳酸平衡系数表碳酸平衡系数表碳酸平衡系数表碳酸平衡系数表 ( (淡水淡水,25,25) )用用表示表示用用表示表示l例例1有有一一养养鱼鱼池池，面面积积为为1.00hm2，水水深深平平 均均 为为 1.5m。 池池 水水 pH高高 达达 9.5， AT2.00mmol/L，若若拟拟用用浓浓HCl将将池池水水pH中中和和到到9.0。问问需需用用多多少少浓浓盐盐酸酸？设设浓浓盐盐酸酸的浓度为的浓度为12mol/L。解题思路解题思路：酸碱中和可视为封闭体系。：酸碱中和可视为封闭体系。加加HCl前后的前后的CT不变。由不变。由pH求求。
7、然后然后求求CT，求中和后应达到的求中和后应达到的AT，前后前后AT之之差即为酸碱用量。差即为酸碱用量。（2）计算例题计算例题例例1解解：水水量量V1.00104m21.5m=1.5104m3，又又已知已知CHCl=12mol/L，pH=9.5时时=0.886；pH=9.0时时=0.959；CT=AT ;已知已知AT2.00mmol/LAT=CT/=AT/=2mmol/L0.886/0.959=1.85mmol/L（2）计算例题（续）计算例题（续）例例1有一养鱼池，面积为有一养鱼池，面积为1.00hm2，水深平均为水深平均为1.5m。池水池水pH高达高达9.5，AT2.00mmol/L，若拟用
8、浓若拟用浓HCl将池水将池水pH中和到中和到9.0。问需用多少浓盐酸？设浓盐酸的浓度为问需用多少浓盐酸？设浓盐酸的浓度为12mol/L。AT=AT-AT=(2.001.85)mmol/L=0.15mmol/LVHCl=ATV/CT,CO2=0.15mmol/m31.5104m3/12mol/L=188L需要浓盐酸需要浓盐酸188L。例例1（续）（续）解：解：pH=6.6,=1.564；pH=7.5= 1.069 CT,CO2=AT=3.61.564=5.63(mmol/L)(mmol/L)=1.7mol/m3例题例题例题例题2 2，有碱度，有碱度，有碱度，有碱度A AT T3.6mmol/L3
9、.6mmol/L，pHpH为为为为6.66.6的地下的地下的地下的地下淡水，今需加入淡水，今需加入淡水，今需加入淡水，今需加入NaOHNaOH使其使其使其使其pH=7.5pH=7.5，问，问，问，问1m1m3 3水需水需水需水需用用用用NaOHNaOH固体多少克？假定加入固体多少克？假定加入固体多少克？假定加入固体多少克？假定加入NaOHNaOH后没有沉后没有沉后没有沉后没有沉淀生成淀生成淀生成淀生成 即需加即需加NaOH1.7mol/m3，相当于固体相当于固体NaOH68g/m3例题例题3，混合水，混合水pH值的值的计算计算水水A：pH=728，碱碱=6.34mmol/L，水水B：pH=96
10、0，碱碱0.38mmol/L，若以对等体积混合，求混合后的若以对等体积混合，求混合后的pH值。值。解：碳酸总量及总碱度都按照加权平均。解：碳酸总量及总碱度都按照加权平均。混合后混合后 CT=（CTACTB）2=0.5（7.040.294）3.67mmol/L，碱碱=（碱碱A十十碱碱B）20.5（6.340.38）=3.36mmol/L。可求得可求得 =CT碱碱=3.67/3.36=1.09，在表中反查出在表中反查出pH值为值为7.40。书上的例题请同学们自己去看一看书上的例题请同学们自己去看一看三、三、 天然水的缓冲作用天然水的缓冲作用（一）天然水的缓冲性（一）天然水的缓冲性1，缓冲性，缓冲性
11、2，天然水有一定的缓冲性，天然水有一定的缓冲性（二）天然水中的缓冲系统（二）天然水中的缓冲系统1，碳酸的电离平衡，碳酸的电离平衡2，碳酸钙溶解平衡，碳酸钙溶解平衡3，胶体的离子交换平衡，胶体的离子交换平衡1，碳酸的一级与二级电离平衡，碳酸的一级与二级电离平衡 CO2H2OHCO3HHCO3CO32-+H+2，CaCO3的溶解、沉积平衡的溶解、沉积平衡Ca2+CO32-CaCO3（s）3，离子交换缓冲系统，离子交换缓冲系统Ca2+2HCO3CaCO3（s）CO2+H2O3，离子交换缓冲系统，离子交换缓冲系统另外，水中的另外，水中的Mg2+也可以限制也可以限制pH的上升幅度，对的上升幅度，对于海水
12、，这种作用明显于海水，这种作用明显（三）缓冲容量（三）缓冲容量1，定义式，定义式加入酸碱引起碱度变化，可以将碱度的定加入酸碱引起碱度变化，可以将碱度的定义式代入：义式代入：略提*求导，求缓冲容量与求导，求缓冲容量与pH的关系式的关系式不讲*求导，求缓冲容量求导，求缓冲容量与与pH的关系式（续）的关系式（续） 简化式可写为：简化式可写为： =dCB/dpH=2.3 a1 CT（a0+a2）不讲求导数举例求导数举例：不讲缓冲容量与缓冲容量与pH和和CT的关系的关系 在在pH4.4的区段，的区段，CT,CO2的增加几乎不提高的增加几乎不提高 值值极大值在极大值在pH6.35，即接近于碳即接近于碳酸的
13、酸的pK1值处。两个极小值在值处。两个极小值在pHo834和和pHa=4.3附近附近34567891011123.53.02.52.01.51.00.50.0海水与淡水碳酸系统缓冲容量的比较海水与淡水碳酸系统缓冲容量的比较 海海水水四、酸化容量四、酸化容量l酸化容量酸化容量：是水体对酸雨敏感性的评价指标。：是水体对酸雨敏感性的评价指标。它是它是以以pH6.5为酸化临界值，用水样由现状为酸化临界值，用水样由现状pH反应到临界反应到临界pH所需投入的总酸量来表示，单所需投入的总酸量来表示，单位为位为mmol/L。l酸化容量与缓冲容量：酸化容量与缓冲容量：两概念有关系，但又不两概念有关系，但又不相同
14、。缓冲容量是以微分概念来定义的，是微相同。缓冲容量是以微分概念来定义的，是微量酸碱引起量酸碱引起pH微量变化的比值。酸化容量是微量变化的比值。酸化容量是积分容量，可以从理论上计算，也可以用实验积分容量，可以从理论上计算，也可以用实验测定。测定。3-4 水中硫化氢和硼酸的电离平衡水中硫化氢和硼酸的电离平衡一、硫化氢的电离平衡一、硫化氢的电离平衡1，电离平衡常数，电离平衡常数H2SHHSHSHS2（1）（2）2，H2S的分布系数的分布系数 pKa1=7.2，pKa2=14.0（25）图图图图硫化氢电离各形态分布硫化氢电离各形态分布硫化氢电离各形态分布硫化氢电离各形态分布 硫化氢与碳酸形态分布比较硫化氢与碳酸形态分布比较HS-H2SH2CO3*HCO3-CO32-S2-二、海水中硼酸盐的电离平衡二、海水中硼酸盐的电离平衡 1，硼酸盐的电离平衡，硼酸盐的电离平衡H3BO3+H2OH4BO4-+H+ 2，硼酸盐碱度的计算，硼酸盐碱度的计算 结束结束第四章结束第四章结束2005.03
