《水環(huán)境化學(xué)》重點(diǎn)習(xí)題及參考答案

1、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）封閉閉體系（溶解性性CO2與大氣氣沒(méi)有交交換）中存在在下列平平衡CO2+ H2O H2CO3* pK0=1.46H2CO33* HHCO33- + H+pK1=6.35HCO3- COO32- + HH+ pKK2=100.333其中 K11=HHCO33-HH+ / HH2CO3* ，K2=CCO32-HH+ / HHCO33-用0、1和2分別表表示三種種碳酸化化合態(tài)在在總量中中所占比比例，得得下面表表達(dá)式0= H2CO3*/HH2CO3* + HH

2、CO33- + COO32-1= HCOO3-/H22CO3* + HHCO33- + COO32-2= CO332- /HH2CO3* + HHCO33- +CCO32-把K1、KK2的表達(dá)達(dá)式代入入以上三三式，得得0=(11 + K1/HH+ + KK1K2/HH+2)-11=(11 + H+/ K1 + K2/ H+ )-12=(11 + H+2/ KK1K2 + H+/ K2)-1設(shè)CT = HH2CO3* + HHCO33- + COO32-，則有有H2COO3* = CT(1 + K1/HH+ + K1K2/HH+2)-1HCO33- = CT(1 + HH+/ K1 + K2/

3、H+ )-1CO322- = CT(1 + HH+2/ KK1K2 + H+/ K2)-1（2）開放放體系中中CO2在氣相相和液相相之間平平衡，各各種碳酸酸鹽化合合態(tài)的平平衡濃度度可表示示為PCO22和pH的函函數(shù)。依亨利定律律：COO2(aqq)KHPCO2溶液中，碳碳酸化合合態(tài)相應(yīng)應(yīng)為：CT = COO2/ 0=KHPCO22/ 0HCO33-= (1/ 0 )KKHPCO22=(K1/HH+)KHPCO22CO322-=(2/ 0 ) KHPCO22=(K1K2/HH+2)KHPCO22（3）比較較封閉體體系和開開放體系系可發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，在封封閉體系系中，H2CO3*、HCCO3-、COO32

4、-等可隨隨pH值變變化，但但總的碳碳酸量CCT始終不不變。而而對(duì)于開開放體系系CT、HCCO3-、COO32-均隨pHH值改變變而變化化，但H2CO3*總保保持與大大氣相平平衡的固固定數(shù)值值。2在一個(gè)個(gè)pH為66.5、堿堿度為11.6mmmoll/L的的水體中中，若加加入碳酸酸鈉使其堿化化，問(wèn)需需加多少少mmool/LL的碳酸酸鈉才能能使水體體pH上升升至8.0。若若用NaaOH強(qiáng)強(qiáng)堿進(jìn)行行堿化，又需加加入多少少堿?解：總堿度度KWW/ H+ + CT(1 + 22) - H+CT總堿度度 + HH+ - OOH-令當(dāng)pH在559范圍內(nèi)內(nèi)、堿堿度10-33moll/L時(shí)時(shí), H+、OH-項(xiàng)可以

5、以忽略不不計(jì),得得到簡(jiǎn)化化式：CCT堿度度當(dāng)pH66.5時(shí)，查查教材PP1100表得10.58445，28.669910-55，則1.71，CCT 堿度度11.7111.662.7366mmool/LL若加入碳酸酸鈉將水水的pHH升至88.0，查查表得1.0188，此時(shí)時(shí)CT值與堿堿度值均均有變化化。設(shè)加加入的碳碳酸鈉量量為CO32-，則有有CT +CO32-堿堿度 + 2CO32-即2.7336 +CO32-1.01881.6 + 2CO32-解得，CO32-1.0069 mmool/LL若加入氫氧氧化鈉將將水的ppH升至至8.00，其CT值并不不變化，可可得：堿度 CT/ 2.7736/1

6、.00182.6688 mmool/LL堿度增加值值就是應(yīng)應(yīng)加入的的氫氧化化鈉強(qiáng)堿堿量：OH-2.66881.661.0088 mmool/LL3什么是是表面吸吸附作用用、離子子交換吸吸附作用用和專屬屬吸附作作用？并并說(shuō)明水水合氧化化物對(duì)金金屬離子子的專屬屬吸附和和非專屬屬吸附的的區(qū)別。（1）表面面吸附：由于膠膠體表面面具有巨巨大的比比表面和和表面能能，因此此固液界界面存在在表面吸吸附作用用。膠體體表面積積越大，吸吸附作用用越強(qiáng)。（2）離子子交換吸吸附：環(huán)環(huán)境中大大部分膠膠體帶負(fù)負(fù)電荷，容容易吸附附各種陽(yáng)陽(yáng)離子。膠膠體每吸吸附一部部分陽(yáng)離離子，同同時(shí)也放放出等量量的其他他陽(yáng)離子子，這種種作用稱

