第4章天然水环境化学1.pptVIP

代入3-1，3-2，3-3式中，可得到作为酸解离常数和氢离子浓度的函数的形态分数=[H2CO3*]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝（3-1）=[HCO3-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝（3-2）=[CO32-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝（3-3）是pH的函数第94页，共146页，星期日，2025年，2月5日根据,,值，就可以制作以pH为主要变量的H2CO3*-HCO3--CO32-体系的形态分布图。封闭体系碳酸平衡分布图(α-pH)第95页，共146页，星期日，2025年，2月5日以上讨论没有考虑水溶液中的溶解性CO2(aq)与大气交换过程，将CO2(aq)作为不挥发性处理，即将水中溶解的[H2CO3*]作为不挥发酸，由此构成了封闭的体系，因而属于封闭的水溶液体系的情况。在海底深处，地下水（一些封闭的岩溶洞）、锅炉水和实验室水样中可能遇见这样的体系。第96页，共146页，星期日，2025年，2月5日实际上，根据气体交换动力学，大气中的CO2与CO2(aq)是不断地进行着交换的，并最终达到平衡。两者在气液界面的平衡时间需数日至一年之久。开放体系可以用下面的反应和常数表示开放体系的碳酸平衡第97页，共146页，星期日，2025年，2月5日[CO2(aq)]+[H2CO3]=[H2CO3*]≈[CO2(aq)]CO2（g）CO2（aq）KHH2CO3*H++HCO3-K1HCO3-H++CO32-K2CO2（aq）+H2OH2CO3K0常把CO2(aq)和H2CO3合并为H2CO3*，实际上H2CO3含量极低，主要是溶解性CO2(aq)。即所以，实际上,开放体系中我们只考虑此3个反应平衡第98页，共146页，星期日，2025年，2月5日溶解性CO2(aq)浓度可以根据亨利定律近似计算：[H2CO3*]≈[CO2(aq)]=KHPCO2根据[H2CO3*]=CTα0第99页，共146页，星期日，2025年，2月5日[H2CO3*]≈[CO2(aq)]=KHPCO2再加上前面得出的对以上各形态的浓度取对数，得推导第100页，共146页，星期日，2025年，2月5日lg[H2CO3*]=lg[CO2(aq)]=lgKH+lgPco2=-5lg[HCO3-]=lgK1+lg[H2CO3*]+pH=-11.35+pHlg[CO32-]=lgK1+lgK2+lg[H2CO3*]+2pH=-21.68+2pH根据这3个方程，可以作出开放体系中各形态的lgc—pH图第101页，共146页，星期日，2025年，2月5日开放体系的碳酸平衡lg[H2CO3*]=-5斜率为0lg[CO32-]=-21.68+2pH斜率为2lg[HCO3-]=-11.35+pH斜率为1CT是以三条线为渐近线的一条曲线。第102页，共146页，星期日，2025年，2月5日根据lgc—pH图：pH6，溶液中主要是[H2CO3*]pH在6-10.3之间，溶液中主要是[HCO3-]当pH10.3，溶液中主要是[CO32-]。第103页，共146页，星期日，2025年，2月5日封闭体系开放体系第104页，共146页，星期日，2025年，2月5日随pH变化情况封闭体系开放体系[H2CO3*]随pH而改变始终不变，保持与大气相平衡的固定数值[HCO3-]随pH而改变随pH而改变[CO32-]随pH而改变随pH而改变总碳酸量CT始终不变变化的，随pH的增大而增加表3-2封闭体系与开放体系碳酸平衡的比较第105页，共146页，星期日，2025年，2月5日例3：自然情况下水体中的碳酸平衡所以在lgc—pH图上：lg[H2CO3*]=-5解：已知干空气中CO2的含量为0.0314%（体积分数），查表得水在25℃时蒸气压为0.03167×105Pa，CO2的亨利定律常数是3.34×10-7mol/(L·Pa)(25℃)。[H2CO3*]≈[CO2(aq)]=KHPCO2=3.34×10-7molL-1Pa-1×(1.01325-0.03167)