第三章-水環(huán)境化學習題解答

第三章水環(huán)境化學一、 填空題1、 天然水體中常見的八大離子包括：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO=、NO-、Cl-、SO2-。一一一一.一一-一一一 一_— —~3J__4___一一2、 天然水體中的碳酸平衡體系a。、a1、氣分別表示區(qū)叫*]、/?！籡、！^。;-]的分配系數,其表達式分別為：（用pH\K1\K2,^）:2 23 3 3a=[HCO*]/{[HCO*]+[HCO-]+[CO2-]}=[H+]2/{[H+]2+K[H+]+KK}~023 23 3 3 1 1~2~a=[HCO-]/{[HCO*]+[HCO-]+[CO2-]}=K[H+]/{[H+]2+K[H+]+KK}a1= __/{[lTC3*]+[HC（n+T~C32-]}=BK/{[H+]2+K[H+]+KkT72 3 23 3— 3 1―2 1 1―2 （注：此三個公式前半段教材119-120頁有錯誤?。゛+a+a=1泊根據溶液質子平衡條件得到酸度低表達式：總酸度=[H+]+2[H2CO3*]+[HCO3-]-[OH-]；CO2酸度二 3無機酸度二[H+]-[HCO-]云3O2-]-[OH-]4、 根據溶液質子平衡條件得到酸度低表達式：總堿度二 [OH-]+2[CO32-]+[HCO3-]-[H+]；酚酞堿度=[OH-]+[CO』-[H+]-[HCO*]~ZZ ~T~3 Z~- 23~二苛性堿度二[OH-]-2[HCO*]-[HCO-]-[H+]_。5、 “骨痛病事件”的污染物是一 ；水俁病的污染物是汞（或甲基汞）。6、 水體的富營養(yǎng)化程度一般可用總磷（TP）、總氮（TN）、葉綠素a、透明度等指標來衡量。7、 水環(huán)境中氧氣充足的條件下有機物發(fā)生的生物降解稱為有氧（或好氧）降解，最終產物主要為二氧化碳和水，有機氮轉化為硝酸根，有機硫轉化為硫酸根。水中的有機物在無氧條件經微生物分解，稱為出氧降解，降解產物除二氧化碳和水外，還有小分子的醇、酮、醛、酸等，無機態(tài)氮主要以氨氮存在、硫主要以硫化物存在，水體發(fā)臭發(fā)黑。8、體系的pE值越小，體系提供電子的能力強.還原能力 強9、水體中常見的吸附等溫線有Henry型、Freundlich型、Langmuir型。水體中膠體顆粒物的吸附作用有表面吸附、離子交換吸附、專屬吸附三種形式。10、取一定體積的某天然水樣測定其堿度，10、取一定體積的某天然水樣測定其堿度，用標準溶液滴至酚酞指示劑有紅色變成無色時,耗用了PmLHCl,再加入甲基橙指示劑，再用標準Cl溶液滴定至甲基橙指示劑變色時，又用去MmLHCl,當P=0,M>0,水體的堿度構成為[HCO3-]；當P=M>0水體的堿度構成為[CO32-]；當P>M>0水體的堿度構成為[OH-]+[CO2-]；當M>P>0水體的堿度構成為[CO2-]+[hCo-]；3 3 3當？>05=0水體的堿度構成為 [OH-]。11、水體的自凈作用按其發(fā)生的機理可分為物理凈化、化學凈化、生物凈化三類。12、水體的pE值越大，體系接受電子的能力越大,氧化能力越強；水體的pE值越小,體系接受電子的能力越弱，氧化能力越弱13、天然水的pE隨水中溶解氧的減少而減小_，一般天然水體表層水的pE較大，因而表層水呈氧化環(huán)境。14、 三態(tài)氮（氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮）的相對含量常用作水體自凈程度的指標。15、 pE的定義為：pE=-lga.；pE與E的關系式為：pE二EF/（2.303RT） ，25°C時為pE=E/0.0591二、 概念（名詞解釋）1、 溶解氧（DO,英文全稱）：DissolvedOxygen2、 亨利定律及其數學表達式：［X（aq）］=KH七3、 化學需氧量（COD英文全稱）：ChemicalOxygenDemand4、 生化需氧量（BOD英文全稱）：BiochemicalOxygenDemand5、 五日生化需氧量（BOD、英文全稱）。