7、稱為離子子交換吸吸附作用用，屬于于物理化化學(xué)吸附附。該反反應(yīng)是可可逆反應(yīng)應(yīng)，不受受溫度影影響，交交換能力力與溶質(zhì)質(zhì)的性質(zhì)質(zhì)、濃度度和吸附附劑的性性質(zhì)有關(guān)關(guān)。（3）專屬屬吸附：指在吸吸附過(guò)程程中，除除了化學(xué)學(xué)鍵作用用外，尚尚有加強(qiáng)強(qiáng)的憎水水鍵和范范德化力力或氫鍵鍵作用。該該作用不不但可以使使表面點(diǎn)點(diǎn)荷改變變符號(hào)，還還可以使使離子化化合物吸吸附在同同號(hào)電荷荷的表面面上。（4）水合合氧化物物對(duì)金屬屬離子的的專屬吸吸附與非非金屬吸吸附的區(qū)區(qū)別如下下表所示示。項(xiàng)目專屬吸附非專屬吸附附發(fā)生吸附的的表面凈凈電荷的的符號(hào)-、0、+-金屬離子所所起的作作用配位離子反離子吸附時(shí)所發(fā)發(fā)生的反反應(yīng)配位體交換換陽(yáng)離子交

8、換換發(fā)生吸附時(shí)時(shí)要求體體系的ppH值任意值零電位點(diǎn)點(diǎn)吸附發(fā)生的的位置內(nèi)層擴(kuò)散層對(duì)表面電荷荷的影響響負(fù)電荷減少少，正電電荷增加加無(wú)動(dòng)力學(xué)可逆逆性不可逆慢過(guò)過(guò)程快速可逆4已知FFe3+與水反反應(yīng)生成成的主要要配合物物及平衡衡常數(shù)如如下：Fe3+ + HH2OFe(OH)2+ + H+lgKK1 - 2.116Fe3+ + 22H2OFe(OH)2+ + 2H+lgKK2 - 6.774Fe(OHH)3(s)Fe3+ + 3OHH-lgKKso - 38Fe3+ + 44H2OFe(OH)4- + 4H+lgKK4 - 232Fe3+ + 2H2OFe2(OHH)24+ + 2H+lgKK - 2.

9、91請(qǐng)用pc-pH圖圖表示FFe(OOH)33(s)在純水水中的溶溶解度與與pH的的關(guān)系。解：（1）K11Fe(OH)2+H+/ Fe3+Fe(OH)2+KW3/KsooH+2pFe(OH)2+3lggKW - lgKKso + 2pH - lggK12pH - 1.84（2）K22Fe(OH)2+H+2/ Fe3+Fe(OH)2+KW3/KsooH+pFe(OH)2+3lggKW - lgKKso + pHH - lgKK2pHH + 2.74（3）KssoFe3+OHH-3Fe3+KW3/H+3pFe33+3lggKW - lgKKso + 3pH3pHH - 4（4）K44Fe(OH)4

10、-H+4/ Fe3+Fe(OH)4-H+KW3/ KKsopFe(OH)4-3lgg KWW - lgKK4 - lgKKso - pHH199 - pH（5）KFe2(OHH)24+H+2/ Fe3+2Fe2(OHH)24+KW6/ KKso2H+4pFe22(OHH)24+6lgg KWW - lgKK - 2lgKKso + 4pH4pHH - 5.09用pc-ppH圖表表示Fee(OHH)3(s)在純水水中的溶溶解度與與pH的的關(guān)系如如下：5解釋下下列名詞詞：分配配系數(shù)；標(biāo)化分分配系數(shù)數(shù)；辛醇醇水分配配系數(shù)；生物濃濃縮因子子；亨利利定律常常數(shù)；水水解速率率；直接接光解；光量子子產(chǎn)率；生

11、長(zhǎng)物物質(zhì)代謝謝和共代代謝。（1）分配配系數(shù)：在土壤壤水體系系中，土土壤對(duì)非非離子性性有機(jī)化化合物的的吸著主主要是溶溶質(zhì)的分分配過(guò)程程（溶解解），即即非離子子性有機(jī)機(jī)化合物物可通過(guò)過(guò)溶解作作用分配配到土壤壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)中，并并經(jīng)過(guò)一一定時(shí)間間達(dá)到分分配平衡衡，此時(shí)時(shí)有機(jī)化化合物在在土壤有有機(jī)質(zhì)和和水中含含量的比比值稱為為分配系系數(shù)。（2）標(biāo)化化分配系系數(shù)：有有機(jī)化合合物在顆顆粒物水中的的分配系系數(shù)與顆顆粒物中中有機(jī)碳碳呈正相相關(guān)，以固相相有機(jī)碳碳為基礎(chǔ)礎(chǔ)的分配配系數(shù)即即標(biāo)化分分配系數(shù)數(shù)。（3）辛醇醇水分配配系數(shù)：有機(jī)化化合物的的正辛醇醇-水分分配系數(shù)數(shù)（KOW）是指平平衡狀態(tài)態(tài)下化合合物在正正辛醇和

