环境化学复习题复习过程.doc

环境化学复习题

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环境化学辅导2012年4月 到6月
第一章
1以下属于环境化学效应的是（ C ）
A. 热岛效应；B.温室效应； C. 土壤的盐碱化； D.噪声
2 环境化学的研究内容包括（ ABD ）
A污染物在环境中的存在形态； B污染物在环境中的迁移转归；
C污染物的控制技术； D污染物的生态效应
3污染物在环境中的最重要的迁移方式是（ B ）
A. 机械迁移； B.物理-化学迁移； C.生物迁移； D.多介质迁移转化
4污染物在环境中所发生的空间位移及其所有引起 富集 、分散和消失的过程称为污染物的迁移。
5环境化学的研究对象是 环境污染物/化学污染物 。P12
6污染物在环境中迁移的方式有三种，其中 物理-化学迁移 是最重要的迁移形式 。
7环境化学研究的核心内容是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。P5
8有机污染物可通过生物体的吸收、代谢、生长、死亡等过程实现迁移。对于某些污染物可通过食物链传递产生 放大积累作用 ，这是生物迁移的一种重要表现形式。P14
9污染物在环境中的迁移、转化和 归趋 以及它们对生态系统的效应是环境化学的重要研究领域。P16
10造成环境污染的因素有物理、化学和生物的三方面，其中化学物质引起的约占 ___C___。
A. 50--60%; B. 30---40% ; C. 80-90%; D.90-100%;
11 化学污染物的环境效应与危害包括（ ABCDEFG ）
A. 毒性; B. 腐蚀;
C. 氧化反应性 ; D. 耗氧性;
E. 富营养化; F. 破坏生态平衡;
G. 三致效应.
12. 环境问题：由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件，就叫环境问题。

13. 环境污染：是指由于自然或人为的（生产和生活）的原因往原先处于正常状态的环境中附加了物质、能量或生物体，其数量和强度超过了环境的自净能力，使环境质量变差，并对人们的健康或环境中某些有价值的物质产生有害影响者。 P2

14. 环境化学：是一门研究有害物质在环境介质中的存在形态、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。P4

15 化学污染物：是指由人类活动产生的与天然环境化学组分共存和相互作用又可能产生不良生态效应或健康效应的化学物质。P11
16环境效应：自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化。 P13
17.广义的环境化学和狭义的环境化学之间的区别与联系是什么？
答：环境化学是一门研究有害物质在环境介质中的存在形态、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个重要分支。广义：还包括用化学方法、原理和技术来分析、监测和治理控制环境污染：分为：环境分析化学和环境监测、环境污染化学、污染控制化学、化学物质的生态效应（近年）四个方面。

18.环境化学的研究对象及特点？P4,P5
答：环境化学的研究对象并非环境中的所有化学现象，而是被确认为污染物质的那些化学物质在环境中的变化规律，实质是由污染物及环境背景共同构成的综合体系。
环境化学的研究特点：①多组分、多介质和多变的复杂开放体系
②化学污染物质的浓度偏低 (ppm， ppb,ppt)
③从微观的原子、分子水平来阐明宏观的环境问题，从深层的机制去理解和解决问题。
④综合性强，涉及方方面面的学科领域
⑤应用性强，涉及的是与人类生存发展息息相关的问题。

19.请举例说明各个环境单元中主要的化学污染物？
答：水体—①有害金属（如Cd ， Cr ， Cu ， Hg ， Pb,Zn ）
②有害阴离子（ CN-,F-,Cl-,Br-,S2-,SO42-等）
③营养物质（ NH4+,NO2-,NO3-,PO43-等
④有机物（酚、醛、农药、表面活性剂、多氯联苯、脂肪酸，有机卤化物等）
⑤放射性物质（ 3H ， 32P ， 90Sr ， 131I ， 144Ce ， 232Th,238U）
大气— SO2 ， NOx ， CO ， Pb化物,悬浮物等
土壤—农药、重金属
20 当前，我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关有哪些？P10
答：当前，我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是：以有机污染为主的水质污染；以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。P10 国际动向
21 判断题： 环境问题就是环境污染；？

