天然水的碳酸平衡原理水的酸度和碱度的概念及计算.ppt

Page  1天然水的碳酸平衡原理水的酸度和碱度的概念及计算￿￿￿￿Still￿waters￿run￿deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深￿￿￿￿Where￿there￿is￿life,￿there￿is￿hope有生命必有希望有生命必有希望Page  2目录目录碳酸平衡碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能天然水体的缓冲性能Page  3目录目录碳酸平衡碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能天然水体的缓冲性能Page  4碳酸平衡碳酸平衡Ø在水体中存在着在水体中存在着COCO2 2、、H H2 2COCO3 3、、 HCOHCO3 3- -、、 COCO3 32-2-等等4 4种物质种物质; ;Ø常把常把COCO2 2和和H H2 2COCO3 3 合并为合并为H H2 2COCO3 3* *; ;Ø实际上实际上H H2 2COCO3 3 的含量极低，主要是的含量极低，主要是溶解性的气体溶解性的气体COCO2 2 因此，水中体系可用以下的反应和平衡常数表示：因此，水中体系可用以下的反应和平衡常数表示：Page  5碳酸平衡碳酸平衡根据根据K K1 1及及K K2 2值，就可以制作以值，就可以制作以pHpH为主要变量的为主要变量的H H2 2COCO3 3* * — HCO— HCO3 3- - — CO— CO3 32-2-体系的形态分布图体系的形态分布图H2CO3*HCO3-CO32-14 6 8 10 12pH碳酸化合物分布图碳酸化合物分布图αα 0.80.60.40.20Page  6碳酸平衡碳酸平衡水中水中CO2、、H2CO3、、 HCO3-、、 CO32-各占多大的比例？各占多大的比例？根据是否考虑根据是否考虑CO2与大气交换过程：与大气交换过程： 封闭体系封闭体系 开放体系开放体系Page  7碳酸平衡碳酸平衡封闭体系封闭体系 假定水中溶解的假定水中溶解的H2CO3*是不挥发性酸，由此组成的是不挥发性酸，由此组成的是封闭碳酸体系。

是封闭碳酸体系 e.g. 海底深处、地下水、锅炉水以及实验室水样海底深处、地下水、锅炉水以及实验室水样Page  8碳酸平衡碳酸平衡在封闭的平衡体系中，用在封闭的平衡体系中，用α0、、α1和和α2分别表示分别表示H2CO3*、、HCO3-、、CO32-在总量中所占的比例，可在总量中所占的比例，可以得到下面三个表达式：以得到下面三个表达式：Page  9碳酸平衡碳酸平衡若用若用CT表示三种碳酸形态的总量，则有：表示三种碳酸形态的总量，则有：若将的若将的K1、、K2表达式带入上页三式中，可得作为表达式带入上页三式中，可得作为酸解离常数和氢离子浓度的函数的形态分数：酸解离常数和氢离子浓度的函数的形态分数：Page  10碳酸平衡碳酸平衡Page  11碳酸平衡碳酸平衡同理可得：同理可得：若溶液反应在数小时内完成，就可应用封闭若溶液反应在数小时内完成，就可应用封闭体系碳酸形态总量的模式加以计算体系碳酸形态总量的模式加以计算Page  12碳酸平衡碳酸平衡开放体系开放体系 开放碳酸体系是指与大气相通的碳酸水溶液体系开放碳酸体系是指与大气相通的碳酸水溶液体系 据亨利定律：据亨利定律：Page  13碳酸平衡碳酸平衡溶液中，碳酸形态的总量为：溶液中，碳酸形态的总量为：Page  14碳酸平衡碳酸平衡两种体系的比较两种体系的比较p封闭体系封闭体系中，中，[ [H2CO3*] ]、、[ [HCO3-] ]和和 [ [CO32-] ]等等随着随着pHpH的变化而变化，但碳酸形态的总量的变化而变化，但碳酸形态的总量CT始始终保持不变。

终保持不变p开放体系中开放体系中，， [ [HCO3-] ]、、[ [CO32-] ]和和CT均均随着随着pHpH的变化而变化，但的变化而变化，但[ [H2CO3*] ]总保持与大气相平总保持与大气相平衡的固定数值衡的固定数值Page  15目录目录碳酸平衡碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能天然水体的缓冲性能Page  16天然水体的酸度天然水体的酸度 酸度酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，即放出即放出H H+ +或经过水解能产生或经过水解能产生H H+ +的物质总量的物质总量构成天然水中酸度的物质可以归纳为三类：构成天然水中酸度的物质可以归纳为三类：1 1）强酸，如：）强酸，如：HClHCl、、HNOHNO3 3等；等；2 2）弱酸，如：）弱酸，如：COCO2 2 、、H H2 2COCO3 3和各种有机酸类；和各种有机酸类；3 3）强酸弱碱盐，如：）强酸弱碱盐，如：FeClFeCl3 3、、AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 3等Page  17天然水体的酸度天然水体的酸度酸度根据指示剂种类和所需碱量不同分为：酸度根据指示剂种类和所需碱量不同分为：总酸度总酸度=[H=[H+ +]+[HCO]+[HCO3 3- -]+2[H]+2[H2 2COCO3 3* *]-[OH]-[OH- -] ]CO2CO2酸度酸度=[H=[H+ +]+[H]+[H2 2COCO3 3* *]-[CO]-[CO3 32-2-]-[OH]-[OH- -] ]无机酸度无机酸度=[H=[H+ +]-[HCO]-[HCO3 3- -]-2[CO]-2[CO3 32-2-]-[OH]-[OH- -] ]Page  18目录目录碳酸平衡碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能天然水体的缓冲性能Page  19天然水体的碱度天然水体的碱度 碱度碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，即能接受即能接受H H+ +的物质总量。

