环境化学课后习题 水环境化学-习题详解

总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+] 总碱度
不考虑H 总碱度≈[HCO3-]+2[CO32-](不考虑 +和OH-) 不考虑
（3）求加入 N a O H 的量 Y ： 加碱后大部分的 H 2 CO 3 解离成了 HCO 3 ， 而加入的 OH 变成了 H 2 O ， 即： H 2 CO 3 ⇔ H + HCO 3 OH + H ⇔ H 2 O 个反应可知，加碱后， 由上面 2 个反应可知，加碱后， C T 不变， AT 则增加了 Y mmol ， 不变，
H 2 CO 3 ⇔ H CO 3
2−
+
+ HCO 3
−
−
+H
+
⇔ HCO 3
解：（1）求水 A的总碳酸 CT 1： 当pH = 7.5，查表得 α = 1.069， 已知AT 1 = 6.38mmol/L ,由CT = α × AT 得： CT 1 = 1.069 × 6.38mmol/L = 6.820mmol/L
HCO3- ↑ +H2O→ H2CO3+OH-
酚酞碱度和CO 酸度的变化： 酚酞碱度和 2酸度的变化：不变
• 酚酞碱度 酚酞碱度=[CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+] • CO2酸度 酚酞碱度 酸度=-酚酞碱度
的水体加入重碳酸 向含碳酸（ H2CO3 ）的水体加入重碳酸 含碳酸（ 盐（ HCO3- ）,发生的化学反应为： 发生的化学反应为：
7. 计算平衡时该溶液中各种 Fe(III)的浓度及 。 的浓度及pH。 的浓度及
分析：四个未知数，四个方程即可求解。 分析：四个未知数，四个方程即可求解。 1. Fe3+的第一步水解，pK1=2.16； 的第一步水解， ； 2. Fe3+的第二步水解， pK2=6.74； 的第二步水解， ； 3. [Fe(III)T]=1.00×10-4mol/L; 4. 溶液的电荷平衡。 溶液的电荷平衡。
（4）求混合后的 α： α = C T / AT = 3.794 / 3.59 = 1.057
当 p H = 7 . 6 , 查表得 α = 1 . 054 ， p H − 7 . 5 1 . 057 − 1 . 069 由插入法得： 由插入法得： = 7 .6 − p H 1 . 054 − 1 . 057 解得： 解得： p H = 7 . 58
− = [ NO3 ] + [OH − ] − [ NO3 ] = 3.0 × 10 − 4 mol/L 3+ 2+ + 2 −4 + 2 3+ + 2
3[ 方程4： Fe 3+ ] + 2[ Fe(OH ) 2+ ] + [ Fe(OH ) + ] + [ H + ] 2
习题13 习题
求吸附剂的最大吸附量？ 求吸附剂的最大吸附量？
2+ 2+ +
习题19 习题 求已知物质浓度和形态的溶液pH？ 求已知物质浓度和形态的溶液 ？ 分析 (1) 已知反应常数得方程 ； 已知反应常数得方程1； (2) 根据质量（汞）守恒得方程 ； 根据质量（ 守恒得方程2； (3) 根据正负电荷的代数和为零得方程 。 根据正负电荷的代数和为零得方程3。
（2）求水 B的总碳酸 CT 2： 当pH = 9.0，查表得 α = 0.9592， 已知AT 2 = 0.80mmol/L ,由CT = α × AT 得： CT 2 = 0.9592 × 0.80mmol/L = 0.7674mmol/L
（3）求混合后的总碳酸 C T 和总碱度 AT ： C T = C T 1 + C T 2） 2 = 6.820 + 0.7674） 2 = 3.794 mmol/L （ / （ / AT = AT 1 + AT 2） 2 = 6.38 + 0.80） 2 = 3.59 mmol/L （ / （ /
α/% 100
80 60
封闭体系
H2CO3﹡ HCO3
-
CO32-
6.35
40 20
10.33
4.3
0 2 4 6 8 10
12. 3
12
pH
解：设需要加入 X mmol Na 2CO 3，或 Ymmol NaOH 才能使水体的 pH由6.5升至 8.0；
