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环境化学计算题答案

1.若一个天然水体的pH 为7.0。

碱度为1.4 mmol/L ,需加多少酸才能把水体的 pH 降低到6.0?2.若一个天然水体在25U 时的pH 值为76 碱度为1.4mmol/L, 求需加多少酸才能把水体的pH 值降低至6.0? (& =4-45灯0-6K 2=4.69X 10-11)解:总碱度二[HCO 訂 + 2 [CO ;■ ] + [OH ■ ] - [H" ] - [HCO - ] +2[CO ]pH 为64时碳酸盐化合物态总量 = pH 为7.0时的总量二 5 =|H ;CO ;] + [HCO ;] + [CO ;1[HCO ;]二 0.526x10-3 mol /LpH 为6・0时的总碱度为总碱度=[HCO ;] + 2[CO :] + [OH —]-[H+] = 4526x1{尸 iwl/L加入的酸量为碱度降低值二(1.4-052®*1(尸一0873x1 L 加//L步骤:1求碟酸总量; 2求碱度: 3求差•解二: 18: IIHJfHCO ;][co ;-] = KJHCO/I IH ] (HCO ;] = 1.4x1 (尸 一 2x4.69xl (r J11+ ---------- ; ---- 10'7 = L40xl()_3niol/L |CO-'] = K JHCOJ 469x10" xl 卫0幻0一’ [H +] 10-7=6.57 xlO -7 mol/L |H 3CO ;] =10_?xk4xl0^ ~ 4.45 xlO -7 = 0.314x10 3mol/L c T = l.71xlO ?mol/LpH 低為7.0时的緘酸 盐化合态总量訓®+曾+常= 1.71x10 1K/HCO ;] [H +]= 2.47xlO _K mol/L 当pH 值5-9 iz 围 内,[碱闵巧(P 或pH 值在&8, 【碱度】时* [H*]. [OH]项忽 略不计 辭題的要点上在碳酸总量不变前提下, WE 度的降低值即为加入的酸员■例题:若一个天然水体的pH为7.0,碱度为1.4 mmoVL, 求需加多少酸才能把水体的pH降至6仏解:总碱度=tHCO< ] + 2 [CO/2 ] + [OH ] -[«+] =C\ (內+2a2) + Kw/[H+] -[ H+]在中性水溶液中,与总碱度1.4X IO3moVL相比,[OR]与[H*]可以忽略。

所以:C T=——-——[总碱度]a x+ 2s令a = -------- -----a{+ 2a 2C T= a[总碱度]当pH为加时,查p」l(k表3・3可得:a x = 0.816 a2 =3.83 X IO4 a = L22Or = a [总碱度]=1.22 XL4 = L71 mmol/L 若加入强酸将水的pH降至64,其值并不变化,而a则为3.25,此时[总碱度]二Cf/a = 1.71 / 3.25 = 0.526 mmol/L,总碱度的降低值即为酸的加入量:AA = 1.4—0*526 = 0*874 mmol/L碱化时计算相类似。

已知pH=6.0 时,a 0=0.6920, a 1=0.3080, a 2=1.444*10-5, a =3.247; pH=7.0 时,a 0=0.1834, a 1=0.8162, a 2=3.828*10-4, a =1.224; 解:查表3-3(p110) a 1、a 2, a = 1.22_1C T = 1.22X 1.4 = 1.71 m mol.L当加强酸使pH = 6.0, a = 3.25,而C T不变时碱度=1.71 / 3.25 = 0.526 m mol丄-1△ A = 1.4-0.526 = 0.874 m mol丄-12.含镉废水通入H2S达到饱和并调整pH为8.0,计算水中剩余镉离子浓度。

(K spcds = 7.9 10-27)饱和水溶液中H2S浓度保持在0.1mol/L, H2S离解常数K i=8.9*10-8,K2=1.3*10-15)解: 饱和时[H2S] P.1mol/LK H2S=[H+]2[S2-]=1.16 10-23,且pH=8.0 10-23[扌]=1.16 10-23/ [H+]2= 1.16 10-23/ 1.0 10-16 =1.16 10-7 mol/L [Cd ]= K SP/ [S -] =7.9 10 / 1.16 10- =6.8 10- mol/L3. 一个有毒化合物排入pH = 8.4,T = 25oC水体中,90%的有毒物质被悬浮物所吸着,已知其K A = 0, K B =4.9 10-7 L/(d mol), K N = 1.6 d-1,计算化合物的水解速率常数。

解:已知Ka=0,[Hj =10-8.4,Kn=1.6,Kb=4.9x 10-7 Kh=Ka[H j+Kn+KbKw/[Hj=0+1.6+4.9 x 10-7x 10-5.6 = 1.6 (d-1)4.在厌氧消化池中和pH = 7.0的水接触的气体含65% CH4和35% CO2,计算Pe和Eh。

解:0〉求pQ-CO^ +H + + e_ o - CH.pF0 =2.878 _8 -1 4 "= 2-87 + lg[(^^)1/S xlO-7] = ^+.160.65<2)E h=0*059pF = 0.059 x <—^3 6) = ^0*25l76. 某废水中Cu2+含量为5.0 mg/L,经EDTA处理后,未络合EDTA为200 mg/L, 体系pH = 11,计算后回答反应平衡时,Cu的存在形式。

