20xx人教版高中化學(xué)必修一第1章第2節(jié)化學(xué)計量在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用復(fù)習(xí)課(已改無錯字)
2023-01-21 15:11:49 本頁面
【正文】 蹤海水的運(yùn)動，海水化學(xué)成分的分析也有助于確定其運(yùn)動和來源；生 物海洋學(xué)研究海洋初級生產(chǎn)力必須借助化學(xué)手段；化學(xué)海洋學(xué)對海洋沉積和海水 —底質(zhì)的物質(zhì)交換研究，則是海洋地質(zhì)學(xué)的重要組成部分。 海水是一種非常復(fù)雜的多組分水溶液，海水中各種元素都以一定的物理化學(xué)形態(tài)存在。在海水中銅的存在形式較為復(fù)雜，大部分是以有機(jī)絡(luò)合物形式存在的。在自由離子中僅有一小部分以二價正離子形式存在，大部分都是以負(fù)離子絡(luò)合物出現(xiàn)。自由銅離子僅占全部溶解銅的一小部分。海水中有含量極為豐富的鈉，但其化學(xué)行為非常簡單，它幾乎全部以 Na+形式存在。 海水中溶解的有機(jī)物十分復(fù) 雜，主要是一種叫做 “海洋腐殖質(zhì) ”的物質(zhì)，它的性質(zhì)與土壤中植被分解生成的腐殖酸和富敏酸類似。海洋腐殖質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)還沒有完全確定，但是它與金屬能形成強(qiáng)絡(luò)合物。 海水中的成分可以劃分為五類： (大量、常量元素 )：指海水中濃度大于 1106 mg/kg的成分。屬于此類的有陽離子 Na+、 K+、 Ca2+、 Mg2+和 Sr2+五種，陰離子有 Cl、 ?24SO 、 Br、 ?3HCO （ ?23CO ）， F五種，還有以分子形式存在的 H3BO3，其總和占海水鹽分的 ％。所以稱為主要成分。 由于這些成分在海水中的含量較大，各成分的濃 度比例近似恒定，生物活動和總鹽度變化對其影響都不大，所以稱為保守元素。 海水中的 Si含量有時也大于 1 mg/kg，但是由于其濃度受生物活動影響較大，性質(zhì)不穩(wěn)定，屬于非保守元素，因此討論主要成分時不包括 Si。 ，如氧、氮及惰性氣體等。 (營養(yǎng)鹽、生源元素 )：主要是與海洋植物生長有關(guān)的元素，通常是指 N、 P 及 Si等。這些元素在海水中的含量經(jīng)常受到植物活動的影響，其含量很低時，會限制植物的正常生長，所以這些元素對生物有重要意義。 ：在海水中含量很低，但又不屬于營養(yǎng)元素者 。 ：如氨基酸、腐殖質(zhì)、葉綠素等。 一、性質(zhì)與溶存形式 海水中溶解有各種鹽分，海水鹽分的成因是一個復(fù)雜的問題，與地球的起源、海洋的形成及演變過程有關(guān)。一般認(rèn)為鹽分主要來源于地殼巖石風(fēng)化產(chǎn)物及火山噴出物。另外，全球的河流每年向海洋輸送 1015g 溶解鹽，這也是海水鹽分來源之一。從其來源看，海水中似乎應(yīng)該含有地球上的所有元素，但是，由于分析水平所限，目前已經(jīng)測定的僅有 80 多種?，F(xiàn)將其中重要的一些元素列于下表中。 海水中最重要的溶解元素的化學(xué)形態(tài)和濃度 元素 平均濃度 范圍 單位（每 kg海水） 主要存在形態(tài) ① Li 174 ② μg Li+ B ② mg H3BO3 C 24~30 mg ?3HCO ， ?23CO N② 420 ＜ 1~630 μg ?3NO F ② mg F， MgF+ Na ② g Na+ Mg ② g Mg2+ Al 540 ＜ 10~1200 ng Al ?4)(OH ， Al(OH)3 Si ＜ ~5 mg H4SiO4 P 70 ＜ ~110 μg ?24HPO ，?4NaHPO ，MgHPO4 S ② g ?24SO ， ?4NaSO ，MgSO4 Cl ② g Cl K ② g K+ Ca ② g Ca2+ Mn 14 5~200 ng Mn2+， MnCl+ Fe 55 5~140 ng Fe(OH)3 Ni ~ μg Ni2+， NiCO3， NiCl+ Cu ~ μg CuCO3， CuOH+，Cu2+ Zn ＜ ~ μg Zn2+， ZnOH+，ZnCO3， ZnCl+ As ~ μg HA ?24SO Br 67 ② mg Br Rb 120 ② μg Rb+ Sr ② mg Sr2+ Cd 80 ~120 ng CdCl2 I 50 25~65 ng ?3IO Csp ② μg Cs+ Ba 14 4~20 μg Ba2+ Hg 1 ~2 ng ?24HgCl Pb 2 1~35③ ng PbCO3，Pb ?233)(CO ， PbCl+ U ② Μg UO2 ?433)(CO ① 指氧化水體中的無機(jī)形態(tài)。 ② 濃度對于化合的氮元素也以氮?dú)庑问酱嬖凇? ③ 濃度受到大氣中含鉛汽油燃燒影響 。 表中較高濃度的組分基本上代表了其在海水中的平均濃度，一些低含量成分由于測定困難，測定過的樣本不多，難以代表其平均濃度。表中還反映出逗留時間長的元素在海水中的含量也高，如果把含量填寫入元素周期表，大致可以看到如下規(guī)律：除零族稀有氣體外，周期表兩端的元素含量較高。如 Ⅰ A， Ⅱ A， Ⅶ A 及 Ⅵ A 族；同族元素從第三周期開始隨原子序數(shù)增加而減少。 Ⅰ A， Ⅱ A和 Ⅶ A三族元素的 logC(C 以 mmol/kg表示 )與原子序數(shù)成線性關(guān)系。某些副族元素也有類似現(xiàn)象。過渡元素在海水中含量都較低，包括植物生長的營養(yǎng)元素和一些必需 的微量元素都集中在這個區(qū)域。 表 1 中列舉了幾乎所有主要元素的無機(jī)形態(tài)。對于元素的化學(xué)形態(tài)的了解是十分重要的，因?yàn)樗鼘τ谠卦诤Ｋ械姆磻?yīng)有決定作用。例如，銅對于浮游生物的作用就是與自由的二價銅離子濃度有關(guān)，而非與總的銅濃度有關(guān)。在化學(xué)分析中，一般不區(qū)分化學(xué)形態(tài)，所以一般的溶解態(tài)濃度就是指離子或元素的總濃度。 化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展很大程度上依賴于分析化學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多感興趣的金屬在海水中含量極低，只有用靈敏的測試儀器和技術(shù)并避免樣品采集和分析過程中的污染才能夠測定。 二、元素在海水中的逗留時間 元素在海水中并非永久留存，河流不斷把鹽分輸送到海洋，海水中的元素又不斷向海底沉積。不同的元素轉(zhuǎn)移到沉積中間的速度是不同的，例如，河水中 Ca2+含量比 Na+高，而進(jìn)入海洋之后， Na+的含量比 Ca2+高得多。這說明 Ca2+比 Na+更容易進(jìn)入沉積物。為了解不同元素在海水中間可以停留的時間和轉(zhuǎn)移速率， Barth(1952)提出海水中元素的逗留時間 (T)的概念，其定義為 T=量該元素每年進(jìn)入海洋的 海水中某元素的總量 T 的意義是：元素以固定的速率向海洋輸送，如果要把全部海水中該元素置換出來所需的平均時間。 海水的成分被認(rèn)為處于穩(wěn)定狀態(tài)，即元素的含量不隨時間 改變。這樣，元素進(jìn)入海水的速率應(yīng)當(dāng)?shù)扔趶暮Ｋ休敵龅乃俾?，可以用下列模式表示? M 為海水中某元素的總量， Q 為輸入速率， R 為輸出速率，于是有dtdM=QR 處于穩(wěn)定狀態(tài)時，dtdM=0，即 Q=R 海水中的元素輸出與元素的含量成正比： R=kM(k 為輸出速率常數(shù) ) QkM=0,即QMk?1=r 即元素的逗留時間等于元素輸出速率常數(shù)的倒數(shù)。 海水中一些元素的逗留時間列于下表中。 海水中一些元素的逗留時間 元素 log T 元素 log T 元素 log T 元素 log T H Cl As 5 Hg 5 Li K Se 4 Pb() Be (2) Ca Br 8 Ra B Sc Rb Th (2) C Ti 4 Zr 5 U N V 5 Mo 5 O Cr 3 Ag 5 F Mn 4 Cd Na Fe 2 Sd 4 Mg Co I 6 Al 1 Ni 4 Cs Si Cu 4 Ba P 4 Zn 4 La S Ga 4 Au 5 下面舉兩個計算示例。 (1)海洋中水分子的逗留時間：海洋的平均深度為 4 000 m，全球河流的徑流量折算為海洋水位是 13 cm/a，所以 OHT2=4 000/≈3104(年 )。 有人在計算時采用河流的徑流量為 10 cm/a，得到的結(jié)果為 40104年。 還可以從海水的總體積和徑流量計算，即 OHT2 =1021(1016)≈3104(年 ) (4－ 6) (2)海水中鈣的逗留時間：海水中總 Ca2+含量為 1020g，河水中 鈣的平均濃度為 15103g /dm3，河流徑流量為 1016 kg/a。 TCa=1020/(1510－ 31016)≈106(年 ) (4－ 7) 也可以根據(jù)元素從海水中的輸出量計算，但是由于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度不夠，都只能得到近似的結(jié)果。海水中元素的逗留時間大致在 102～ 108年之間。 海水的更新時間在溫躍層 (平均 100
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