第三章作业(20220216054928)

1、第三章 水环境化学1、 请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中H2CO3*、HC0 3-和CO32-的表达式，并讨论这两 个体系之间的区别。解：在封闭体中：* * * 2 2 1 a 0= a H 2 CO3=H2CO3/H 2 CO 3 +HCO 3+CO 3=(1+ J/H+K 1 K2 /H )* * 2 1 a 1 = a HCO 3=H 2 CO 3/ H 2 CO 3 +HCO 3+CO 3=(1+ H / K 1 + K 2 / H )2 * * 2 2 1 a2 =aCO3=H 2CO3/ H 2 CO3 +HCO 3+CO 3=(1+ H / K 1K2+ H / K 2)在开放体

2、系中：CO 2 (aq)=K H PCO 2 =H 2 CO3 CT= CO 2/a 0=(1/a 0) KH PCO2HCO 3 =(a 1/a 0 ) K H PCO2 =( K 1/H ) K H PCO222CO 3=(a 2/a 0 ) K H PCO2 = (K 1K2 / H ) K H PCO22、 请导出总酸度、CO2酸度、无机酸度、总碱度、酚酞碱度和苛性碱度的表达式作为总碳 酸量和分布系数a的函数。解：总酸度 =H +HCO3 +2H2CO3*OH = CT(a1+2a0)+H -Kw/H CO2 酸度=H +H 2CO3* - CO3 2- OH = CT (a 0 -a

3、 2)+H-K w/H无机酸度 =H -HCO32 - 2CO 3- OH=- CT (a 1+2a2)+H-Kw /H2总碱度 =HCO 3 +2CO 3+OH- H = CT (a 1+2a 2)+ K w/H- H2酚酞碱度 = CO 3 2+OH-H 2CO3 *- H= C T (a 2-a 0)+ K w /H-H 苛性碱度 =OH - HCO 3-2H2CO3*- H= - CT (a 1+2a 0 )+ K w /H-H 3、向一含有碳酸的水体参加重碳酸盐，问：总酸度、总碱度、无机酸度、酚酞碱 度和 CO2 酸度，是增加、减少还是不变。答： HCO 3 增加，总酸度，总碱度增加

4、；无机酸度减少；酚酞碱度，CO 2 酸度不变4、在一个 pH 为 6.5,碱度为 1.6mmol/L 的水体中 ,假设参加碳酸钠使其碱化 ,问需加多少 mmol/L的碳酸钠才能使水体 pH上升至8.0假设用NaOH强碱进行碱化,又需参加多少碱 解:总碱度=KW/ H+ + CT( a 1 + 2 a 2)H+CT= 总碱度 + H+ - OH-令 a=/ a +2 a 2当pH在59范围内,碱度> 103mol/L时,H+,OH-项可以忽略不计，得到简化式：CT=a碱 度当 pH=6.5 时,查教材 P110 表得 a 仁0.5845, a 2=8.669 乂50那么a =1.71,CT

5、 =a碱度=1.71 >1.6=2.736mmol/L假设参加碳酸钠将水的pH升至8.0,查表得a' =1.0此时CT值与碱度值均有变化.设参加的碳酸钠量为 CO32-,那么有CT + A CO3-|= a'碱度+ 2 CO32即 2.736 + A CO32=1.0181.6 + 2A CO3R解得,A CO32=1.069 mmol/L假设参加氢氧化钠将水的pH升至8.0,其CT值并不变化，可得：碱度=CT/a' =2.736/1.018=2.688 mmol/L碱度增加值就是应参加的氢氧化钠强碱量：A OH-=2.688-1.6=1.088 mmol/LX