第二章
1以下关于海陆风空气流向说法正确的是（ A C ）
A白天，冷空气由海洋吹向近地面的陆地，形成海风；
B白天，热空气由海洋吹向近地面的陆地，形成海风；
C夜晚，近地面的冷空气由陆地吹向海洋，形成陆风；
D夜晚，近地面的热空气由陆地吹向海洋，形成陆风；
2在光化学烟雾中，由汽车尾气中碳氢化合物转化而成的化合物有（ A C ）P95
A. 过氧酰基硝酸酯； B.O3；
C. 醛类化合物； D.烯烃化合物；
E.NO2.
3在光化学烟雾中,以下的成分中会随时间出现锋值后再下降的是( C ) P93
A. 烃类； B. NO；
C. NO2； D. PAN；
4以下物质会造成臭氧耗竭的物质包括( ABC )
A. NOX; B. 氯氟烃;
C. 哈龙; D. SO2.
5 硫酸烟雾中可导致SO2转化的反应有( ACD )
A. SO2的自由基氧化; B.微生物氧化;
C. SO2的液相氧化在颗粒物表面的催化氧化.; D. SO2 的直接光氧化
6我国酸雨中关键性离子组分是（ ABCD ）
A. SO42-； B. NO3-；
C. Ca2+； D. NH4+；
7一般通过湿沉降过程去除大气中颗粒物的量约占总量的 80-90 %。P130
8积聚模多为二次污染物，其中 硫酸盐 占80%以上。P132
9不论雨除或冲刷，对半径为 2 μm 左右的颗粒物都没有明显的去除作用。P130
10 只有被体系吸收的光，且波长在 100-700 n m范围的光才可引起光化学反应。
11雨除对半径 < 1 μm的颗粒物的去除效率较高。
12 气温变暖在全球不同地域有明显的差异，北半球高纬度和极地 地区的温度上升的幅度比较大。P122
13辐射逆温——在平静而晴朗的夜晚，因为地面因强烈辐射而冷却，使近地面空气的温度自下而上逐渐降低，上面的空气比下面的空气冷却慢所形成。P48
14积聚模 ——Dp在0.05-2 μm范围内，主来源于爱根核膜的凝聚，燃烧过程所产生蒸汽冷凝、凝聚，以及由大气化学反应所产生的各种气体分子转化成的二次气溶胶等。 P132
积聚膜的粒子不易被干、湿沉降去除，主要的去除途径是扩散。这两种膜合称为细粒子。
15光化学烟雾——碳氢化合物和NOx等一次污染物在强烈太阳光作用下发 生光化学反应而生成一些氧化性很强的二次污染物（如O3、PAN,硝酸等），这些反应物（一次污染物）和产物（二次污染物）的混合物（其中有气体和颗粒物）所形成的烟雾，称为光化学烟雾。P91

16大气中重要的吸光物质有哪些？重要的自由基又有哪些，举出一些自由基形成的反应式？
答：大气中重要的吸光物质有：NO2 ，HNO2，HNO3, RC(O)H, H2CO, O3 。
大气中常见的自由基有：HO、 HO2、R、R0O、RCOOO等。
OH的来源：
1)O3+hv (λ <320nm) →O2+O(1D)（φ=0.88-1.00）
10% O(1D)+H2O → 2OH
2) HONO+hv (λ <400nm) →OH+NO（φ=0.88-1.00）
H2O2+hv (λ <360nm) →OH+OH
HO2的来源：
HCHO+hv (λ <370nm) →H+HCO（φ=0.00-0.78）
H+O2 → HO2
HCO+O2 → HO2+CO
ROOR’+ hν → RO·+R’O·

17请比较光化学烟雾与硫酸烟雾的不同之处。 P108
1. 特征
2. 二氧化硫污染类型
3. 光化学烟雾污染类型
4. 首次记录
5. 20世纪前
6. 20世纪40年代中
7. 一次污染物
8. SO2，煤烟颗粒
9. 有机物，NOX
10. 二次污染物
11. H2SO4，气溶胶，硫酸盐，亚硫酸等
12. O3，过氧乙酰硝酸酯，HNO3，醛类，颗粒物，硝酸盐，硫酸盐等
13. 温度
14. 冷
15. 热
16. 相对湿度
17. 高，通常多雾
18. 低，通常热和干燥
19. 转化类型
20. 发散
21. 下沉
22. 污染锋值时间
23. 早晨
24. 中午

