环境化学计算题.doc

1、对流层和平流层中臭氧各自特征？答：地球上90%的臭氧在平流层，10%在对流层；对流层中的臭氧是一种温室气体，其浓度与纬度、经度、高度和季节变化而变化，北半球比南半球高；平流层中的臭氧吸收了太阳发射到地球的大量对人类、动物和植物有害的紫外线，为地球提供了防止紫外线辐射的屏障；通过观测，平流层臭氧含量减少，对流层增多。由于90%臭氧在平流层，所以总量在减少；对流层臭氧形成人为来源：nox光解反应是它们在大气中最重要的化学反应，是大气中臭氧生成的引发反应，也是臭氧唯一的人为来源：2、2、已知某污染大气中ho2自由基的浓度为：7.5610-15molcm-3，ho2与so2反应：ho2+so2ho+so3 反应速率k=910-16 cm3个-1s-1，（1）求so2每小时的转化百分数（氧化速率）；（2）若定义so2氧化到起始浓度的1/e(e=2.7183)所需要的时间为so2与ho2反应的特征时间，计算值？解：（1）根据so2在单位时间的转化百分数可知ho2与so2反应：于是1h二氧化硫转化的百分数为已知k=910-16 cm3个-1s-1=6.0221023910-16cm-3mol-1s-1 =5.4198108 cm-3mol-1s-1所以：(2) kso2t=1t=1/5.41981087.5610-15=2.44105s=67.8h第三章 水环境化学4、在一个ph为6.5，碱度为1.6 mmol/l的水体中，若加入碳酸钠使其碱化，问需加多少mmol/l的碳酸钠才能使水体ph上升至8.0。若用naoh强碱，又需要加多少碱？解：总碱度 = 总碱度 = 令 当ph在5-9范围内、碱度10-3 mol/l时，h+、oh-项可忽略不计，得到简化式： 当加入碳酸钠时，水体的ct和碱度值均发生变化，设需加x mmol/l碳酸钠才能使水体ph上升到8.0，则有下列式子：即 解之，得：x = 1.069 mmol/l若加入强碱naoh，其ct值并不变化，则有下列式子： 解之，得：x = 1.088mmol/l5、具有2.0010-3mol/l碱度的水，ph为7.00，请计算h2co3*、hc03- 、c032-和oh-的浓度各是多少? 解：当ph为7.00时， c032-与hc03- 相比可忽略，此时碱度全部由hc03-贡献所以：hc03-=碱度= 2.0010-3mol/loh-=1.0010-7mol/l根据酸的离解常数k1，可以计算出h2co3*的浓度：h2co3*=h+hco3-/k1 =2.0010-310-7/(4.4510-7)=4.4910-4mol/l代入k2的表示式计算co32-：co32-=k2hco3-/h+ =4.6910-112.0010-3/1.0010-7 =9.3810-7mol/l6、若有水a，ph为7.5，其碱度为6.38mmol/l，水b的ph为9.0，碱度为0.80 mmol/l，若以等体积混合，问混合后的ph值是多少？解： 水a的水b的水a、水b以等体积混合后，当ph在6-9范围内，主要考虑一级电离， 二级电离可以忽略，则： 一级电离，ph在6-9范围内，碱度值主要由碳酸氢根贡献，则在等体积混合后碱度变化值有： 则，根据 混合后水体的ph是7.62。7、溶解1.0010-4mol/l的fe(n03)3，于1l具有防止发生固体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fe3+、fe(oh)2+、fe(oh)2+、h+和ph。解： fe(oh)2+=k1fe3+/h+ fe(oh)2+=k2fe3+/h+2 将式、带入式fe3+ k1fe3+/h+ k2fe3+/h+2=110-4mol/l 根据溶度积原则fe3+oh-3=ksp=10-38fe3+=104h+3 联立，解之得fe3+=6.2410-5mol/lh+=10-2.72mol/lph=2.72fe(oh)2+=2.2910-5mol/lfe(oh)2+=8.4710-6 mol/l18、已知fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下：请用pc-ph图表示fe（oh）3在纯水中的溶解度与ph的关系。