1、第二章第二章 天然水的组成和性质天然水的组成和性质Chapter 2 Water Composition&Properties 2.1 水的分子结构与性质 Characteristics of H2O一、水分子的结构一、水分子的结构(两个重要特点两个重要特点）1、水分子有很强的极性、水分子有很强的极性（1）键角）键角104.5（2）电负性）电负性：O：3.5；H：2.1（3）水分子的偶极矩很大，）水分子的偶极矩很大，为为1.84D(德拜德拜）偶极矩偶极矩若正电若正电(或负电或负电)中心上的电荷的电量为中心上的电荷的电量为 q,正正负电中心之间的距离为负电中心之间的距离为 d(称偶极矩长称偶极矩
2、长),则偶则偶极矩为极矩为:qd以德拜以德拜(D)为单位为单位,1D=3.33610-30c.m当当 q=1.6210-19库仑库仑(电子所带电量电子所带电量),d=1.010-10时时,4.8DHIHBrHClNH3H2O乙醚乙醚/D0.380.791.031.661.841.152.2.水分子之间有很强的氢键水分子之间有很强的氢键范德华力：通常小于范德华力：通常小于5kJ/mol氢键：氢键：18.8kJ/molH-O键：键：460kJ/mol 因为每个水分子在正极因为每个水分子在正极一方有两个裸露的一方有两个裸露的氢核氢核，在负极一方有两对在负极一方有两对孤对孤对电子电子，每个水分子可以，
3、每个水分子可以把两个氢核交出，同时把两个氢核交出，同时又可以由两对孤对电子又可以由两对孤对电子接收氢核。接收氢核。每个水分子每个水分子可以可以同邻近同邻近的的 个水分子形成个水分子形成 个个氢键。氢键。44在冰分子在冰分子的结构中，的结构中，氢键的数目达氢键的数目达最高饱最高饱和值和值，使分子排列成，使分子排列成为为六方晶系六方晶系晶格晶格与与液体水分子的结构液体水分子的结构相比相比，冰的，冰的结构较为结构较为疏松，其密度由疏松，其密度由1.0gcm-3降至降至0.92gcm-3。在在4时，水的体积最时，水的体积最小、密度最大。超过小、密度最大。超过或低于此温度时体积或低于此温度时体积都会都会
4、膨胀膨胀（7 7）水的同位素组成）水的同位素组成(P16(P16)自然界中，自然界中，氢有氢有2种稳定同位素，种稳定同位素，H1、H2（称为氘，（称为氘，D）氧有氧有3种稳定同位素，种稳定同位素，O16、O17、O18自然界的水实际上是自然界的水实际上是 种水的混合物。种水的混合物。HO16H HO18H HO17H HO16D HO18D HO17DDO16D DO18D DO17D其中其中，HO16H是常说的普通水分子，是常说的普通水分子，含量为含量为99.745%(摩尔分数），其余为摩尔分数），其余为重重水水9我们该喝什么？我们该喝什么？-重水重水 OR OR 轻水轻水？英研究称喝重水可
5、以延长人10年寿命（图片来自英国每日邮报网站）信息来源：科学网（2008）Super light water 105 500ml,1,250(JPY)=65.25(CNY)由不同的同位素组成的分子之间存在相由不同的同位素组成的分子之间存在相对质量差。这种质量差异所引起的该分对质量差。这种质量差异所引起的该分子在物理和化学性质上的差异，称为子在物理和化学性质上的差异，称为同同位素效应位素效应。如：如：D2O的蒸发热、沸点、表面张力、的蒸发热、沸点、表面张力、密度等都比密度等都比H2O高。高。同位素效应同位素效应 同位素分馏同位素分馏同位素分馏同位素分馏是指在一系统中，某元素是指在一系统中，某元素
6、的同位素以不同的的同位素以不同的比值比值分配到两种物分配到两种物质或物相中的现象质或物相中的现象。一般认为，一般认为，蒸发作用蒸发作用是促成水的同位素分馏的主是促成水的同位素分馏的主要过程要过程。重水重水的蒸汽压比普通水的蒸汽压的蒸汽压比普通水的蒸汽压略略低低在在蒸发蒸发区重水区重水的成分稍高。的成分稍高。雨水雨水中重水的成分中重水的成分较低，南极较低，南极的冰是地的冰是地球上最轻的水球上最轻的水。蒸汽蒸汽压：压：一定温度下，液体和它的蒸汽处于平一定温度下，液体和它的蒸汽处于平衡状态时蒸汽所具有的压力称为衡状态时蒸汽所具有的压力称为饱和蒸汽压，饱和蒸汽压，简称蒸汽简称蒸汽压压自然界中哪个自然界
