《《水環(huán)境化學(xué)》重點(diǎn)習(xí)題及參考答案》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《《水環(huán)境化學(xué)》重點(diǎn)習(xí)題及參考答案（6頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、編號(hào)： 時(shí)間：2021年x月x日 書(shū)山有路勤為徑，學(xué)海無(wú)涯苦作舟 頁(yè)碼：第6頁(yè) 共6頁(yè) 《水環(huán)境化學(xué)》重點(diǎn)習(xí)題及參考答案 1．請(qǐng)推導(dǎo)出封閉和開(kāi)放體系碳酸平衡中[H2CO3＊]、[HCO3-]和[CO32-]的表達(dá)式，并討論這兩個(gè)體系之間的區(qū)別。 解： （1）封閉體系（溶解性CO2與大氣沒(méi)有交換）中存在下列平衡 CO2 + H2O H2CO3* pK0=1.46 H2CO3* HCO3- + H+ pK1=6.35 HCO3- CO32- + H+ pK2=10.33 其中 K1=[HCO3-][H+] / [H2CO3*] ，K2=[CO3

2、2-][H+] / [HCO3-] 用α0、α1和α2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(dá)式 α0= [H2CO3*]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]} α1= [HCO3-]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]} α2= [CO32- ]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]} 把K1、K2的表達(dá)式代入以上三式，得 α0= (1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1 α1= (1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1 α2= (1 + [H+]2/ K1K2 +

3、 [H+]/ K2)-1 設(shè)CT = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]，則有 [H2CO3*] = CT(1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1 [HCO3-] = CT(1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1 [CO32- ] = CT(1 + [H+]2/ K1K2 + [H+]/ K2)-1 （2）開(kāi)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(yīng)為： CT = [CO2]/ α0= KH·PCO2/

4、α0 [HCO3-]= (α1/ α0 )KH·PCO2= (K1/[H+])KH·PCO2 [CO32-]= (α2/ α0 ) KH·PCO2= (K1K2/[H+]2)KH·PCO2 （3）比較封閉體系和開(kāi)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(duì)于開(kāi)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．在一個(gè)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(wèn)需加多少mmol/L的碳酸鈉才能使水體pH上升至8.0。

5、若用NaOH強(qiáng)堿進(jìn)行堿化，又需加入多少堿? 解：總堿度＝KW/ [H+] + CT(α1 + 2α2) - [H+] CT＝{[總堿度] + [H+] - [OH-]} 令α＝ 當(dāng)pH在5～9范圍內(nèi)、[堿度]≥10-3mol/L時(shí), [H+]、[OH-]項(xiàng)可以忽略不計(jì),得到簡(jiǎn)化式：CT＝α[堿度] 當(dāng)pH＝6.5時(shí)，查教材P110表得α1＝0.5845，α2＝8.669×10-5，則α＝1.71，CT ＝α[堿度]＝1.71×1.6＝2.736mmol/L 若加入碳酸鈉將水的pH升至8.0，查表得α′＝1.018，此時(shí)CT值與堿度值均有變化。設(shè)加入的碳酸鈉量為Δ[CO32-]，則有

6、 CT + Δ[CO32-]＝α′｛[堿度] + 2Δ[CO32-]｝ 即2.736 + Δ[CO32-]＝1.018｛1.6 + 2Δ[CO32-]｝ 解得，Δ[CO32-]＝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/ α′＝2.736/1.018＝2.688 mmol/L 堿度增加值就是應(yīng)加入的氫氧化鈉強(qiáng)堿量： Δ[OH-]＝2.688－1.6＝1.088 mmol/L 3．什么是表面吸附作用、離子交換吸附作用和專(zhuān)屬吸附作用？并說(shuō)明水合氧化物對(duì)金屬離子的專(zhuān)屬吸附和非專(zhuān)屬吸附的區(qū)別。 （1）表面吸附：由于膠體表

