第七章 水溶液地球化学.pptVIP

蜗牛壳文石向方解石转变的地层界线 * * 第七章 水溶液地球化学 第一节 水和水圈 第二节 水溶液和絡合作用 第三节 矿物在水中的溶解和沉淀 第四节 氧化和还原作用 第五节 水溶液－矿物界面 第七章 水溶液地球化学 第一节 水和水圈 一???? 水的分子结构和键合特征 二???? 水的性质 三???? 高温高压下的水 四???? 水圈的组成 五???? 天然水的类型、特征和分布 第七章 水溶液地球化学 第二节 水溶液和络合作用 一???? 酸和基 二???? 水的离解和pH值 三???? CO2在水中的溶解和酸的离解 四???? 水解作用 五???? 海水的pH缓冲 六???? 水溶物种和离子的水合 七???? 络合作用和络合物 第七章 水溶液地球化学 第三节 矿物在水中的溶解和沉淀 一 溶解和溶解度 二 碳酸盐和硫酸盐矿物的溶解和沉淀 三 SiO2矿物的溶解和沉淀 四 卤水和蒸发岩 第七章 水溶液地球化学 一 溶解和溶解度 如果我们把无水石膏晶体CaSO4 (c) 放在水中搅拌，晶体就开始溶解，离解成自由的阳离子Ca2+ 和阴离子SO42- CaSO4 (c) = Ca2+ + SO42- (7-24) 过了一段时间，溶液中Ca2+ 和SO42- 已达到饱和，再增加任何数量的固体CaSO4，自由离子Ca2+、SO42- 的浓度就不会再增加，这时已达到平衡，其平衡常数为 K24 = [Ca2+][SO42-] / [CaSO4(c)] 第七章 水溶液地球化学 一 溶解和溶解度 固体CaSO4离子化的速度，主要取决于固体（晶体）的表面积，如果晶体的颗粒度足够小并保持搅拌，其表面积的作用基本相等。因此，在实际效果上，固体的浓度是相等的。所以，在水溶液地球化学的热力学计算中，把纯固体的浓度看作等于1。换句话说，与水一样，是把它的作用放在平衡常数里考虑。这样，上述平衡常数就可表达为 K24 = [Ca2+][SO42-] 当T = 25℃、P = 1×105Pa时， K24 = 3.4×10-5 = 10-4.46 第七章 水溶液地球化学 一 溶解和溶解度 在本例中，达到平衡时有10-2.23或5.8×10-3 mol/L的CaSO4晶体被离解，生成的[Ca2+]和[SO42-]两种离子浓度同样为10-2.23或5.8×10-3 mol/L，我们把在达到平衡时单位体积溶液中可溶解的固体的摩尔数，称为该固体的溶解度（Solubility）。由于矿物溶解时的平衡常数是生成离子溶解度的乘积，因此该常数又称溶度积常数Ksp（Solubility product）。 第七章 水溶液地球化学 一 溶解和溶解度 显然，平衡常数与溶解度的关系可表达为 K = (溶解度) n, 或溶解度 = K (1/ n) 式中，n为单位分子离解后生成的离子数，本例中n = 2。 第七章 水溶液地球化学 一 溶解和溶解度 在萤石溶解时，CaF2 = Ca2+ + 2F- (7-25) 离解后生成一个Ca2+ 和两个F- ，n = 3。在25℃时，萤石的溶度积常数为Ksp = 10-10.4，由于萤石溶解时，[F-] = 2[Ca2+] K25 = [Ca2+][F-]2 = 10-10.4 = 4[Ca2+]3 ， [Ca2+] = 10-3.7 ， 所以，在25℃时，萤石的溶解度为10-3.7 mol/L或2.0×10-4mol/L。 第七章 水溶液地球化学 一 溶解和溶解度 下面我们来计算在CaCO3–H2O体系中，T = 25℃和与大气CO2相平衡的条件下，求该体系各主要水溶组分的浓度。 第七章 水溶液地球化学 一 溶解和溶解度 已知： CO2 (g) + H2O (l) = H2CO3 (aq) K4 = 10-1.5 (1) H2CO3 (aq) = H+ + HCO3- K5 = 10-6.4 (2) HCO3- = H+ + CO32- K6 = 10-10.3 (3) H2O (l) = H+ + OH- K1 = Kw = 10-14 (4) CaCO3 (