18请用化学反应式表示臭氧消耗的原因，及其主要的催化物及其来源。P123-125
请用化学反应式表示臭氧消耗的原因，及其主要的催化物及其来源。
答：臭氧损耗的化学反应
通式：Y+O3→YO+O2 （1）
YO+O（O3）→Y+O2 （2） (限速步骤)
O（O3）+O3→O2+O2 （3）
Y=NOX(NO,NO2)、HOX(H,OH)、 ClOX(Cl,ClO), BrOX,
Y由各种不溶于水且寿命长的分子（如CH3Cl, N2O, CFCl3(CFC-11), CF2Cl2(CFC-12)，甲烷CH4等）输送进入平流层后再释放出来。具体说来，HOX主要是由CH4，H2O（g）或H2与O反应生成。NOX(x=1,2)主要来源是土壤中发生的N2O升至上空后与O反应的产物，其次是高空超音速飞机排气。CFC和Halons在对流层难降解，可以进入平流层发生光解。

19 请结合反应式或图示论述酸雨的主要成分、形成机理与过程，并解释重庆地区酸雨频率高，而北京酸雨频率低的原因。P130,P117-119

答:1）SO2通过各种途径被氧化成SO3：SO2与O2 、O、O3直接光气相氧化， O3-NO2同时存在时SO2的气相氧化，SO2的间接光氧化—自由基氧化；SO2的液相氧化； SO2在颗粒物表面被金属离子催化氧化；SO2被强氧化剂(O3,H2O2,NO2和HONO) 氧化。SO3溶于水形成H2SO4。2）NO 被HO2氧化成NO2， NO 和NO2被OH氧化或溶于水成HNO3。
3）所形成的酸性物质参与了成云过程，作为云滴的凝结核，或者在云层下部被雨水捕集等途径形成酸性降水迁移到地表的过程。
4）影响降水酸度的因素：酸性污染物的排放及其转化条件，大气中的氨和颗粒物的酸碱性，天气形势的影响。
5) 西南地区煤中含硫量高，并且很少经脱硫处理；西南地区大气中NH3含量相对较少的地区；西南地区的颗粒物偏酸性，而北京地区的颗粒物偏碱性；西南地区潮湿多雨和多山的地形不利于污染物的扩散。

1在大气对流层中污染物易随空气发生 垂直 对流运动，在平流层中污染物易随地球自转发生 水平 运动；
2 .逆温层不利于污染物的 传输 。
3 .当Γ<Γd时，大气处于 稳定 状态。
4随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率（Γ），对于逆温气层的大气垂直递减率 C 。
a．Γ﹥0 b. Γ=0 c. Γ﹤0
5.大气中重要自由基产生于 光 离解。
6.由若干个苯环稠和在一起的化合物称为 多环芳烃 ；
7.在有氮氧化物和碳氢化合物存在于大气中时可能发生光化学烟雾，该反应机制为： 自由基引发 、 自由基转化和增殖 、 自由基氧化NO为NO2 、 链终止 ；
8.平流层中的臭氧层能够 吸收紫外线 从而保护生物,维持生态平衡；
9.洛杉矶烟雾也称为 光化学烟雾 。
10.伦敦烟雾也称为 硫酸型烟雾 。
11.当降水的pH值 5.0 时，称为酸雨。
12.可吸入粒子是指粒径 ≤10μm 的颗粒物；
13.PAN是指大气中的 过氧乙酰硝酸酯 污染物；
14 根据Whittby三模态模型，粒径小于 A um的粒子称为爱根核膜。
a．0.05 b. 0.1 c. 1 d.2
15以下关于气溶胶粒子的三模态的叙述正确的是( D )
A. 爱根核模的粒径小于2.5μm, 积聚模的粒径为2.5～10μm, 粗粒子模的粒径为大于10μm;
B. 爱根核模的粒径小于0.05μm,积聚模的粒径为大于2μm, 粗粒子模的粒径为0.05～2μm;
C. 爱根核模的粒径为0.05～2μm, 积聚模的粒径小于0.05μm, 粗粒子模的粒径为大于2μm;
D. 爱根核膜的粒径小于0.05μm, 积聚膜的粒径为0.05～2μm, 粗粒子膜的粒径为大于2μm;
16造成大气温度和密度在垂直方向上呈不均匀分布的原因是( A B C )
A. 地球旋转作用; B. 距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度的差异;
C, 臭氧层的存在; D. 全球变暖; E. 环境污染.
17 Pasquill根据( ABC )把大气稳定度分为6类，即强不稳定A、不稳定B、弱不稳定C、中性D、较稳定E和稳定F。
A.风速; P51 B. 日照量;
C. 云量; 云状 D. 风向.
18、积聚模主要由核膜凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚而长大，这些颗粒物多为二次污染物，其中 硫酸盐 占80%以上。
19、燃烧过程中NO的生成量主要与_燃烧温度___和___空燃比_____有关。P29
20、能引起温室效应的气体主要有CO2、CH4、N2O_、_CFCs_。P120
21、CFC-11和Halon1211的分子式分别为_CFCl3___和__ CF2ClBr __。
22、大气中CH4主要来自_有机物厌氧发酵（水稻田底部_）、反刍动物和蚂蚁的呼吸作用、_原油及天然气的泄漏的排放。P39-40
22碳氢化合物是大气中的重要污染物，是形成 光化学 烟雾的主要参与者。
23、乙烯在大气中与O3的的反应机理如下：

