酸度和碱度

天然水体中存在着多量弱酸（如碳酸、硅酸、硼酸、乙酸等），强酸弱碱盐（如硫酸铝、氯化铁等），有时还可能出现某些强酸（如盐酸、硫酸、硝酸等），它们都对水系统提供酸度，其酸度值决定于这些组分的数量和它们的离解程度。可以将总酸度分为离子酸度和后备酸度两部分，前者由 H+质子提供并与水样的 pH 值相应，后者与水系统的缓冲能力相关。

天然水体中还存在着多量弱碱（如 NH3、C6H5NH2 等），强碱弱酸盐（如碳酸盐、碳酸氢盐及硼酸、硅酸、磷酸、乙酸、腐植酸等的盐类），有时还

可能出现某些强碱（如氢氧化钠、氢氧化钙等），它们都对水系统提供碱度， 其碱度值决定于这些组分的数量和它们的离解程度。

碱度被定义为：凡在水中离解或水解后生成可与强酸（H+）反应的物质总量称为水的碱度。相应地定义酸度为水中能与强碱（OH-）反应的物质总量。考虑到水中很多物质（如 HCO -是其一）兼能与强酸和强碱发生反应，碱度和

酸度在定义上有交互重叠部分，所以除了 pH＜4.5 的水样外，一般使用了碱度就不再用酸度表示水样的酸碱性。

碱度和酸度是水体缓冲能力的测度，天然水体可受纳酸碱废水的容量受这类参数的制约。此外，各类工业用水、农田灌溉水或饮用水等都有一个适宜的碱度（或酸度）数值范围。

以下将天然水体近似看作纯碳酸体系，对它的酸度和碱度作进一步论述。向含碳酸的清水中加入强酸或强碱，一方面可引起溶液 pH 值改变，另一方面也促使碳酸平衡综合式（见表 4-5）向左或向右移动，这样就引起碳酸存在形态的转化，这种变化就是图 4-7 中反映的三种碳酸比例变化曲线。一般清水中含碳酸的总量约在 2×10 -mol/L 左右，以此浓度绘制中和曲线如图

4-9 所示。

如图，假定有一个 pH 小于 4.5 的水样，当以甲基橙作指示剂并用标准碱溶液进行中和滴定到 pH=4.5（指示剂由红色转为黄色）时，所耗用标准碱液的体积数即相当于“无机酸度”。这时水样中的强酸成分全部被碱液中和。向水样加入酚酞指示剂后，继续中和滴定到 pH=8.3（指示剂由无色转为红色）时，第二次滴定耗用的标准碱液的体积数相当于“游离 CO2 酸度”。在这个过程中，由原水样中 H2CO3*所提供的酸度按以下反应被碱液中和：

H2CO3*＋OH－→HCO3-＋H2O

无机酸度和游离 CO2 酸度之和合称酚酞酸度。对原水样继续作第三次滴定，达到 pH=10.8 时所耗用的标准碱液体积数与前两次滴定所耗体积数之和相当于水样的“总酸度”。在这个 pH 值下，水样中可与滴定碱液相作用的酸性物质全部被中和，但由于中和曲线在此点没有明显突跃，也没有适宜的酸碱指示剂可用于确定终点，所以这项“总酸度”只能是理论性的，一般并不进行这种测定。在第三次滴定中发生的反应为：

HCO3-＋OH-→CO32-＋H2O

另假定有一个 pH＞10.8 的水样，当用标准酸溶液进行中和滴定到pH=10.8 时，所耗用的标准酸体积数相当于“苛性碱度”，这时水样中的强碱性成分全部被酸液中和。但由于同上述总酸度不可实测的同样原因，苛性碱度也是无法测定的。向水样加入酚酞指示剂后，继续中和滴定到 pH=8.3（指示剂由红色转为无色）时，两次滴定耗用标准酸的体积数之和相当于水样的“酚酞碱度”。在第二次滴定过程中发生如下反应：

CO32-＋H+→HCO3-

向水样加入甲基橙指示剂后，继续中和滴定到 pH=4.5（指示剂由黄色转为红色）时，则三次滴定耗用标准酸体积数的总和就相当于“总碱度”或称为“甲基橙碱度”。在第三次滴定过程中发生如下反应：

到此为止，水样中可与滴定酸液相作用的碱性物质全部被中和。各国惯用的酸度和碱度单位不尽一致（参见表 4-5 注），应用时要注意区分，并掌握各单位间的转换关系。

按上述，酚酞碱度、甲基橙碱度（即总碱度）是经采得水样后可实际测定的水质指标。但将对碱度有贡献的苛性碱度（OH-）、碳酸盐碱度（CO 2-）

和重碳酸盐碱度（HCO -）三者从总碱度中区分开来会具有更大实用意义。为

此，已提出多种可供使用的方法。这里介绍的是通过实测 pH 和总碱度 Alk 值而后求得这三种碱度的平衡计算法。现限定温度为 25 ℃，且以mol[CaCO3]/L 作碱度单位。由实测 pH 值首先可求得

苛性碱度 [OH-]=10（pH-pKw）=10（pH-14.00） 以 mol[CaCO3]/L 为单位的总碱度定义式为：

[Alk] = [CO 2− ] + 1 [HCO− ] + 1 [OH − ] − 1 [H + ] (4 − 23)

3 2 3 2 2

此外，由 Kc2 定义式可得

Kc [HCO − ]

[CO2− ] = 2 3

3 [ H+ ]

将以上两式归并整理后可得如下两计算式：

重碳酸盐碱度 [HCO − ] =

2[Alk] − [OH− ] + [H+ ]

2Kc2 + 1 [H + ]

(4 − 24)

碳酸盐碱度 [CO2− ] =

2[Alk] − [OH− ] + [H + ]

[ H+ ]

(4 - 25)

2 + Kc

在以上计算式中，如要同时考虑温度、离子强度等校正因素，则计算会变得非常复杂。为解决这个问题，在参考资料 2 中提供了使用便利的列线图。