的物质总量构成天然水中碱度的物质可以归纳为三类：构成天然水中碱度的物质可以归纳为三类：1 1）强碱，如：）强碱，如：NaOHNaOH、、Ca(OH)Ca(OH)2 2等；等；2 2）弱碱，如：）弱碱，如：NHNH3 3等；等；3 3）强碱弱酸盐，如：）强碱弱酸盐，如：NaNa2 2COCO3 3、、NaHCONaHCO3 3等Page  20天然水体的碱度天然水体的碱度 碱度根据指示剂种类和所需酸量不同分为：碱度根据指示剂种类和所需酸量不同分为：总碱度总碱度= [HCO= [HCO3 3- -] + 2[CO] + 2[CO3 32-2-] + [OH] + [OH- -] - [H] - [H+ +] ] 酚酞碱度酚酞碱度=[CO=[CO3 32-2-] + [OH] + [OH- -] - [H] - [H2 2COCO3 3* *] - [H] - [H+ +] ] 苛性碱度苛性碱度= [OH= [OH- -] - [HCO] - [HCO3 3- -] - 2[H] - 2[H2 2COCO3 3* *] - [H] - [H+ +] ]Page  21天然水体的碱度天然水体的碱度例题：已知碱度为例题：已知碱度为2.00×102.00×10-3 -3 mol/Lmol/L的水，的水，pHpH为为8.0, 8.0, H H2 2COCO3 3* *的解离常数的解离常数K K1 1=4.45×10=4.45×10-7 -7 ，，K K2 2=4.69×10=4.69×10-11 -11 ，请，请计算该水体中溶解态的计算该水体中溶解态的H H2 2COCO3 3* *、、HCOHCO3 3- - 、、COCO3 32- 2- 、、OHOH- - 、、H H+ +等物质的浓度。

等物质的浓度 解：当解：当pH=8.0pH=8.0时，时，[OH[OH- -]=1.00×10]=1.00×10-6 -6 mol/Lmol/L [H [H+ +]=1.00×10]=1.00×10-8 -8 mol/Lmol/L 总碱度总碱度= [HCO= [HCO3 3- -] + 2[CO] + 2[CO3 32-2-] + [OH] + [OH- -] - [H] - [H+ +] ] 当当pH=8.0pH=8.0时，溶液中时，溶液中COCO3 32-2-浓度远小于浓度远小于HCOHCO3 3- - 浓度浓度 [HCO [HCO3 3- -]=]=碱度碱度=2.00 ×10=2.00 ×10-3 -3 mol/Lmol/LPage  22天然水体的碱度天然水体的碱度根据：根据：[H[H2 2COCO3 3* *] = [HCO] = [HCO3 3- -] [H] [H+ +] / ] / K K1 1 = 4.49 ×10= 4.49 ×10-9 -9 mol/Lmol/L[CO[CO3 32-2-] = ] = K K2 2 [HCO[HCO3 3- -] / [H] / [H+ +] = 9.38 ×10] = 9.38 ×10-6 -6 mol/Lmol/LPage  23目录目录碳酸平衡碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能天然水体的缓冲性能Page  24天然水体的缓冲性能天然水体的缓冲性能 天然水体的天然水体的pHpH一般在一般在6~96~9。

天然水溶解的许多物质使得天然水具有一定的缓天然水溶解的许多物质使得天然水具有一定的缓冲性能，对外来酸碱类物质的影响有一定的抵御冲性能，对外来酸碱类物质的影响有一定的抵御能力，从而使水的能力，从而使水的pHpH维持稳定，不发生显著的变维持稳定，不发生显著的变化碳酸化合物是水体缓冲作用的重要因素因而，碳酸化合物是水体缓冲作用的重要因素因而，人们通常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能人们通常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力Page  25课堂小结课堂小结 掌握碳酸平衡体系原理及其计算掌握碳酸平衡体系原理及其计算 理解酸度、碱度的概念理解酸度、碱度的概念 重点掌握总碱度、酚酞碱度、苛性碱度以及总酸重点掌握总碱度、酚酞碱度、苛性碱度以及总酸 度、度、CO2酸度、无机酸度表达形式，并能够运用计算酸度、无机酸度表达形式，并能够运用计算了解天然水体的缓冲性能了解天然水体的缓冲性能。