《水環(huán)境化學(xué)》重點習(xí)題及參考答案

1、水環(huán)境境化學(xué)重點習(xí)題及參考答案1請推推導(dǎo)出封封閉和開開放體系系碳酸平平衡中H2CO3、HCOO3-和CO32-的表達達式，并并討論這這兩個體體系之間間的區(qū)別別。解：（1）封封閉體系系（溶解性性CO2與大氣氣沒有交交換）中存在在下列平平衡CO2+ H2O H2CO3* pK0=1.46H2COO3* HHCO33- + H+pK1=6.35HCO33- COO32- + HH+ pKK2=100.333其中 KK1=HHCO33-HH+ / HH2CO3* ，K2=CCO32-HH+ / HHCO33-用0、1和2分別表表示三種種碳酸化化合態(tài)在在總量中中所占比比例，得得下面表表達式0= H2CO

2、3*/HH2CO3* + HHCO33- + COO32-1= HCCO3-/H22CO3* + HHCO33- + COO32-2= COO32- /HH2CO3* + HHCO33- +CCO32-把K1、K2的表達達式代入入以上三三式，得得0=(1 + K1/HH+ + KK1K2/HH+2)-11=(1 + HH+/ K1 + K2/ H+ )-12=(1 + HH+2/ KK1K2 + H+/ K2)-1設(shè)CT = HH2CO3* + HHCO33- + COO32-，則有有H2CCO3* = CT(1 + K1/HH+ + K1K2/HH+2)-1HCOO3- = CT(1 + H

3、H+/ K1 + K2/ H+ )-1CO332- = CT(1 + HH+2/ KK1K2 + H+/ K2)-1（2）開開放體系系中COO2在氣相相和液相相之間平平衡，各各種碳酸酸鹽化合合態(tài)的平平衡濃度度可表示示為PCO22和pH的函函數(shù)。依亨利定定律：COO2(aqq)KHPCO2溶液中，碳碳酸化合合態(tài)相應(yīng)應(yīng)為：CT = CCO2/ 0=KHPCO22/ 0HCOO3-= (1/ 0 )KKHPCO22=(K1/HH+)KHPCO22CO332-=(2/ 0 ) KHPCO22=(K1K2/HH+2)KHPCO22（3）比比較封閉閉體系和和開放體體系可發(fā)發(fā)現(xiàn)，在在封閉體體系中，H2CO3

4、*、HCO3-、CO32-等可隨pH值變化，但總的碳酸量CT始終不變。而對于開放體系CT、HCO3-、CO32-均隨pH值改變而變化，但H2CO3*總保持與大氣相平衡的固定數(shù)值。2在一一個pHH為6.5、堿堿度為11.6mmmoll/L的的水體中中，若加加入碳酸酸鈉使其堿化化，問需需加多少少mmool/LL的碳酸酸鈉才能能使水體體pH上升升至8.0。若若用NaaOH強強堿進行行堿化，又需加加入多少少堿?解：總堿堿度KKW/ H+ + CT(1 + 22) - H+CT總堿堿度 + H+ - OOH-令當(dāng)pH在在59范圍內(nèi)內(nèi)、堿堿度10-33moll/L時時, H+、OH-項可以以忽略不不計,得

5、得到簡化化式：CCT堿度度當(dāng)pH6.5時，查查教材PP1100表得10.58445，28.669910-55，則1.71，CCT 堿度度11.7111.662.7366mmool/LL若加入碳碳酸鈉將將水的ppH升至至8.00，查表表得1.0188，此時時CT值與堿堿度值均均有變化化。設(shè)加加入的碳碳酸鈉量量為CO32-，則有有CT +CO32-堿堿度 + 2CO32-即2.7736 +CO32-1.01881.6 + 2CO32-解得，CO32-1.0069 mmool/LL若加入氫氫氧化鈉鈉將水的的pH升至至8.00，其CT值并不不變化，可可得：堿度 CT/ 2.7736/1.00182.6