FivedayBiochemicalOxygenDemand6、 水體的酸度（acidity5）和堿度（alkalinity）：水體的酸度是指每升水樣中能與強堿發(fā)生中和反應的物質的量（或能提供質子的物質的量）；水體的堿度是指每升水樣中能與強酸發(fā)生中和反應的量（或能接受質子的物質的量）。7、 硝化與反硝化：氨氮在有氧條件下，經亞硝化細菌、硝化細菌的作用，氧化成亞硝酸最后氧化為硝酸的過程稱為硝化。硝酸鹽氮在缺氧條件下，經反硝化細菌作用，還原為氮氣或一氧化二氮（NO）的過程稱為反硝化。8、 分配定律與分配系數：所謂分配定律是指一定溫度下，物質A在兩種互不相溶的溶劑中達到分配平衡時在兩相中的活度（常近似為濃度）之比，即分配系數，為一常數。分配系數可用于表示該物質對兩種溶劑的親和性的差異。9、 水體的自凈作用：污染物排入水體后，使水環(huán)境受到污染，經過水體自然的物理、化學與生物的作用，使水體中污染物的濃度得以降低，經過一段時間后，水體質量逐漸恢復的過程。10、 優(yōu)先污染物：也叫優(yōu)控污染物，由于化學污染物種類繁多，世界各國都按一定的篩選原則篩選出一些毒性強、難降解、殘留時間長、在環(huán)境中分布廣的污染物優(yōu)先進行控制。這些被篩選出優(yōu)先控制的污染物稱為優(yōu)先污染物。11、 表面吸附、離子交換吸附、專屬吸附（1）表面吸附：由于膠體表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。（2）離子交換吸附：環(huán)境中大部分膠體帶負電荷，容易吸附各種陽離子。膠體每吸附一部分陽離子，同時也放出等量的其他陽離子，這種作用稱為離子交換吸附作用；（3）專屬吸附：指在吸附過程中，除了化學鍵作用外，尚有加強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荷改變符號，還可以使離子化合物吸附在同號電荷的表面上。12、 膠體的凝聚與絮凝：凝聚：水中膠體失去穩(wěn)定（脫穩(wěn)）并生成微小聚集體的過程。絮凝：脫穩(wěn)的膠體相互聚結成大的絮凝體的過程?；炷核心z體粒子失去穩(wěn)定并相互聚結成大的絮凝體的過程，它是通過向水中投加混凝劑實現(xiàn)的?；炷悄酆托跄目偡Q。作用機理不一樣，凝聚是由壓縮雙電層機理作用，膠體脫穩(wěn)引起的聚集成為凝聚。絮凝是吸附架橋作用，由天然高分子物質吸附架橋作用使微粒相互黏結的過程是絮凝。13、 SS（水中懸浮物）三、 簡答題1、天然水體的碳酸平衡體系，開放體系和封閉體系各有什么特點？答：天然水體開放體系，水始終與大氣接觸，水中CO2（［H2CO3*］）的濃度與大氣中的CO2達到平衡，其濃度可有亨利定律計算，溫度一定，空氣中CO分壓一定，水中CO（［HCO*］）的濃度一定，不隨pH變化。封閉體系，水不與大氣接觸，2水中CO2（［H2CO*］）不與關氣中CO交換，C=［HCO*］+［HCO-］+［CO2-］,C不隨pH變化。之」32 T2 3 3 3 T源-于-網-絡-收-集2、 影響重金屬在水體中的遷移轉化方式及其因素有哪些？答：按照物質的運動形式，重金屬在水環(huán)境中的遷移可分為機械遷移、物理化學遷移和生物遷移。機械遷移是指重金屬離子以溶解態(tài)或顆粒態(tài)的形式被水流搬運物理化學遷移是指重金屬以簡單離子、絡離子或可溶性分子在水環(huán)境中通過一系列物理化學作用所實行的遷移和轉化過程，這種遷移轉化的結果決定了重金屬在水環(huán)境中的存在形式、富集狀況和潛在危害程度。生物遷移指重金屬通過生物體的新陳代謝、生長、死亡等過程所實現(xiàn)的遷移，這是一種復雜的遷移，正是由于這種遷移，才使重金屬被有機體（如魚類）富集起來，再經由食物鏈，構成對人體的威脅。