《水化學》全面地介紹了水化學的基本理論及水污染控制所涉及的物化技術的基礎理論。全書包括水化學概論、化學動力學、酸堿化學、配位化學、沉淀和溶解、吸附、氧化還原、光化學共8章。書中理論深入淺出，實例豐富生動。值得一提的是，第3章到第8章的最后一節(jié)都討論了所學理論如何在水污染控制實踐中應用，可助力學生明確學習目標。
本書可作為環(huán)境科學、環(huán)境工程、給水排水工程等專業(yè)的專業(yè)基礎課教材，同時也可供從事給水排水工程、環(huán)境工程等專業(yè)設計、運行管理的人員及水污染控制領域的科研工作者參考使用。

關小紅，華東師范大學生態(tài)與環(huán)境科學學院，教授，博導，國家杰出青年科學基金獲得者，研究方向為水污染控制化學。獲授權中國發(fā)明專利8項；獲教育部自然科學二等獎1項（2/4；2019）、重慶市自然科學二等獎1項（2/5；2021）、紫金全興環(huán)境基金青年學者獎（2020）、ES&T的Super Reviewer Award（2021）；曾任Water Res.、J. Hazard. Mater.和Water Environ. Res.等多個期刊的副主編，擔任Environ. Sci. Tech. Let.在內的多個中英文期刊的編委，在多個學術組織任常務理事或委員。主持了包括8項國家自然基金和重點研發(fā)計劃課題在內的項目20余項。

水是生態(tài)環(huán)境的基本要素之一，在經濟建設、社會發(fā)展和人民生活中發(fā)揮著重要的作用。黨的二十大報告全面總結了我國生態(tài)文明建設取得的成就，同時報告提出“我們堅持綠水青山就是金山銀山的理念”和“促進人與自然和諧共生”。作為一門交叉學科，水化學不僅研究水中各種無機和有機化合物之間的化學作用，還與生態(tài)環(huán)境、公共健康及可持續(xù)發(fā)展密切相關。這使得水化學在實現經濟發(fā)展與生態(tài)保護的平衡中，發(fā)揮著不可或缺的作用。
水化學涵蓋的內容廣泛，影響深遠。隨著社會的快速發(fā)展和人口的不斷增加，水資源的短缺和水污染問題日益突出，這不僅威脅到生態(tài)安全，也給經濟和社會的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。因此，學習水化學，對于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和社會責任感具有重要的奠基作用。
本書可作為環(huán)境科學、環(huán)境工程、給水排水工程等專業(yè)的專業(yè)基礎課教材，同時也可供從事給水排水工程、環(huán)境工程等專業(yè)設計、運行管理的人員及水污染控制領域的科研工作者參考使用。書中系統(tǒng)介紹了水化學的基礎理論知識，并力圖完整展示水化學涉及的重點內容與新技術。通過學習，學生不僅可以全面掌握水化學相關的理論知識，更能理解水化學在水污染控制技術中的應用，從而增強解決實際問題的能力。
在全球面臨水資源危機和生態(tài)環(huán)境挑戰(zhàn)的今天，學習水化學不僅是掌握一門專業(yè)知識，更是肩負起時代賦予我們的責任。希望通過本書的學習，學生能夠樹立起水資源保護的意識，積極參與到生態(tài)文明建設中，為實現我們共同的可持續(xù)發(fā)展目標貢獻力量。讓我們共同努力，以水為媒，推動生態(tài)文明建設，為子孫后代創(chuàng)造一個更加美好的生活環(huán)境。
本書由華東師范大學關小紅、哈爾濱工業(yè)大學張靜、南京理工大學李錦祥、山東大學孫波、華東師范大學連璐詩、美國蒙特克萊爾州立大學鄧揚編寫。關小紅和張靜擔任主編，并負責全書統(tǒng)稿工作；李錦祥、孫波、連璐詩任副主編。具體分工如下：第1章由張靜編寫；第2章和第3章由孫波編寫；第4章、第5章和第6章由李錦祥編寫；第7章由張靜和鄧揚編寫；第8章由連璐詩編寫。華東師范大學秦荷杰研究員與編者們指導的研究生袁楊春、邵薈芯、陳天生、劉富強、李亮、李俊杰、馬夢沙等也參與了書稿的撰寫與修改。
在本書編寫過程中，還得到了趙進才院士等專家學者的審閱與指導，在此表示衷心的感謝。
本書是編者們參閱、借鑒大量先進的教材、專著及論文，并經過廣泛征求意見，同時結合中國相關專業(yè)特點編寫而成。在此，向各位作者表示感謝。
由于編者水平與精力有限，書中難免出現不妥之處，熱忱歡迎讀者批評指正。

