环境化学习题答案

第二章 大气环境化学

1、对流层和平流层中臭氧各自特征？

答：①地球上90%的臭氧在平流层，10%在对流层；

②对流层中的臭氧是一种温室气体，其浓度与纬度、经度、高度和季节变化而变化，北半球比南半球高；

③平流层中的臭氧吸收了太阳发射到地球的大量对人类、动物和植物有害的紫外线，为地球提供了防止紫外线辐射的屏障；

④通过观测，平流层臭氧含量减少，对流层增多。由于90%臭氧在平流层，所以总量在减少；

⑤对流层臭氧形成人为来源：NOX 光解反应是它们在大气中最重要的化学反应，是大气中臭氧生成的引发反应，也是臭氧唯一的人为来源：

3

2420nm

2O O O O NO h N0→+∙∙

+−−→−+<ν

2、2、已知某污染大气中HO2自由基的浓度为：7.56×10-15molcm-3，HO2与SO2反应：HO2+SO2→HO+SO3

反应速率k=9×10-16 cm3个-1s-1，（1）求SO2每小时的转化百分数（氧化速率）；（2）若定义SO2氧化到起始浓度的1/e(e=2.7183)所需要的时间为SO2与HO2反应的特征时间τ，计算τ值？ 解：（1）根据SO2在单位时间的转化百分数可知

]SO ][X [k dt

]

SO [d 22-= HO 2·与SO 2反应：

t

]HO [k 0

2t

22222e ]SO []SO []SO ][HO [k dt

]

SO [d -=-=

于是1h 二氧化硫转化的百分数为

%

100)e 1(]SO []SO []SO [t ]HO [k 0

20

21h t 22⨯-=--

-=

已知k=9×10-16 cm3个-1s-1=6.022×1023×9×10-16cm-3mol-1s-1 =5.4198×108 cm-3mol-1s-1 所以：

%479.1%

100)e 1(%

100)e 1(]SO []SO []SO [3600

1056.7104198.5t ]HO [k 0

20

21h t 215

8

2=⨯-=⨯-=--

⨯⨯⨯⨯--=-

(2)

]SO [e

1

]SO [e ]SO []SO [22t

]HO [k 02t

22=

=-τ

k[SO2]t=1

t=1/5.4198×108×7.56×10-15=2.44×105s=67.8h 第三章 水环境化学

4、在一个pH 为6.5，碱度为1.6 mmol/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，又需要加多少碱？ 解：

总碱度 =

][][][2][233+

----++H OH CO HCO 总碱度 =

][]/[)2(21++-++H H K c W T αα 令

2121

ααα+=

当pH 在5-9范围内、[碱度]≥10-3 mol/L 时，[H+]、[OH-]项可忽略不计，

得到简化式：

][碱度α=T c

当加入碳酸钠时，水体的cT 和[碱度]值均发生变化，设需加x mmol/L 碳酸钠才能使水体pH 上升到8.0，则有下列式子：

)26.1()(0.8x x c T +=+α

即 )26.1(018.1)6.1710.1(x x +=+⨯

解之，得：x = 1.069 mmol/L

若加入强碱NaOH ，其cT 值并不变化，则有下列式子： )6.1(0.8x c T +=α

解之，得：x = 1.088mmol/L

5、具有2.00×10-3mol/L 碱度的水，pH 为7.00，请计算[H 2CO 3*]、[HC03-] 、[C032-]和[OH -]的浓度各是多少?

解：当pH 为7.00时， [C032-]与[HC03-] 相比可忽略，此时碱度全部由[HC03-]贡献

所以：[HC03-]=[碱度]= 2.00×10-3mol/L [OH-]=1.00×10-7mol/L

根据酸的离解常数K 1，可以计算出H 2CO 3*的浓度： [H 2CO 3*]=[H +][HCO 3-]/K 1

=2.00×10-3×10-7/(4.45×10-7) =4.49×10-4mol/L

代入K 2的表示式计算[CO 32-]： [CO 32-]=K 2[HCO 3-]/[H +]

=4.69×10-11×2.00×10-3/1.00×10-7 =9.38×10-7mol/L

6、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0.80 mmol/L ，若以等体积混合，问混合后的pH 值是多少？ 解： 水A 的L mmol C A /82.638.6069.1][5.7=⨯=⨯=碱度α 水B 的L mmol C B /77.080.09592.0][0.9=⨯=⨯=碱度α

水A 、水B 以等体积混合后，L

mmol C C C B A /795.321

=+=）（总

当pH 在6-9范围内，主要考虑一级电离， 二级电离可以忽略，则：

L m m o l H C O CO H C /795.3][][332=+=-

*总 一级电离，pH 在6-9范围内，碱度值主要由碳酸氢根贡献，则在等体积混合后碱度变化值有：

L

mmol HCO /59.380.038.621

][][3=+==-）（碱度

则，

L mmol HCO C CO H /195.0][][332=-=-

*总 根据 615.724.135.6]

[]

[lg 3321=+=-=-

*

HCO CO H pK pH 混合后水体的pH 是7.62。

7、溶解1.00×10-4mol/L 的Fe(N03)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：L /mol 101])OH (Fe []FeOH []Fe [C 4223Fe ,T -+

++⨯=++= ①

++++⇔+H )OH (Fe O H Fe 223 [Fe(OH)2+]=K 1[Fe 3+]/[H +] ②

++

++⇔+2H )OH (Fe O 2H Fe 223