《水环境化学》重点习题及参考答案

1、水环境境化学重点习题及参考答案1请推推导出封封闭和开开放体系系碳酸平平衡中H2CO3、HCOO3-和CO32-的表达达式，并并讨论这这两个体体系之间间的区别别。解：（1）封封闭体系系（溶解性性CO2与大气气没有交交换）中存在在下列平平衡CO2+ H2O H2CO3* pK0=1.46H2COO3* HHCO33- + H+pK1=6.35HCO33- COO32- + HH+ pKK2=100.333其中 KK1=HHCO33-HH+ / HH2CO3* ，K2=CCO32-HH+ / HHCO33-用0、1和2分别表表示三种种碳酸化化合态在在总量中中所占比比例，得得下面表表达式0= H2CO

2、3*/HH2CO3* + HHCO33- + COO32-1= HCCO3-/H22CO3* + HHCO33- + COO32-2= COO32- /HH2CO3* + HHCO33- +CCO32-把K1、K2的表达达式代入入以上三三式，得得0=(1 + K1/HH+ + KK1K2/HH+2)-11=(1 + HH+/ K1 + K2/ H+ )-12=(1 + HH+2/ KK1K2 + H+/ K2)-1设CT = HH2CO3* + HHCO33- + COO32-，则有有H2CCO3* = CT(1 + K1/HH+ + K1K2/HH+2)-1HCOO3- = CT(1 + H

3、H+/ K1 + K2/ H+ )-1CO332- = CT(1 + HH+2/ KK1K2 + H+/ K2)-1（2）开开放体系系中COO2在气相相和液相相之间平平衡，各各种碳酸酸盐化合合态的平平衡浓度度可表示示为PCO22和pH的函函数。依亨利定定律：COO2(aqq)KHPCO2溶液中，碳碳酸化合合态相应应为：CT = CCO2/ 0=KHPCO22/ 0HCOO3-= (1/ 0 )KKHPCO22=(K1/HH+)KHPCO22CO332-=(2/ 0 ) KHPCO22=(K1K2/HH+2)KHPCO22（3）比比较封闭闭体系和和开放体体系可发发现，在在封闭体体系中，H2CO3

4、*、HCO3-、CO32-等可随pH值变化，但总的碳酸量CT始终不变。而对于开放体系CT、HCO3-、CO32-均随pH值改变而变化，但H2CO3*总保持与大气相平衡的固定数值。2在一一个pHH为6.5、碱碱度为11.6mmmoll/L的的水体中中，若加加入碳酸酸钠使其碱化化，问需需加多少少mmool/LL的碳酸酸钠才能能使水体体pH上升升至8.0。若若用NaaOH强强碱进行行碱化，又需加加入多少少碱?解：总碱碱度KKW/ H+ + CT(1 + 22) - H+CT总碱碱度 + H+ - OOH-令当pH在在59范围内内、碱碱度10-33moll/L时时, H+、OH-项可以以忽略不不计,得

5、得到简化化式：CCT碱度度当pH6.5时，查查教材PP1100表得10.58445，28.669910-55，则1.71，CCT 碱度度11.7111.662.7366mmool/LL若加入碳碳酸钠将将水的ppH升至至8.00，查表表得1.0188，此时时CT值与碱碱度值均均有变化化。设加加入的碳碳酸钠量量为CO32-，则有有CT +CO32-碱碱度 + 2CO32-即2.7736 +CO32-1.01881.6 + 2CO32-解得，CO32-1.0069 mmool/LL若加入氢氢氧化钠钠将水的的pH升至至8.00，其CT值并不不变化，可可得：碱度 CT/ 2.7736/1.00182.6

6、688 mmool/LL碱度增加加值就是是应加入入的氢氧氧化钠强强碱量：OHH-2.66881.661.0088 mmool/LL3什么么是表面面吸附作作用、离离子交换换吸附作作用和专专属吸附附作用？并说明明水合氧氧化物对对金属离离子的专专属吸附附和非专专属吸附附的区别别。（1）表表面吸附附：由于于胶体表表面具有有巨大的的比表面面和表面面能，因因此固液液界面存存在表面面吸附作作用。胶胶体表面面积越大大，吸附附作用越越强。（2）离离子交换换吸附：环境中中大部分分胶体带带负电荷荷，容易易吸附各各种阳离离子。胶胶体每吸吸附一部部分阳离离子，同同时也放放出等量量的其他他阳离子子，这种种作用称称为离子子

7、交换吸吸附作用用，属于于物理化化学吸附附。该反反应是可可逆反应应，不受受温度影影响，交交换能力力与溶质质的性质质、浓度度和吸附附剂的性性质有关关。（3）专专属吸附附：指在在吸附过过程中，除除了化学学键作用用外，尚尚有加强强的憎水水键和范范德化力力或氢键键作用。该作用用不但可以使使表面点点荷改变变符号，还还可以使使离子化化合物吸吸附在同同号电荷荷的表面面上。（4）水水合氧化化物对金金属离子子的专属属吸附与与非金属属吸附的的区别如如下表所所示。项目专属吸附附非专属吸吸附发生吸附附的表面面净电荷荷的符号号-、0、+-金属离子子所起的的作用配位离子子反离子吸附时所所发生的的反应配位体交交换阳离子交交换

8、发生吸附附时要求求体系的的pH值任意值零电位位点吸附发生生的位置置内层扩散层对表面电电荷的影影响负电荷减减少，正正电荷增增加无动力学可可逆性不可逆慢慢过程快速可逆逆4已知知Fe33+与水反反应生成成的主要要配合物物及平衡衡常数如如下：Fe3+ + H2OFe(OH)2+ + H+lgKK1 - 2.116Fe3+ + 2H2OFe(OH)2+ + 2H+lgKK2 - 6.774Fe(OOH)33(s)Fe3+ + 3OHH-lgKKso - 38Fe3+ + 4H2OFe(OH)4- + 4H+lgKK4 - 232Fe33+ + 2H2OFe2(OHH)24+ + 2H+lgKK - 2.