編者
2024年10月

1 水化學概論　001
1.1 水化學的范疇及發(fā)展歷程 001
1.1.1 水化學的范疇 001
1.1.2 水化學的發(fā)展歷程 002
1.2 水的性質與結構 002
1.2.1 水的物理性質 002
1.2.2 水的化學性質 003
1.2.3 水的異常特性與水分子結構的關系 004
1.3 天然水 005
1.3.1 天然水的組成 005
1.3.2 幾種重要的天然水 012
1.4 污 (廢)水 014
1.4.1 污水的分類 014
1.4.2 主要污染物 016
思考練習題 018
參考文獻 018

2 化學動力學　019
2.1 反應動力學基礎 019
2.1.1 化學反應的基本原理 019
2.1.2 影響反應速率的因素 021
2.2 反應速率方程 022
2.2.1 基元反應和非基元反應 022
2.2.2 反應速率的定義 022
2.2.3 基元反應的速率方程 023
2.2.4 化學反應速率方程的一般形式、反應級數 024
2.2.5 速率方程的積分形式 025
2.3 反應速率常數和反應級數的確定 028
2.3.1 微分法 030
2.3.2 嘗試法 032
2.3.3 半衰期法 033
2.4 典型復合反應動力學 034
2.4.1 可逆反應 034
2.4.2 平行反應 036
2.4.3 串聯反應 040
2.5 復合反應速率的近似處理方法 044
2.5.1 控制步驟法 044
2.5.2 平衡態(tài)近似法 044
2.5.3 穩(wěn)態(tài)近似法 045
2.6 多相催化反應動力學 046
2.6.1 多相催化反應的步驟 047
2.6.2 多相催化反應的速率方程 048
2.7 快速反應動力學中常用實驗技術 051
2.7.1 快速流動技術 052
2.7.2 激光閃光光解技術 053
2.7.3 脈沖輻解技術 054
思考練習題 055
參考文獻 058

3 酸堿化學　060
3.1 酸堿的定義 060
3.1.1 離子論 060
3.1.2 質子論 061
3.1.3 電子論 062
3.2 酸堿平衡 063
3.3 α-pH和lgc-pH圖 066
3.3.1 一元酸-共軛堿體系的α-pH和lgc-pH圖 066
3.3.2 多元酸-共軛堿體系的α-pH 圖 068
3.4 酸堿強度及影響因素 069
3.4.1 無機酸的強度及其影響因素 069
3.4.2 有機酸的強度及其影響因素 071
3.4.3 堿的強度及其影響因素 075
3.5 pH緩沖溶液和緩沖強度 076
3.5.1 pH緩沖溶液 076
3.5.2 緩沖強度 076
3.6 天然水中的碳酸鹽及緩沖能力 079
3.6.1 碳酸鹽的平衡關系 079
3.6.2 碳酸鹽體系的堿度和酸度 080
3.6.3 影響堿度的因素 082
3.7 pH對典型水污染控制過程的影響 083
3.7.1 pH對混凝過程的影響 083
3.7.2 pH對吸附過程的影響 084
3.7.3 pH對氧化過程的影響 084
思考練習題 085
參考文獻 087

4 配位化學　088
4.1 基本概念 088
4.2 配合物的類型 089
4.2.1 內層配合物 089
4.2.2 外層配合物 090
4.3 配合物的穩(wěn)定性 091
4.3.1 金屬離子的性質 091
4.3.2 配體的性質 092
4.3.3 姜-泰勒效應 093
4.4 配位平衡計算 094
4.5 金屬離子的水解——H2O和 OH-為配體 096
4.6 金屬離子與無機配體形成的配合物 098
4.7 金屬離子與有機配體的配合物 099
4.8 配位化學對金屬離子性質的影響 100
4.8.1 影響氧化還原特性 100
4.8.2 影響金屬離子在自然環(huán)境中的遷移 101
4.8.3 影響吸附行為 101
4.8.4 影響金屬離子毒性 102
4.9 配位化學在水污染控制中的應用 102
思考練習題 103
參考文獻 104