影響因素：pH：一般pH降低，重金屬化合物的溶解性增加，水中重金屬含量增加，重金屬的活性增加；溫度：溫度增加，減低物理吸附作用，增加重金屬化合物的溶解度，水中重金屬含量增加，重金屬的活性增加；鹽分：水中鹽分增加，降低膠體對重金屬的吸附，離子交換是吸附的重金屬離子釋放，水中重金屬含量增加，重金屬的活性增加；配為離子：一般配位離子濃度增加，重金屬離子形成配位化合物的幾率增加，溶解性增加。氧化還原電位：氧化還原電位對不同重金屬的影響不同，如：氧化還原電位增加，二價鐵變成三價鐵，二價猛變成四價猛，溶解性降低；三價鉻變成六價鉻，溶解性增加；重金屬硫化物在高氧化還原電位條件下變成硫酸鹽，溶解度增加；懸浮物的含量與類型對重金屬在水中的遷移轉化，一般來說，水體中的重金屬易被懸浮物吸附沉積到沉積物中去。生物的積累、生物的轉化等。3、 水體中有機污染物的遷移轉化方式有哪些？答：揮發(fā)、吸附沉降、化學氧化還原、光化學氧化、生物積累、生物降解（生物氧化）。生物降解有分為好氧降解和厭氧降解。三、選擇題1、某一氧化還原體系的標準電極電位為0.80，其pEo為：（A）A、13.50B、13.35C2、 以下因素中不會誘發(fā)重金屬從沉積物中釋放出來的是（A）。A、pH升高B、pH降低C、pE升高D、氧化還原電位降低3、 某生活污水的COD為100mg/L，其BOD5約為（C）。A、40B、100C、70D、604、 氨在有氧條件下通過微生物作用，氧化成硝酸的過程稱為：（A）A、硝化B、氨化C、同化D、反硝化6、下列關于水體的pE與電子活度的敘述中正確的是（B）。A、 pE越小，電子活度越小，水體的氧化性越強B、 pE越小，電子活度越高，水體的還原性越強D、pE越小，電子活度越高，水體的氧化性越強C、 pE越大，電子活度越高，水體的氧化性越強7、 下列因素中不是影響水環(huán)境中顆粒物吸附作用的主要因素是：（A）A、溶解氧含量 B、顆粒物粒度 C、溫度D、pH8、 某水體的氧化還原電位為0.771，其pE為：（C）7.上世紀五十年代日本出現(xiàn)的水俁病是由（B）污染水體后引起的。A、CdB、HgC、PbD、As四、論述題1、 論述水體富營養(yǎng)化產生的原因、危害及對策。答：水體富營養(yǎng)化指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。產生原因：水體富營養(yǎng)化產生的主要原因是由于未加處理或處理不完全的工業(yè)廢水和生活污水、有機垃圾和家畜家禽糞便以及農施化肥等排入水體，造成水體中氮、磷等營養(yǎng)物質濃度升高，促使某些生物（如藻類）急劇繁殖生長，生長周期變短。藻類及其他浮游生物死亡后被需氧生物分解，不斷消耗水中的溶解氧，或被厭氧微生物所分解，不斷產生硫化氫等氣體，使水質惡化，造成魚類和其他水生生物的大量死亡。藻類及其他浮游生物殘體在腐爛過程中，又把生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質釋放到水中，供新的一代藻類等生物利用。危害：（1）富營養(yǎng)化造成水的透明度降低，陽光難以穿透水層，從而影響水中植物的光合作用和氧氣的釋放，同時浮游生物的大量繁殖，消耗了水中大量的氧，使水中溶解氧嚴重不足，而水面植物的光合作用，則可能造成局部溶解氧的過飽和。溶解氧過飽和以及水中溶解氧少，都對水生動物（主要是魚類）有害，造成魚類大量死亡（2）富營養(yǎng)化水體底層堆積的有機物質在厭氧條件下分解產生的有害氣體，以及一些浮游生物產生的生物毒素（如石房蛤毒素）也會傷害水生動物。（3）富營養(yǎng)化水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人畜長期飲用這些物質含量超過一定標準的水，會中毒致病等等。（4）造成湖泊退化（湖泊一沼澤一陸地。對策：主要從污染防治（污水、廢水的除磷脫氮、農業(yè)污染源的控制）和湖泊水文參數物改變等方面論述。2、 論述城市污水處理廠活性污泥法除氮脫磷的機理。