水體二氧化碳平衡系統(tǒng)及PH

1、CO2H2O HCO3H HCO3 CO32-+H+ 3 CaCO3的溶解、沉積平衡的溶解、沉積平衡 Ca2+CO32- CaCO3（s） Ca2+ 2HCO3 CaCO3（s） CO2+H2O 二氧化碳的電離平衡 (一)混合平衡常數(shù) 二氧化碳溶于水后，大部分CO2以溶解狀態(tài)存在，少部分CO2與H20結(jié)合成碳酸并電離： 溶解態(tài)CO2與未電離的H2CO3合稱為游離二氧化碳，簡稱碳酸，記為H2CO*。用化學(xué)式外加方括號(hào) 表示物質(zhì)的量濃度。水中二氧化碳平衡合并表述為： 這里的電離平衡常數(shù)是混合常數(shù)，混合常數(shù)是條件常數(shù)，數(shù)值隨鹽度而變， 碳酸二級(jí)電離平衡的混合平衡常數(shù)Ka2.值，其表達(dá)式為： 一、天然

2、水中常見的弱堿、弱酸 (一)酸堿的質(zhì)子理論 酸堿質(zhì)子理論認(rèn)為，能給出質(zhì)子的物質(zhì)是酸，能結(jié)合質(zhì)子的物質(zhì)是堿。 反應(yīng)： 右邊的除H+外都能結(jié)合質(zhì)子如HCO3-、CO32-、NH3等都是堿，其中HCO3-是兩性物質(zhì)。 酸、堿概念是相對(duì)而言的。要看在什么環(huán)境(介質(zhì))中，我們?cè)谒h(huán)境化學(xué)中，是以水為介質(zhì)，H3O+為酸，OH為堿，H2O為兩性物質(zhì)。 二)天然水中常見的酸堿物質(zhì) 天然水中常見的能解離出質(zhì)子及與質(zhì)子結(jié)合的物質(zhì)有：CO2H20、CO32-、HCO3-、NH4+、NH3、H2PO4、PO43-、H2SiO3，HSiO3-、H3BO3、H4BO4等。這些物質(zhì)在水中可形成如下酸堿平衡。 從上述平衡可以

3、看出，HCO3-、H2P04、HP042等既是酸，又是堿。因它既可給出(電離)質(zhì)子，又可結(jié)合質(zhì)子。 上述這些平衡均可受水中H+濃度的影響。H+濃度增加可使上述平衡向左移，H+減少則平衡向右移。反過來說，則是水中酸堿物質(zhì)的濃度比決定了水的pH。由于一般天然水中所含酸堿物質(zhì)主要是碳酸鹽的幾種存在形態(tài)，即HCO3-、CO2、CO32-。在水中存在的平衡(1)與(2)左右天然水pH的平衡，其他平衡居次要地位。 天然水幾種常見酸堿的形態(tài)分布 圖41 天然水幾種常見酸堿的形態(tài)分布 總反應(yīng)式為： 所以，F(xiàn)e2+與Fe3+也是天然水中對(duì)pH有重要影響的物質(zhì)。 水中Fe3+因可水解而產(chǎn)生酸： ( (三三)天然水

4、的酸度天然水的酸度 酸度指水中能與強(qiáng)堿反應(yīng)(表現(xiàn)為給出質(zhì)子)的物質(zhì)的總量，用1 L水中能與OH-結(jié)合的物質(zhì)的量來表示。天然水中能與強(qiáng)堿反應(yīng)的物質(zhì)除H3O+(簡記為H+)外，常見的還有H2CO3*、HCO3-、Fe3+、Fe2+、Al3+等，后3種在多數(shù)天然水中含量都很小，對(duì)構(gòu)成水酸度的貢獻(xiàn)少。某些強(qiáng)酸性礦水、富鐵地層的地下水可能含有較多的Fe3+(含氧、強(qiáng)酸)或Fe2+(酸性、缺氧)，在構(gòu)成酸度上就不可忽略。 總酸度:包括了強(qiáng)酸物質(zhì)與H2CO3*的含量，用酚酞作指示劑，pH 83無機(jī)酸度(又稱強(qiáng)酸酸度):只包含水中的強(qiáng)酸物質(zhì)，H2CO3*未參與反應(yīng),用甲基橙作指示劑，pH 3.7。 對(duì)于比較清

5、潔的天然水，可以認(rèn)為酸度就是由水中的強(qiáng)酸H+與游離二氧化碳構(gòu)成. 二、天然水的pH及緩沖性 () 天然水的pH 天然水由于溶解了CO2、HCO3-等酸堿物質(zhì)，使水具有不同的pH。依據(jù)pH，一般將天然水的酸堿性劃分為如下5類： 強(qiáng)酸性 pH10O 大多數(shù)天然水為中性到弱堿性，pH為6.09.0。 淡水pH多在6.58.5， 部分蘇打型湖泊水的pH可達(dá)9.09.5。 海水pH般在8.08.4。 水中生物的光合作用和呼吸作用可引起水pH的變化。動(dòng)植物生物量大的水體，表層水pH有明顯的日變化。早晨天剛亮?xí)rpH較低，下午pH較高。 (池塘、湖泊的動(dòng)植物生物量大) （二（二) )天然水的緩沖性天然水的緩沖

6、性 天然水都有一定的緩沖性。因水中存在以下可以調(diào)節(jié)pH的平衡系統(tǒng)。 1碳酸的一級(jí)與二級(jí)電離平衡 天然水存在碳酸的一級(jí)與二級(jí)電離平衡為： 這兩個(gè)平衡在水中一般都同時(shí)存在。pH8.3時(shí)，則可僅考慮第二個(gè)平衡。在pH8.3附近，兩個(gè)平衡都應(yīng)同時(shí)考慮。為此可采用下式表達(dá)： 2 2 CaCOCaCO3 3的溶解和沉淀平衡的溶解和沉淀平衡 當(dāng)水體系達(dá)到CaC03的溶度積，且水中有CaCO3(s)膠粒懸浮時(shí)，水中存在以下平衡： 這一平衡可調(diào)節(jié)水中CO32-濃度。水中Ca2+含量足夠大時(shí)，可以限制CO32-含量的增加，因而也限制了pH的升高。上述(3)、(4)兩個(gè)平衡可以合并用下面一 個(gè)平衡方程式表達(dá)： 3離子交換緩沖系統(tǒng) 水中的黏土膠粒表面一般都有帶電荷的陰離子或陽離子，多數(shù)為陰離子。這些表面帶負(fù)電的基團(tuán)可以吸附水中的陽離子(如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、H+等)，建立離于交換吸附平衡： 水中其他弱酸鹽如硼酸鹽、硅酸鹽、有機(jī)酸類的鹽等，也存在相應(yīng)電離平衡，也可以調(diào)節(jié)pH。比較起來，由于水中HCO3-含量比其他弱酸鹽大得多，水的緩沖性主要還是靠上述(1)、(2)兩個(gè)平衡系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用。海水由于離子強(qiáng)度很大，水中生成很多離子對(duì)，也對(duì)pH有緩沖作用。 另外水中的Mg2+也可以限制pH的上升幅