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水环境化学习题解答


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的函数。 解: 总酸度 =[ H+ ] + [HCO3- ] + 2[H2CO3 ]-[OH- ] = CT (1 + 20 ) + [ H+ ]-Kw/[H+] CO2酸度 = [ H+ ] + [H2CO3 ]-[CO3-2 ]-[OH- ] = CT (0- 2) + [ H+ ] -Kw/[H+] 无机酸度 =[ H+ ]-[HCO3- ]-2 [CO3-2 ] -[OH- ] = -CT ( 1 +22 ) + [ H+ ]-Kw/[H+] 总碱度 = [HCO3- ] + 2 [CO3-2 ] + [OH- ] -[ H+ ] = CT ( 1 +22 ) + Kw/[H+] -[ H+ ] 酚酞碱度 = [OH- ] + [CO3-2 ] -[H2CO3 ]- [ H+ ] = CT (2 - 0 ) + Kw/[H+] -[ H+ ] 苛性碱度 = [OH- ]-[HCO3- ]-2[H2CO3 ]-[ H+ ] = -CT (1 -20 ) + Kw/[H+] -[ H+ ]
[H+]3 = 1.1×10-8 可求得: [H+] = 2.2×10-3 8.9×10-4 [H+]2 = 1.1×10-8 求得: [H+] = 3.5×10-3 4.9×10-7 [H+] = 1.1×10-8 求得: [H+] = 2.24×10-2 方程的根必小于任何一个,所以取最小值[H+] = 2.2×10-3为近似值: f (x0) = [H+]3 + 8.9×10-4 [H+]2 + 4.9×10-7 [H+] -1.1×10-8 = 1.06×10-8 + 4×10-9 + 1.08×10-9 -1.1×10-8 = (1.57-1.1) ×10-8 = 4.7×10-9 f ’(x) = 3 [H+]2 + 1.78×10-3 [H+] + 4.9×10-7 = 1.45×10-5 + 3.92×10-6 + 4.9×10-7 =1.9×10-5 x1 = x0 -f (x0)/f ’(x0) = 2.2×10-3 -4.7×10-9/1.9×10-5 = 2.2×10-3 -2.47×10-4 = 1.95×10-3 所以:[H+] =1.95×10-3 pH = - log (1.95×10-3 ) = 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3.0×10-3 mol/L,溶液中每克悬浮物固体吸附溶质为 0.50×10-3 mol/L,当平衡浓度降至1.0×10-3 mol/L,每克吸附剂吸 附溶质为0.25×10-3 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:
[Fe3+] = 9.1×103 [H+]3 , 分别代入: C = [Fe3+] +[Fe(OH)2+]+[ Fe(OH)2+] = 9.1×103 {[H+]3 + 8.9×10-4 [H+]2 + 4.9×10-7 [H+]} = 1.0×10-4 (mol/L) [H+]3 + 8.9×10-4 [H+]2 + 4.9×10-7 [H+] = 1.1×10-8 按牛顿法求解: f (x) = [H+]3 + 8.9×10-4 [H+]2 + 4.9×10-7 [H+] -1.1×10-8 f ’(x) = 3 [H+]2 + 1.78×10-3 [H+] + 4.9×10-7 [H+]3 、 8.9×10-4 [H+]2、 4.9×10-7 [H+] 分别等于1.1×10-8 求出近似值:
1= HCO 2= CO3
H CO H CO HCO CO KK H CO HCO CO H K H K K
3 1 3 2 2 2 3 3 3 1 1 2 3 1 2 2 2 2 3 3 3 1 1
1 1 A 1 0 0 G1 G G c1 1 1 A 1 0 0 G2 G G c 2
两式相减得: A 1 - 1 ) 1 1 ( 0Gc2Fra bibliotekc1G2
G1
1 1 2 103 0.25 103 0.5 103
A 3 0 G
A 1 1 ( - ) 2 103 G 0 1.0 103 3.0 103
K Fe ( OH )3 [ H ]3 1.110 4 [ Fe3 ]
K Fe( OH ) 2
K Fe( OH )
2
[ Fe(OH ) 2 ][ H ] 8.9 104 [ Fe3 ]