6、10-3mol/L 碱度的水，pH 为 7.00，请计算H2CO3*、HCO 3-、CO32-和OH-的浓度各是多少？解：当PH=7.00时CO32-的浓度与HCOJ的浓度相比可忽略，PH=7.00时，a那么HCO 3-=碱度=X 10-3mol/L , H+=OH -= X 10-7mol/LH2CO3*=H+HCO 3-/K1 =X 10-7XX 10-3X 10-7X 10-4CO32-= K2 X HCO 3-/H+= 4.69X 10-11XX 10-3/( X 10-7)=9.83 X 10-76、假设有水 A , pH为7.5,其碱度为 6.38mmol/L，水B的pH为9.0,

7、碱度为0.80mmol/L , 假设以等体积混合，问混合后的值是多少？解：PH=7.5 时，0=1.069 a 0=0.06626 a 1=0.9324 a X 10-3CT A= aXX mmol/LPH=9.0 时，a=0.9592 a 0 =0.002142 a 仁0.9532a X 10-2CT B = aX 碱度=0. 8 X mmol/L等体积混合后：H2CO3* XX 6.82+ X mmol/L HCO3-XX 6.82+ X mmol/LPH=p&+lg( HCO 3-/H 2CO3*)=6.35+lg(7X 10-4mol/L的Fe(NQ)3于1L具有防止发生固体

8、Fe(OH)3沉淀作用所需最小H+浓度的水中， 假定溶液中仅形成 Fe(OH)2+和Fe(OH)2+而没有形成Fe2(OH)24+。请计算平衡时该溶液中Fe 3+、 Fe(OH) 、Fe(OH) 2、H 和 pH。解：由题意知X 10-4 mol/l ; 1X 10-4 2X 10-7 3Fe3+ OH 3 =Fe3+ Kw3/H + 3=Ksp查表得：Fe(OH)sX 10-38-3代入1得：H+= 1.9 x 10- mol/l44-33 -5 Fe3+ xio h +3X10 xxio xio mol/l-7+Fe(OH) 2+x1o Fe3+/H 2 x1o-7 KSPH+/ KW3x

9、1o-3xx1o-3x1o-6mol/l ；Fe(OH) 2+x1o-4Fe3+/H +x1o-4 KSPH+2/ KW3xx1o-3)2x1o-5mol/l 8、请表达水中主要有机和无 机污染物的分布和存在形态答：有机污染物 1 农药 常见的农药主要为有机氯和有机磷农药，此外还有氨基 甲酸脂类农药，由于难降解，具有较低的水溶性和高的辛醇 - 水分配系数故很大一局部被分 配到沉积物有机质和生物脂肪中。2多氯联苯PCBS极难溶于水，难分解，易溶于有机溶剂和脂肪，具有高的水溶性和高的辛醇 - 水分配系数被分配到沉积物有机质和生物脂肪 中。 3卤代脂肪烃 易挥发，在地表水中能进行降解，其化合物在水中

10、的溶解度高。 4醚类 双-氯甲基醚，双 - 2-氯甲基醚，双 -(2- 氯异丙基 )醚， 2-氯乙基乙烯基醚， 及双 -2-氯乙氧基甲烷大多存在于水中，4-氯苯苯基醚和 4- 溴苯苯基醚在底泥有机质和生物体内积累。 5单环芳香族化合物 在地表水中主要是挥发，然后是光解，这类化合物 吸附和生物富集并不是主要的迁移转化过程。 6苯酚类和甲酚类 酚类化合物具有高的水溶性，低辛醇 - 水分配系数，主要残留在水中。 7酞酸酯类 这类化合物在水中溶解度小，辛醇 -水分配系数高，主要富集在沉积物有机质和生物脂肪体中。8多环芳烃类 PAH多环芳烃在水中的溶解度小，辛醇 -水分配系数高，主要积累在沉积物，生物体

