水体二氧化碳平衡系统及PH..ppt

水体二氧化碳平衡 及PH 本章摘要 n主要介绍天然水中二氧化碳平衡系统及PH n了解影响二氧化碳平衡系统及PH的因素 n熟悉并掌握天然水体的PH对水产养殖的影 响 第一节 二氧化碳平衡系统 n天然水体中存在着大量的碳元素，除少数 以有机态存在外，大部分以溶解在水中的 CO2 ， H2CO3，HCO3-， CO32-的形式存 在 n无机碳化合物的不同形式之间以及它们与 气相中的CO2 ，液相中的H+，水分子和固 相的碳酸盐之间都存在着许多具有内在联 系的物理和化学平衡，这就是二氧化碳平 衡系统 1 二氧化碳的溶解与逸出过程 这是二氧化碳的气液界面的传递过程，静 止的水和搅动的水的传递速率不一样 二氧化碳的溶解和逸出的方向取决于大气 与水体之间的二氧化碳的分压差 2 碳酸的一级与二级电离平衡 CO2＋H2O HCO3－＋H＋ HCO3－ CO32-+H+ 3 CaCO3的溶解、沉积平衡 Ca2++CO32- CaCO3（s） Ca2++ 2HCO3－ CaCO3（s）＋ CO2+H2O n溶解二氧化碳的水合过程和碳酸的脱水过 程比较慢，实际水体中大量容存的是溶解 二氧化碳，碳酸的量很少 n碳酸的电离平衡及CO32- ，HC03-的水解平 衡属于离子反应，速度较快。

n温度升高，压力减少，光合作用剧烈的水 体，有利于CaCO3沉淀的生成，反之，有利 于CaCO3的溶解 二氧化碳的电离平衡 (一)混合平衡常数 二氧化碳溶于水后，大部分CO2以溶解状态存 在，少部分CO2与H20结合成碳酸并电离： 溶解态CO2与未电离的H2CO3合称为游离二氧化 碳，简称碳酸，记为H2CO*用化学式外加方括 号[ ]表示物质的量浓度水中二氧化碳平 衡合并表述为： 这里的电离平衡常数是混合常数，混合常数 是条件常数，数值随盐度而变， 碳酸二级电离平衡的混合平衡常数Ka2.值 ，其表达式为： 水中碳酸根，碳酸氢根，二氧化碳的相对含 量主要取决于PH，大体有五种情况： 见课本44页 第二节 天然水体的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 反应： 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：CO2H20、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、CO32- 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 天然水几种常见酸碱的形态分布 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. 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) n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 （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 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pH<>8.3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+、Mg2+、 H+等)，建立离于交换吸附平衡： 4 有机物缓冲系统 水中存在的有机物如有机酸，蛋白质，腐 殖质等，在水中离解时，他们结构中还有 的羧基或者氨基，在水中与氢离子存在平 衡关系，可以起到调节水中氢离子浓度的 作用 水中其他弱酸盐如硼酸盐、硅酸盐、有机酸类的盐 等，也存在相应电离平衡，也可以调节pH比较起来， 由于水中HCO3-含量比其他弱酸盐大得多，水的缓冲性 主要还是靠上述(1)、(2)两个平衡系统起调节作用海 水由于离子强度很大，水中生成很多离子对，也对pH有 缓冲作用 另外水中的Mg2+也可以限制pH的上升幅度，对于海水 ，这种作用明显如池塘养鱼常采用生石灰清塘这是 用提高水pH的办法来达到杀死野杂鱼和消毒的目的对 于海水池塘，由于大量Mg2+的存在，使海水的pH很难提 高，需要消耗大量的生石灰不太适用海水缓冲性大 n天然水体的PH主要取决于水体中二氧化碳 系统中各成分之间的相对比例，即CO2 , HCO3-， CO32-三者的相对比例 CO2比 例大时，PH较低，水偏酸性， CO32-比例 大时，PH较高，水偏碱性。

某些水体含有 强酸，则这些水的PH决定于强酸的浓度 （三）海水体系的PH 天然海水的PH比较稳定，而且一般呈弱碱性 海水的阳离子一般为强碱性的阳离子，阴离 子一般为弱酸性的阴离子 海水的PH变化范围一般为7.5-8.6之间 三 影响天然水PH变化的因素 n生物因素：水气二氧化碳交换生物光合作 用、呼吸作用 n物理因素：温度，压力，水的混合作用 n化学因素：有机，无机物的氧化还原反 应 ，碳酸盐的沉淀溶解 n n 课本课本4848页页 四 天然海水的PH 和养殖的关系 n氢离子浓度一向被认为是养鱼水质的一个 重要因素，分析养鱼用水的水质时通常都 要测定pH值这是因为氢离子浓度从多个 方面影响到鱼和鱼的生产 n鱼类能够安全生活的pH值范围大致是6～9 ，而最适宜的范围在鲤科鱼类为弱碱性， 即pH值为7～8.5，在鲑科鱼类为中性附近即 pH值为7上下pH值超出一定范围高限为 9.5～10，低限为4～5会直接造成鱼的死亡 npH值在安全范围内，当超出最适范围时也 会对鱼类的生命活动起消极作用，从而影 响到养鱼的成绩。

例如，养鱼的实践证明 鱼在酸性（pH值低于5.5），水体中对传染 性鱼病特别敏感，呼吸困难即使水中并不 缺氧，对饲料的消化率低，生长缓慢 npH值还通过影响其他的环境因子而间接影响到鱼 例如在低pH值下，Fe离子和H2S的浓度都会 增高，而这些成份的毒性又和低pH值有协力作用 ，pH值越低，毒性越大； 另一方面，高的pH值又会增大氨的毒性另 外pH值偏离了中性到弱碱性范围而变得过高或过 低时，都会抑制植物的光合作用和腐败菌的分解 作用；而前者又会影响到水体的氧气状况和鱼类 的呼吸条件，后者又会影响到水中有机质的浓度 pH值还严重影响到水体的生物生产力 npH值的不适宜会破坏水体生产的最重要的物质基 础-磷酸盐和无机氮合物的供应如果水偏碱会形 成难溶的磷酸三钙，偏酸又会形成不溶性的磷酸 铁和磷酸铝都会降低肥效 n在氮的循环中pH值也起重大作用，硝化作用固氮 作用都以弱碱性pH值7.0～8.5最适宜，遇到酸性 或弱碱性条件都会受到抑制， npH值还通过直接影响植物的光合作用和各类微生 物的生命活动，从而影响水体的整个物质代谢 。