(已知Cu2+ + Y4- = CuY2-, K = 6.3 1018, EDTA 分子量为372)7. 已知空气中的CO2含量为0.0324% (体积),水在25E时的蒸汽压是0.03167 X105 Pa, CO2 的亨利定律常数是3.34 >10-7 mol/ ( L Pa)( 25(C),求CO2 在水中的溶解度。

H2CO3 的K a1 = 4.45 1>8. 用Langmuir方程描述悬浮物对溶质吸附作用,假设溶液的平衡浓度为6.00 X0-3 mol/L,溶液中每克悬浮物吸附溶质为0.50 X0-3 mol/L ;当平衡浓度降为2.00 X0-3 mol/L ,溶液中每克悬浮物吸附溶质为0.25 X0-3 mol/L,问每克吸附剂可以吸附溶质的限量G0和常数A是多少?10. 已知某耗氧有机物在水体中的降解过程符合一级动力学方程。

在25 C时测得其降解半衰期为10 d,试计算该有机物在25 C时降解90%需要多少时间?11. 过多的紫外线到达地球表面,将对生物产生有害作用,试通过计算说明310 nm的紫外光能否破坏C-H键?已知C-H键的键能为344.8 KJ/mol,阿佛加德罗常数为6.023 1023,普朗克常数为6.626 10-34 J s,光速为2.998 108 m/s, 并进一步说明臭氧层在大气层中的位置和对生物的保护作用。

解:依据:E=N o X he/入=1.196X 105/入kJ • mol-1E=1.196X 105/300 =398.67kJ・mol-1计算结果说明300nm紫外光的能量大于C-H键的键能,所以能够断裂C-H 键。

03层位于大气层中平流层的下部,距地面15-35km处,而距地面25km处浓度最大.通过上述计算可知紫外线能够破C-H键,所以过多的紫外线到达地球表面时,对生物具有破坏作用,特别是对人类的皮肤。

眼睛和免疫系统造成损伤,使皮肤癌患者增多。

而臭氧层中的O3分子能够吸收量的紫外线,防止了过多的紫外线到达地球表面,从而保护人类和动、植物的生存,所以臭氧层是生物圈天然的保护伞。

12. 在25 C条件下,某胶体对持久性有机物的吸附符合Langmuir吸附等温式。

当吸附达平衡时该有机物的浓度为 5.62」g/L时,吸附量为5.25 l g/g;当吸附达平衡时的硼浓度为6.78切/L时,吸附量为6.21」g/g。

试求该土壤在实验条件下吸附该有机物的有关常数。

3C T = 1.0 x 10- mol/L ,试计算 pH = 9.0时该水体中的CO 2(aq )、HCO 3-和CO 32-的浓度。

已知H 2CO 3的K ai =14. 已知某有机农药在土壤中的降解反应符合一级动力学方程, 其速率常数k = 0.005 d -1,该污染物在土壤中的半衰期是多少?降解75%需要多长时间? 15.在25 C 条件下,某土壤对硼的吸附符合 Freundlich 吸附等温式。

当吸附达 平衡时的硼浓度为0.78 mg/L 时,吸附量为0.89 mg/kg ;当吸附达平衡时的硼浓 度为6.35 mg/L 时,吸附量为4.60 mg/kg 。

试求该土壤在实验条件下吸附硼的有 关吊数。

13. 某封闭水体碳酸形态的总浓度 -7 4.45 10 , K a2 = 4.6910 -1116. 某一土壤样品对某污染物的等温吸附符合Lan gmuir方程。

当吸附达平衡后,平衡液中该污染物浓度为30 mg/L,土壤污染物的吸附量为50 mg/kg;而当平衡液中污染物浓度为10 mg/L,土壤污染物的吸附量为25 mg/kg。

(1)求此土壤对该污染物的最大吸附量。

(2)相似条件下的实验中,另一土壤样品对该污染物的最大吸附量为70 mg/kg,问哪一种土壤更容易受该污染物的污染?17. 有一股20 C的生活污水,其耗氧反应速率常数k = 0.23 d-1,求经过3、5和20天后水中有机物剩余量的百分数各为多少?18. 已知干空气中CO2的含量为0.0314%, 25 C时水的蒸气压为0.0317 105 Pa, CO2的亨利常数为3.34 10-7 mol/(L Pa), H2CO3的一级离解常数为4.45 10-7, 试根据亨利定律和电离平衡估算未受污染的天然雨水的pH值。

19•已知某需氧有机物在自然降解过程中符合一级反应动力学规律,在25C时, 测得降解半衰期为3 d,试计算该有机污染物在25 C时,降解80%需要多少时间?20. 某水体pH = 7.00,碱度为1.00 X0-3 mol/L,计算水体中H2CO3、HCO3-、CO32和OH-的浓度。

若水体pH = 10.00,碱度仍为1.00 X0-3 mol/L,上述各形态物质的浓度又是多少?假设其它各种形态对碱度的贡献可以忽略。

已知碳酸的7 11K a1 = 4.45 w- , K a2 = 4.69 W-。

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