[ Fe(OH ) 2 ][ H ]2 4.9 107 [ Fe 3 ]
1 总碱度 1 2 2 1 令 1 2 2 CT CT 总碱度
查表3-3(P.110):pH = 6.5 时, = 1.710 所以:CT = 1.710×1.6 = 2.736 (mmol/L)
※ 设加入B mmol/L的Na2CO3使pH = 8.0, 此时, = 1.018 CT + B = 1.018×[1.6 + 2 B] 1.036 B = 1.106 B = 1.067 (mmol/L)
※ 若加入NaOH至 pH = 8.0 此时CT 值并不变化,因此: [碱度]= CT / = 2.736/1.018 = 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2.0×10-3 mol/L碱度的水,pH为7.0,请计算 [H2CO3 ] 、 [HCO3- ]、[ CO32- ] 和[OH-]的浓度各是多少? 解: pH 为7.0,那么:[OH-] = 1.0×10-7 mol/L 查表3-3: = 1.224 0 = 0.1834 1 = 0.8162 2 = 3.81×10-4 ; CT = [碱度] = 1.224×2.0×10-3 = 2.448×10-3 (mol/L) [H2CO3 ] = 0 CT = 0.1348× 2.448×10-3 (mol/L) = 4.5×10-4 (mol/L) [HCO3- ] = 1 CT = 0.8162× 2.448×10-3 (mol/L) = 2.0×10-3 (mol/L) [ CO32- ] = 2 CT = 3.81×10-4 × 2.448×10-3 (mol/L) = 9.3×10-7 (mol/L)
代入
1 1 A 1 0 0 G1 G G c1
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、CO2酸度,是增加、减 少还是不变。 解: 增加重碳酸盐即增加[HCO3- ],因此: (1) 总酸度 = [ H+ ] + [HCO3- ] + 2[H2CO3 ]-[OH- ] 而 [HCO3- ]增加,显然总酸度增加。 (2) 总碱度 = [HCO3- ] + 2 [CO3-2 ] + [OH- ] -[ H+ ], 而[HCO3- ]增加,显然总碱度增加。 (3) 无机酸度 =[ H+ ]-[HCO3- ]-2 [CO3-2 ] -[OH- ], 而[HCO3- ]增加,显然无机酸度减少。 (4) 酚酞碱度 = [OH- ] + [CO3-2 ] -[H2CO3 ]- [ H+ ] 酚酞碱度与[HCO3- ]无关,[HCO3- ]增加,显然酚酞碱 度不变。 (5) CO2酸度 = [ H+ ] + [H2CO3 ]-[CO3-2 ]-[OH- ] CO2酸度即酚酞酸度与[HCO3- ]无关,[HCO3- ]增加, 显然CO2酸度不变。

K H CO H K H K K
2
2
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CO2在气相和液相之间的平衡: [CO2(aq) ]= KHPCO2
CT
CO
0
2 3 1
[ HCO3 ] 3.545 pH pk1 lg 6.35 lg 7.55 [ H 2CO3 ] 0.225
7 溶解1.0×10-4 mol/L的Fe(NO3)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[Fe3+]、[Fe(OH)2+]、[ Fe(OH)2+]和pH 值。 解:Fe3++ 3 H2O = Fe(OH)3 + 3 H+ Fe3+ + H2O = Fe(OH)2+ + H+ Fe3++ 2 H2O = Fe(OH)2++ 2 H+
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[H2CO3]、[HCO3-]和 [CO32-]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CT 表示。 (1) 封闭体系 在封闭体系中不考虑溶解性CO2与大气交换过程,CT 保持不变。 H 2CO3 H 2 0= H 2CO3 2 H 2CO3 HCO3 CO3 H 2 K1 H K1 K 2
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