水环境化学习题解答戴树桂

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水环境化学习题解,1 请推导出封闭体系和开放体系碳酸平衡中H,2,CO,3,、HCO,3,-,和CO,3,2-,的表达式，并讨论这两个体系之间的区别。,解：碳酸化合态各种形体占各种碳酸化合态总量的比值称为分布系数，用,表示。,各种碳酸化合态总量用C,T,表示。,(1)封闭体系,在封闭体系中不考虑溶解性CO,2,与大气交换过程，C,T,保持不变。,在封闭体系中，各形体的分布系数只是氢离子浓度的函数，与总浓度无关。,(2)开放体系,此时考虑CO,2,在气相和液相之间的平衡:,CO,2(aq),=K,H,P,CO2,对于封闭体系，C,T,保持不变、而CO,2,HCO,3,2-,、CO,3,2-,均随pH而变化。对于开放体系而言，CO,2,总与大气保持相平衡的数据，C,T,、HCO,3,2-,、CO,3,2-,均随pH而变化。,2 请导出总酸度、CO,2,酸度、无机酸度、总碱度、酚酞碱度和苛性碱度的表达式作为总碳酸量和分布系数的函数。,解：,总酸度=H,+,+HCO,3,-,+2H,2,CO,3,OH,-,=C,T,(,1,+2,0,)+H,+,Kw/H,+,CO,2,酸度 H,+,+H,2,CO,3,CO,3,-2,OH,-,=C,T,(,0,2,)+H,+,Kw/H,+,无机酸度 H,+,HCO,3,-,2 CO,3,-2,OH,-,=C,T,(,1,+2,2,)+H,+,Kw/H,+,总碱度 HCO,3,-,+2 CO,3,-2,+OH,-,H,+,=C,T,(,1,+2,2,)+Kw/H,+,H,+,酚酞碱度 OH,-,+CO,3,-2,H,2,CO,3,H,+,=C,T,(,2,0,)+Kw/H,+,H,+,苛性碱度=OH,-,HCO,3,-,2H,2,CO,3,H,+,=C,T,(,1,2,0,)+Kw/H,+,H,+,3 向某一含有碳酸的水体加入重碳酸盐，问：总酸度、总碱度、无机酸度、酚酞碱度、CO,2,酸度，是增加、减少还是不变。,解：增加重碳酸盐即增加HCO,3,-,，因此：,(1)总酸度=H,+,+HCO,3,-,+2H,2,CO,3,OH,-,而HCO,3,-,增加，显然总酸度增加。,(2)总碱度 HCO,3,-,+2 CO,3,-2,+OH,-,H,+,，而HCO,3,-,增加，显然总碱度增加。,(3)无机酸度 H,+,HCO,3,-,2 CO,3,-2,OH,-,，而HCO,3,-,增加，显然无机酸度减少。,(4)酚酞碱度 OH,-,+CO,3,-2,H,2,CO,3,H,+,酚酞碱度与HCO,3,-,无关，HCO,3,-,增加，显然酚酞碱度不变。,(5)CO,2,酸度 H,+,+H,2,CO,3,CO,3,-2,OH,-,CO,2,酸度即酚酞酸度与HCO,3,-,无关，HCO,3,-,增加，显然CO,2,酸度不变。,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强碱进行碱化，又需加多少碱？,解：,总碱度 HCO,3,-,+2 CO,3,-2,+OH,-,H,+,C,T,(,1,+2,2,)+Kw/H,+,H,+,在pH 为6.5、碱度为1.6 mmol/L的水体中，总碱度计算可忽略 OH,-,和 H,+,两项。,所以：总碱度 HCO,3,-,+2 CO,3,-2,=C,T,(,1,+2,2,),查表33（P.110）：pH=6.5 时,=1.710,所以：C,T,=1.7101.6=2.736(mmol/L),设加入B mmol/L的Na,2,CO,3,使pH=8.0,此时,=1.018,C,T,+B=1.0181.6+2 B,1.036 B=1.106,B=1.067 (mmol/L),若加入NaOH至 pH=8.0 此时C,T,值并不变化，因此：,碱度 C,T,2.7361.018=2.688 (mmol/L),碱度的增加值即为NaOH加入量：,2.688 1.6=1.088(mmol/L),5 具有2.010,-3,mol/L碱度的水，pH为7.0，请计算H,2,CO,3,、HCO,3,-,、CO,3,2-,和OH,-,的浓度各是多少？,解：pH 为7.0，那么：OH,-,1.010,-7,mol/L,查表33：,=1.224,0,=0.1834,1,=0.8162,2,=3.8110,-4,;,C,T,=,碱度=1.2242.010,-3,=2.44810,-3,(mol/L),H,2,CO,3,=,0,C,T,=0.1348 2.44810,-3,(mol/L),=4.510,-4,(mol/L),HCO,3,-,=,1,C,T,=0.8162 2.44810,-3,(mol/L),=2.010,-3,(mol/L),CO,3,2-,=,2,C,T,=3.8110,-4,2.44810,-3,(mol/L),=9.310,-7,(mol/L),若有水，,pH,为7.5，其碱度为6.38,mmol,/L，,水的,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：,pH,为7.5，查表33：,=1.069,0,=0.06626,1,=0.9324,2,=1.3810,-3,;,C,A,=,碱度=1.0696.38=6.82 (,mmol,/L),pH,为9.0：,=0.9592,0,=0.002142,1,=0.9532,2,=4.4710,-2,;,C,B,=,碱度=0.95920.8=0.7674 (,mmol,/L),等体积混合后:,H,2,CO,3,=0.50.066266.82+0.0021420.7674,=0.225(,mmol,/L),HCO,3,-,=0.50.93246.82+0.95320.7674,=3.545,(,mmol,/L),7 溶解1.010,-4,mol/L的Fe(NO,3,),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，假定该溶液中仅形成 Fe(OH),2+,和 Fe(OH),2,+,。