水产养殖学专业水环境试题及答案

《水环境化学》试卷（必修，A卷）

（考试时间：90分钟，满分：100分）

用题年级、专业（班级）：2008级

一、名词解释（每小题3分，共30分）

1.分配系数

2.标化分配系数

3.辛醇－水分配系数

4.生物浓缩因子

5.亨利定律常数

6.水解速率

7.直接光解

8.光量子产率

9.生长物质代谢

10.共代谢

四、问答及应用题：(共70分)

1．请推导出封闭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。（30分）

2. 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?（20分）

3. 叙述有机物在水环境中的迁移、转化存在哪些重要过程。（20分）

《水环境化学》试卷（必修，A卷）答案

一、名词解释

（1）分配系数：在土壤－水体系中，土壤对非离子性有机化合物的吸着主要是溶质的分配过程（溶解），即非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一定时间达到分配平衡，此时有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数。

（2）标化分配系数：有机化合物在颗粒物－水中的分配系数与颗粒物中有机碳呈正相关，以固相有机碳为基础的分配系数即标化分配系数。

（3）辛醇－水分配系数：有机化合物的正辛醇-水分配系数（K OW）是指平衡状态下化合物在正辛醇和水相中浓度的比值。它反映了化合物在水相和有机相之间的迁移能力，是描述有机化合物在环境中行为的重要物理化学参数。K OW与化合物的水溶性、土壤吸附常数和生物浓缩因子等密切相关。

（4）生物浓缩因子：有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比。

（5）亨利定律常数：通常可理解为非电解质稀溶液的气－水分配系数。

（6）水解速率：反映某一物质在水中发生水解快慢程度的一个参数。

（7）直接光解：化合物本身直接吸收太阳能而进行分解反应。

（8）光量子产率：分子被活化后，它可能进行光反应，也可能通过光辐射的形式进行“去活化”再回到基态，进行光化学反应的光子数占吸收光子数之比称为光量子产率。

（9）生长物质代谢：生物降解过程中，一些有机污染物作为食物源提供能量和提供酶催化反应分解有机物，这称为生长物质代谢。

（10）共代谢某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源，必须有另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时，该有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。

二、问答及应用

1．请推导出封闭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：

（1）封闭体系（溶解性CO2与大气没有交换）中存在下列平衡

H2CO3* HCO3- + H+pK1=6.35

HCO3-CO32- + H+pK2=10.33

其中K1=[HCO3-][H+] / [H2CO3*] ，K2=[CO32-][H+] / [HCO3-]

用α0、α1和α2分别表示三种碳酸化合态在总量中所占比例，得下面表达式

α0= [H2CO3*]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}

α1= [HCO3-]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}

α2= [CO32- ]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}

把K1、K2的表达式代入以上三式，得

α0= (1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1

α1= (1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1

α2= (1 + [H+]2/ K1K2 + [H+]/ K2)-1

设C T = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]，则有

[H2CO3*] = C T(1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1

[HCO3-] = C T(1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1

[CO32- ] = C T(1 + [H+]2/ K1K2 + [H+]/ K2)-1

（2）开放体系中CO2在气相和液相之间平衡，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为P CO2和pH的函数。

依亨利定律：[CO2(aq)]＝K H·P CO2

溶液中，碳酸化合态相应为：

C T = [CO2]/ α0= K H·P CO2/ α0

[HCO3-]= (α1/ α0 )K H·P CO2= (K1/[H+])K H·P CO2

[CO32-]= (α2/ α0 ) K H·P CO2= (K1K2/[H+]2)K H·P CO2

（3）比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可随pH 值变化，但总的碳酸量C T始终不变。而对于开放体系C T、[HCO3-]、[CO32-]均随pH值改变而

变化，但[H2CO3*]总保持与大气相平衡的固定数值。

2．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 +] + C T (α1 + 2α2) - [H +]

C T ＝

2

121

αα+{[总碱度] + [H +] - [OH -]}

令α＝2121

αα+

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，查教材P110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

C T + 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

3.叙述有机物在水环境中的迁移、转化存在哪些重要过程。

（1）负载过程：污水排放速率、大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然水体均将直接影响污染物在水中的浓度。 （2）形态过程：

①酸碱平衡：天然水中pH 决定着有机酸或碱以中性态存在的分数，因而影响挥发及其他作用。

②吸着作用：疏水有机化合物吸着至悬浮物上，由于悬浮物质的迁移而影响它们以后的归趋。