7、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(qiáng)。 （2）離子交換吸附：環(huán)境中大部分膠體帶負(fù)電荷，容易吸附各種陽(yáng)離子。膠體每吸附一部分陽(yáng)離子，同時(shí)也放出等量的其他陽(yáng)離子，這種作用稱(chēng)為離子交換吸附作用，屬于物理化學(xué)吸附。該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，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(guān)。 （3）專(zhuān)屬吸附：指在吸附過(guò)程中，除了化學(xué)鍵作用外，尚有加強(qiáng)的憎水鍵和范德化力或氫鍵作用。該作用不但可以使表面點(diǎn)荷改變符號(hào)，還可以使離子化合物吸附在同號(hào)電荷的表面上。 （4）水合氧化物對(duì)金屬離子的專(zhuān)屬吸附與非金屬吸附的區(qū)別如下表所示。 項(xiàng)目 專(zhuān)屬吸附 非

8、專(zhuān)屬吸附 發(fā)生吸附的表面凈電荷的符號(hào) -、0、+ - 金屬離子所起的作用 配位離子 反離子 吸附時(shí)所發(fā)生的反應(yīng) 配位體交換 陽(yáng)離子交換 發(fā)生吸附時(shí)要求體系的pH值 任意值 ＞零電位點(diǎn) 吸附發(fā)生的位置 內(nèi)層 擴(kuò)散層 對(duì)表面電荷的影響 負(fù)電荷減少，正電荷增加 無(wú) 動(dòng)力學(xué)可逆性 不可逆慢過(guò)程 快速可逆 4．已知Fe3+與水反應(yīng)生成的主要配合物及平衡常數(shù)如下： Fe3+ + H2OFe(OH)2+ + H+ lgK1＝ - 2.16 Fe3+ + 2H2OFe(OH)2+ + 2H+ lgK2＝ - 6.74 Fe(OH)3(s) Fe3+ +

9、3OH- lgKso＝ - 38 Fe3+ + 4H2OFe(OH)4- + 4H+ lgK4＝ - 23 2Fe3+ + 2H2OFe2(OH)24+ + 2H+ lgK＝ - 2.91 請(qǐng)用pc-pH圖表示Fe(OH)3(s)在純水中的溶解度與pH的關(guān)系。 解： （1）K1＝[Fe(OH)2+][H+]/ [Fe3+]＝[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H+]2 p[Fe(OH)2+]＝3 lgKW - lgKso + 2 pH - lgK1＝2 pH - 1.84 （2）K2＝[Fe(OH)2+][H+]2/ [Fe3+]＝[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H

10、+] p[Fe(OH)2+]＝3 lgKW - lgKso + pH - lgK2＝pH + 2.74 （3）Kso＝[Fe3+][OH-]3＝[Fe3+]KW3/[H+]3 p[Fe3+]＝3 lgKW - lgKso + 3 pH＝3 pH - 4 （4）K4＝[Fe(OH)4-][H+]4/ [Fe3+]＝[Fe(OH)4-][H+]KW3/ Kso p[Fe(OH)4-]＝3 lg KW - lgK4 - lgKso - pH＝19 - pH （5）K＝[Fe2(OH)24+][H+]2/ [Fe3+]2＝[Fe2(OH)24+]KW6/ Kso2[H+]4 p[Fe2(

11、OH)24+]＝6 lg KW - lgK - 2 lgKso + 4 pH＝4 pH - 5.09 用pc-pH圖表示Fe(OH)3(s)在純水中的溶解度與pH的關(guān)系如下： 5．解釋下列名詞：分配系數(shù)；標(biāo)化分配系數(shù)；辛醇－水分配系數(shù)；生物濃縮因子；亨利定律常數(shù)；水解速率；直接光解；光量子產(chǎn)率；生長(zhǎng)物質(zhì)代謝和共代謝。 （1）分配系數(shù)：在土壤－水體系中，土壤對(duì)非離子性有機(jī)化合物的吸著主要是溶質(zhì)的分配過(guò)程（溶解），即非離子性有機(jī)化合物可通過(guò)溶解作用分配到土壤有機(jī)質(zhì)中，并經(jīng)過(guò)一定時(shí)間達(dá)到分配平衡，此時(shí)有機(jī)化合物在土壤有機(jī)質(zhì)和水中含量的比值稱(chēng)為分配系數(shù)。 （2）標(biāo)化分配系數(shù)：有機(jī)化合物在顆