6、688 mmool/LL堿度增加加值就是是應(yīng)加入入的氫氧氧化鈉強強堿量：OHH-2.66881.661.0088 mmool/LL3什么么是表面面吸附作作用、離離子交換換吸附作作用和專專屬吸附附作用？并說明明水合氧氧化物對對金屬離離子的專專屬吸附附和非專專屬吸附附的區(qū)別別。（1）表表面吸附附：由于于膠體表表面具有有巨大的的比表面面和表面面能，因因此固液液界面存存在表面面吸附作作用。膠膠體表面面積越大大，吸附附作用越越強。（2）離離子交換換吸附：環(huán)境中中大部分分膠體帶帶負電荷荷，容易易吸附各各種陽離離子。膠膠體每吸吸附一部部分陽離離子，同同時也放放出等量量的其他他陽離子子，這種種作用稱稱為離子子

7、交換吸吸附作用用，屬于于物理化化學(xué)吸附附。該反反應(yīng)是可可逆反應(yīng)應(yīng)，不受受溫度影影響，交交換能力力與溶質(zhì)質(zhì)的性質(zhì)質(zhì)、濃度度和吸附附劑的性性質(zhì)有關(guān)關(guān)。（3）專專屬吸附附：指在在吸附過過程中，除除了化學(xué)學(xué)鍵作用用外，尚尚有加強強的憎水水鍵和范范德化力力或氫鍵鍵作用。該作用用不但可以使使表面點點荷改變變符號，還還可以使使離子化化合物吸吸附在同同號電荷荷的表面面上。（4）水水合氧化化物對金金屬離子子的專屬屬吸附與與非金屬屬吸附的的區(qū)別如如下表所所示。項目專屬吸附附非專屬吸吸附發(fā)生吸附附的表面面凈電荷荷的符號號-、0、+-金屬離子子所起的的作用配位離子子反離子吸附時所所發(fā)生的的反應(yīng)配位體交交換陽離子交交換

8、發(fā)生吸附附時要求求體系的的pH值任意值零電位位點吸附發(fā)生生的位置置內(nèi)層擴散層對表面電電荷的影影響負電荷減減少，正正電荷增增加無動力學(xué)可可逆性不可逆慢慢過程快速可逆逆4已知知Fe33+與水反反應(yīng)生成成的主要要配合物物及平衡衡常數(shù)如如下：Fe3+ + H2OFe(OH)2+ + H+lgKK1 - 2.116Fe3+ + 2H2OFe(OH)2+ + 2H+lgKK2 - 6.774Fe(OOH)33(s)Fe3+ + 3OHH-lgKKso - 38Fe3+ + 4H2OFe(OH)4- + 4H+lgKK4 - 232Fe33+ + 2H2OFe2(OHH)24+ + 2H+lgKK - 2.

9、91請用pcc-pH圖圖表示FFe(OOH)33(s)在純水水中的溶溶解度與與pH的的關(guān)系。解：（1）KK1Fe(OH)2+H+/ Fe3+Fe(OH)2+KW3/KsooH+2pFee(OHH)2+3lggKW - lgKKso + 2pH - lggK12pH - 1.84（2）KK2Fe(OH)2+H+2/ Fe3+Fe(OH)2+KW3/KsooH+pFee(OHH)2+3lggKW - lgKKso + pHH - lgKK2pHH + 2.74（3）KKsoFe3+OHH-3Fe3+KW3/H+3pFee3+3lggKW - lgKKso + 3pH3pHH - 4（4）KK4Fe

10、(OH)4-H+4/ Fe3+Fe(OH)4-H+KW3/ KKsopFee(OHH)4-3lgg KWW - lgKK4 - lgKKso - pHH199 - pH（5）KKFe2(OHH)24+H+2/ Fe3+2Fe2(OHH)24+KW6/ KKso2H+4pFee2(OHH)24+6lgg KWW - lgKK - 2lgKKso + 4pH4pHH - 5.09用pc-pH圖圖表示FFe(OOH)33(s)在純水水中的溶溶解度與與pH的的關(guān)系如如下：5解釋釋下列名名詞：分分配系數(shù)數(shù)；標(biāo)化化分配系系數(shù)；辛辛醇水分配配系數(shù)；生物濃濃縮因子子；亨利利定律常常數(shù)；水水解速率率；直接接光解

