第三章 水环境化学1、 请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中[H 2CO 3*]、[HCO 3-]和[CO 32-]的表达式，并讨论这两个体系之间的区别。
解:开放体系，考虑到CO 2在气液相之间的平衡，[H 2CO 3*] 不变 根据亨利定律： [CO 2(aq)] = K H Pco 2 lg[H 2CO 3*] ≈ lg[CO 2(aq)]= lg K H + lg Pco 2 = - 4.9lg[HCO 3-] = lg K 1 + lg [H 2CO 3*] + pH= -11.3 + pHlg[CO 32-] = lgK 1 + lgK 2 + lg[H 2CO 3*] + 2pH= -21.6 + 2pH*][][][*][]][[32133231CO H H KHCO CO H HCO H K +--+==*][][][*][][][32221233223221CO H H KK CO CO H CO H K K +--+⋅==⋅][][][233*32--++=CO HCO CO H C T 是常数。
的总和为各种碳酸化合态浓度假设,T C T C HCO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=31αT C CO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=232αT C CO H ⎥⎦⎤⎢⎣⎡*=320α122122)][][1(-+++=K H K K H α1211)][][1(-++++=H K K H α122110)][][1(-++++=H K K H K α*][][][*][]][[32133231CO H H K HCO CO H HCO H K +--+==*][][][*][][][32221233223221CO H H K K CO CO H CO H K K +--+⋅==⋅][][][][21233*32+--H K K CO HCO C CO H T 和含有的表示式，，为变量表示以:,][],[*],[21023332得到，，代入把αααT C CO HCO CO H --2、请导出总酸度、CO2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（α）的函数。
总酸度= [H+]+2 [H2CO3*] + [ HCO3-] - [ OH-]= C T (2α0+α1) +[H+]– K W /[H+] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] = C T (α0–α2) + [H+] – K W /[H+]无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-] = – C T (α1+2α2) + [H+] – K W /[H+] 总碱度= [OH-] + [HCO3-] + 2[CO32-]– [H+]= C T (α1+ 2α2) + K W /[H+] – [H+] 酚酞碱度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*] – [H+]=C T (α2-α0) + K W /[H+] – [H+]苛性碱度= [OH-]- [ HCO3-] - 2[H2CO3] – [H+]= - C T (α1+ 2α0) + K W /[H+] – [H+]3．向一含有碳酸的水体加入重碳酸盐，问：①总酸度、②总碱度、③无机酸度、④酚酞碱度和⑤CO2酸度，是增加、减少还是不变。
根据上体定义可得：总酸度总酸度无机酸度酚酞碱度CO2酸度加入重碳酸盐增加增加减少不变不变（HCO3-）不变增加减少增加减少加入碳酸盐（CO32-）3、在一个pH为6.5,碱度为1.6mmol/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,又需加入多少碱解:总碱度=K W/ [H+] + CT(α1+ 2α2) - [H+]C T =1/（α1 + 2α2）{[总碱度] + [H+] - [OH-]} 令α=1/（α1 + 2α2）当pH 在5～9范围内,[碱度]≥10-3mol/L 时, [H +],[OH -]项可以忽略不计,得到简化式:C T =α[碱度]当pH=6.5时,查表得α1=0.5845,α2=8.669×10-5,则α=1.71,C T =α[碱度]=1.71×1.6=2.736mmol/L若加入碳酸钠将水的pH 升至8.0,查表得α′=1.018,此时C T 值与碱度值均有变化.设加入的碳酸钠量为Δ[CO 32-],则有CT + Δ[CO 32-]=α′{[碱度] + 2Δ[CO 32-]}即2.736 + Δ[CO 32-]=1.018{1.6 + 2Δ[CO 32-]} 解得,Δ[CO 32-]=1.069 mmol/L若加入氢氧化钠将水的pH 升至8.0,其C T 值并不变化,可得: [碱度] =C T / α′=2.736/1.018=2.688 mmol/L 碱度增加值就是应加入的氢氧化钠强碱量: Δ[OH -]=2.688-1.6=1.088 mmol/L4、 具有2.00×10-3mol/L 碱度的水，pH 为7.00，请计算 [H 2CO 3*]、[HCO 3-]、 [CO 32-]和[OH -]的浓度各是多少？解:当pH = 7.00时,CO 3-的浓度与 HCO 3-的浓度相比可以忽略,查表pH = 7.00时,则[HCO 3-] = [碱度] = 2.00×10-3mol/l 。