O3 + CH2 == CH2 H2CO+H2COO

24、大气颗粒物的去除与颗粒物的 粒径 和 吸湿性/化学性质等有关，去除方式有
干沉降 和 湿沉降 。
25、制冷剂氯氟烃破坏臭氧层的反应机制是：
CFmCln + hv CFmCln-1 + Cl
Cl + O3 O2 + ClO
ClO +O O2 + Cl
26.说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。
光化学烟雾形成过程是由多种自由基参与的一系列反应，NO2和醛的光解可引发O、H自由基的产生，而烃类RH的存在又是自由基转化和增殖为数量大，种类多的根本原因（R，RO，RO2，RC(O)OO，）; 这些自由基使NO氧化为NO2，而不需要消耗臭氧； 醛，PAN是具有氧化性产物导致危害的重要成分；所以烃类在光化学烟雾形成过程中占有很重要的地位。
RH + O → R + HO
RH + HO → R + H2O
H + O2 → HO2
R + O2 → RO2
RCO + O2 → RC(O)OO
其中R为烷基、RO2为过氧烷基，RCO为酰基、RC(O)OO[RC(O)O2]为过氧酰基。通过如上途径生成的HO2、RO2和RC(O)O2均可将NO氧化成NO2 。

27简述光化学烟雾中污染物的浓度随时间的变化情况（①从早上开始至下午下班前的这段时间里，NO和CH化合物浓度急剧下降，而NO2、O3渐次达到高峰。②PAN的形成；），用光化学反应的链式机制解释变化趋势的原因。P93，P95
答：链式反应机制：
NO2+hν→NO+O；
O+O2+M →O3+M；
NO+O3 → NO2+O2；
RH+OH → RO2+H2O；
RCHO+OH → RC(O)O2 +H2O;
RCHO+ hν→ RO2+HO2+CO;
HO2+NO →NO2+OH;
RO2+NO → NO2+RCHO+HO2;
RC(O)O2 +NO → NO2+RO2+CO2;
OH +NO2 → HNO3;
RC(O)O2 +NO2 →RC(O)OONO2;
RC(O)OONO2 → RC(O)O2 +NO2.
光化学烟雾是由链式反应形成的，它以NO2光解生成原子O的反应为引发，O的生成导致O3的形成，由于CH化合物参与这一链反应，造成了NO向NO2的转化，在此转化中HO 和HO2 引起了主要作用，以致基本上不需要消耗O3能使大气中的NO转化为NO2，NO2又继续光解产生O3，使O3不断积累，同时产生醛类和新的自由基又继续与烃类反应生成的过氧烷烃硝酸酯等有机过氧化物和更多的自由基，如此循环反复，直至NO和CH耗尽为止。