请计算平衡时该溶液中Fe,3+,、Fe(OH),2+,、Fe(OH),2,+,和pH 值。,解：Fe,3+,+3 H,2,O =Fe(OH),3,+3 H,+,Fe,3+,+H,2,O =Fe(OH),2+,+H,+,Fe,3+,+2 H,2,O =Fe(OH),2,+,+2 H,+,Fe,3+,9.110,3,H,+,3,，分别代入：,C =Fe,3+,+Fe(OH),2+,+Fe(OH),2,+,=9.110,3,H,+,3,+8.910,-4,H,+,2,+4.910,-7,H,+,=1.010,-4,(mol/L),H,+,3,+8.910,-4,H,+,2,+4.910,-7,H,+,=1.110,-8,按牛顿法求解:,f(x)=H,+,3,+8.910,-4,H,+,2,+4.910,-7,H,+,1.110,-8,f(x)=3 H,+,2,+1.7810,-3,H,+,+4.910,-7,H,+,3,、8.910,-4,H,+,2,、4.910,-7,H,+,分别等于1.110,-8,求出近似值:,H,+,3,=1.110,-8,可求得:H,+,=2.210,-3,8.910,-4,H,+,2,=1.110,-8,求得:H,+,=3.510,-3,4.910,-7,H,+,=1.110,-8,求得:H,+,=2.2410,-2,方程的根必小于任何一个,所以取最小值H,+,=2.210,-3,为近似值:,f(x,0,)=H,+,3,+8.910,-4,H,+,2,+4.910,-7,H,+,1.110,-8,=1.0610,-8,+410,-9,+1.0810,-9,1.110,-8,=(1.571.1)10,-8,=4.710,-9,f(x)=3 H,+,2,+1.7810,-3,H,+,+4.910,-7,=1.4510,-5,+3.9210,-6,+4.910,-7,=1.910,-5,x,1,=x,0,f(x,0,)f(x,0,)=2.210,-3,4.710,-9,1.910,-5,=2.210,-3,2.4710,-4,=1.9510,-3,所以：H,+,1.9510,-3,pH=-log(1.9510,-3,)=2.71,13 用Langmuir方程描述悬浮物对溶质的吸附作用，假设溶液平衡浓度为3.010,-3,mol/L，溶液中每克悬浮物固体吸附溶质为0.5010,-3,mol/L，当平衡浓度降至1.010,-3,mol/L，每克吸附剂吸附溶质为0.2510,-3,mol/L，问每克吸附剂可以吸附溶质的限量是多少?,解：根据Langmuir 吸附等温式：,两式相减得：,代入,所以：G,0,=110,-3,（mol Lg）,17 含镉废水通入H,2,S达到饱和并调整pH 值为8.0，请算出水中剩余镉离子浓度（已知CdS的溶度积为7.910,-27,).,解：饱和时H,2,S,0.1 mol/L，,K,H2S,=H,+,2,S,2-,=1.1610,-23,，且 pH=8.0,S,2-,=1.1610,-23,/H,+,2,=1.1610,-23,/1.010,-16,=1.1610,-7,(mol/L),Cd,2+,=K,sp,/S,2-,=7.910,-27,/1.1610,-7,=6.810,-20,(moll/L),18 已知 Fe,3+,与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下：,Fe,3+,+H,2,O =Fe(OH),2+,+H,+,lg k,1,=2.16,Fe,3+,+2 H,2,O =Fe(OH),2,+,+2 H,+,lg k,2,=6.74,Fe(OH),3,(s)=Fe,3+,+3 OH,-,lg k,so,=38,Fe,3+,+4 H,2,O =Fe(OH),4,-,+4 H,+,lg k,4,=23,2Fe,3+,+2 H,2,O =Fe,2,(OH),2,4+,+2 H,+,lg K=2.91,请用pcpH图表示Fe(OH),3,(s)在纯水中的溶解度与pH的关系。,解：(1)Fe(OH),3,(s)=Fe,3+,+3 OH,-,K,S0,=Fe,3+,OH,-,3,则 Fe,3+,=K,S0,/OH,-,3,所以：pFe,3+,=p K,S0,3 pOH,=38 314 +3 pH,=3 pH 4,(2)Fe,3+,+H,2,O =Fe(OH),2+,+H,+,lg k,1,=2.16,k,1,=Fe(OH),2+,H,+,Fe,3+,p Fe(OH),2+,=p k,1,+pFe,3+,pH,=2.16+3 pH 4pH,=2 pH 1.84,(3)Fe,3+,+2 H,2,O =Fe(OH),2,+,+2 H,+,lg k,2,=6.74,p Fe(OH),2,+,=p k,2,+pFe,3+,2pH,=6.74+3 pH 42pH,=pH+2.74,(4)Fe,3+,+4 H,2,O =Fe(OH),4,-,+4 H,+,lg k,4,=23,p Fe(OH),4,-,=p k,4,+pFe,3+,4pH,=23+3 pH 44pH,=19 pH,(5)2Fe,3+,+2 H,2,O =Fe,2,(OH),2,4+,+2 H,+,lg K=2.91,p Fe,2,(OH),2,4+,=p K+2pFe,3+,2pH,=2.91+6 pH 82pH,=4 pH5.09,19 已知：Hg,2+,+2 H,2,O =Hg(OH),2,0,+2 H,+,lg k=6.3，溶液中存在H,+,、OH,-,、Hg,2+,、Hg(OH),2,0,和ClO,4,-,等形态，且忽略Hg(OH),+,和离子强度效应，求1.010,-5,mo