7、中哪个元素的元素的同位素分馏最大同位素分馏最大？分馏的大小与分馏的大小与同位素相对质量差同位素相对质量差成正比成正比。H和和D的相对质量差是所有元素的同位的相对质量差是所有元素的同位素中最大的，因此自然界中素中最大的，因此自然界中氢同位素分氢同位素分馏也最大馏也最大，一般比其它元素的同位素分，一般比其它元素的同位素分馏大一个数量级馏大一个数量级。如，学者如，学者在研究北京地区在研究北京地区地下热水地下热水北京北京城区东南部城区东南部地下热水地下热水氘氘同位素的浓同位素的浓度（度（D）值为值为-6.33 -7.78城区雨水城区雨水（-6.33 -7.48）河水河水（-6.90 -7.48）浅层地
8、下水浅层地下水（-6.90 -7.48）地下热水地下热水D与城市雨水值与城市雨水值非常非常接近接近北京北京东南部地下热水由大气降水所补给东南部地下热水由大气降水所补给。表达稳定同位素的分馏的参数表达稳定同位素的分馏的参数-值（常用值（常用）国际原子能机构于国际原子能机构于1968年决定采用维也纳标年决定采用维也纳标准平均海水（准平均海水（Vienna standard mean ocean water,V-SMOW）为标准，来定义天然水稳）为标准，来定义天然水稳定同位素的比率相对于定同位素的比率相对于V-SMOW的的千分差千分差。维也纳标准平均海水（维也纳标准平均海水（V-SMOW）是一个假）
9、是一个假想的标准，其想的标准，其“绝对绝对”同位素比值被定义为同位素比值被定义为2H/1H=(155.76 0.10)10-618O/16O=(2005.20 0.43)10-617O/16O=(373 15)10-6100016181618161818SMOWVSMOWVOOOOOOO样品1000SMOWVSMOWVHDHDHDD样品 O18/O16的千分差：的千分差：D/H的千分差：的千分差：反映待测物质中某元素的两种稳定同位素的比值与反映待测物质中某元素的两种稳定同位素的比值与一标准物质中同一元素的两种同位素的比值之间的一标准物质中同一元素的两种同位素的比值之间的差异差异。若一个样品的若
10、一个样品的O18值为值为-5.0，即表示该样品的，即表示该样品的n(18O)/n(16O)值较标准样品的比值低值较标准样品的比值低5/1000水的重要性质及其水的重要性质及其意义意义性质作用和重要性优良的溶剂输送营养物质和排泄物，使水介质中的生物学过程成为可能介电常数比任何一种纯液体都高离子型物质具有高溶解性，在溶液里这些物质易电离表面张力比任何其他液体都高（除汞外）生理学上的控制因素，控制水的滴落和表面现象能透过可见光和紫外光的长波部分无色，使光合作用要求的光能达到水体相当的深度在4时液体密度最大冰浮于水，使垂直循环只在限定的分层水体里进行汽化热比任何其他物质都高决定大气和水体之间热和水分子
11、的转移熔化热比任何其他液体（除氨外）都高冰点时温度稳定比热容比任何其他液体（除氨外）都高对生物的体温和地理区域的气温起稳定作用propertyEffects and SignificanceExcellent solventTransport of nutrients and waste products,making biological processes possible in an aqueous mediumHighest dielectric constant of any common liquidHigh solubility of ionic substances and t
