[农学]水环境化学4-化学动力学.pptVIP

第四章 天然水中的化学平衡 估算降解泄露化学物质的时间？ 一个建议的微生物转化热力学上可行吗? 热力学动力学在水环境化学中的应用 一 化学动力学 化学动力学 １　化学反应速率的定义及其表示方法 对于均匀体系的恒容（V不变）反应，习惯用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，而且习惯取正值。 例如：2H2O2=== 2H2O + O2 不同时间间隔里,反应的 不同且三个式子都表示同一化学反应的速率，但采用不同物质的浓度变化来表示时，其数值不一定相同，但它们之间有内在联系： 2　化学反应的速率方程 速率方程(rate equation of chemical reaction) －浓度对反应速率的影响 质量作用定律 反应机理 反应级数 3、零级反应（zero order reaction） 零级反应的半衰期（half－life time）方程 一级反应的微分速率方程 ---differential rate equation of first order reaction） 一级反应的积分速率方程 浓度随时间以指数形式降低下降 浓度的对数与时间的关系是线性的 一级反应的半衰期（half－life time）方程 一级反应的特点 5、二级反应 估算降解泄露化学物质的时间？ 4、经验速率方程 例：有机物生物氧化降解反应的经验速率方程 1944年，Streeter and Phelps指出： 二 化学热力学 化学反应的方向和限度 本部分学习判别反应方向和计算反应达到平衡时水中组分浓度的方法. 1、化学平衡 勒 夏特列原理的内容 2、化学反应的方向 等温等压的封闭体系内，不作非体积功的前提下，任何自发过程总是朝着吉布斯自由能（G=H-TS）减小的方向进行， =0时，反应达平衡，体系的G降低到最小值，此式为著名的吉布斯最小自由能原理。 热化学反应方向的判断 热力学上规定了物质的“标准态” 在标准态，298.15K下， 2）非标准态吉布斯自由能变（ ）的计算及反应方向判断 注 意 一个建议的微生物转化热力学上可行吗? 作 业 作业2 3、 水溶液中离子的非理想行为 在电解质溶液中，由于荷电离子之间以及离子和溶剂间的相互作用，使得离子在化学反应中表现出的有效浓度与其真实浓度间有差别。离子在化学反应中起作用的有效浓度称为离子的活度。 例：测得某天然淡水中 经验方法求离子强度 TDS求离子强度 德拜-休克尔（Debye-Hdükel）理论 一、化学平衡计算 1、质量平衡(mass balance) 对于一个均匀的封闭体系，包含A的各物种的浓度之和不变，即总浓度不变，有： 式中CT,A－包含A物种的总浓度； C1,A,C2,A,…，Cn,A－包含A的各物种浓度。 1、质量平衡(mass balance) 2、电荷平衡(charge balance) 电荷平衡也称为电中性方程(electroneutrality equation)。电荷平衡的基础是所有的溶液都必须是电中性的，一种溶液不可能只有带正电荷的物种或只有带负电荷的物种，溶液中正电荷的总数必须等于负电荷的总数。 2、电荷平衡(charge balance) 3、质子转移关系式(proton condition) 当酸或碱进入水中后便有质子转移，达到平衡时，质子得失应该是平衡的，用通俗的话说就是质子是收支平衡的。可用下式表达： 3、质子转移关系式(proton condition) 3、质子转移关系式(proton condition) 作业 3 化学动力学的理论对于水化学来说很重要，因为在研究天然水行为和设计水处理方案时，起决定作用的因素常常是反应速率，而不是平衡常数，特别是涉及氧化-还原、沉淀溶解度反应，处于非平衡状态的情况非常普遍。 例如硫化物与氧的反应，根据平衡计算原则，硫化物不可能出现在含有DO的水中，但实测中发现在DO达3mg/L的水中仍可检出硫化物，这是因为在稀溶液中，氧和硫化物之间的反应速率并不快。 羟基磷灰石，分子式为Ca5(PO4)3OH，是热力学状态稳定的固体磷酸钙，它的溶度积非常小Ksp=[Ca2+]5[PO43-]3[OH]=10-55.9，假定pH=7，则[Ca2+]=1mmol/L=10-3mol/l；[PO43-]=1×10-11mol/L=3×10-7mgP/L(标准0.01mg/L)，根据计算，天然水体中P含量很低，人们不必担心P引起的富营养化问题，我国湖泊和近海存在严重的富营养化，这是因为形成羟基磷灰石固体的速率非常缓慢。 化学反应速率差别悬殊，反应快的10-12s完成，慢的亿万年。催化剂可加快反应速