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第四章天然水的pH和酸碱平衡.ppt

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第四章 天然水的pH和酸碱平衡 教学一般要求 掌握:天然水常见酸碱物质的性质。天然水的缓冲原理。混合平衡常数的概念和二氧化碳平衡系统各分量的计算。开放体系与封闭体系二氧化碳平衡的特点。 初步掌握:二氧化碳平衡系统各特征点的概念和质子平衡关系式。天然水pH调整的计算。 了解:各特征点pH的计算。缓冲容量的概念。 初步了解:通次逼近计算法的应用,碳酸分布系数图的绘制。,第一节 天然水的pH 一、天然水中常见的弱碱、弱酸 (一)酸碱的质子理论 酸碱质子理论认为,能给出质子的物质是酸,能结合质子的物质是碱。对于 反应:,左边能给出质子—-酸。右边的除H+外都能结合质子如HCO3-、CO32-、NH3等都是碱,其中HCO3-是两性物质。 酸、碱概念是相对而言的。要看在什么环境(介质)中,我们在水环境化学中,是以水为介质,H3O+为酸,OH—为碱,H2O为两性物质。,二)天然水中常见的酸碱物质 天然水中常见的能解离出质子及与质子结合的物质有:CO2·H20、CO32-、HCO3-、NH4+、、NH3、H2PO4—、PO43-、H2SiO3,HSiO3-、H3BO3、H4BO4等。这些物质在水中可形成如下酸碱平衡。,,,从上述平衡可以看出,HCO3-、H2P04—、HP042—等既是酸,又是碱。因它既可给出(电离)质子,又可结合质子。,上述这些平衡均可受水中H+浓度的影响。H+浓度增加可使上述平衡向左移,H+减少则平衡向右移。反过来说,则是水中酸碱物质的浓度比决定了水的pH。由于一般天然水中所含酸碱物质主要是碳酸盐的几种存在形态,即HCO3-、CO2、CO3-。在水中存在的平衡(1)与(2)左右天然水pH的平衡,其他平衡居次要地位。,图4—1 天然水几种常见酸碱的形态分布,总反应式为:,所以,Fe2+与Fe3+也是天然水中对pH有重要影响的物质。,水中Fe3+因可水解而产生酸:,(三)天然水的酸度酸度指水中能与强碱反应(表现为给出质子)的物质的总量,用1 L水中能与OH-结合的物质的量来表示。天然水中能与强碱反应的物质除H3O+(简记为H+)外,常见的还有H2CO3*、HCO3-、Fe3+、Fe2+、Al3+等,后3种在多数天然水中含量都很小,对构成水酸度的贡献少。某些强酸性矿水、富铁地层的地下水可能含有较多的Fe3+(含氧、强酸)或Fe2+(酸性、缺氧),在构成酸度上就不可忽略。,总酸度:包括了强酸物质与H2CO3*的含量,用酚酞作指示剂,pH 8.3 无机酸度(又称强酸酸度):只包含水中的强酸物质,H2CO3*未参与反应,用甲基橙作指示剂,pH 3.7。 对于比较清洁的天然水,可以认为酸度就是由水中的强酸H+与游离二氧化碳构成.总酸度和无机酸度的概念此时可用下列方程式来表达:,问题:天然水中有哪些常见的酸碱物质?它们在水中如何电离?,二、天然水的pH及缓冲性 (—) 天然水的pH 天然水由于溶解了CO2、HCO3-等酸碱物质,使水具有不同的pH。依据pH,一般将天然水的酸碱性划分为如下5类: 强酸性 pH10.O,大多数天然水为中性到弱碱性,pH为6.0—9.0。淡水pH多在6.5~8.5,部分苏打型湖泊水的pH可达9.0—9.5。 海水pH—般在8.0~8.4。水中生物的光合作用和呼吸作用可引起水pH的变化。动植物生物量大的水体,表层水pH有明显的日变化。早晨天刚亮时pH较低,下午pH较高。 (池塘、湖泊的动植物生物量大),地下水由于溶有较多的CO2,pH一般较低,呈弱酸性。某些铁矿矿坑积水,由于FeS2的氧化、水解,水的pH可能成强酸性,有的pH甚至可低至2--3。这是很特殊的情况,问题:天然水的pH一般为多少?为什么池塘、湖泊的pH一般有明显的日变化?,(二)天然水的缓冲性 天然水都有一定的缓冲性。因水中存在以下3个可以调节pH的平衡系统。 1.碳酸的一级与二级电离平衡 天然水存在碳酸的一级与二级电离平衡为:,这两个平衡在水中一般都同时存在。pH8.3时,则可仅考虑第二个平衡。在pH8.3附近,两个平衡都应同时考虑。为此可采用下式表达:,2. CaCO3的溶解和沉淀平衡 当水体系达到CaC03的溶度积,且水中有CaCO3(s)胶粒悬浮时,水中存在以下平衡:,这一平衡可调节水中CO32-浓度。水中Ca2+含量足够大时,可以限制CO32-含量的增加,因而也限制了pH的升高。上述(3)、(4)两个平衡可以合并用下面一 个平衡方程式表达:,,3.离子交换缓冲系统 水中的黏土胶粒表面一般都有带电荷的阴离子或阳离子,多数为阴离子。这些表面带负电的基团可以吸附水中的阳离子(如K+、Na+、Ca2+、Mg
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