12、heir ionization in solutionHigher surface tension than any other liquidControlling factor in physiology,governs drop and surface phenomenaTransparent to visible and longer-wavelength fraction of ultraviolet lightColorless,allowing light required for photosynthesis to reach considerable depths in bod
13、ies of waterMaximum density as a liquid at 4 CIce floats,vertical circulation restricted in stratified bodies of waterHigher heat of evaporation than any other materialDetermines transfer of heat and water molecules between the atmosphere and bodies of waterHigher latent heat of fusion than any othe
14、r liquid except ammoniaTemperature stabilized at the freezing point of WaterHigher heat capacity than any other liquid except ammoniaStabilization of temperatures of organisms and geographical region三、水的三、水的化学性质化学性质1）水的）水的化学稳定性化学稳定性在在常温、常压下水是化学稳定的，即水很难分解成常温、常压下水是化学稳定的，即水很难分解成H2和和O2。2）水合作用水合作用水分子水分子的
15、强极性使它能与带电荷的离子和分子发生的强极性使它能与带电荷的离子和分子发生相互结合的作用相互结合的作用。如天然水中的镁以如天然水中的镁以Mg(H2O)62+的形式存在。的形式存在。3）水的）水的电离电离水水是一种弱电解质，部分水分子可离解为是一种弱电解质，部分水分子可离解为H+和和OH-25和和1个大气压的条件下，水的离解常数个大气压的条件下，水的离解常数Kw=10-14。4）水解水解水与弱酸阴离子或弱基阳离子反应，造成水水与弱酸阴离子或弱基阳离子反应，造成水溶液中溶液中OH-过剩或过剩或H+过剩的反应，称为水解过剩的反应，称为水解反应反应。水解作用在地质和地球化学过程中十分重水解作用在地质和
16、地球化学过程中十分重要要:（1）增加盐类的溶解度；）增加盐类的溶解度；（2）造成）造成pH缓冲机制；缓冲机制；（3）很多地质过程，如某些成岩作用、成矿）很多地质过程，如某些成岩作用、成矿作用和风化作用，其实质实际上是一种水解作用和风化作用，其实质实际上是一种水解过程过程。2.2 天然水的组成、形成和分类一、天然水的一、天然水的组成组成主要主要离子离子Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+是天然水中含量最多的是天然水中含量最多的8种种离子。它们的含量占天然水中离子总量离子。它们的含量占天然水中离子总量的的95-99%硬度硬度酸酸碱金属碱金属阳离子阳离子Ca2+
17、、Mg2+H+Na+、K+碱度酸根阴离子HCO3-、CO32-、OH-SO42-、NO3-、Cl-TDS=Cl-+SO42-+HCO3-+Na+K+Ca2+Mg2+水的水的总溶解性固体总溶解性固体含量含量（TDSTDS，total dissolved solidstotal dissolved solids）根据世界主要河流河水的元素组成，迄今根据世界主要河流河水的元素组成，迄今对全球河水的平均化学组成已有数次估计。对全球河水的平均化学组成已有数次估计。最新的估计是，全球河水总溶解盐（最新的估计是，全球河水总溶解盐（TDS）的中位数为的中位数为127.6mg/L，流量加权平均为，流量加权平均为