逆温——对流层中大气温度随高度增加而升高的现象。
温室效应：大气中浓度越来越高的CO2，CH4，N2O等物质具有易使太阳短波辐射到达地面而拦截地表向外放出部分长波辐射的作用，而使地球表面特别是高纬度和极地地区温度升高的现象。
雨除：被去除物参与了成云过程，作为云滴的凝结核，使水蒸气在其上凝结，云滴吸收空气中成分并在云滴内部发生液相反应。
山谷风
海陆风
城郊风
爱根核膜：粒径小于0.05 μm，主要来源于燃烧过程所产生的一次气溶胶粒子和气体分子通过化学反应均相成核转换的二次气溶胶粒子，所以又称成核型。
13 积聚膜：Dp在0.05-2 μm范围内，主来源于爱根核膜的凝聚，燃烧过程所产生蒸汽冷凝、凝聚，以及由大气化学反应所产生的各种气体分子转化成的二次气溶胶等。
积聚膜的粒子不易被干、湿沉降去除，主要的去除途径是扩散。这两种膜合称为细粒子。
14粗粒子膜： Dp大于2 μm主来源于机械过程所造成的扬尘、海盐溅沫、火山灰和风砂等一次气溶胶粒子，主靠干沉降和雨水冲刷去除。

第三章
计算题讲解
1.若一个天然水体的pH为7.0。碱度为1.4mmol/L，需加多少强酸才能把水体的pH降低到6.0。
已知 pH=6.0 时，α0=0.6920，α1=0.3080，α2=1.444*10-5，α=3.247；
pH=7.0时，α0=0.1834，α1=0.8162，α2=3.828*10-4，α=1.224；
解：
查表 3-3（p110）α1 、α2，α= 1.22
CT = 1.22×1.4 = 1.71 m mol.L-1
当加强酸使 pH = 6.0，α= 3.25，而CT不变时
碱度 = 1.71 / 3.25 = 0.526 m mol.L-1
ΔA = 1.4-0.526 = 0.874 m mol.L-1

2. P260作业题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，每升中需加多少的碳酸钠才能使水体pH上升至8.0。若用NaOH强碱，每升中需加多少碱？（1.07mmol/L,1.08mmol/L）
解： pH=6.5 =1.710 CT1 =1.6×1.710 =
pH=8.0 =1.018 CT2=1.018×（1.6+2B）

加入碳酸钠时，1.6×1.710+B=1.018×（1.6+2B） CT 改变
B=1.069 mmol/L
加入NaOH时，1.6×1.710=1.018×（1.6+B） CT 不变
B=1.088 mmol/L

在一个pH为6.5碱度为1.6mmol/L水体中,若加入碳酸钠使其碱化,问需加多少mmol/L的Na2CO3才能使水体pH升至8.0.若用NaOH强碱进行碱化,又需加多少碱度?
解：总碱度＝KW/ [H+] + CT(α1 + 2α2) - [H+]
CT＝{[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：CT＝α[碱度]
当pH＝6.5时，查表得α1＝0.5845，α2＝8.669×10-5，则α＝1.71，CT ＝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CT值与碱度值均有变化。设加入的碳酸钠量为Δ[CO32-]，则有
CT + Δ[CO32-]＝α′｛[碱度] + 2Δ[CO32-]｝
即2.736 + Δ[CO32-]＝1.018｛1.6 + 2Δ[CO32-]｝
解得，Δ[CO32-]＝1.069 mmol/L
若加入氢氧化钠将水的pH升至8.0，其CT值并不变化，可得：
[碱度] ＝CT/ 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. P260作业题5、具有2.00×10-3mol/L碱度的水，pH为7.00，请计算[H2CO3 *]，[HCO3 -]和[OH -]的浓度各是多少？
解： [OH -]=1.0×10-7 B=2.00×10-3mol/L
K1 =10-6.35 K2=10-10.33
[HCO3 -]=B=2.00×10-3mol/L
[CO3 2-] ===9.36×10-7 mol/L
[H2CO3 *]===4.48×10-4 mol/L

4.某水体pH=8, 碱度=1.00*10-3mol/L,请算出各种形态物质的浓度。
解：当pH=8, CO32-的浓度与HCO3-浓度相比可忽略不计，此时碱度全部由HCO3-贡献
[HCO3-]=[碱度]=1.00*10-3mol/L
[OH-]=1.00*10-6mol/L
根据酸的离解常数k1，可计算出H2CO3的浓度
[H2CO3*]=[H+][HCO3-]/K1=1.00*10-8*1.00*10-3/（4.45*10-7）
=2.25*10-5mol/L
代入k2的表示式计算[CO32-]：
[CO32-]=k2[HCO3-]/[H+]
=4.69*10-11*1.00*10-3/1.00*10-8=4.69*10-6mol/L
各浓度分别为[HCO3-]=1.00*10-3mol/L,[H2CO3*]=2.25*10-5mol/L;
[CO32-]=4.69*10-6mol/L