11、内和溶解的 有机质中。 9亚硝胺和其他化合物主要残留在沉积物中，有的也可能在生物体内累积。丙烯腈在沉积物和水中。金属污染物 1镉 在水中镉主要以 Cd2 状态存在，也可与有机和无机配体生成多种可溶性配合物 2汞 在水中汞以Hg2 ,Hg(OH) 2, CH 3 Hg , CH 3Hg(OH), CH 3HgCl,C6H5Hg 为主要形态。 3铅 天然水中铅主要以 Pb2 状态存在。 4砷 天然水中砷可 以 H3AsO3, H 2AsO3 ,H3AsO4,H2AsO4 ,HAsO4 2 , AsO 43 等形态存在。 5铬 主要 以 Cr 3 ,CrO 2 ,CrO 4 2 ,Cr 2 O7 2

12、 四种离子形态存在，主要以三价和六价铬的化合物为主。6铜主要以Cu2存在，与OH-, CG2-和Cl有关，也受PH的影响。7锌 主要以二 价离子状态存在。 8铊 是分散元素，大局部以分散状态的同晶形杂质存在于铅、锌、铁、 铜等硫化物硅酸盐矿物中。9镍 常以卤化物硝酸盐、硫酸盐以及某些无机和有机配合的形式溶解于水。10铍 在中性或酸性水中铍以Be2为主，PH>7.8时，以Be(OH) 2形态存 在。9、什么叫优先污染物？我国优先控制污染物包括哪几类?答：由于化学污染物种类繁多，世界各国都筛选一些毒性强，难降解，残留时间长，在环境 中分布广的污染物优先进行控制，称为优先污染物。我国优先污染物

13、包括：挥发性卤代烃类，苯系物，氯代苯类，多氯联苯，酚类，硝基苯类，苯胺类，多环芳烃类，酞酸酯类，农药，丙烯腈，亚硝胺类，氰化物，重金属及其化合物。11、什么是外表吸附作用，离子交换吸附作用和专属吸附作用并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别(1) 外表吸附：由于胶体外表具有巨大的比外表和外表能，因此固液界面存在外表吸附作用胶体外表积越大，所产生的外表吸附能也越大，胶体的吸附作用也越强，它属于物理吸附。(2) 离子交换吸附：环境中大局部胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子胶体每吸附一局部阳离 子,同时也放出等量的其他阳离子，这种作用称为离子交换吸附作用，属于物理化学吸附该反 应是可逆

14、反响，不受温度影响，交换能力与溶质的性质，浓度和吸附剂的性质有关。(3) 专属吸附:指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用 该作用不但可以使外表点荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的外表上水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别如下表所示工程非专属吸附专属吸附发生吸附的外表净电荷的符号-,0,+金属离子所起的作用反离子配位离子吸附时所发生的反响阳离子交换配位体交换发生吸附时要求体系的pH值零电位点任意值吸附发生的位置扩散层内层对外表电荷的影响无负电荷减少，正电荷增加17、含镉废水通入 H2 X 10-27。解：饱和时HzKsp' H 2

15、 S 2-= X 10-232-_23夕-23-16_7S = X 10 / H =X 10 /X 10 =X 10mol/LCd2 =Ksp/ S 2- x 10-27/x 10-7=X IO-20 mol/L18Fe3+与水反响生成的主要配合物及平衡常数如下：Fe3+ + H2OFe(OH)2+ + H+ lgK1= - 2.16Fe3+ + 2H2OFe(OH)2+ + 2H+ lgK2= - 6.74Fe(OH)3(s) Fe3+ + 3OH- lgKso= - 38Fe3+ + 4H2OFe(OH)4- + 4H+ lgK4= - 232Fe3+ + 2H2OFe2(OH)24+ +

16、 2H+ lgK= - 2.91请用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与 pH的关系.解：20请表达腐殖质的分类及其在环境中的作用。答：一般根据其在碱和酸溶液中的溶解度划分为三类：1腐植酸：可溶于稀碱液但不溶于酸的局部，相对分子质量由数千到数万；2富里酸：可溶于酸又可溶于碱的部分，其相对分子质量由数百到数千；3腐黑物：不能被酸和碱提取的局部作用：腐殖质与环境中有机物之间的作用只要涉及吸附效应，溶解效应，对水解反响的催化作用，对微生物过程的影响以及光敏效应和猝灭效应等。但腐殖质与金属离子生成的配合物是它们最重要的环境性质之一。23 什么是电子活度 pE?它和pH有何区别？电子活

