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环境化学答案

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以下环境化学答案中老师要求我们做的练习有：（第三章26,27,29,30题。第四章第8题。第五章第1题）
P260 第三章 水环境化学
3,4题见课件
5.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:当pH = 7.00时,CO3-的浓度与 HCO3-的浓度相比可以忽略,查表pH = 7.00时, α= 1.224,
则[HCO3-] = [碱度] = 2.00×10-3mol/l/l。
[H+] = [OH-] = 10-7 mol/l。
[HCO3※] = [H+][HCO3-]/K1 = 1.00×10-7×2.00×10-3/(4.55×10-7) = 4.49×10-4mol/l。
[CO3-] = K2[HCO3-]/[H+] = 4.69×10-11×2.00×10-3/(1.00×10-7) = 9.38×10-7 mol/l。
6.（期中考过类似） 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: 查表 pH = 7.5时, α1 = 1.069, pH = 9.0时, α2 = 0.9592;
CT1 = [碱度]×α1 = 6.38×1.069 = 6.82 mmol/l
CT2 = [碱度]×α2 = 0.80×0.959 = 0.767 mmol/l;

查表知pH = 7.58
7.溶解1.00×10-4mol/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，假定溶液中仅形成Fe(OH)2+和Fe(OH)2+而没有形成Fe2(OH)24+。请计算平衡时该溶液中[Fe3+]、[Fe(OH)2+]、[Fe(OH)2+]、[H+]和pH。
解：由题意知 [Fe3+] + [Fe(OH)2+] + [Fe(OH)2+] = 1.00×10-4 mol/l； （1）
[Fe(OH)2+][H+]/[Fe3+] = 8.9×10-4 (2)
[Fe(OH)2+][H+]2/[Fe3+] = 4.9×10-7 (3)

查表知Fe(OH)3的KSP = 3.2×10-38
代入(1)得[H+] = 1.9×10-3mol/l (pH =2.72)
∴[Fe3+] = 3.2×104[H+]3 = 3.2×104×1.9×10-3×3 = 6.24×10-5 mol/l；
[Fe(OH)2+] = 4.9×10-7[Fe3+]/[H+]2 = 4.9×10-7 KSP[H+]/ KW3 = 15.68×10-3×1.9×10-3 = 8.47×10-6mol/l；
[Fe(OH)2+] = 8.9×10-4[Fe3+]/[H+] = 8.9×10-4 KSP[H+]2/ KW3 = 28.48×(1.9×10-3)2 = 2.92×10-5mol/l。
19.已知，。溶液中存在[H+]、[OH-]、[Hg2+]、[Hg(OH)20]和[ClO4-]等形态,且忽略了[Hg(OH) +]和离子强度效应，求1.0×10-5mol/L的Hg(ClO4)2溶液在25℃时的pH值。
解：Hg2+ +2H2O = 2H+ + Hg(OH)2 lg K= -6.3 得: K = 10-6..3
得 （1）
由物料守恒得：[Hg2+] + [Hg(OH)20] = 1.0×10-5 mol/l (2)
由电荷守恒得：[H+] + 2[Hg2+] = [ClO4-] + [OH-]
∵Hg2+水解体系显酸性,∴[OH-]＜10-7,与[ClO4-]的浓度相比可忽略不计。
可得：[H+] + 2[Hg2+]≈[ClO4-] = 2×10-5 （3）
（1）、（2）、（3）联立求解得：[H+] = 10-4.7；则pH = -lg[H+] = -lg10-4.7 = 4.7。
21. 在pH=7.00和[HCO3-]=1.25×10-3mol/L的介质中，HT2-与固体PbCO3(s)平衡，其反应如下：。问作为HT2-形态占NTA的分数。
解：已知 PbCO3(S) + HT2- = PbT- + HCO3- K = 4.06×10-2
（1）；由（1）可得： （2）