18、93.8mg/L；其中；其中Ca2+为主要阳离子，为主要阳离子，HCO3-为主要阴离子为主要阴离子。Cl-+2SO42-+HCO3-=Na+K+2Ca2+2Mg2+由于水中的阳离子的总当量数等于阴离子总由于水中的阳离子的总当量数等于阴离子总当量数，所以各种离子若以当量数，所以各种离子若以mmol L-1计算时，计算时，则应有则应有：阳离子电荷数：0.072+2.98+2.38+1.54=6.972阴离子电荷数：3.78+2.45+0.9=7.13合理例：某水系水质分析结果如下：离子含量例：某水系水质分析结果如下：离子含量（mmol/L)K+Na+Ca2+Mg2+HCO3-Cl-SO42-0.0
19、72 2.98 1.19 0.77 3.78 2.45 0.45请说明该水系水质分析结果的合理性。请说明该水系水质分析结果的合理性。海海 水水长江宜昌站长江宜昌站(1984年年均值）年年均值）将将K+Na+换算为以换算为以mg/L作单位时一般作单位时一般采用平均摩尔质量采用平均摩尔质量25g/mol。（1）重碳酸根（）重碳酸根（HCO3-）、碳酸根（）、碳酸根（CO32-）HCO3-是天然是天然淡水淡水中所含的主要无机阴中所含的主要无机阴离子离子。来源：碳酸来源：碳酸盐矿物与含有盐矿物与含有CO2的水作用的水作用而形成而形成的的缓冲能力、天然水的缓冲能力、天然水的pH调节、调节、总碱度、总碱度
20、、水的水的肥力肥力（2 2）氯（）氯（ClCl-）来源：来源：各种岩石中氯化物的溶解各种岩石中氯化物的溶解在天然水中分布广泛在天然水中分布广泛含量差别大含量差别大（3）硫酸根（）硫酸根（SO42-）SO42-来源：来源：石膏石膏（CaSO42H2O）的）的沉积岩沉积岩金属硫化物被金属硫化物被氧化氧化成成SO42-；SO2，S，H2S被被氧氧化为化为SO42-；含硫动植物残骸的含硫动植物残骸的分解分解天然水天然水SOSO4 42-2-含量含量各各类硫酸盐的溶解度类硫酸盐的溶解度天然水中若有天然水中若有Ca2+存在时，则将使存在时，则将使SO42-含量含量减少减少但是当天然水中有但是当天然水中有N
21、aCl存在时，可使得存在时，可使得CaSO4溶溶解度增大，这是由于解度增大，这是由于盐效应盐效应的影响的影响。天然水天然水SOSO4 42-2-含量含量环境环境的氧化还原的氧化还原条件条件还原还原条件条件下，下，SO42-被硫酸盐还原菌还原被硫酸盐还原菌还原为为S和和H2S（4）钙（）钙（Ca2+）、镁（）、镁（Mg2+）钙来源：钙来源：含含石膏地层中石膏地层中CaSO42H2O白云石白云石CaCO3MgCO3方解石方解石CaCO3（水水中中CO2作用作用下的溶解下的溶解等）等）钙钙含量差别含量差别很大很大镁来源镁来源白云岩、泥灰岩等风化产物的溶解白云岩、泥灰岩等风化产物的溶解天然水中天然水中
22、Ca2+与与Mg2+的含量的比例关系有一个大致规律：的含量的比例关系有一个大致规律：TDS500mg/L，Ca2+：Mg2+（摩尔摩尔比值）比值）4:12:1TDS1000mg/L，Ca2+：Mg2+2:11:1TDS继续增大，继续增大，Mg2+Ca2+很多很多倍倍咸水咸水中，中，Mg2+超过超过Ca2+水的硬度（水的硬度（P19 表表2-4）天然水的天然水的硬度：硬度：Ca2+、Mg2+1G（德国度）：（德国度）：1L水中含有相当于水中含有相当于l0mg的的CaO，其硬度即为，其硬度即为1个德国个德国度度极软水极软水04软水48中等软水815硬水1630极硬水30以上（5）钠（）钠（Na+）
23、、钾（）、钾（K+）Na+来源：含来源：含钠岩钠岩矿矿淡水淡水Na+来自来自硅铝酸盐（硅铝酸盐（Na2Al2Si6O16）矿物分解矿物分解咸水中咸水中Na+来自来自NaCl的的溶解溶解天然天然水中水中Na+普遍存在。普遍存在。天然水天然水Na+含量差别十分含量差别十分悬殊悬殊钾来源：钾来源：硅铝酸盐（硅铝酸盐（K2Al2Si6O16）矿物分解矿物分解分布分布于酸性岩浆岩及于酸性岩浆岩及石英岩石英岩K+地壳丰度：地壳丰度：2.60%Na+地壳丰度地壳丰度：2.64%相近相近的的化学性质化学性质天然天然水中水中K+的含量为的含量为Na+含量的含量的4%-10%K+容易被土壤胶粒容易被土壤胶粒吸附吸
