第二章 大气环境化学1、对流层和平流层中臭氧各自特征？答：①地球上90%的臭氧在平流层，10%在对流层；②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；③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；④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；⑤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：32420nm2O O O O NO h N0→+∙∙+−−→−+<ν2、2、已知某污染大气中HO2自由基的浓度为：7.56×10-15molcm-3，HO2与SO2反应：HO2+SO2→HO+SO3反应速率k=9×10-16 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τ，计算τ值？ 解：（1）根据SO2在单位时间的转化百分数可知]SO ][X [k dt]SO [d 22-= HO 2·与SO 2反应：t]HO [k 02t22222e ]SO []SO []SO ][HO [k dt]SO [d -=-=于是1h 二氧化硫转化的百分数为%100)e 1(]SO []SO []SO [t ]HO [k 02021h t 22⨯-=---=已知k=9×10-16 cm3个-1s-1=6.022×1023×9×10-16cm-3mol-1s-1 =5.4198×108 cm-3mol-1s-1 所以：%479.1%100)e 1(%100)e 1(]SO []SO []SO [36001056.7104198.5t ]HO [k 02021h t 21582=⨯-=⨯-=--⨯⨯⨯⨯--=-(2)]SO [e1]SO [e ]SO []SO [22t]HO [k 02t22==-τk[SO2]t=1t=1/5.4198×108×7.56×10-15=2.44×105s=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 =][][][2][233+----++H OH CO HCO 总碱度 =][]/[)2(21++-++H H K c W T αα 令2121ααα+=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：][碱度α=T c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：)26.1()(0.8x x c T +=+α即 )26.1(018.1)6.1710.1(x x +=+⨯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： )6.1(0.8x c T +=α解之，得：x = 1.088mmol/L5、具有2.00×10-3mol/L 碱度的水，pH 为7.00，请计算[H 2CO 3*]、[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]= 2.00×10-3mol/L [OH-]=1.00×10-7mol/L根据酸的离解常数K 1，可以计算出H 2CO 3*的浓度： [H 2CO 3*]=[H +][HCO 3-]/K 1=2.00×10-3×10-7/(4.45×10-7) =4.49×10-4mol/L代入K 2的表示式计算[CO 32-]： [CO 32-]=K 2[HCO 3-]/[H +]=4.69×10-11×2.00×10-3/1.00×10-7 =9.38×10-7mol/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L mmol C A /82.638.6069.1][5.7=⨯=⨯=碱度α 水B 的L mmol C B /77.080.09592.0][0.9=⨯=⨯=碱度α水A 、水B 以等体积混合后，Lmmol C C C B A /795.321=+=）（总当pH 在6-9范围内，主要考虑一级电离， 二级电离可以忽略，则：L m m o l H C O CO H C /795.3][][332=+=-*总 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：Lmmol HCO /59.380.038.621][][3=+==-）（碱度则，L mmol HCO C CO H /195.0][][332=-=-*总 根据 615.724.135.6][][lg 3321=+=-=-*HCO CO H pK pH 混合后水体的pH 是7.62。

7、溶解1.00×10-4mol/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Fe 2(OH)24+。

