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第一章 水化学基础 主要内容和知识点：溶解平衡、碳酸平衡、地下水中络合物的计算、氧化还原作用、吸附作用等 第一节 溶解平衡 地下水系统中，水与含水介质之间发生的水-岩相互作用，是控制地下水化学成分形成和演化的重要作用。溶解—沉淀作用就是其中之一。 溶解—沉淀作用的研究，离不开对各种反应平衡状态的计算和判断。 1 活度（Activity） 理想溶液：溶液中离子之间或分子之间没有相互作用 If a solution of two species A and B has the properties that the energy of interaction between two A molecules is identical to the energy of interaction between an A molecule and a B molecule, or between two B molecules, the solution will be ideal. The activities of both species in an ideal solution will equal their concentrations 理想溶液的理论模型： 各种分子的大小形状相似； 各同种及不同种分子之间的作用势能相近 换句话说，理想溶液中，各离子或分子在反应中都起作用的 地下水是一种多组分的真实溶液，不是理想溶液 在地下水中，离子或分子的行为与理想溶液有一定的差别，水中各种离子或分子之间相互作用（相互碰撞和静电引力），化学反应速度相对减缓，一部分离子在反应中就不起作用了。 因此，用水中各组分的实测浓度进行计算，就会产生一定程度的偏差，为了保证计算的精确度，就必须对水中组分实测浓度加以校正，校正后的浓度就是活度(有效浓度）。 活度不等于浓度 活度和真实浓度（实测浓度）之间的关系 活度系数 单个离子的活度系数可应用热力学模型计算获得，活度系数的计算公式不少，常用的有： Debye-Hükel 方程 Davies 方程 （扩展的Debye-Hükel 方程） Truesdell和Jones 方程 Pitzer 模型 适用于不同离子强度（盐度）的溶液。 Debye-Hükel 方程（1923，离子间的静电作用为基础） γi 为i离子的活度系数； A、B为主要取决于水的温度的常数 ； ai 为与离子水化半径有关的常数； Zi 为第i种离子的电荷数 I 为溶液的离子强度（ mol/L） 离子强度（Ionic strength） I 为溶液的离子强度（ mol/L）； Zi 为第i种离子的电荷数 ； mi 为第i种离子的浓度（mol/L） ！Debye-Hükel公式的适用条件： 实验结果表明，Debye-Hükel公式仅适用于离子强度小于0.1的溶液 Davies 方程 与Debye-Hükel相比，增加了“bI”项, 增加了参数b; 两个公式中的a值不同； 规定次要离子的b值为0 适用于离子强度小于0.5的溶液 Pitzer理论（ 模型） 基于溶液中离子静电反应的概念，应用统计学方法研究离子碰撞的可能性，能够模拟水溶液组分之间的引力和斥力，可以计算浓度高至20 mol/L的离子的活度。 强调：在平衡研究中，固体及纯液体（例如H20）的活度为1。 例: 一水样的化学成分如下表，已知水样温度为25℃ ，求Ca2+和HCO3- 的活度。 （2）计算Ca2+和HCO3- 的活度系数，在25℃的情况下，Debye－Hückel公式为： 2 溶解与沉淀 地下水系统中主要的水文地球化学作用之一。 地下水赋存并运动于含水介质中，地下水中的主要溶解组分通常来源于与水接触的固体物质；地下水中的溶解组分也可通过沉淀作用形成固体物质，或通过吸附作用被吸附到固体表面上。 2.1 溶解作用分类 矿物在地下水中的溶解可分为两种类型：全等溶解和非全等溶解 全等溶解（Congruent dissolution） 指矿物与水接触发生溶解反应时，其反应产物均为溶解组分。例如，方解石（CaCO3）和硬石膏（CaSO4）的溶解即为全等溶解，其溶解反应的产物Ca2+、CO32-和SO42-均为可溶于水的组分。 非全等溶解（Incongruent dissolution） 与上述情形不同，复杂的硅酸盐和