24、附K+被被植物吸收植物吸收利用利用why？二、天然水中化学成分的二、天然水中化学成分的形成形成(P37)(P37)1、大气、大气淋溶淋溶2、光合作用及水中生物的代谢产物或光合作用及水中生物的代谢产物或尸体腐解尸体腐解产物产物3、工业废水、生活污水与农业退工业废水、生活污水与农业退水水W.Stumm,J.J.Morgan(1981)将将H2O、CO2、O2对各类矿物的化学破坏作用分对各类矿物的化学破坏作用分为三类典型反应为三类典型反应。P38 表表2-17 “典型风化反应典型风化反应”4 4、从岩石、土壤中从岩石、土壤中淋溶淋溶（1 1）同成分溶解反应（均相溶解作用）同成分溶解反应（均相溶解作用
25、）指矿物被纯水或吸收有指矿物被纯水或吸收有COCO2 2的弱酸性水的弱酸性水溶解后全部生成溶解后全部生成溶于水溶于水中的离子和中的离子和分子分子方解石方解石（2 2）异成分溶解反应（非均相溶解作用）异成分溶解反应（非均相溶解作用）指指矿物被纯水或吸收有矿物被纯水或吸收有CO2的弱酸性水的弱酸性水溶解后的产物中既有溶解态物质，同时溶解后的产物中既有溶解态物质，同时又有新生成的又有新生成的固体固体产物产物钾长石钾长石云母云母（3 3）氧化还原）氧化还原反应反应氧化还原是矿物化学风化作用的第三类，氧化还原是矿物化学风化作用的第三类，对天然对天然水溶液的水溶液的pHpH值有显著值有显著影响影响黄铁矿黄
26、铁矿Hu M-H,Stallard R R,Edmond J M.Major ion chemistry of some large Chinese rivers.Nature,1982,298:550-553西方文献中关于我国河流水化学的第一篇论西方文献中关于我国河流水化学的第一篇论文是文是Hu等于等于1981年发表在英国年发表在英国自然自然杂杂志上的志上的“中国大河主要离子化学中国大河主要离子化学”一文。该一文。该文的重要价值在于指出了我国河流的离子组文的重要价值在于指出了我国河流的离子组成主要受成主要受碳酸盐和蒸发盐岩石碳酸盐和蒸发盐岩石溶解作用的影溶解作用的影响，而较少地受响，而较少地
27、受硅酸盐和铝硅酸盐岩石硅酸盐和铝硅酸盐岩石风化风化作用的作用的影响影响（1）天然水中离子之间的）天然水中离子之间的相互作用相互作用硅酸盐与其他盐类的硅酸盐与其他盐类的反应反应碱金属碱金属碳酸盐与其它盐类的碳酸盐与其它盐类的反应反应Mg2+和和K+与其它盐类的与其它盐类的反应反应5、次级反应与交换吸附作用次级反应与交换吸附作用（P39）（2）天然水中的离子与沉积物和土壤）天然水中的离子与沉积物和土壤中吸收性阳离子之间的中吸收性阳离子之间的交换反应交换反应5、次级反应与交换吸附作用次级反应与交换吸附作用（P39）（3）天然水的蒸发浓缩作用）天然水的蒸发浓缩作用在蒸发浓缩过程中，水体所含盐类逐一达到
28、在蒸发浓缩过程中，水体所含盐类逐一达到饱和状态而析出饱和状态而析出。高度。高度蒸发浓缩区域的内陆蒸发浓缩区域的内陆盐湖水多为氯化水盐湖水多为氯化水。（4）天然水的混合）天然水的混合作用作用三、天然水的分类 矿化度：矿化度：水中水中所含无机矿物成分的所含无机矿物成分的含量含量表征表征105110时将水时将水烘干后所得的烘干后所得的残渣残渣水质分析：矿化度水质分析：矿化度 离子总量离子总量-1/2HCO3-在在蒸干过程中发生了如下蒸干过程中发生了如下反应反应矿化度一般只用于天然水的矿化度一般只用于天然水的测定测定（1 1）按按矿化度矿化度的分类的分类O.A.阿列金阿列金提出的按矿化度的分类方案：提
