中国海洋大学：《海洋化学》课程教学资源（课件讲稿）第四章 海水中的气体

Chemical Oceanography 第四章 海水中的气体 §4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 §4-2 气体在海－空界面间的交换 §4-3 海洋中的溶解氧 §4-4 海洋中的非活性气体 §4-5 海洋中的微量活性气体 §4-6 碳在海－气间的循环（选读）

Chemical Oceanography 第四章 海水中的气体 §4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 §4-2 气体在海－空界面间的交换 §4-3 海洋中的溶解氧 §4-4 海洋中的非活性气体 §4-5 海洋中的微量活性气体 §4-6 碳在海－气间的循环（选读）

§4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 第四章 海水中的气体 一、大气气体组成 二、气体在海水中的溶解度 三、海水中气体溶解度关系式 四、海水中溶解气体含量的表示法

§4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 第四章 海水中的气体 一、大气气体组成 二、气体在海水中的溶解度 三、海水中气体溶解度关系式 四、海水中溶解气体含量的表示法

一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 大气的气体组成可分为不变气体成分和可变气体成分两部分。 ●不变气体成分（11种） 主要成分：N2、O2、Ar 微量成分：CO2、He、Ne、Kr、Xe、H2、CH4、N2O ●可变气体成分：O3、NO2、CO、SO2、NH3（H2O）

一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 大气的气体组成可分为不变气体成分和可变气体成分两部分。 ●不变气体成分（11种） 主要成分：N2、O2、Ar 微量成分：CO2、He、Ne、Kr、Xe、H2、CH4、N2O ●可变气体成分：O3、NO2、CO、SO2、NH3（H2O）

一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 气体成分 空气中的分压 N2 0.7808 O2 0.2095 Ar 0.00934 CO2 0.00033 Ne 1.8 x 10-5 He 5.2 x 10-6 Kr 1.1 x 10-6 Xe 8.7 x 10-8 其它痕量活性气体 （O3,SO2,NO2,CH4,CO）

一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 气体成分 空气中的分压 N2 0.7808 O2 0.2095 Ar 0.00934 CO2 0.00033 Ne 1.8 x 10-5 He 5.2 x 10-6 Kr 1.1 x 10-6 Xe 8.7 x 10-8 其它痕量活性气体 （O3,SO2,NO2,CH4,CO）

气体 大气中浓度(ppbV) 年平均增长率（%） 二氧化碳 344000 0.4 甲烷 1650 1.0 一氧化二氮 304 0.25 三氯乙烷 0.13 7.0 臭氧 不定 — CFC 11 0.23 5.0 CFC 12 0.4 5.0 四氯化碳 0.125 1.0 一氧化碳 不定 0.2 温室气体 一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度

气体 大气中浓度(ppbV) 年平均增长率（%） 二氧化碳 344000 0.4 甲烷 1650 1.0 一氧化二氮 304 0.25 三氯乙烷 0.13 7.0 臭氧 不定 — CFC 11 0.23 5.0 CFC 12 0.4 5.0 四氯化碳 0.125 1.0 一氧化碳 不定 0.2 温室气体 一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度

ßDalton分压定律 某理想气体分压pG为 一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 ß气体分体积定律 T N O Ar H O 2 2 2 VV V V V = +++ +. G G T RT V n p = G G T T G G T Vn p f Vn p === T N O Ar H O 2 2 2 pp p p p = +++ +. G G T n RT p V = 该理想气体分数 fG为

ßDalton分压定律 某理想气体分压pG为 一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 ß气体分体积定律 T N O Ar H O 2 2 2 VV V V V = +++ +. G G T RT V n p = G G T T G G T Vn p f Vn p === T N O Ar H O 2 2 2 pp p p p = +++ +. G G T n RT p V = 该理想气体分数 fG为

ß真实气体（ Van der Waals方程） 式中，a、b为范得华常数。 a是与分子间引力有关的常数 b是与分子体积和压缩系数有关的常数。 一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 ( ) 2 G G G 2 T G T n a p V n b n RT V ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ + −= ⎝ ⎠ 标准状态（273.15K，101325Pa）下理想气体摩尔体积为22.414 dm3 mol－1。空气气体成分摩尔体积与之稍有偏离，如He（0.1%）、 Xe（0.6%）。除精确计算外，可视为理想气体

