第二章 水环境化学 沉淀溶解(2011)VIP免费

第二章水环境化学二、水中无机污染物的迁移转化1.水环境中的固液界面作用2.水环境中的沉淀-溶解作用3.水环境中的配合作用4.水环境中的氧化还原作用2、水环境中的沉淀-溶解作用①沉淀和溶解作用在水环境中的意义②天然水中重要沉淀反应天然水中的某些化学过程①沉淀溶解作用在水环境和水化学中的意义溶解和沉淀是天然水中的重要现象，如矿物的风化溶解过程和水体沉积物的形成；同时，它也是水处理过程的现象。水体中重金属离子与相应的阴离子生成硫化物、碳酸盐等难溶化合物，大大限制了重金属污染物在水体中的扩散范围，可使重金属主要富集于排污口附近的底泥中，降低了重金属离子在水中的迁移能力，在某种意义上这实际净化了水质（虽然水体中重金属并没有消除）。例如，曾经有这样一个调查，俄罗斯北高加索一家铅锌冶炼厂的含铅废水经化学处理后排入河水中，排污口附近水中铅的含量为0.4～0.5mg/L，而在下流500m处铅的含量只有3～4μg/L。其原因有三：(1)含铅废水的稀释、扩散；(2)铅与水中的阴离子生成PbCO3、PbSO4、Pb(OH)2等难溶物；(3)悬浮物和底泥对铅有高度的吸附作用；所以自工厂排放出来的铅主要集中在排污口附近的底泥中。（虽然有可能成为次生污染源。)其它与沉淀/溶解反应有关的水环境化学过程：化学沉淀是形成水体沉积物的原因之一，以下是天然水体中发生化学沉淀的一些实例：富磷的废水进入硬性的水体中，将生成羟基磷灰石沉积物5Ca2++OH-+3PO42-Ca5OH(PO4)3(S)在富CO2的水体中，如果排入大量Ca2+，将生成碳酸钙沉积物，同时放出CO22HCO3-+Ca2+CaCO3(S)+CO2(g)+H2O在光合作用过程中也有类似现象发生：2HCO3-+Ca2++hvCaCO3(S)+｛CH2O｝+O2例一：天然水体中某些物质的沉积过程水体中某些微生物作用与化学沉淀协同进行，如当水体氧化还原电位因外来因素而发生变化时，水中溶解性二价铁离子可被氧化为氢氧化铁沉淀4Fe2++10H2O+O2---->4Fe(OH)3(s)+8H+在水体沉积物厌氧条件下Fe(OH)3可还原为Fe2+，硫酸盐被还原为硫化氢，可生成黑色的FeS沉积物：Fe2++H2SFeS+2H+注：冬季水温较低，硫化氢不易挥发，所以更容易在水体形成黑色的硫化铁沉积物，结合上例中碳酸钙的沉积作用，可以解释为何在水底会出现黑白相间的沉积物分层现象。例二：酸性矿水acidminedrainage富含黄铁矿（pyrite）的煤被采掘时，黄铁矿暴露于空气和水中。黄铁矿氧化生成硫酸2FeS2+7/2O2+2H2OFe2++2HSO42-Fe2++¼O2+1/2H2OFe3++OH-Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+总反应为FeS2+15/2O2+7/2H2OFe(OH)3+2HSO42-棕色沉淀接受了这种酸性矿水的河流pH值可低达3.0！细菌的作用下对于酸性矿水通常的解决措施:用石灰石中和CaCO3(s)+2H++SO42-Ca2++SO42-+H2O+CO2(g)例三：P.261第17题例三：废水处理的应用②天然水中各类沉淀-溶解过程氢氧化物（氧化物）金属氢氧化物沉淀有多种形态，多数为无定型或晶体。氧化物可看成是氢氧化物脱水而成。此过程涉及水解和羟基配合物的平衡过程，与溶液pH值有关。一般说来，如果水体中没有其他配位体，大部分金属离子氢氧化物在pH较高时，其溶解度较小，迁移能力较弱；若水体pH较小，金属氢氧化物的溶解度升高，金属离子的迁移能力也就增大。例如：我们讨论Me2+-H2O体系中的沉淀溶解情况，有以下反应：对于氧化物和氢氧化物都有:Ks0=[Me2+][OH-]2例如：我们讨论Me2+-H2O体系中的沉淀溶解情况，有以下反应Me(OH)n===Men++nOH-溶度积为：Ksp=[Men+][OH-]n[Men+]=Ksp/[OH-]n=Ksp[H+]n/Kwn(Kw为水的溶度积)若溶解后的金属离子不再发生其他化学反应，则在金属氢氧化物的饱和溶液中，金属离子的最大浓度[Men+]即为该金属氢氧化物的溶解度，它与水体的pH有关。将上式两边取负对数可得：-lg[Men+]=npH+pKsp-npKw令pM=-lg[Men+]，则pM=npH+pKsp-14n根据上式及氢氧化物的Ksp可以作出金属离子浓度的对数值与pH值的关系图，称为对数浓度图或简称pM-pH图(上图)。所得结果为一条直线，斜率n即为金属离子的价数，故同价金属离子的直线斜率相同，彼此平行；在给定pH下，斜线与等pH线相交，交点在上方的斜线所代表的Me(OH)n的溶解度大于交点在下方的，即图...