29、出的按矿化度的分类方案：淡水淡水 矿化度矿化度 1g/kg微微咸水咸水 1-25g/kg具具海水盐度的咸水海水盐度的咸水 25-50g/kg盐水盐水（卤水）（卤水）50g/kg最常用的仍是最常用的仍是O.A.阿列金提出的分类方阿列金提出的分类方案。案。因为书上使用当量浓度（以单位电荷因为书上使用当量浓度（以单位电荷形形态态Mn+/n为为基本单位），故基本单位），故PPT（使用（使用摩尔浓度）中的细节处不同于摩尔浓度）中的细节处不同于书书（2 2）按主要离子成分的）按主要离子成分的分类分类（2 2）按主要离子成分的）按主要离子成分的分类分类首先按含量（单位：摩尔浓度）最多的阴首先按含量（单位：摩
30、尔浓度）最多的阴离子把天然水分为三离子把天然水分为三类类：重碳酸盐、硫酸：重碳酸盐、硫酸盐（盐（2SO42-）和氯化物，并分别以）和氯化物，并分别以C、S和和Cl符号符号代表代表其次其次按含量最多的阳离子把天然水再分为按含量最多的阳离子把天然水再分为钙组（钙组（2Ca2+）、镁组（）、镁组（2Mg2+）和钠）和钠组组然后然后每每组组再根据阳离子和阴离子的比例关再根据阳离子和阴离子的比例关系，划分水的不同系，划分水的不同类型类型离子含量（离子含量（mmol/Lmmol/L)型型 HCO3-2Ca2+2Mg2+型型 HCO3-2Ca2+2Mg2+HCO3-+2SO42-型型 HCO3-+2SO42
31、-Na+型型 HCO3-=0型水是弱型水是弱矿化水：水中矿化水：水中含有相当数量含有相当数量的的Na HCONa HCO3 3成分，在某些情况下也可成分，在某些情况下也可能由能由CaCa2+2+交换土壤和沉积物中的交换土壤和沉积物中的NaNa+而而形成，水中主要含有形成，水中主要含有NaNa+与与HCOHCO3 3-；型型 HCOHCO3 3-2Ca 2Ca2+2+2Mg+2Mg2 2+型水为混合起源型水为混合起源水：大多数水：大多数低矿化和低矿化和中矿化的河水、湖水和地下水属于这一中矿化的河水、湖水和地下水属于这一类型；类型；型型 HCOHCO3 3-2Ca 2Ca2+2+2Mg+2Mg2+
32、2+HCO HCO3 3-+2SO2SO4 42-2-型水也是混合起源的水，但具有很型水也是混合起源的水，但具有很高的高的矿化度：水中的矿化度：水中的NaNa+交换出土壤和交换出土壤和沉积物中的沉积物中的CaCa2+2+和和MgMg2+2+。大洋大洋水、海水、海湾水和许多具有高水、海水、海湾水和许多具有高矿化度的矿化度的地下水地下水 型型 HCOHCO3 3-+2SO+2SO4 42-2-2Ca Na Na+型水是酸性水，这是酸性沼泽水、型水是酸性水，这是酸性沼泽水、硫化矿床水和火山水的特点。硫化矿床水和火山水的特点。型型 HCOHCO3 3-=0 0HCO3-Cl-2SO42-Na+2Ca2
33、+2Mg2+HCO3-2Mg2+2Ca2+(3.92)HCO3-+2SO42-(4.68)CNa型 例：某水系水质分析结果如下：离子含量例：某水系水质分析结果如下：离子含量（mmol/L）K+Na+Ca2+Mg2+HCO3-Cl-SO42-0.072 2.98 1.19 0.77 3.78 2.45 0.45 请根据请根据O.A.阿列金分类方案（按优势离子分类）阿列金分类方案（按优势离子分类）判断该水系属哪种类型的水。判断该水系属哪种类型的水。2.3 各类天然水的水质特点P27The water quality characteristics of all kinds of natural w
34、ater一、一、海洋水海洋水ocean water盐度盐度氯度氯度恒恒比定律比定律1、盐度、盐度salinity海水中含盐量的一个标度。海水中含盐量的一个标度。测定盐度的方法，测定盐度的方法，即取一定量的海水样品，加盐酸即取一定量的海水样品，加盐酸酸化后，再加氯水，蒸干后继续升温，最后在酸化后，再加氯水，蒸干后继续升温，最后在480条件下烘至恒重，称量剩余的盐分。条件下烘至恒重，称量剩余的盐分。根据这种测定方法，海水盐度的定义为：根据这种测定方法，海水盐度的定义为：“1千克千克海水中的溴和碘全部被当量的氯置换，而且所有的海水中的溴和碘全部被当量的氯置换，而且所有的碳酸盐都转换成氧化物之后，其所
