水環(huán)境化學重點習題及參考答案

1、水環(huán)境化學重點習題及參考答案 一 _. 一. * 一1.請推導出封閉和開放體系碳酸平衡中H 2CO 3 、HCO3-和CO32-的表達式，弁討論這兩個體系之間的區(qū)別。解：(1)封閉體系(溶解性CO2與大氣沒有交換)中存在下列平衡CO2 + H2O H2CO3*pK0=1.46H2CO3* HCO3- + H+pKi=6.35HCO3- -一CO32- + H+pK2=10.33其中 K1=HCO3-H+ / H2CO3* , K2=CO32-H+ / HCO3-用00、od和02分別表示三種碳酸化合態(tài)在總量中所占比例，得下面表達式00= H 2CO3*/H 2CO3* + HCO 3- + C

2、O 3201= HCO 3-/H 2CO3* + HCO 3- + CO32-02= CO32- /H 2CO3* + HCO 3- + CO32把K1、K2的表達式代入以上三式，得00= (1 + K1/H+ + K1K2/H+2)-101= (1 + H+/ K1 + K2/ H+ )-102= (1 + H+2/ K1K2 + H+/ K2)-1設 Ct = H 2CO3* + HCO 3- + CO32-,則有H 2CO3* = Ct(1 + K1/H + + K1K2/H +2)-1HCO3- = Ct(1 + H+/ K1 + K2/ H+ )-1CO32- = Ct(1 + H+

3、2/ K1K2 + H +/ K2)-1(2)開放體系中CO2在氣相和液相之間平衡，各種碳酸鹽化合態(tài)的平衡濃度可 表示為PCO2和pH的函數(shù)。依亨利定律：CO2(aq)=KH PCO2溶液中，碳酸化合態(tài)相應為：Ct = CO2/ 00= Kh Pco2/ 00HCO3-=(加 冊)KH PCO2= (K 1/H +)KH PCO2CO32-= ( 02/ 0 ) Kh Pco2= (K1K2/H+2)Kh Pco2(3)比較封閉體系和開放體系可發(fā)現(xiàn)，在封閉體系中，H2CO3*、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

4、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.在一個pH為6.5、堿度為1.6mmol/L的水體中，若加入碳酸 鈉使其堿化，問需加多少mmol/L的碳酸鈉才能使水體pH上升 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 至8.0。若用NaOH強堿進行堿化，又需加入多少堿？解：總堿度=Kw/ H+ + Ct(m + 2o2) - H +Ct= -1 總堿度+ H+ - OH -12 2.1令后12 2當pH在59范圍內(nèi)、堿度110-3mol/L時，H+、OH-項可以忽略不計， 得到簡化式：Ct=堿度當 pH =

5、6.5 時，查教材 P110表得 a1 = 0.5845, m=8.669X 10-5,則 行 1.71, Ct = o堿度= 1.71 X 1.6= 2.736mmol/L若加入碳酸鈉將水的pH升至8.0,查表得a21.018,此時Ct值與堿度值均有變化。設加入的碳酸鈉量為 &CO32,則有Ct + 4CO 32- = a 堿度+ 2 ACO 32-即 2.736 + &CO32 = 1.018 1.6 + 2 ACO32 解得，4CO32- = 1.069 mmol/L若加入氫氧化鈉將水的pH升至8.0,其Ct值并不變化，可得：堿度=Ct/ 民= 2.736/1.018= 2.688 mm

6、ol/L堿度增加值就是應加入的氫氧化鈉強堿量：AOH- = 2.688- 1.6= 1.088 mmol/L3.什么是表面吸附作用、離子交換吸附作用和專屬吸附作用？弁說明水合氧化物對金屬離子的專屬吸附和非專屬吸附的區(qū)別。(1)表面吸附：由于膠體表面具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用。膠體表面積越大，吸附作用越強。(2)離子交換吸附：環(huán)境中大部分膠體帶負電荷，容易吸附各種陽離子。膠體每吸附一部分陽離子，同時也放出等量的其他陽離子，這種作用稱為離子交換 吸附作用，屬于物理化學吸附。該反應是可逆反應，不受溫度影響，交換能力與 溶質(zhì)的性質(zhì)、濃度和吸附劑的性質(zhì)有關。(3)專屬吸附：指

7、在吸附過程中，除了化學鍵作用外，尚有加強的憎水鍵和 范彳惠化力或氫鍵作用。該作用不但可以使表面點荷改變符號，還可以使離子化合 物吸附在同號電荷的表面上。(4)水合氧化物對金屬離子的專屬吸附與非金屬吸附的區(qū)別如下表所示項目專屬吸附非專屬吸附發(fā)生吸附的表面凈電荷的符號-、0、+-金屬離子所起的作用配位離子反離子吸附時所發(fā)生的反應配位體交換陽離子交換發(fā)生吸附時要求體系的pH值任意值零電位點吸附發(fā)生的位置內(nèi)層擴散層對表面電荷的影響負電荷減少，正電荷增加無動力學可逆性/、口逆慢過程快速口逆4,已知Fe3+與水反應生成的主要配合物及平衡常數(shù)如下: Fe3+ + H2O -Fe(OH)2+ + H+lgKi

8、=- 2.16Fe3+ + 2H2O Fe(OH)2+ + 2H+lgK2=- 6.74Fe(OH)3(s) -Fe3+ + 3OH-lgKso= - 38Fe3+ + 4H2O -Fe(OH)4- + 4H+lgK4=- 232Fe3+ + 2H2O -Fe2(OH) 24+ + 2H+lgK = - 2.91請用pc-pH圖表示Fe(OH)3(s)在純水中的溶解度與pH的關系, 解：K1 = Fe(OH)2+H +/ Fe3+ = Fe(OH)2+K W3/KsoH +2 pFe(OH)2+ = 3lgKW - lgKso + 2pH - lgK1 = 2pH - 1.84K2= Fe(O

9、H)2+H +2/ Fe3+ = Fe(OH)2+KW3/KsoH+ pFe(OH)2+ = 3lgKW - lgKso + pH - lgK2= pH + 2.74Kso= Fe3+OH -3= Fe3+KW3/H +3pFe3+ = 3lgKW - lgKso + 3 pH= 3 pH - 4K4= Fe(OH)4-H +4/ Fe3+ = Fe(OH)4-H +Kw3/ KsopFe(OH)| = 3lg Kw - lgK4 - IgKso - pH = 19 - pHK = Fe2(OH)24+|H +2/ Fe3+|2 = Fe2(OH)24+Kw6/ Kso2H+4 pFe2(OH)24+| = 6lg Kw - lgK - 2lgKso + 4 PH = 4pH - 5.09用pc-pH圖表示Fe(OH)3(s)在純水中的溶解度與pH的關系如下：302520*1510501 2 3 4 5 68 9 10 11 12B14PH1 2 3 4 5 68 9 10 11 12B14PH圖3-1 Fe(OHMs)在水中溶解圖(1)分配系數(shù)：在土壤-水體系中，土壤對非離子性有機化合物的吸著主要 是溶質(zhì)的分配過程(溶解)，即非離子性有機化合物可通過溶解作用分配到土壤 有機質(zhì)中，并經(jīng)過一定時間達到分配平衡，此時有機化合