答：城市污水處理廠活性污泥法生物除氮是利用硝化與反硝化的原理：在厭氧條件下有機物降解產生氨氮，進入好樣段發(fā)生硝化作用生成硝酸鹽（或亞硝酸鹽）；含硝酸鹽（或亞硝酸鹽）的污水再回流至缺氧段發(fā)生反硝化作用使硝酸鹽形成氣態(tài)氮（N2和N2O）從廢水中釋放出來。在廢水生物除磷過程中，活性污泥在好氧、厭氧交替條件下時，在活性污泥中可產生“聚磷菌”。厭氧過程中，聚磷的分解將引進細胞內磷的積累,細胞內不能用于合成的磷酸鹽將被排到胞外，使液相中的磷濃度升高（稱為放磷）。在厭氧狀態(tài)下，細菌儲存的多聚磷酸鹽水解，為高能物質ATP的合成提供所需的能量，并使細胞內的乙酸活化產生乙酰輔酶Ao-部分乙酰輔酶A可以轉化為PHB（聚。-羥基丁酸）。在好氧狀態(tài)下，細菌儲存的PHB降解代謝為生物合成提供碳，并通過TCA循環(huán)（三羧酸循環(huán)）產生ATP，并為合成細胞物質及細胞活動的聚磷菌的大量合成提供能量。因而在好氧條件下，受到“壓抑”的活性污泥聚磷菌細胞會過量吸收磷，運行上通過排泥使廢水中的磷得到高效去除。五、計算題1、 X10-3mol/L,計算區(qū)叫*]、[HCO3-]、[叫2-]的濃度，若pH=10.00,堿度仍為X10-3mol/L,[H2CO3*]、[hco3-]、2[cO32-]的濃度各為多少？解：見教材：1222、 某水體的pH=7.0,堿度X10-3mol/L,求需加多少酸才能把水體的pH降低到。（提示在pH=5~9范圍內堿度N10-3mol/L或pH=6?8范圍內堿度N10-4mol/L,[H+]和[HO-]對堿度的貢獻可以忽略，快速操作，可以看成封閉體系）=0.816,a=0.0003828,pH=6.0時，a=0.308,a=0.00001444）解：總堿度=[OH-]+2[CO2-]+[HCO-]-[H+]=[OH-]+2a-C+a-C-[H+]3 3 2T1TCT=｛總堿度-[OH-]+[H+｝/（2a2+a1）總堿度二X10-3mol/L>10-3pH=5~9,[H+]和[HO-]對堿度的貢獻可以忽略C=｛總堿度｝/（2a+a） =0.816,a=0.0003828,CX10-3）X1.224=X10-3封閉體系，Ct不變，｛總堿度｝=Ct（2a2+a1）pH=6.0時，a1=0.308,a2｛總堿度｝=C（2a+aX10-3mol/L/A=（1.4-0.528）X10-3X10-3mol/L此為應入的酸量。3、取100.0mL水樣，用0.0250mol/LHC滴定水樣以測定其堿度，滴至酚酞指示劑變色時，耗用了2.00mLHCl,再加入甲基橙指示劑，再滴定至甲基橙指示劑變色時，又用0&mLHCl,指出水樣堿度的構成并求水樣各堿度的含量及酚酞堿度和總堿度。以mg/LCaC0計，M二 3 1/2（CaCO3）=50.05）（CaCO3）mL,M=5.00嘰P<M,所以此水樣的堿度由碳酸鹽和重碳酸鹽構成。分）酚酞堿度（以CaC03mg/L（2分）總堿度（以CaCO計）（2分）3 ..苛性堿度（以CaCO計）=0 （1分） 3 , ., 碳酸鹽堿度（以CaCqmg/L（2分）重碳酸鹽堿度（以CaCO計）=0.0250*（5.00-2.00）*50.05*1000/10^07.54（2分）34、含鎘廢水通入HS達到飽和（保持[HS]=0.10mol/L）,并調整pH=9.0,請計算說明：是生成Cd（OH）沉淀還是CdS沉淀，處理后的水溶液中鎘離子的濃度可降到多少mg/L。TOC\o"1-5"\h\z（已知HS的離解常數K=K-K=[H+]2[S2-]/[HX10-22,CdS的X10-27,Cd（OH）的K=X10-14,鎘的原子量為112.4） 1 2 2 2SP解pH=9.0,[0H-]=10-5mol/L,[H+]=10-9mol/L （1分）產生Cd（OH）沉淀時，[Cd2+]■[0H-]2=KspX10-14（1分）[Cd2+]=Ksp2 /[0H-]2X10-14/[10-5^2*0-4mol/L（2分）[H+]2-[S2-T（/[HS]=K （1分）2[S2-]=K■[HS]/[H+]2X10-22X0.10/（10-9）2X10-5mol/L（1分）2產生CdS沉淀時[Cd2+]?