5. P260作业题6、若有水A，pH为7.5，其碱度为6.38 mmol/L，水B的pH为9.0，碱度为0.08 mmol/L，若以等体积混合，问混合后的pH为多少？ 已知pH=7.5时 =1.069
pH=9.0时 =0.9592
解： CT1 =×B1 =6.38×1.069=6.82 mmol/L
CT2 =2×(B2 +[H+]-[OH -])=2 (0.80-0.01)=0.76 mmol/L
水A碱度=6.38 mmol/L= [HCO3 -]+2[CO3 2-]+[OH -]- [H+]=[HCO3 -]
[CO3 2-]===9.46×10-3 mmol/L
[H2CO3 *]===0.453 mmol/L
[OH -]=10-6.5 =3.16×10-7 mol/L

水B碱度=0.80 mmol/L= [HCO3 -]+2[CO3 2-]+[OH -]- [H+]
=[HCO3 -]+2[CO3 2-]+10-5
[CO3 2-]==
解得[CO3 2-]=0.04 mmol/L [HCO3 -]=0.76 mmol/L
[OH -]=10-5=0.01 mmol/L [H2CO3 *]=0.002 mmol/L
水B + A =B中的CO3 2-、OH – 与A中H2CO3 *反应生成HCO3 –
混合体系中[H2CO3 *]=(0.453-0.04-0.01)/=0.201 mmol/L
[HCO3 -]=(6.38+0.04×2+0.01+0.76)/=3.61 mmol/L
pH=6.35-lg =6.35+1.24=7.59

6. 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
CO2 + H2O H2CO3* pK0=1.46
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CT = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]，则有
[H2CO3*] = CT(1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1
[HCO3-] = CT(1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1
[CO32- ] = CT(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PCO2和pH的函数。
依亨利定律：[CO2(aq)]＝KH·PCO2
溶液中，碳酸化合态相应为：
CT = [CO2]/ α0= KH·PCO2/ α0
[HCO3-]= (α1/ α0 )KH·PCO2= (K1/[H+])KH·PCO2
[CO32-]= (α2/ α0 ) KH·PCO2= (K1K2/[H+]2)KH·PCO2
（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CT始终不变。而对于开放体系CT、[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。

7.对温度为250C的地面水样作分析的结果是：总氨浓度CT=10-4.05mol/L，pH=7.5，并已知NH4+的酸解常数Ka=10-9.25,试通过计算确定水中对鱼类有毒性的NH3浓度是否超出0.02mg/L（三级地面水水质标准）。
解：1）NH4+ NH3++H+， Ka=10-9.25
{[NH3][H+]}/[NH4+]=Ka 2分
{[NH3]*10-7.5}/{103*10-4.05-[NH3]}=10-9.25 2分
[NH3]=0.0016mmol/L=0.0016*17mg/L=0.027mg/L>0.02mg/L 2分
所以 水中对鱼类有毒性NH3浓度超出了三级地面水质标准。1分

8.用氯气消毒某饮用水源，处理后水的pH=7.0，并已知HClO的酸离解常数Ka=10-7.5，试通过计算来确定消毒杀菌的效果是否良好，假定HClO的杀菌效力为ClO-的100倍。
1）pH=7.0时， [ClO-]/[HClO]=Ka/[H+]=10-7.5/10-7.0=0.29
[ClO-]=0.29[HClO]
α=[HClO]/{ [HClO]+ [ClO-]}=[HClO]/{ [HClO]+ 0.29[HClO]}=0.775
也就是说绝大部分（76%）是以杀菌效果好的HClO形态存在，所以有较好的杀菌效果。