请计算平衡时该溶液中[Fe 3+]、[Fe(OH)2+]、[Fe(OH)2+]、[H +]和pH 。

解：L /mol 101])OH (Fe []FeOH []Fe [C 4223Fe ,T -+++⨯=++= ①++++⇔+H )OH (Fe O H Fe 223 [Fe(OH)2+]=K 1[Fe 3+]/[H +] ②++++⇔+2H )OH (Fe O 2H Fe 223[Fe(OH)2+]=K 2[Fe 3+]/[H +]2 ③ 将式②、③带入式①[Fe 3+]+ K 1[Fe 3+]/[H +]+ K 2[Fe 3+]/[H +]2=1×10-4mol/L 根据溶度积原则 [Fe 3+][OH -]3=Ksp=10-38 [Fe 3+]=104[H +]3 ⑤ 联立④⑤，解之得 [Fe 3+]=6.24×10-5mol/L [H +]=10-2.72mol/L pH=2.72[Fe(OH)2+]=2.29×10-5mol/L [Fe(OH)2+]=8.47×10-6 mol/L18、已知Fe 3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下：++++⇔+H )OH (Fe O H Fe 223++++⇔+2H )OH (Fe O 2H Fe 223 -++⇔3OH Fe )s ()OH (Fe 33 +-++⇔+4H )OH (Fe O 4H Fe 423 ++++⇔+2H )OH (Fe O 2H 2Fe 42223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)++++⇔+H )OH (Fe O H Fe 2233w3sp 3-sp 3K]H [K ][OH K ][Fe ++==-lg[Fe 3+]=-lgKsp+3pH+3lgKwp[Fe3+]=pKsp+3pH-3×14=38+3pH-42=3pH-4 (2)++++⇔+2H )OH (Fe O 2H Fe 223][Fe ]H [][Fe(OH)K 321+++= pK1+p[Fe3+]=p[Fe(OH)2+]+pH 2.16+3pH-4=p[Fe(OH)2+]+pH p[Fe(OH)2+]=2pH-1.84(3) ++++⇔+2H )OH (Fe O 2H Fe 223][Fe ]H [][Fe(OH)K 3222+++= pK 2+p[Fe 3+]=p[Fe(OH)2+]+2pH p[Fe(OH)2+]=2.74+pH(4) +-++⇔+4H )OH (Fe O 4H Fe 423][Fe ]H [][Fe(OH)K 3444++-= pK 4+p[Fe 3+]=p[Fe(OH)4-]+4pH p[Fe(OH)4-]=19-pH(5) ++++⇔+2H )OH (Fe O 2H 2Fe 42223][Fe ]H [](OH)[Fe K 324225+++= pK 5+p[Fe 3+]=p[Fe 2(OH)24+]+4pH p[Fe 2(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E h 。

解：O 2H 4e 4H )g (O 22⇔++-+ 75.20pE =Θ S=0.32mg/L 则[O 2(aq)]=10-5mol/L [O 2(aq)]=K H ·PO 2PO 2=[O 2(aq)]/K H =7.94×102PaEh=0.0059pE=0.77998v ≈0.78v26、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：O 2H )g (CH 8e 8H )g (CO 242+⇔++-+ 2.87pE =ΘPCO 2=0.35 PCH 4=0.65164v.47034.087.2]H [lg 65.035.0lg 812.87PCH ]H [PCO lg 812.87pE 482-=--=++=∙+=++27、在一个pH 为10.0的SO 42--HS -体系中（25℃），其反应为)l (O 4H HS 8e 9H S O 224+⇔++--+-已知其标准自由能Gf 0值(kJ/mol)S042-：-742.0, HS-:12.6, H2O(l):-237.2,水溶液中质子和电子的Gf 0值为零。

（1）请给出该体系的pE 0。

（2）如果体系化合物的总浓度为1×10-4mol/L,那么请给出下图中①②③④的lgC-pE 关系图解：(1)Θ∆G =12.6+4×（-237.2）+742.0=-194.2kJ/mol26.40.059vE pE 25v .0mol V /96500J 8mol/2kJ ,194nF G E nFE G ===∙⨯-=∆-=-=∆ΘΘΘΘΘΘ(2)]HS []SO [lg n 1pE pE 24--Θ+=当Θ<<pEpE,[HS-]>>[SO42-], HS-形态占绝对优势时，[HS-]≈10-4mol/L lg[HS-]=-4.0pE=4.26+lg[SO42-]/8-lg[HS-]=4.26+lg[SO42-]/8+0.5lg[SO42-]=8pE-38.08当Θ>>pEpE，[HS-]<<[SO42-] ,SO42-形态占绝对优势时，[SO42-]≈10-4mol/L, lg[SO42-]=-4.0pE=4.26-0.5-lg[HS-]/8 lg[HS-]=-8pE+30.08。