25. 从湖水中取出深层水，其pH=7.0，含溶解氧浓度为0.32mg/L，请计算pE和Eh。
解：∵水中的溶解氧为：0.32mg/l,故其pO2 = 0.32×105 Pa
天然水的pE = 20.75 + lg{( pO2/1.103×105)0.25 ×[H+]}
= 20.75 + lg{(0.32×105/1.103×105)0.25 ×1.0×10-7} = 20.75 + (-0.54－7) = 13.21。
氧化还原式：1/2O2 + 2H+ (10-7mol/l)+ 2e－ = H2O E0 = 0.815V
根据Nernst方程式，上述反应可写成：

在湖中H2O可看作是常量,lg([Red]/[Ox]),在方程中为1。

得：F = 2.303RT/0.059,将E0 = 0.815和F = 2.303RT/0.059代入Nernst方程式得:
Eh = E0 － 0.059/2 = 0.815 － 0.03 = 0.785V

26.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
27. 在一个pH为10.0的SO42-—HS-体系中（25℃），其反应为：

已知其标准自由能Gf0值（kJ/mol）SO42-：-742.0，HS-：12.6，H2O(l):-237.2，水溶液中质子和电子的Gf0值为零。
⑴请给出该体系的pE0。
⑵如果体系化合物的总浓度为1.0×10-4mol/L，那么请给出下图中①、②、③和④的lgc-pE关系式。
解：（1）SO42- + 9H+ + 8e = HS- + 4H2O（t）
∵ ▽G0 = 12.6 － 237.2×4 + 742.0 = －194.2 ( kj)
又∵ ▽G0 = －2.303nRT(pE0)

∵lgK = lg[HS-] －lg[SO42-] －lg[H+]9－lg[e]8
又∵lgK = npE0
8 pE0 = lg[HS-] －lg[SO42-] + 9×10.0 + 8pE
∴ lg[HS-] －lg[SO42-] + 8pE = 8×4.25 － 90 = －56
[HS-] + [SO42-] = 1.0×10-4
10 当 pE＜＜pE0 时,溶液给出电子的倾向很高。
∴ [HS-] ≈ C总 = 1.0×10-4 mol/l。
∴ lg[HS-] = －4.0 由(1)得lg[SO42-] = 52 + 8 pE。
20当 pE＞＞pE0 时, 溶液接受电子的倾向很强。
∴ [SO42-] ≈ C总 = 1.0×10-4 mol/l。
∴ lg[SO42-] = －4.0 由(1)得lg[HS-] = -60－ pE。

29. 某水体中含有300 mg/L的悬浮颗粒物，其中70%为细颗粒（d<50μm），有机碳含量为10%，其余的粗颗粒有机碳含量为5%。已知苯并[α] 芘的KOW为106，请计算该有机物的分配系数。
解：已知苯并[a]芘 Kow = 106
Koc = 0.63Kow = 0.63×106 = 6.3×105
Kp = Koc[0.2(1－f)XSOC + fXfOC] = 6.3×[0.2(1－0.7)×0.05 + 0.70×0.10] = 4.6×104
30. 一个有毒化合物排入至pH=8.4，T=25℃水体中，90%的有毒物质被悬浮物所吸着，已知酸性水解速率常数Ka=0，碱性催化水解速率常数Kb=4.9×10-7L/(d.mol)，中性水解速率常数Kn=1.6d-1,请计算化合物的水解速率常数。
解：已知 Ka = 0, [H+] = 10-8.4 Kn = 1.6 Kb = 4.9×10-7
Kh = Ka[H+] + Kn + KbKw/[H+] = 0 + 1.6 + 4.9×10-7×10-5.6 = 1.6 (d-1)