11、；光量子子產(chǎn)率；生長物物質(zhì)代謝謝和共代代謝。（1）分分配系數(shù)數(shù)：在土土壤水體系系中，土土壤對非非離子性性有機化化合物的的吸著主主要是溶溶質(zhì)的分分配過程程（溶解解），即即非離子子性有機機化合物物可通過過溶解作作用分配配到土壤壤有機質(zhì)質(zhì)中，并并經(jīng)過一一定時間間達到分分配平衡衡，此時時有機化化合物在在土壤有有機質(zhì)和和水中含含量的比比值稱為為分配系系數(shù)。（2）標(biāo)標(biāo)化分配配系數(shù)：有機化化合物在在顆粒物物水中的的分配系系數(shù)與顆顆粒物中中有機碳碳呈正相相關(guān)，以固相相有機碳碳為基礎(chǔ)礎(chǔ)的分配配系數(shù)即即標(biāo)化分分配系數(shù)數(shù)。（3）辛辛醇水分配配系數(shù)：有機化化合物的的正辛醇醇-水分分配系數(shù)數(shù)（KOW）是指平平衡狀態(tài)態(tài)下

12、化合合物在正正辛醇和和水相中中濃度的的比值。它反映映了化合合物在水水相和有有機相之之間的遷遷移能力力，是描述述有機化化合物在在環(huán)境中中行為的的重要物物理化學(xué)學(xué)參數(shù)。KOW與化化合物的的水溶性性、土壤吸吸附常數(shù)數(shù)和生物物濃縮因因子等密切相相關(guān)。（4）生生物濃縮縮因子：有機毒毒物在生生物體內(nèi)內(nèi)濃度與與水中該該有機物物濃度之之比。（5）亨亨利定律律常數(shù)：通常可可理解為為非電解解質(zhì)稀溶溶液的氣氣水分配配系數(shù)。（6）水水解速率率：反映映某一物物質(zhì)在水水中發(fā)生生水解快快慢程度度的一個個參數(shù)。（7）直直接光解解：化合合物本身身直接吸吸收太陽陽能而進進行分解解反應(yīng)。（8）光光量子產(chǎn)產(chǎn)率：分分子被活活化后，它它

13、可能進進行光反反應(yīng)，也也可能通通過光輻輻射的形形式進行行“去活化化”再回到到基態(tài)，進進行光化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)的光子子數(shù)占吸收收光子數(shù)數(shù)之比稱稱為光量量子產(chǎn)率率。（9）生生長物質(zhì)質(zhì)代謝和和共代謝謝：生物物降解過過程中，一一些有機機污染物物作為食食物源提提供能量量和提供供酶催化化反應(yīng)分分解有機機物，這這稱為生長長物質(zhì)代代謝。某某些有機機污染物物不能作作為微生生物的唯唯一碳源源與能源源，必須須有另外外的化合合物存在在提供微微生物碳碳源或能能源時，該該有機物物才能被被降解，這這種現(xiàn)象象稱為共共代謝。6請敘敘述有機機物在水水環(huán)境中中的遷移移、轉(zhuǎn)化化存在哪哪些重要要過程。（1）負負載過程程：污水水排放速速率、大

14、大氣沉降降以及地地表徑流流引入有有機毒物物至天然然水體均均將直接接影響污污染物在在水中的的濃度。（2）形形態(tài)過程程：酸堿平平衡：天天然水中中pH決決定著有有機酸或或堿以中中性態(tài)存存在的分分?jǐn)?shù)，因因而影響響揮發(fā)及及其他作作用。吸著作作用：疏疏水有機機化合物物吸著至至懸浮物物上，由由于懸浮浮物質(zhì)的的遷移而而影響它它們以后后的歸趨趨。（3）遷遷移過程程：沉淀溶解作作用：污污染物的的溶解度度范圍可可限制污污染物在在遷移、轉(zhuǎn)化過過程中的的可利用用性或者者實質(zhì)上上改變其其遷移速速率。對流作作用：水水力流動動可遷移移溶解的的或者被被懸浮物物吸附的的污染物物進入或或排出特特定的水水生生態(tài)態(tài)系統(tǒng)。揮發(fā)作作用：有有機污染染物可能能從水體體進入大大氣，因因而減少少其在水水中的濃濃度。沉積作作用：污污染物被被吸附沉沉積于水水體底部部或從底底部沉積積物中解解吸，均均可改變變污染物物的濃度度。（4）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化過程程：生物降降解作用用：微生生物代謝謝污染物物并在代代謝過程程中改變變它們的的毒性。光解作作用：污污染物對對光的吸吸收有可可能導(dǎo)致致影響它它們毒性性的化學(xué)學(xué)反應(yīng)的的發(fā)生。水解作作用