17、度与氢离子活度在定义上相类似：pH=-lg aHaH表示H在水溶液中的活度，它衡量溶液接受或迁移质子的相对趋势；pE=-lg aeae表示平衡状态下假想的电子活度，它衡量溶液接受或迁移电子的相对趋势；pE越小，电子浓度越高，体系提供电子的倾向就愈强；pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就愈强；pE严格的热力学定义基于以下反响：2 H aq+2e =H 2g；当这个反响的全部组分都以1个单位活度存在时，该反响的自由能变化厶G可定义为零。在H aq=1单位活度，H2为1.013 x 105pa平衡时的介质中ae=1, pE=0pE与pH的比拟pH=-lg aHpE=-lg a高pH=低H浓度

18、高pE=低电子浓度低pH=高H浓度低pE=高电子浓度pH=pka+logA /HA当A =HA时 pH=pkapE= pE + 1/nlog氧化态/复原态当氧 化态=复原态时pE= pEaH表示H在水溶液中的活度，它衡量溶液接ae表示平衡状态卜假想的电子活度，匕衡受或迁移质子的相对趋势量溶液接受或迁移电子的相对趋势24、 有一个垂直湖水，pE随湖的深度增加将起什么变化？ 答：随着深度的增加，pE减小25、 从湖水中取出深层水，其pH=7.0，含溶解氧浓度为 0.32mg/L，请计算pE和Eh。 解：水样中溶解氧的摩尔浓度为：50 2 aq X 10 mol/L85O 2 aq =K H PO2

19、=6X 10- X PO2 = X 10-mol/L-5-82Po2 =x 10 /6X 10 = X 101/4O2 + H+ e =1/2 H2O pE01 / 4pE= pE +lg Po2H+ pE=20.75+ (1/4)lgX 102/1.013 X 1。5- pHX 13.22=0.78 V27、解释以下名词：分配系数；标化分配系数；辛醇-水分配系数；生物浓缩因子；亨利定律常数；水解速率；直接光解；间接光解；光量子产率；生长物质代谢和共代谢。分配系数：在土壤-水体系中，土壤对非离子性有机化合物的吸着主要是溶质的分配过程(溶解),即非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中

20、，并经过一定时间到达分配平衡 ，此时有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数(2) 标化分配系数：有机化合物在颗粒物-水中的分配系数与颗粒物中有机碳呈正相关，以固相有机碳为根底的分配系数即标化分配系数(3) 辛醇-水分配系数：有机化合物的正辛醇-水分配系数(Kow)是指平衡状态下化合物在正辛醇和水相中浓度的比值它反映了化合物在水相和有机相之间的迁移能力，是描述有机化合物在环境中行为的重要物理化学参数.Kow与化合物的水溶性，土壤吸附常数和生物浓缩因子等密切相关(4) 生物浓缩因子：有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比(5) 亨利定律常数：通常可理解为非电解质稀溶液的气-水分配系数(6) 水解速率：反映某一物质在水中发生水解快慢程度的一个参数(7) 直接光解:化合物本身直接吸收太阳能而进行分解反响(8) 间接光解：水体中存在的天然物质如腐殖质等被阳光激发，又将其激发态的能量转 移给化合物而导致的光解反响，也称敏化光解。(9) 光量子产率：分子被活化后，它可能进行光反响，也可能通过光辐射的形式进行去活化再回到基态，进行光化学反响的光子数占吸收光子数之比称为光量子产率(10) 生长物质代谢和共代谢：生物降解过程中，一些有机污染物作为食物源提供能量和提供酶 催化反响分解有机物，这称为生长物质代谢.某些有机污染物不