35、含的无机盐的克碳酸盐都转换成氧化物之后，其所含的无机盐的克数。数。”以符号以符号“S”表示之，单位为克表示之，单位为克/千克。千克。2、氯度、氯度chlorinity1000g海水中，以氯置换溴和碘后，所海水中，以氯置换溴和碘后，所含氯的总克数，以含氯的总克数，以Cl表示表示，单位为，单位为克克/千克千克。S=0.030+1.805Cl3、海水化学组成、海水化学组成常量元素：大于常量元素：大于0.05mmol/kg，有，有11种种阳离子：阳离子：Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Sr2+阴离子：阴离子：Cl-,SO42-,Br-,HCO3-(CO32-),F-(Si例外）例外）分子：分子：HB
36、O3以上占海水总量的以上占海水总量的99%（最简单的人工海水（最简单的人工海水“NaCl+MgSO4”配置）配置）微量元素：微量元素：0.0550mol/kg痕量元素：痕量元素：0.0550nmol/kg和和50pmol/kg营养元素：营养元素：N、P、Si（主要营养盐）、（主要营养盐）、Mn、Fe、Cu、Zn（微量营养盐）等，它们与海洋生物生长密切相关（微量营养盐）等，它们与海洋生物生长密切相关溶解溶解气体：气体：O2、CO2、N2、惰性气体等、惰性气体等有机有机物质物质3、海水化学组成、海水化学组成海水的海水的pH是是8.2左右。左右。海水中主要元素组成之比值大体上恒定海水中主要元素组成之
37、比值大体上恒定不变；不变；MarcetDittmar恒比定律恒比定律MarcetDittmar恒比定律恒比定律即即“尽管各大洋各海区海水的尽管各大洋各海区海水的含盐量含盐量可可能不同，但海水主要溶解成分的含量间能不同，但海水主要溶解成分的含量间有恒定的比值有恒定的比值”，这就是海洋化学上著，这就是海洋化学上著名的名的MarcetDittmar恒比定律恒比定律。海水海水水质化学类型水质化学类型单一，阿单一，阿列金分类中列金分类中的的氯化物类钠组氯化物类钠组型型水水。各大洋和海域的常量成分与氯度的比值是几乎保持恒定各大洋和海域的常量成分与氯度的比值是几乎保持恒定的的海水中主要溶解成分（盐度S=35
38、）主要溶解成分主要溶解成分主要化学物种存在形式主要化学物种存在形式含量含量(g/kg)氯度比值氯度比值Na+Na+10.760.555 56Mg2+Mg2+1.2940.066 80Ca2+Ca2+0.41170.021 25K+K+0.39910.206 0Sr2+Sr2+0.00790.000 41Cl-Cl-19.350.998 94SO42-SO42-、NaSO4-2.7120.140 00HCO3-HCO3-，CO32-，CO20.1420.007 35Br-Br-0.06720.003 74F-F-，MgF+0.001300.000 067H3BO3B(OH)3，B(OH)4-0.
39、02560.001 321）河口区往往不遵循恒比定律；）河口区往往不遵循恒比定律；2）区域性生物活动和地球化学的影响）区域性生物活动和地球化学的影响如：深层和中层水中如：深层和中层水中Ca2+/Cl-或或Sr2+/Cl-比值比值 表层水表层水Ca2+/Cl-或或Sr2+/Cl-大于大于恒比定律特例恒比定律特例恒比定律特例恒比定律特例3）恒比定律不适用于微量或痕量组分；）恒比定律不适用于微量或痕量组分；4）恒比定律没有历史继承性，并非指）恒比定律没有历史继承性，并非指海水之过去和未来都有相似的规律；海水之过去和未来都有相似的规律；二、二、河流河流River河流水质因地区、气候等条件而异，变河流水