12、粒物－水中的分配系數(shù)與顆粒物中有機(jī)碳呈正相關(guān)，以固相有機(jī)碳為基礎(chǔ)的分配系數(shù)即標(biāo)化分配系數(shù)。 （3）辛醇－水分配系數(shù)：有機(jī)化合物的正辛醇-水分配系數(shù)（KOW）是指平衡狀態(tài)下化合物在正辛醇和水相中濃度的比值。它反映了化合物在水相和有機(jī)相之間的遷移能力，是描述有機(jī)化合物在環(huán)境中行為的重要物理化學(xué)參數(shù)。KOW與化合物的水溶性、土壤吸附常數(shù)和生物濃縮因子等密切相關(guān)。 （4）生物濃縮因子：有機(jī)毒物在生物體內(nèi)濃度與水中該有機(jī)物濃度之比。 （5）亨利定律常數(shù)：通常可理解為非電解質(zhì)稀溶液的氣－水分配系數(shù)。 （6）水解速率：反映某一物質(zhì)在水中發(fā)生水解快慢程度的一個(gè)參數(shù)。 （7）直接光解：化合物本身直接吸

13、收太陽(yáng)能而進(jìn)行分解反應(yīng)。 （8）光量子產(chǎn)率：分子被活化后，它可能進(jìn)行光反應(yīng)，也可能通過(guò)光輻射的形式進(jìn)行“去活化”再回到基態(tài)，進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的光子數(shù)占吸收光子數(shù)之比稱(chēng)為光量子產(chǎn)率。 （9）生長(zhǎng)物質(zhì)代謝和共代謝：生物降解過(guò)程中，一些有機(jī)污染物作為食物源提供能量和提供酶催化反應(yīng)分解有機(jī)物，這稱(chēng)為生長(zhǎng)物質(zhì)代謝。某些有機(jī)污染物不能作為微生物的唯一碳源與能源，必須有另外的化合物存在提供微生物碳源或能源時(shí)，該有機(jī)物才能被降解，這種現(xiàn)象稱(chēng)為共代謝。 6．請(qǐng)敘述有機(jī)物在水環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化存在哪些重要過(guò)程。 （1）負(fù)載過(guò)程：污水排放速率、大氣沉降以及地表徑流引入有機(jī)毒物至天然水體均將直接影響污染物在水中

14、的濃度。 （2）形態(tài)過(guò)程： ①酸堿平衡：天然水中pH決定著有機(jī)酸或堿以中性態(tài)存在的分?jǐn)?shù)，因而影響揮發(fā)及其他作用。 ②吸著作用：疏水有機(jī)化合物吸著至懸浮物上，由于懸浮物質(zhì)的遷移而影響它們以后的歸趨。 （3）遷移過(guò)程： ①沉淀－溶解作用：污染物的溶解度范圍可限制污染物在遷移、轉(zhuǎn)化過(guò)程中的可利用性或者實(shí)質(zhì)上改變其遷移速率。 ②對(duì)流作用：水力流動(dòng)可遷移溶解的或者被懸浮物吸附的污染物進(jìn)入或排出特定的水生生態(tài)系統(tǒng)。 ③揮發(fā)作用：有機(jī)污染物可能從水體進(jìn)入大氣，因而減少其在水中的濃度。 ④沉積作用：污染物被吸附沉積于水體底部或從底部沉積物中解吸，均可改變污染物的濃度。 （4）轉(zhuǎn)化過(guò)程： ①生物降解作用：微生物代謝污染物并在代謝過(guò)程中改變它們的毒性。 ②光解作用：污染物對(duì)光的吸收有可能導(dǎo)致影響它們毒性的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。 ③水解作用：一個(gè)化合物與水作用通常產(chǎn)生較小的、簡(jiǎn)單的有機(jī)產(chǎn)物。 ④氧化還原作用：涉及減少或增加電子在內(nèi)的有機(jī)污染物以及金屬的反應(yīng)都強(qiáng)烈地影響環(huán)境參數(shù)。 （5）生物累積過(guò)程： ①生物濃縮作用：通過(guò)可能的手段如通過(guò)魚(yú)鰓的吸附作用，將有機(jī)污染物攝取至生物體。 ②生物放大作用：高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物以消耗攝取有機(jī)毒物進(jìn)入生物體低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物為食物，使生物體中有機(jī)毒物的濃度隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而增大。 第 6 頁(yè) 共 6 頁(yè)