解：(1)-lgfe3+=-lgksp+3ph+3lgkwpfe3+=pksp+3ph-314=38+3ph-42=3ph-4(2)pk1+pfe3+=pfe(oh)2+ph2.16+3ph-4=pfe(oh)2+phpfe(oh)2+=2ph-1.84(3) pk2+pfe3+=pfe(oh)2+2phpfe(oh)2+=2.74+ph(4) pk4+pfe3+=pfe(oh)4-+4phpfe(oh)4-=19-ph(5) pk5+pfe3+=pfe2(oh)24+4phpfe2(oh)24+=2ph-5.125、从湖水中取出深层水，其ph=7.0，含溶解氧质量浓度为0.32mg/l,请计算pe和eh。解： s=0.32mg/l 则o2(aq)=10-5mol/lo2(aq)=khpo2po2=o2(aq)/kh=7.94102paeh=0.0059pe=0.77998v0.78v26、在厌氧消化池中和ph=7.0的水接触的气体含65%的ch4和35%的co2，请计算pe和eh。解： pco2=0.35 pch4=0.6527、在一个ph为10.0的so42-hs-体系中（25），其反应为已知其标准自由能gf0值(kj/mol)s042-：-742.0, hs-:12.6, h2o(l):-237.2,水溶液中质子和电子的gf0值为零。（1）请给出该体系的pe0。（2）如果体系化合物的总浓度为110-4mol/l,那么请给出下图中的lgc-pe关系图解：(1)=12.6+4（-237.2）+742.0=-194.2kj/mol(2)当,hs-so42-, hs-形态占绝对优势时，hs-10-4mol/l lghs-=-4.0pe=4.26+lgso42-/8-lghs- =4.26+lgso42-/8+0.5lgso42-=8pe-38.08当，hs-so42- ,so42-形态占绝对优势时，so42-10-4mol/l, lgso42-=-4.0pe=4.26-0.5-lghs-/8lghs-=-8pe+30.08六、计算题1.某发电厂的烟囱高度为21m，烟羽抬升高度为19m，地面风速2.6 m/s，西北风向，so2排放量为900kg/h。计算清晨日出时，距离污染源1000 m 处so2的地面轴线浓度？（已知：由p-g曲线查得y为48 m，z为20m，大气处于弱稳定状态。）解：烟羽抬升高度h减少15%，得到：h16.15 m； 源强 q250 gs-1；清晨日出时，距烟囱1000 m处so2的地面轴线浓度为：0.0057（gm-3）2.在一个ph为6.5，碱度为1.610-3mol/l的水体中，（1）需要加入多少mmol/l的碳酸钠才能使水体的ph上升到8.0？（2）若用naho进行碱化，需要加入多少naho？解：ph=6.5，碱度=1.610-3mol/l；总碱度=ct(1+22)+k/h+-h+ =ct/ + k/h+-h+ 1.610-3=ct/1.71+10-14/10-6.5 -10-6.5 ct=2.7410-3mol/l用强碱碱化至ph=8.0，ct不变，总碱度=2.7410-3/1.018 +10-6 -10-8=2.6910-3a naoh=2.6910-3 1.610-3=1.0910-3mol/l用na2co3碱化至ph=8.0，设加入na2co3量为x mol/l ，该过程中，ct ct + x总碱度=1.610-3 + 2x =（ct + x）/1.018， x na2co3=1.0710-3mol/l3.有两个不同的水体系，体系1中cu2+=10-5mol/l，cu+=10-4mol/l，体系2中fe3+=10-3mol/l，fe2+=10-1mol/l。（1）分别求出二体系的pe？（2）若二体系等体积混合，求出混合体系的pe，并说明哪一体系的电位为决定电位？解：cu体系；fe体系等体积混合， fe体系的电位是决定电位。4.