5 沉淀和溶解反應　105
5.1 沉淀與溶解動力學 105
5.1.1 沉淀過程 105
5.1.2 溶解過程 106
5.2 溶度積與溶解度 107
5.2.1 標準溶度積 107
5.2.2 條件溶度積 109
5.2.3 溶解度 109
5.3 溶度積規(guī)則及其應用 110
5.3.1 溶度積規(guī)則 110
5.3.2 沉淀的溶解 110
5.3.3 分步沉淀 111
5.3.4 沉淀的轉化 113
5.4 沉淀-溶解平衡的影響因素 113
5.4.1 同離子效應 114
5.4.2 鹽效應 114
5.4.3 酸堿效應 115
5.4.4 配位效應 115
5.4.5 其他因素 116
5.5 水環(huán)境中典型物質的沉淀-溶解平衡 116
5.5.1 金屬氧化物和金屬氫氧化物 117
5.5.2 金屬硫化物 118
5.5.3 金屬碳酸鹽 119
5.5.4 金屬磷酸鹽 121
5.6 化學沉淀在水污染控制中的應用 122
5.6.1 水中重金屬的去除 122
5.6.2 水中磷酸鹽的去除 124
5.6.3 水中離子的鑒定分析 125
思考練習題 125
參考文獻 126

6 吸附　127
6.1 吸附的類型 127
6.1.1 物理吸附 127
6.1.2 化學吸附 128
6.1.3 離子交換吸附 128
6.2 吸附平衡 129
6.3 吸附等溫線 129
6.3.1 吸附等溫線的類型 129
6.3.2 吸附等溫式 130
6.4 吸附動力學 133
6.4.1 吸附傳質過程 133
6.4.2 顆粒內部擴散方程 133
6.4.3 準一級反應動力學模型 134
6.4.4 準二級反應動力學模型 134
6.5 影響吸附的因素 135
6.5.1 吸附劑的性質 135
6.5.2 吸附質的性質 136
6.5.3 pH值 137
6.5.4 離子強度 137
6.5.5 共存物質 138
6.5.6 其他因素 139
6.6 吸附機理及水處理中常用吸附劑 139
6.6.1 無機離子的吸附 140
6.6.2 有機物的吸附 142
6.6.3 水處理中常用吸附劑 145
6.7 吸附在水污染控制中的應用 146
6.7.1 芳香類有機廢水的治理和資源回收 147
6.7.2 飲用水重大污染事故中的應用 147
6.7.3 廢水中重金屬和有機物的去除 147
思考練習題 148
參考文獻 148

7 氧化還原反應　149
7.1 氧化還原反應的基本原理 149
7.1.1 氧化還原電對 149
7.1.2 能斯特方程 150
7.1.3 條件電極電位 151
7.1.4 影響條件電極電位的因素 153
7.2 氧化還原反應的化學平衡 157
7.2.1 氧化還原平衡常數 157
7.2.2 氧化還原反應進行程度 158
7.3 氧化還原反應的速率 160
7.3.1 反應物濃度的影響 160
7.3.2 溫度的影響 161
7.3.3 催化劑的影響 161
7.4 常見氧化還原體系pε-pH圖 163
7.5 天然水中常見的氧化還原條件 165
7.6 水污染控制中的常見氧化還原技術 166
7.6.1 傳統(tǒng)氧化技術 166
7.6.2 高級氧化技術 170
7.6.3 經典還原技術 176
7.6.4 高級還原技術 179
思考練習題 181
參考文獻 182

8 光化學　184
8.1 光的基本性質 184
8.2 光化學基本定律 185
8.2.1 物質對光的吸收 186
8.2.2 電子的激發(fā)類型 186
8.2.3 量子產率 187
8.3 光化學反應過程 188
8.3.1 光化學反應的原理 188
8.3.2 光化學反應的類型 188
8.4 天然水體中化合物的光化學轉化過程 193
8.4.1 天然水中光的吸收與衰減 193
8.4.2 化合物的直接光解 196
8.4.3 化合物的間接光解 197
8.4.4 化合物的光解速率 203
8.5 基于光化學的水污染控制技術 203
8.5.1 基于紫外光的高級氧化技術 203
8.5.2 基于紫外光的高級還原技術 206
8.5.3 光催化氧化技術 208
思考練習題 210
參考文獻 210

附錄　213
附表1　弱酸及其共軛堿在水中的解離常數 (25℃,I=0) 213
附表2　微溶化合物的溶度積 (18~25℃,I=0) 215
附表3　標準電極電位 (18~25℃) 217
附表4　條件電極電位 219