[S2-]二X10-27 （1分）[Cd2+X10-27/[S2-X10-27X10-5X10-22Smol/L（1分）因此，生成CdS沉淀，最后水溶液中[Cd2+X10-22mol/LX10-22XX1000mg/LTOC\o"1-5"\h\zX10-i7mg/L （1分）5、在天然水中無機氮主要有NO-、NO-、NH+三種形式，其中NO-和NH+存在如下氧化還原3 2 4 2 4反應：1/6NO-+4/3H++e-=1/6NH++1/3HO,其pE°,1/2NO-+H++e-=1/2NO-+1/2HO,其pE°3 2 2當水體的時時no3-]/[no2-]和[no2-]/[nh4+]為多少？三者以哪一個為主，水體處于什么狀態(tài)）（分）解：1/6NO-+4/3H++e-=1/6NH++1/3HO,pE°=15.14pE=pE°+lg{2NO-]1/6[H+]4/3/[NH+]146} 2=15.14-（4/§）pH+lg{[NO-]1/6/[NH+]1/6}=6.14 （2分）所以：lg{[NO-]1/6/[NH+]1/6}=6.14-15.14+4/3pH1/6lg{fNO-]/[Nh+]}=-9+（4/3）X7lg{[NO-]/[NH+4[NO2-]/[NH4+]=100，亞硝酸鹽的濃度是氨氮濃度的100倍。 （2分）2同理：1/2NO-+H++e-=1/2NO-+1/2HO,其pE°3 2 2pE=pE0+lg{[NO-]1/2[H+]/[NO-]1/2}6.14=14.5-pH3+1/2lg{[NO2]/[NO-]} （2分）所以:lg{[NO-]/[NO-]}=2（6.14-14.5+pH）=2（6.14-14.5+7）=-[NO-]/[NO-]= 2 （2分）因此：體系中三2態(tài)氮以亞硝酸鹽為主，水題處于凈化的中間環(huán)節(jié)。 （2分）6、在Fe（OH）（s）+3H+e=Fe++3HOlgK=17.9當pH=6.5,pE=3.5時，水溶液中Fe2+的濃度為多少mol/L?（溫度為298K） 2解：Fe（OH）（s）+3H+e-=Fee++3HOlgK=17.9,根據：lgK=npEn=1,所以lgK=pE=17.9pE=pE+lg{[H]3/[F&+]}=17.9-3pH-lg[國X-lg[Fe+]lg[Fe]X[Fa+X10-6mol/L7、取100.0mL水樣，用0.0250mol/LHC滴定水樣以測定其堿度，滴至酚酞指示劑變色時，耗用了4.00mLHC,再加入甲基橙指示劑，再滴定至甲基橙指示劑變色時，又用去mLHC,指出水樣堿度的構成，并求水樣各堿度的含量及酚酞堿度和總堿度以mg/LCaCO計，M3 1/2=50.05）（CaCO3）mL,M=6.00mLP<M,所以此水樣的堿度由碳酸鹽和重碳酸鹽構成l分）酚酰堿度（以CaCOmg/L（1.5分）3 總堿度（以CaCO計）（1.5分）-一一 3 苛性堿度（以CaCO計）=0 （1分）3 . -— 碳酸鹽堿度（UCaCOmg/L（1.5分）3 ■… . 一 —重碳酸鹽堿度（以CaCO計）=0.0250*（6.00-4.00）*50.05*1000/100=^5.02（1.5分）3 8、含Hg2+廢水通入H2S達到飽和（保持[H2S]=0.10mo通L）,并調整pH=8.0,生成HgS經沉淀后去除，處理后的水中剩余Hg2+濃度為多少mg/L。TOC\o"1-5"\h\z（已知H2S的離解常數K=K1-K2=[H+]2[S2-]/[H2X10-22,HgS的Ksp=2X10-54，汞的原子量為200.59） 1 2 22、解： [H+]2?[S2+]/[H2S]=K （1分）[S2+]=K?[HS]/[H+]2X10-22X0.10/[（10）-9]2X10-5mol/L （2分）■ ■ ■ ?2[Hg2+]?[S2+]=Ksp （2分）