40、质因地区、气候等条件而异，变动动幅度很大幅度很大我国河流水化学特性有明显的地带性规我国河流水化学特性有明显的地带性规律，可分为律，可分为4个水化学带。个水化学带。水化学带水化学带河水离子总量河水离子总量和总硬度都很和总硬度都很低，水化学性低，水化学性质稳定，属重质稳定，属重碳酸盐钙、钠碳酸盐钙、钠型极软水区型极软水区河水离子总量为河水离子总量为50-50-400mg/L400mg/L，总硬度，总硬度2.8-8.42.8-8.4G G，属重碳，属重碳酸盐钙钠型软水区酸盐钙钠型软水区重碳酸盐、硫酸盐、氯化物三重碳酸盐、硫酸盐、氯化物三种类型均有出现。离子总量种类型均有出现。离子总量400-1000
41、mg/L400-1000mg/L，总硬度，总硬度8.4-8.4-16.816.8G G，属适度硬水区，属适度硬水区水的矿化度增高，水化学类水的矿化度增高，水化学类型由重碳酸盐类型向硫酸盐、型由重碳酸盐类型向硫酸盐、氯化物类型过渡，属硬水或氯化物类型过渡，属硬水或极硬水区。极硬水区。三、三、湖泊水湖泊水Lake湖泊是陆地表面天然洼陷处流动缓慢而湖泊是陆地表面天然洼陷处流动缓慢而蒸发量大的水体，是由降水、地表及地蒸发量大的水体，是由降水、地表及地下径流所形成。下径流所形成。湖水流动与交换缓慢湖水流动与交换缓慢湖泊水质取决于形成的历史条件和所处湖泊水质取决于形成的历史条件和所处环境的水文、地质环境的
42、水文、地质条件条件湖水湖水流转主要靠风力和密度流转主要靠风力和密度变化变化三、三、湖泊水湖泊水多样性多样性与不与不均匀性均匀性温跃层温跃层，上、下层水质，上、下层水质差异大差异大溶氧、溶氧、pH及营养盐等垂直分布及营养盐等垂直分布1、湖泊的类型、湖泊的类型按湖水含盐量分类按湖水含盐量分类含盐量含盐量1g/L淡水湖淡水湖含盐量含盐量1ST35g/L咸水湖咸水湖含盐量含盐量35g/L盐湖盐湖干旱条件下，湖水蒸发量补给量干旱条件下，湖水蒸发量补给量淡水淡水湖演变成咸水湖或盐湖。湖演变成咸水湖或盐湖。（一）（一）湖泊的类型湖泊的类型2 按湖泊营养盐类型分类按湖泊营养盐类型分类贫营养型贫营养型 初级生产
43、量（初级生产量（O2）低于）低于1g/m2d中营养型中营养型 初级生产量初级生产量14g/m2d富营养富营养型型 初级生产量初级生产量多在多在3-10g/m2d超营养型超营养型 无机氮无机氮含量大于含量大于0.11mol/L，初，初级生产量级生产量多大于多大于10g(O2)/m2d正磷酸盐常被称为活性磷,正磷酸盐指正磷酸（H3PO4）的各种盐：M3PO4、M2HPO4、MH2PO4(M为一价金属离子)。四、四、地下水（地下水（P33）Groundwater（1）地下水）地下水含有几乎所有地壳含有几乎所有地壳元素元素含盐量和主要离子含盐量和主要离子差别很大差别很大营养营养物有机质含量低物有机质含
44、量低溶解气体溶解气体pH变化大变化大四、四、地下水（地下水（P33）Groundwater（2 2）按深度和水文交换情况可分为）按深度和水文交换情况可分为3 3个带：个带：水的积极交替带（上带）：水的积极交替带（上带）：岩层是易于渗透的，岩层是易于渗透的，流动比较活跃，含有控制性的阴离子流动比较活跃，含有控制性的阴离子HCOHCO3 3-，总，总溶解性固体量低；溶解性固体量低；水的缓慢交替带（中间带）：水的缓慢交替带（中间带）：水循环活动性较差；水循环活动性较差；总溶解性固体量较高，含有硫酸根阴离子；总溶解性固体量较高，含有硫酸根阴离子；水的相对停滞带（下带）：水的相对停滞带（下带）：流动异常
45、缓慢，流动异常缓慢，ClCl-浓浓度高、总溶解性固体量高度高、总溶解性固体量高五、五、大气降水大气降水precipitation杂质较少而矿化度很低的软水，杂质较少而矿化度很低的软水，雨水的矿化雨水的矿化度度(含盐量）一般为含盐量）一般为10-100mg/L。含含溶解气体和含氮化合物。溶解气体和含氮化合物。作业作业请请收集任何一份天然水（河流、湖泊、收集任何一份天然水（河流、湖泊、地下水等）的地下水等）的个性个性水化学资料水化学资料(最好是最好是多年平均），对其水化学特征进行分析。多年平均），对其水化学特征进行分析。（绘图说明各离子含量，水的硬度、离（绘图说明各离子含量，水的硬度、离子总量、类型等特征，子总量、类型等特征，A4纸一页纸范纸一页纸范围内围内）
