(完整版)第三章水环境化学答案

第三章 水环境化学

1、 请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中[H 2CO 3*]、[HCO 3-]和[CO 32-]的表达式，并讨论

这两个体系之间的区别。 解:

开放体系，考虑到CO 2在气液相之间的平衡，[H 2CO 3*] 不变 根据亨利定律： [CO 2(aq)] = K H Pco 2 lg[H 2CO 3*] ≈ lg[CO 2(aq)]

= lg K H + lg Pco 2 = - 4.9

lg[HCO 3-] = lg K 1 + lg [H 2CO 3*] + pH

= -11.3 + pH

lg[CO 32-] = lgK 1 + lgK 2 + lg[H 2CO 3*] + 2pH

= -21.6 + 2pH

*][][][*][]][[32133231CO H H K

HCO CO H HCO H K +--+==

*][]

[][*]

[]

[][32221233223221CO H H K

K CO CO H CO H K K +--+⋅==

⋅][][][233*32-

-++=CO HCO CO H C T 是常数。

的总和为各种碳酸化合态浓度假设,T C T C HCO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=31αT C CO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=232αT C CO H ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡*=320α12

2122)][][1(-+

++=K H K K H α1211)][][1(-++++=H K K H α122110)][][1(-++++=H K K H K α*][][][*][]][[32133

231

CO H H K HCO CO H HCO H K +--

+==*][][][*][][][32221233223221CO H H K K CO CO H CO H K K +--+⋅==⋅]

[][][][2

1233*

32+--H K K CO HCO C CO H T 和含有的表示式，，为变量表示以:,][],[*],[21023332得到，，代入把αααT C CO HCO CO H --

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（α）的函数。

总酸度= [H+]+2 [H2CO3*] + [ HCO3-] - [ OH-]= C T (2α0+α1) +[H+]– K W /[H+] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] = C T (α0–α2) + [H+] – K W /[H+]

无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-] = – C T (α1+2α2) + [H+] – K W /[H+] 总碱度= [OH-] + [HCO3-] + 2[CO32-]– [H+]= C T (α1+ 2α2) + K W /[H+] – [H+] 酚酞碱度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*] – [H+]=C T (α2-α0) + K W /[H+] – [H+]

苛性碱度= [OH-]- [ HCO3-] - 2[H2CO3] – [H+]= - C T (α1+ 2α0) + K W /[H+] – [H+]

3．向一含有碳酸的水体加入重碳酸盐，问：①总酸度、②总碱度、③无机酸度、④酚酞碱度和⑤CO2酸度，是增加、减少还是不变。

根据上体定义可得：

总酸度总酸度无机酸度酚酞碱度CO2酸度

加入重碳酸盐

增加增加减少不变不变

（HCO3-）

不变增加减少增加减少

加入碳酸盐

（CO32-）

3、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:总碱度=K W/ [H+] + CT(α1+ 2α2) - [H+]

C T =1/（α1 + 2α2）{[总碱度] + [H+] - [OH-]} 令α=1/（α1 + 2α2）

当pH 在5～9范围内,[碱度]≥10-3mol/L 时, [H +],[OH -]项可以忽略不计,得到简化式:C T =α[碱度]

当pH=6.5时,查表得α1=0.5845,α2=8.669×10-5,则α=1.71,C T =α[碱度]=1.71×1.6=2.736mmol/L

若加入碳酸钠将水的pH 升至8.0,查表得α′=1.018,此时C T 值与碱度值均有变化.设加入的碳酸钠量为Δ[CO 32-],则有

CT + Δ[CO 32-]=α′{[碱度] + 2Δ[CO 32-]}

即2.736 + Δ[CO 32-]=1.018{1.6 + 2Δ[CO 32-]} 解得,Δ[CO 32-]=1.069 mmol/L

若加入氢氧化钠将水的pH 升至8.0,其C T 值并不变化,可得: [碱度] =C T / α′=2.736/1.018=2.688 mmol/L 碱度增加值就是应加入的氢氧化钠强碱量: Δ[OH -]=2.688-1.6=1.088 mmol/L

4、 具有2.00×10-3mol/L 碱度的水，pH 为7.00，请计算 [H 2CO 3*]、[HCO 3-]、 [CO 32-]

和[OH -]的浓度各是多少？

解:当pH = 7.00时,CO 3-的浓度与 HCO 3-的浓度相比可以忽略,查表pH = 7.00时,

则[HCO 3-] = [碱度] = 2.00×10-3

mol/l 。 [H +] = [OH -] = 10-7

mol/l 。

[HCO 3※] = [H +][HCO 3-]/K 1 = 1.00×10-7×2.00×10-3/(4.55×10-7) = 4.49×10-4

mol/l 。

[CO 3-] = K 2[HCO 3-]/[H +] = 4.69×10-11×2.00×10-3/(1.00×10-7) = 9.38×10-7

mol/l 。

5、 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：

)

mmol 82.638.6069.1][1038.1,9324.0,06626.0,069.1,5.73210（碱度=⨯==⨯=====-αααααT C pH

)

mmol 7674.080.09592.0][1047.4,9532.0,002142.0,9592.0,0.92210（碱度=⨯==⨯=====-αααααT C pH

等体积混合后：

)

(545.3]7674.09532.082.69324.0[5.0]HCO [)

(225.0]7674.0002142.082.606626.0[5.0]CO H [-332mmol mmol =⨯+⨯==⨯+⨯=

K 1 = [H +

][HCO 3-]/[HCO 3] [H +

]=[HCO 3]K 1/[HCO 3-

]

55.7225

.0545.3lg 35.6]CO H []HCO [lg 32-3=+=+=pK pH

6、 溶解1.00×10-4mol/L 的Fe(NO 3)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：()O H Fe H

s Fe 23333)(OH +⇔+++