ß真实气体（ Van der Waals方程） 式中，a、b为范得华常数。 a是与分子间引力有关的常数 b是与分子体积和压缩系数有关的常数。 一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 ( ) 2 G G G 2 T G T n a p V n b n RT V ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ + −= ⎝ ⎠ 标准状态（273.15K，101325Pa）下理想气体摩尔体积为22.414 dm3 mol－1。空气气体成分摩尔体积与之稍有偏离，如He（0.1%）、 Xe（0.6%）。除精确计算外，可视为理想气体

所谓湿度校正是将含有水蒸气的 “ 湿 ”空气，折算成不含水蒸气 的 “ 干 ”空气。 绝对湿度：大气中水蒸气的分压或含量。以分压表示时符号为 “pH2O ” ，单位为“Pa” 或“atm”。 相对湿度：一定温度条件下，空气中水蒸气含量（或蒸气压） 与该温度下饱和蒸汽量（饱和蒸气压）的比值，以 “ h%”表示。 一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 ß湿度校正 D T HO2 p pp = − pD TS = p ph − × % 某气体分压校正为 pG TS G = −× ( p ph f % )

所谓湿度校正是将含有水蒸气的 “ 湿 ”空气，折算成不含水蒸气 的 “ 干 ”空气。 绝对湿度：大气中水蒸气的分压或含量。以分压表示时符号为 “pH2O ” ，单位为“Pa” 或“atm”。 相对湿度：一定温度条件下，空气中水蒸气含量（或蒸气压） 与该温度下饱和蒸汽量（饱和蒸气压）的比值，以 “ h%”表示。 一、大气气体组成 § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 ß湿度校正 D T HO2 p pp = − pD TS = p ph − × % 某气体分压校正为 pG TS G = −× ( p ph f % )

二、气体在海水中的溶解度 当气体在大气和海水之间达到平衡时，海水中溶解气体的浓度或 饱和含量（ c G *） 即为该气体的溶解度。 气体溶解度主要取决于海面上气体的分压（ p G ） 、海水温度（ T ） 和盐度（ S ），即 G * G c = fpT ( ,) S § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 如果各气体之间及气体和溶剂之间无化学作用，气体在海水中的 溶解度可以用亨利定律表示 1 G * G K G c p − = ⋅ KG与气体本身性质和海水 T 、S 有关。当 T 、S 一定时， 。 *G G c p ∝

二、气体在海水中的溶解度 当气体在大气和海水之间达到平衡时，海水中溶解气体的浓度或 饱和含量（ c G *） 即为该气体的溶解度。 气体溶解度主要取决于海面上气体的分压（ p G ） 、海水温度（ T ） 和盐度（ S ），即 G * G c = fpT ( ,) S § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 如果各气体之间及气体和溶剂之间无化学作用，气体在海水中的 溶解度可以用亨利定律表示 1 G * G K G c p − = ⋅ KG与气体本身性质和海水 T 、S 有关。当 T 、S 一定时， 。 *G G c p ∝

●气体本身性质： § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 －影响气体溶解度的因素有哪些？影响趋势是怎样的？ 通常气体分子量越大，溶解度越大。如pG=1 atm, S=0时 气 体 N2 O2 Ar 分子量 28 32 40 0℃ 23.6 48.8 53.3 24℃ 14.2 28.1 30.9 溶解度 （cm3 dm－3） ●温度：温度增加，气体溶解度降低。 ●盐度：电解质浓度增加，气体溶解度降低（Setchénow经验式）。 ●气体分压 二、气体在海水中的溶解度

●气体本身性质： § 4-1 大气气体组成及其在海水中的溶解度 －影响气体溶解度的因素有哪些？影响趋势是怎样的？ 通常气体分子量越大，溶解度越大。如pG=1 atm, S=0时 气 体 N2 O2 Ar 分子量 28 32 40 0℃ 23.6 48.8 53.3 24℃ 14.2 28.1 30.9 溶解度 （cm3 dm－3） ●温度：温度增加，气体溶解度降低。 ●盐度：电解质浓度增加，气体溶解度降低（Setchénow经验式）。 ●气体分压 二、气体在海水中的溶解度