某工厂向河流稳定排放含酚污水，污水排放量为540m3/hr，酚的浓度为30.0mg/l，河流流量为5.00m3/s，流速为0.4 m/s，酚的背景浓度为0.05mg/l，衰减速率常数为0.2d-1。计算距排放口20km处河水中酚的浓度？（忽略纵向弥散作用）解：稳态条件下忽略纵向弥散作用时：（5.000.0554030.0/3600）/（5.0540/3600）0.92（mg/l）0.92 exp（0.220000/0.486400）0.82（mg/l）5.具有2.0010-3 mol/l碱度的水，ph为7.0，计算hco3、hco3-、co3-2和ho-的浓度？解：该条件下，hco3-= 碱度 = 2.0010-3 mol/l在ph=7.00时， h+ = ho- = 1.0010-7mol/l根据；k1 = = 4.4510-7、h+和hco3-浓度，求出 h2co3= 4.4910-4 mol/l据k2= = 4.6810-11、h+、hco3-浓度，求出 co32-=9.3810-7 mol/l6.水a的ph为7.5，其碱度为6.38 m mol/l，水b的ph为9.0，其碱度为0.80 m mol/l，等体积混合水a和水b，计算混合后水体的ph？解：水a：碱度=6.38 mmol/l = hco3-2co32-+ oh-h+ = hco3-co32-=k2hco3-/h+=4.6910-11 6.38/10-7.5 = 9.4610-3 m mol/lh2co3*= h+ hco3-/ k1=10-7.56.38/(4.4510-7)=0.453 m mol/loh-=10-6.5 =3.1610-7 mol/l水b：碱度=0.80 mmol/l = hco3-2co32-+ oh-h+ = hco3-2co32-+ 10-5co32-=k2hco3-/h+=4.6910-11 hco3-/10-9，co32-=0.04 m mol/l，hco3-=0.76 m mol/l，oh-=10-5 =0.01 m mol/l，h2co3*=0002 m mol/l 舍去）水b+a：b中的co32-、oh-与a中的h2co3反应生成hco3-， 混合体系中h2co3*=(0.453-0.04-0.01)/2 = 0.201 m mol/l hco3-= (6.38+0.042+0.01+0.76)/2=3.61 m mol/l7.根据langmuir方程描述吸附作用，假设溶液平衡浓度为3.0010-3 mol/l，溶液中每克悬浮物吸附溶质0.5010-3 mol/l，当平衡浓度降至1.0010-3 mol/l时，每克吸附剂吸附溶质0.2510-3 mol/l，计算每克吸附剂可以吸附溶质的限量？解：g=g0c/(a+c) g0=1.0010-3 a=3.0010-3（moll-1g-1）8.从湖水中取深层水的ph为7.0，含溶解氧浓度为0.32 mg/l，计算pe和eh值。解：1/4o2 +h+ +e 1/2h2o pe0=20.75 根据亨利定律： o2=khpo2=1.2610-8po2=0.32 mg/l10-332 g/mol po2=793.65 pa， pe = pe0 +lgpo21/4h+pe = 20.75+1/4lg793.65(1.013105)= 13.22， 由于pe = (1/0.059) e e=0.059pe=0.05913.22 = 0.78（v）9.某有毒化合物排入ph为8.4，温度为25的水体中，90%的有毒物质被水体悬浮物吸附，已知，酸性水解速率常数ka=0，碱催化水解速率常数kb= .910-7l/(mol d)，中性水解速率常数kh= 1.6 d-1，计算该化合物的水解速率常数？解：kh = kn + w kah+ + w kboh- = 1.6+0.1(010-8.4 +4.910-710-5.6) = 1.6 d-110.在试验水中牡蛎从水体吸收ddt的速率常数为69.09h-1，牡蛎消除ddt的速率常数为4.60610-3h-1，设水体中ddt浓度为0.01mg/l并保持恒定。求：（1）bcf；（2）牡蛎体内ddt的最大浓度；（3）牡蛎体内ddt浓度达到