9、91请用pcc-pH图图表示FFe(OOH)33(s)在纯水水中的溶溶解度与与pH的的关系。解：（1）KK1Fe(OH)2+H+/ Fe3+Fe(OH)2+KW3/KsooH+2pFee(OHH)2+3lggKW - lgKKso + 2pH - lggK12pH - 1.84（2）KK2Fe(OH)2+H+2/ Fe3+Fe(OH)2+KW3/KsooH+pFee(OHH)2+3lggKW - lgKKso + pHH - lgKK2pHH + 2.74（3）KKsoFe3+OHH-3Fe3+KW3/H+3pFee3+3lggKW - lgKKso + 3pH3pHH - 4（4）KK4Fe

10、(OH)4-H+4/ Fe3+Fe(OH)4-H+KW3/ KKsopFee(OHH)4-3lgg KWW - lgKK4 - lgKKso - pHH199 - pH（5）KKFe2(OHH)24+H+2/ Fe3+2Fe2(OHH)24+KW6/ KKso2H+4pFee2(OHH)24+6lgg KWW - lgKK - 2lgKKso + 4pH4pHH - 5.09用pc-pH图图表示FFe(OOH)33(s)在纯水水中的溶溶解度与与pH的的关系如如下：5解释释下列名名词：分分配系数数；标化化分配系系数；辛辛醇水分配配系数；生物浓浓缩因子子；亨利利定律常常数；水水解速率率；直接接光解

11、；光量子子产率；生长物物质代谢谢和共代代谢。（1）分分配系数数：在土土壤水体系系中，土土壤对非非离子性性有机化化合物的的吸着主主要是溶溶质的分分配过程程（溶解解），即即非离子子性有机机化合物物可通过过溶解作作用分配配到土壤壤有机质质中，并并经过一一定时间间达到分分配平衡衡，此时时有机化化合物在在土壤有有机质和和水中含含量的比比值称为为分配系系数。（2）标标化分配配系数：有机化化合物在在颗粒物物水中的的分配系系数与颗颗粒物中中有机碳碳呈正相相关，以固相相有机碳碳为基础础的分配配系数即即标化分分配系数数。（3）辛辛醇水分配配系数：有机化化合物的的正辛醇醇-水分分配系数数（KOW）是指平平衡状态态下

12、化合合物在正正辛醇和和水相中中浓度的的比值。它反映映了化合合物在水水相和有有机相之之间的迁迁移能力力，是描述述有机化化合物在在环境中中行为的的重要物物理化学学参数。KOW与化化合物的的水溶性性、土壤吸吸附常数数和生物物浓缩因因子等密切相相关。（4）生生物浓缩缩因子：有机毒毒物在生生物体内内浓度与与水中该该有机物物浓度之之比。（5）亨亨利定律律常数：通常可可理解为为非电解解质稀溶溶液的气气水分配配系数。（6）水水解速率率：反映映某一物物质在水水中发生生水解快快慢程度度的一个个参数。（7）直直接光解解：化合合物本身身直接吸吸收太阳阳能而进进行分解解反应。（8）光光量子产产率：分分子被活活化后，它它

13、可能进进行光反反应，也也可能通通过光辐辐射的形形式进行行“去活化化”再回到到基态，进进行光化化学反应应的光子子数占吸收收光子数数之比称称为光量量子产率率。（9）生生长物质质代谢和和共代谢谢：生物物降解过过程中，一一些有机机污染物物作为食食物源提提供能量量和提供供酶催化化反应分分解有机机物，这这称为生长长物质代代谢。某某些有机机污染物物不能作作为微生生物的唯唯一碳源源与能源源，必须须有另外外的化合合物存在在提供微微生物碳碳源或能能源时，该该有机物物才能被被降解，这这种现象象称为共共代谢。6请叙叙述有机机物在水水环境中中的迁移移、转化化存在哪哪些重要要过程。（1）负负载过程程：污水水排放速速率、大

14、大气沉降降以及地地表径流流引入有有机毒物物至天然然水体均均将直接接影响污污染物在在水中的的浓度。（2）形形态过程程：酸碱平平衡：天天然水中中pH决决定着有有机酸或或碱以中中性态存存在的分分数，因因而影响响挥发及及其他作作用。吸着作作用：疏疏水有机机化合物物吸着至至悬浮物物上，由由于悬浮浮物质的的迁移而而影响它它们以后后的归趋趋。（3）迁迁移过程程：沉淀溶解作作用：污污染物的的溶解度度范围可可限制污污染物在在迁移、转化过过程中的的可利用用性或者者实质上上改变其其迁移速速率。对流作作用：水水力流动动可迁移移溶解的的或者被被悬浮物物吸附的的污染物物进入或或排出特特定的水水生生态态系统。挥发作作用：有有机污染染物可能能从水体体进入大大气，因因而减少少其在水水中的浓浓度。沉积作作用：污污染物被被吸附沉沉积于水水体底部部或从底底部沉积积物中解解吸，均均可改变变污染物物的浓度度。（4）转转化过程程：生物降降解作用用：微生生物代谢谢污染物物并在代代谢过程程中改变变它们的的毒性。光解作作用：污污染物对对光的吸吸收有可可能导致致影响它它们毒性性的化学学反应的的发生。水解作作用