9. 若在pH=7.0时的用氯剂量（以Cl2计）为1mg/L，为达到同样的消毒杀菌效果且处理水的pH=8.5时，问需要多大剂量的Cl2？
已知HClO H++ClO- Ka=2.9*10-8, 并假定HClO效率为ClO-的100倍。
解：1)pH=7.0时，[Cl2]=1mg/L=0.0143mmol/L,
[HClO]+[ClO-]=0.0143mmol/L;
pH=7.0时,因[ClO-] [H+]/[HClO] = 2.9*10-8, 故[ClO-] /[HClO]=0.29;
令[ClO-]=X, 则[HClO]=(1/0.29)*X=3.45X;
[ClO-]+[HClO]=3.45X+X=0.0143, 所以[ClO-]=X=0.0032mmol/L
[HClO]=3.45X=0.011mmol/L
总毒效=100[HClO]+[ClO-]=1.10+0.0032=1.1032 3分
2) pH=8.5时,代入[ClO-] [H+]/[HClO] = 2.9*10-8, 故[ClO-] /[HClO]=9.164;
令[HClO]=Y, 则[ClO-]=9.164Y;
则总毒效=100[HClO]+[ClO-]=100Y+9.164Y=1.1064, 所以Y=0.010mmol/L;
所需Cl2量[Cl2]= [HClO]+[ClO-]=0.010+9.164*0.010
=0.10164mmol/L=7.2mg/L. 4分
3）所以为达到同样的消毒杀菌效果且处理水的pH=8.5时，需要7.2mg/L的Cl2。

10.用Langmuir方程描述悬浮物对溶质的吸附作用，假设溶液平衡浓度为3.00*10-3mol/L, 溶液中每克悬浮物固体吸附溶质为0.50*10-3mol/L, 当平衡浓度降至1.00*10-3mol/L, 每克吸附剂吸附溶质0.25*10-3mol/L，问每克吸附剂可吸附溶质的限量是多少？
解：1）公式 г=гmCeq/(A+Ceq) 2分
2）0.50*10-3=гm3.00*10-3/(A+3.00*10-3) (1) 2分
0.25*10-3=гm1.00*10-3/(A+1.00*10-3) (2) 2分
(1) (2)联合求解得 A=3*10-3，吸附限量гm=1.00*10-3mol/L 2分

11. 作业题25、从湖水中取出深层水，其pH=7.0,含溶解氧质量浓度为0.32 mg/L，请计算pE好Eh。 （ pE=13.2 Eh=0.78 V）
解： O2 +H++e＝ H2O pEo =20.75
pE= pEo + lg
=[O2]aq /KH =1.0×10-5 /1.26×10-8 =0.79×103 Pa
pE= pEo + lg =20.75-7.0-0.53=13.22
Eh=0.059pE=0.059×13.22=0.78 V
12. 作业题26、在无氧消化池中和pH=7.0的水接触的气体含65%的CH4 和35%的CO2 ，请计算pE和Eh。（pE=-4.16,Eh=-0.25V）
解： CO2 +H++e＝ CH4 + H2O pEo =2.87 PCO2 =0.35P大气压 P CH4 =0.65P大气压
pE= pEo + lg =2.87+lg7/13-7.0=-0.03375-4.13=-4.16
Eh=-4.16×0.059=-0.25 V

13. 26、在一个pH为10.0的SO42- 、HS- 体系中（25℃），其反应为
SO42- +9H+ +8e- ＝HS-+4H2O（l），已知其标准自由的Gf o值为SO42-：-742.0kJ/mol；HS-：12.6 kJ/mol，H2O（l）：-237.19 kJ/mol。水溶液中质子和电子的Gf o 为0。
(1) 请给出该体系的pEo (pE′=4.25)
(2) 如果体系化合物的总浓度为1.00×10-4mol/L，那么请给出下面(1)、(2)、 (3)和 (4)的㏒C-pE的关系式。
解：G°=-4×237.2+12.6+742.0=-194.2 kJ/mol
G=-nEF； pEo =E/0.059=194.2×1000/8×96400×0.059=0.25/0.059=4.24
pE= pEo + lg
当pE= pEo 时 [SO42- ]=[HS- ]
当pE>>pEo 时 [SO42- ] >> [HS- ] [SO42- ]=10-4mol/L
pE= pEo + lg =4.25+ lg-94- lg[HS- ]
lg[HS- ]=60-8pE
当pE<<pEo 时 [SO42- ] << [HS- ] [HS- ]= 10-4mol/L
pE= pEo + lg =4.25+ lg5086+lg[SO42- ]
l