[H +] = [OH -] = 10-7mol/l 。
[HCO 3※] = [H +][HCO 3-]/K 1 = 1.00×10-7×2.00×10-3/(4.55×10-7) = 4.49×10-4mol/l 。
[CO 3-] = K 2[HCO 3-]/[H +] = 4.69×10-11×2.00×10-3/(1.00×10-7) = 9.38×10-7mol/l 。
5、 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0.80mmol/L ，若以等体积混合，问混合后的值是多少？ 解：)mmol 82.638.6069.1][1038.1,9324.0,06626.0,069.1,5.73210（碱度=⨯==⨯=====-αααααT C pH)mmol 7674.080.09592.0][1047.4,9532.0,002142.0,9592.0,0.92210（碱度=⨯==⨯=====-αααααT C pH等体积混合后：)(545.3]7674.09532.082.69324.0[5.0]HCO [)(225.0]7674.0002142.082.606626.0[5.0]CO H [-332mmol mmol =⨯+⨯==⨯+⨯=K 1 = [H +][HCO 3-]/[HCO 3] [H +]=[HCO 3]K 1/[HCO 3-]55.7225.0545.3lg 35.6]CO H []HCO [lg 32-3=+=+=pK pH6、 溶解1.00×10-4mol/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：()O H Fe Hs Fe 23333)(OH +⇔+++333101.9][][⨯==++H Fe K按牛顿方法解：7、 什么是表面吸附作用,离子交换吸附作用和专属吸附作用 并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别.(1)表面吸附:由于胶体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.胶体表面积越大,吸附作用越强.(2)离子交换吸附:环境中大部分胶体带负电荷,容易吸附各种阳离子.胶体每吸附一部分阳离子,同时也放出等量的其他阳离子,这种作用称为离子交换吸附作用,属于物理化学吸附.该反应是可逆反应,不受温度影响,交换能力与溶质的性质,浓度和吸附剂的性质有关.8274342743323101.1][109.4][109.8][1000.1}][109.4][109.8]{[101.9])([])([][2-+-+-+-+-+-+-+++⨯=⨯+⨯+⨯=⨯+⨯+⨯=++=H H H H H H OH Fe OH Fe Fe C 73287243109.4][1078.1][3)'(101.1][109.4][109.8][)(-+-+-+-+-+⨯+⨯+=⨯-⨯+⨯+=H H x f H H H x f 为近似值。
一个，所以取最小值方程式的根必小于任何，可求得，可求得，可求得，求出近似值，分别等于3287382438387243102.2][102.2][101.1][109.4105.3][101.1][109.8102.2][101.1][101.1],[109.4,][109.8,][-+-+-+--+-+--+-+-+-+-+⨯=⨯=⨯=⨯⨯=⨯=⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯H H H H H H H H H H 71.2,1095.1][1095.1109.1/107.4102.2)('/)(109.1109.41092.31045.1109.4][1078.1][3)('107.4101.1-57.1101.11008.11041006.1101.1][109.4][109.8][)(335-9-300015-765-73209-889-9-8872430=⨯=∴⨯=⨯⨯-⨯=-=⨯=⨯+⨯+⨯=⨯+⨯+=⨯=⨯=⨯-⨯+⨯+⨯=⨯-⨯+⨯+=-+-----+-+----+-+-+pH H x f x f x x H H x f H H H x f ）（62357255342533331070.8)1095.1/(1075.6109.4])([1008.31075.61095.1109.8])([1075.6101.9)1095.1(][----+----+--+⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯÷⨯=⨯=⨯⨯⨯=OH Fe OH Fe Fe 计算(3)专属吸附:指在吸附过程中,除了化学键作用外,尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用.该作用不但可以使表面点荷改变符号,还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上.(4)水合氧化物对金属离子的专属吸附与非金属吸附的区别如下表所示.8、 含镉废水通入H 2S 达到饱和并调pH 值为8.0，请计算水中剩余镉离子浓度（已知CdS 的溶度积为7.9×10-27）。