12、和水相中中濃度的的比值。它反映映了化合合物在水水相和有有機(jī)相之之間的遷遷移能力力，是描述述有機(jī)化化合物在在環(huán)境中中行為的的重要物物理化學(xué)學(xué)參數(shù)。KOW與化化合物的的水溶性性、土壤吸吸附常數(shù)數(shù)和生物物濃縮因因子等密切相相關(guān)。（4）生物物濃縮因因子：有有機(jī)毒物物在生物物體內(nèi)濃濃度與水水中該有有機(jī)物濃濃度之比比。（5）亨利利定律常常數(shù)：通通?？衫砝斫鉃榉欠请娊赓|(zhì)質(zhì)稀溶液液的氣水分配配系數(shù)。（6）水解解速率：反映某某一物質(zhì)質(zhì)在水中中發(fā)生水水解快慢慢程度的的一個(gè)參參數(shù)。（7）直接接光解：化合物物本身直直接吸收收太陽(yáng)能能而進(jìn)行行分解反反應(yīng)。（8）光量量子產(chǎn)率率：分子子被活化化后，它它可能進(jìn)進(jìn)行光反反應(yīng)，也

13、也可能通通過(guò)光輻輻射的形形式進(jìn)行行“去活化化”再回到到基態(tài)，進(jìn)進(jìn)行光化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)的光子子數(shù)占吸收收光子數(shù)數(shù)之比稱稱為光量量子產(chǎn)率率。（9）生長(zhǎng)長(zhǎng)物質(zhì)代代謝和共共代謝：生物降降解過(guò)程程中，一一些有機(jī)機(jī)污染物物作為食食物源提提供能量量和提供供酶催化化反應(yīng)分分解有機(jī)機(jī)物，這這稱為生長(zhǎng)長(zhǎng)物質(zhì)代代謝。某某些有機(jī)機(jī)污染物物不能作作為微生生物的唯唯一碳源源與能源源，必須須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時(shí)，該該有機(jī)物物才能被被降解，這這種現(xiàn)象象稱為共共代謝。6請(qǐng)敘述述有機(jī)物物在水環(huán)環(huán)境中的的遷移、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化存在在哪些重重要過(guò)程程。（1）負(fù)載載過(guò)程：污水排排放速率率、大氣氣沉降以以及地表表徑流引

14、引入有機(jī)機(jī)毒物至至天然水水體均將將直接影影響污染染物在水水中的濃濃度。（2）形態(tài)態(tài)過(guò)程：酸堿平衡衡：天然然水中ppH決定定著有機(jī)機(jī)酸或堿堿以中性性態(tài)存在在的分?jǐn)?shù)數(shù)，因而而影響揮揮發(fā)及其其他作用用。吸著作用用：疏水水有機(jī)化化合物吸吸著至懸懸浮物上上，由于于懸浮物物質(zhì)的遷遷移而影影響它們們以后的的歸趨。（3）遷移移過(guò)程：沉淀溶溶解作用用：污染染物的溶溶解度范范圍可限限制污染染物在遷遷移、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化過(guò)程程中的可可利用性性或者實(shí)實(shí)質(zhì)上改改變其遷遷移速率率。對(duì)流作用用：水力力流動(dòng)可可遷移溶溶解的或或者被懸懸浮物吸吸附的污污染物進(jìn)進(jìn)入或排排出特定定的水生生生態(tài)系系統(tǒng)。揮發(fā)作用用：有機(jī)機(jī)污染物物可能從從水體進(jìn)進(jìn)入大氣氣，因而而減少其其在水中中的濃度度。沉積作用用：污染染物被吸吸附沉積積于水體體底部或或從底部部沉積物物中解吸吸，均可可改變污污染物的的濃度。（4）轉(zhuǎn)化化過(guò)程：生物降解解作用：微生物物代謝污污染物并并在代謝謝過(guò)程中中改變它它們的毒毒性。光解作用用：污染染物對(duì)光光的吸收收有可能能導(dǎo)致影影響它們們毒性的的化學(xué)反反應(yīng)的發(fā)發(fā)生。水解