（1）求加碱前 (pH = 6.5)碳酸化合态的总量 C T： 当 pH = 6.5时，水体中主要是 H 2CO 3 和 HCO 3 。 当 pH在5 ~ 9范围内，碱度 ≥ 10 mol/L 范围内， 范围内， 或当 pH在6 ~ 8范围内，碱度 ≥ 10 mol/L 时， 得到简化式： 得到简化式： C T = α × AT
2− − ∗ − ∗ −
即： H 2 CO 3 ⇔ H CO 3
2−
+
+ HCO
3
− 3 −
+ H
+
⇔ HCO
个反应可知，加碱后， 由上面 2 个反应可知，加碱后， C T 增加了 X mmol ， AT 则增加了 2 X mmol ， 当 p H = 8 . 0，查表得 α = 1 . 018 由 C T = α × A T 得： 2 故： . 736 + X = 1 . 018 × 1 . 6 + 2 X ） （ 解得： 解得： X = 1 . 07 mmol
[H 解：当 pH = 7.0时， ] = [OH ] = 10 mol/L 此时， 此时，水体中主要是 HCO 3 和H 2CO3 ,
总碱度 AT = [ HCO3 ] + 2[CO3 ] + [OH ] − [ H ] ≈ [ HCO3 ] = 2.00 × 10 mol/L
[ HCO 3 ][ H + ] = 10 − 6 .35 又K1 = ∗ [ H 2 CO 3 ] ⇒ [ H 2 CO 3 ] = 4 . 48 × 10 − 4 mol/L [ CO 3 ][ H ] K2 = = 10 − 10 .33 − [ HCO 3 ] ⇒ [ CO 3
HCO3- ↑ +H2O→ H2CO3+OH-
习题4 习题
求每升水中需加多少的Na 求每升水中需加多少的 2CO3，或NaOH才 才 能使水体pH上升至 上升至8.0？ 能使水体 上升至 ？ 分析 (1) 封闭体系还是开放体系？ 封闭体系还是开放体系？ (2) 加碱前后碳酸的主要存在形态？ 加碱前后碳酸的主要存在形态？ (3) 加碱后 T (总碳酸 和AT(总碱度 的变化？ 加碱后C 总碳酸 总碳酸)和 总碱度 的变化？ 总碱度)的变化
第三章
习
题
3. 向含碳酸的水体加入重碳酸 酸度或碱度变化？ 盐，问：酸度或碱度变化？
• 总碱度 总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-] -[H+] • 酚酞碱度 酚酞碱度=[CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+] • 苛性碱度=[OH-]-[HCO3-]-2[H2CO3*]-[H+] 苛性碱度 • 总酸度 柯性碱度 总酸度=-柯性碱度 • CO2酸度=-酚酞碱度 酸度 酚酞碱度 • 无机酸度 总碱度 无机酸度=-总碱度
−4 −∗ −
查表得： 已知 AT = 1.6mmol / L，查表得： α = 1.710 故： CT = 1.6mmol / L × 1.710 = 2.736mmol / L
（2）求加入 Na 2CO 3的量 X : 由已知可知， 由已知可知，反应的终 点为 pH = 8.0, 存在， 那么此时水体中主要以 HCO 3 存在， 存在， 另外还有很少的 H 2CO 3 存在， 也就是加碱后大部分的 H 2CO 3 解离成了 HCO 3 ， 而加入的 CO 3 变成了 HCO 3 ，
习题18 习题
作水溶液各种铁形态的pc-pH图？ 图 作水溶液各种铁形态的 分析 (1) 寻找突破口；由反应 可得 3+]与 寻找突破口；由反应3可得 可得[Fe 与 pH的关系； 的关系； 的关系 (2) 由此再求其它形态铁与 的关系。 由此再求其它形态铁与pH的关系 的关系。
可知： 解：由反应 3可知： [ F e 3 + ][ OH − ]3 = 10 − 38 和[ H + ][ OH − ] = 10 − 14 ⇒ [ F e 3 + ] = 10 4 [ H + ]3 ⇒ p[ F e 3 + ] = 3p H − 4 可知： 由反应 1可知： [ F e （ OH ） ][ H ] − 2 .16 = 10 3+ [Fe ] ⇒ p[ F e（ OH ） ] = − 1 .84 + 2p H 依次类推 ......
