開(kāi)放體系中碳酸鹽平衡圖

開(kāi)放體系中碳酸鹽平衡圖開(kāi)放體系：做碳酸系統(tǒng)lgc~pH圖，同時(shí)寫(xiě)明作圖過(guò)程，包括計(jì)算推倒公式等。（25℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）（2017年3解：當(dāng)CO2在水中溶解時(shí)，水體中存在著CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-等四種化合態(tài)，其中CO2、H2CO3可合并為H2CO3*，實(shí)際上H2CO3含量極低，主要是溶解性氣體CO2。因此在水中的H2CO3*—HCO3-—CO32體系可用下面的反應(yīng)和平衡常數(shù)表示：CO2+H2O?H2CO3*……（1）pK0=1.46H2CO3*?HCO3-+H+……（2）pK1=6.35HCO3-?CO32-+H+……（3）pK2=10.33其中：……（4）……（5）設(shè)水中各種碳酸化合態(tài)的總量為cT，a0、a1、a2分別表示H2CO3*、HCO3-、CO32-三種化合態(tài)在總量中所占的比例，則有：cT=[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]……（6）a0=[H2CO3*]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]}……（7）a1=[HCO3-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]}……（8）a2=[CO32-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]}……（9）將（4）、（5）代入（7）、（8）、（9）可得：……（10）……（11）……（12）則在開(kāi)放體系，CO2在氣相和液相之間平衡時(shí)，各種碳酸鹽化合態(tài)的平衡濃度是和pH的函數(shù)，根據(jù)henry定率：[CO2(aq)]=KH…………（13）由已知條件：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0=1.013×105Pa，干空氣中CO2的含量為φ=0.0314%（體積分?jǐn)?shù)）水在25℃時(shí)的蒸汽壓為=0.03167×105Pa，25℃時(shí)CO2在水中的Henry定律常數(shù)是KH=3.34×10-7mol/(L·Pa可得，25℃時(shí)空氣中CO2的分壓=()·φ=(1.013-0.03167)×105Pa×0.0314%=30.8138Pa，所以[CO2(aq)]=KH·=3.34×10-7mol/(L·Pa)×30.8138Pa=1.0292×10-5mol/L因此在水溶液中，碳酸化合態(tài)相應(yīng)為：cT=[CO2(aq)]/a0=……（14）[HCO3-]=a1=……（15）[CO32-]=a2=……（16）對(duì)式（15）、（16）兩邊取對(duì)數(shù)得：lg[HCO3-]=lgK1+lg(KH)-lg[H+]=-6.35-4.9875+pH=pH-11.3375lg[CO32-]=lgK1+lgK2+lg()-2lg[H+]=-6.35-10.33-4.9875+2pH=2pH-21.6675lg(H2CO3*)=lg[CO2(aq)]=-4.9875(常數(shù)，在開(kāi)放體系中，H2CO3*總保持與大氣相平衡的固定數(shù)值)lg(H+)=-pHlg(OH-)=pH+lgKW=pH-14lgcT=lg([H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-])=lg(10-4.9875+10(pH-11.3375)+10(2pH-21.6675))在Excel中設(shè)定不同的pH值，分別計(jì)算lg[H+]、lg[OH-]、lg[HCO3-]、lg[CO32-]、lg[H2CO3*]、lg[cT]，列表如表1：表1：不同pH值下開(kāi)放體系碳酸中各離子的濃度（mol/L）pHlgH+lgOH-lgHCO3-lgCO32-lgH2CO3*lgcT3.15-3.15-10.85-8.1875-15.3675-4.9875-4.98723.35-3.35-10.65-7.9875-14.9675-4.9875-4.98713.55-3.55-10.45-7.7875-14.5675-4.9875-4.98683.75-3.75-10.25-7.5875-14.1675-4.9875-4.98643.95-3.95-10.05-7.3875-13.7675-4.9875-4.98584.15-4.15-9.85-7.1875-13.3675-4.9875-4.98484.35-4.35-9.65-6.9875-12.9675-4.9875-4.98324.55-4.55-9.45-6.7875-12.5675-4.9875-4.98074.75-4.75-9.25-6.5875-12.1675-4.9875-4.97674.95-4.95-9.05-6.3875-11.7675-4.9875-4.97055.15-5.15-8.85-6.1875-11.3675-4.9875-4.96095.35-5.35-8.65-5.9875-10.9675-4.9875-4.94615.55-5.55-8.45-5.7875-10.5675-4.9875-4.92365.75-5.75-8.25-5.5875-10.1675-4.9875-4.89025.95-5.95-8.05-5.3875-9.7675-4.9875-4.84206.15-6.15-7.85-5.1875-9.3675-4.9875-4.77506.35-6.35-7.65-4.9875-8.9675-4.9875-4.68646.55-6.55-7.45-4.7875-8.5675-4.9875-4.57506.75-6.75-7.25-4.5875-8.1675-4.9875-4.44196.95-6.95-7.05-4.3875-7.7675-4.9875-4.29007.15-7.15-6.85-4.1875-7.3675-4.9875-4.12347.35-7.35-6.65-3.9875-6.9675-4.9875-3.94577.55-7.55-6.45-3.7875-6.5675-4.9875-3.76037.75-7.75-6.25-3.5875-6.1675-4.9875-3.56947.95-7.95-6.05-3.3875-5.7675-4.9875-3.37508.15-8.15-5.85-3.1875-5.3675-4.9875-3.17798.35-8.35-5.65-2.9875-4.9675-4.9875-2.97878.55-8.55-5.45-2.7875-4.5675-4.9875-2.77778.75-8.75-5.25-2.5875-4.1675-4.9875-2.57458.95-8.95-5.05-2.3875-3.7675-4.9875-2.36879.15-9.15-4.85-2.1875-3.3675-4.9875-2.15919.35-9.35-4.65-1.9875-2.9675-4.9875-1.94399.55-9.55-4.45-1.7875-2.5675-4.9875-1.72069.75-9.75-4.25-1.5875-2.1675-4.9875-1.48609.95-9.95-4.05-1.3875-1.7675-4.9875-1.236110.15-10.15-3.85-1.1875-1.3675-4.9875-0.967210.33-10.33-3.67-1.0075-1.0075-4.9875-0.706410.53-10.53-3.47-0.8075-0.6075-4.9875-0.395010.73-10.73-3.27-0.6075-0.2075-4.9875-0.062010.93-10.93-3.07-0.40750.1925-4.98750.289811.13-11.13-2.87-0.20750.5925-4.98750.656411.33-11.33-2.67-0.00750.9925-4.98751.033911.53-11.53-2.470.19251.3925-4.98751.419111.73-11