31.某有机污染物排入pH=8.0，T=20℃的江水体中，该江水中含悬浮颗粒物500mg/L，其有机碳含量为10%。
⑴若该污染物分子量为129，溶解度为611 mg/L，饱和蒸汽压为1.21Pa(20℃)，请计算该化合物的亨利定律常数（Pa.m3/mol），并判断挥发速率是受液膜控制或气膜控制。
⑵假定Kg=3000cm/h，求该污染物在水深1.5m处挥发速率常数（Kv）。

32.解：

33.解：

由Tomas模型知：
L = L0exp[-（k1 + k3）x/u] = 22.12exp[-(0.94+0.17)×6×103/4.6×103] = 19.14mg/l。

查表知: 13℃时,C饱和 = 10.60mg/l ； 14℃时，C饱和 = 10.37mg/l。
由间插法计算13.6℃时的C饱和。（1）10.60－(10.60－10.37)×6/10 = 10.46
(2) 10.37+(10.60－10.37)×4/10 = 10.46
D0 = C饱和－C0 = 10.46－8.55 = 1.91(mg/l)
D = D0exp(- k2x/u )－[k1 L0/(k1+k3-k2)][exp{- (k1+k3)x/u}－exp(- k2 x/u )]
= 1.91×exp{-(1.82×6)/46}－[(0.94×22.12)/(0.94+0.17－1.82)][exp{-(0.94+0.17)×6/46}－exp(-1.82×6/46)
= 3.7mg/l。

第四章土壤环境化学
P302.
8.影响农药在土壤中进行扩散和质体流动的因素有哪些？
（1）影响农药在土壤中扩散的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度、温度及农药本身的性质等：
①土壤水分含量：研究表明林丹的汽态和非汽态扩散情况随土壤水分含量增加而变化。
②吸附：土壤对农药的吸附改变了其扩散的情况，如土壤对2,4-D的化学吸附，使其有效扩散系数降低了，两者呈负相关关系。
③土壤紧实度：土壤紧实度对农药的扩散的情况有影响是因为对于以蒸汽形式进行扩散的化合物来说，增加紧实度就降低了土壤孔隙率，扩散系数就自然降低了。如二溴乙烷、林丹等农药在土壤中的扩散系数随紧实度增加而降低。
④温度：温度增高的总效应是使扩散系数增大。
⑤气流速度：气流速度可直接或间接地影响农药的挥发。如果空气的相对湿度不是100%，那么增加气流就促进土壤表面水分含量降低，可以使农药蒸汽更快地离开土壤表面，同时使农药蒸汽向土壤表面运动的速度加快。
⑥农药种类：不同农药的扩散行为不同。如有机磷农药乐果和乙拌磷在Broadbalk粉砂壤土中的扩散行为就是不同的。
（2）影响农药在土壤中质体流动的因素有农药与土壤的吸附、土壤种类和农药种类等。
①农药与土壤吸附：非草隆、灭草隆、敌草隆、草不隆四种农药吸附最强者移动最困难，反之亦然。
②土壤种类：土壤有机质含量增加，农药在土壤中渗透深度减小；增加土壤中粘土矿物的含量，农药的渗透深度也减小。
③农药种类：不同农药在土壤中通过质体流动转移的深度不同。如林丹和DDT。

第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性。

P385

1.在试验水中某鱼体从水中吸收有机污染物质A的速率常数为18.76h-1,鱼体消除A的速率常数为2.38×10-2h-1；设A在鱼体内起始浓度为零，在水中的浓度可视作不变。计算A在该鱼体内的浓缩系数及其浓度达到稳态浓度95%时所需的时间。（788.2；5.24d）
解：∵A在鱼体内的起始浓度为零，且在水中的浓度可视为不变，相当于t→∞时，
BCF = Cf/Cw = ka/ke
∴ BCF = ka/ke = 18.76/2.38×10-2 = 788.2；

稳态浓度为

得：0.95 = 1－ exp(-2.38×10-2t) 0.05 = exp(-2.38×10-2t)
两边取ln得：-2.996 = - 2.38×10-2 t ,解得：t = 125.88(h) = 5.25(d)。

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