Langmuir 型等温线 型等温线Q= Q0·C/(A+C) 1/Q=1/=1/Q0+(A/ Q0)(1/C) Q0—单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； 单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； 单位表面上达到饱和时间的最大吸附量 A—常数。 常数。 常数
/ 解：由 L型吸附等温式 Q = Q C （ A + C）
0
和已知条件得： 和已知条件得： 0.50 × 10 0.25 × 10
−3 −3 0
= Q × 3.00 × 10 （ A + 3.00 × 10 ） /
0
−3
−3
/ = Q × 1.00 × 10 （ A + 1.00 × 10 ）
0 −3
−3
−3
解得： / 解得： Q = 1.00 × 10 mol （ L • g）
2− 2− + ∗ −
+
−
−7 ∗
−
−
2−
−
+
−
−3
] = 9 . 35 × 10 − 7 mol/L
习题6 习题
求两溶液等体积混合后的pH？ 求两溶液等体积混合后的 ？
分析 (1) 已知 和碱度，可求出各自的 T1和CT2； 已知pH和碱度 可求出各自的C 和碱度， (2) 等体积混合后CT为的CT1和CT2平均值； 等体积混合后 为的 平均值； (3) 等体积混合后 T为的 T1和AT2平均值。 等体积混合后A 为的A 平均值。
(3) 溶度积 SP已知，求得 溶度积K 已知，求得[Cd2+]。
解：在硫化氢饱和溶液 中， [ H 2 S ] = 0.1mol/L, 并已知 pH = 8.0 由电离反应可得： 由电离反应可得： K 1.2 • [ H 2 S ] 1.16 × 10 − 22 × 0.1 2− [S ] = = + 2 −8 2 [H ] （10 ） = 1.16 × 10 − 7 mol/L 由溶度积方程可得： 由溶度积方程可得： K SP 7.9 × 10 − 27 2+ − 20 [C d ] = 2 − = = 6.8 × 10 mol/L −7 [ S ] 1.16 × 10
习题17 习题
求硫化氢饱和溶液中镉离子的浓度？ 求硫化氢饱和溶液中镉离子的浓度？ 分析 (1) 当水溶液中硫化氢饱和时，其浓度 当水溶液中硫化氢饱和时， 为常数， 为常数，即[H2S]=0.1mol/L； ； (2) 总电离常数 1.2=1.16×10-22，求得 2-]； 总电离常数K 求得[S ；
[ Fe (OH ) 2+ ][ H + ] 方程1：K 1 = = 10 − 2.16 [ Fe 3+ ] [ Fe(OH ) ][ H ] 方程2：K 2 = = 10 − 6.74 [ Fe ] 方程3： [ Fe ] + [ Fe(OH ) ] + [ Fe(OH ) ] = 1.0 × 10
总碱度≈[HCO3-]+2[CO32-]（不考虑 +和OH-) 不考虑H 总碱度
− + + − − ∗ −
当 p H = 8 .0，查表得 α = 1 .018 由 C T = α × AT 得： 故： .736 = 1 .018 × 1 .6 + Y ） 2 （ 解得： 解得： Y = 1 .09 mmol
总酸度↑/柯性碱度↓ 柯性碱度 总碱度↑ /无机酸度↓ 无机酸度
• 总酸度 总酸度=[HCO3-]+2[H2CO3*]+[H+]-[OH-] • 总碱度 总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-] -[H+]
的水体加入重碳酸 向含碳酸（ H2CO3 ）的水体加入重碳酸 含碳酸（ 发生的化学反应为： 盐（ HCO3- ）,发生的化学反应为：
习题5 习题
已知碱度和pH=7.0，求各种碳酸化合态 ， 已知碱度和 的含量？ 的含量？
分析 (1) pH=7时，AT ≈[HCO3-]+2[CO32-]； pH=7时 ]； (2) 由pH可求得 可求得[OH-]和[H+]浓度， 和 浓度， 可求得 浓度 也可忽略， 当pH=7.0，[CO32-]也可忽略， ， 也可忽略 则，AT=[HCO3-]+2[CO32-]≈[HCO3-]