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
3
2-]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 CO
2
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，[H
2CO
3
*]、[HCO
3
-]、[CO
3
2-]
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 、[HCO 3-]、[CO 32-]均随pH 值改变而变化，但[H 2CO 3*]总保持与大气相平衡的固定数值。
4．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＝2
121
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
5. 具有2.00×10-3mol/L 碱度的水，pH 为7.0，请计算[H 2CO 3＊]、[HCO 3-]和[CO 32-]和[OH -]的浓度各是多少？（[H +]=1.00×10-7mol/L ，[HCO 3-]=2.00×10-3mol/L ，[CO 32-]=9.38×10-7mol/L ，[H 2CO 3＊] =4.49×10-74mol/L ）
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, α= 1.224,
则[HCO 3-] = [碱度] = 2.00×10-3mol/l/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×
10-4mol/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 。
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. 80mmol/L ，若以等体积混合，问混合后的pH 值是多少？
解: 查表 pH = 7.5时, α1 = 1.069, pH = 9.0时, α2 = 0.9592;
C T1 = [碱度]×α1 = 6.38×1.069 = 6.82 mmol/l C T2 = [碱度]×α2 = 0.80×0.959 = 0.767 mmol/l;
L mmol C C C T T T /79.32
77
.082.6221=+=+=混合后 L mmol /59.32
80
.038.6][=+=
碱度 005.159
.379
.3][===
碱度T C α 查表知pH = 7.58 7. 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+
。请计算平衡时溶液中[Fe 3+
]、[Fe(OH)2+
]、[Fe(OH)2+
]、[H +
]和pH （[Fe 3+]=6.24×10-5 mol/L 、[Fe(OH)2+]=2.92×10-5 mol/L 、[Fe(OH)2+]=8.47×10-6 mol/L 、pH=2.72。）
解：由题意知 [Fe 3+] + [Fe(OH)2+] + [Fe(OH)2+] = 1.00×10-4 mol/l ； （1） [Fe(OH)2+][H +]/[Fe 3+] = 8.9×10-4
(2)
[Fe(OH)2+][H +]2/[Fe 3+] = 4.9×10-7
(3)
SP W
K H K Fe OH Fe ==++
-+
33
33
3]
[][]][[
查表知Fe(OH)3的K SP = 3.2×10-38
代入(1)得[H +] = 1.9×10-3mol/l (∵pH =2.72)
∴[Fe 3+] = 3.2×104[H +]3 = 3.2×104×1.9×10-3×3 = 6.24×10-5 mol/l ； [Fe(OH)2+] = 4.9×10-7[Fe 3+]/[H +]2 = 4.9×10-7 K SP [H +]/ K W 3 = 15.68×10-3
×1.9×10-3 = 8.47×10-6mol/l；
[Fe(OH)2+] = 8.9×10-4[Fe3+]/[H+] = 8.9×10-4 K
SP [H+]2/ K
W
3 = 28.48×(1.9
×10-3)2 = 2.92×10-5mol/l。
11．什么是表面吸附作用、离子交换吸附作用和专属吸附作用？并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别。
（1）表面吸附：由于胶体表面具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用。胶体表面积越大，吸附作用越强。
（2）离子交换吸附：环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子。胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，这种作用称为离子交换吸附作用，属于物理化学吸附。该反应是可逆反应，不受温度影响，交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂的性质有关。
（3）专属吸附：指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用不但可以使表面点荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。
（4）水合氧化物对金属离子的专属吸附与非金属吸附的区别如下表所示。
18．已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下：
Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+lgK1＝- 2.16
Fe3+ + 2H2O Fe(OH)2+ + 2H+lgK2＝- 6.74
Fe(OH)3(s)Fe3+ + 3OH-lgK so＝- 38
Fe3+ + 4H2O Fe(OH)4- + 4H+ lgK4＝- 23
2Fe3+ + 2H2O Fe2(OH)24+ + 2H+ lgK＝- 2.91
请用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系。解：
（1）K1＝[Fe(OH)2+][H+]/ [Fe3+]＝[Fe(OH)2+]K W3/K so[H+]2
p[Fe(OH)2+]＝3lgK W - lgK so + 2pH - lgK1＝2pH - 1.84
（2）K2＝[Fe(OH)2+][H+]2/ [Fe3+]＝[Fe(OH)2+]K W3/K so[H+]
p[Fe(OH)2+]＝3lgK W - lgK so + pH - lgK2＝pH + 2.74
（3）K so＝[Fe3+][OH-]3＝[Fe3+]K W3/[H+]3
p[Fe3+]＝3lgK W - lgK so + 3pH＝3pH - 4
（4）K4＝[Fe(OH)4-][H+]4/ [Fe3+]＝[Fe(OH)4-][H+]K W3/ K so
p[Fe(OH)4-]＝3lg K W - lgK4 - lgK so - pH＝19 - pH
（5）K＝[Fe2(OH)24+][H+]2/ [Fe3+]2＝[Fe2(OH)24+]K W6/ K so2[H+]4 p[Fe2(OH)24+]＝6lg K W - lgK - 2lgK so + 4pH＝4pH - 5.09
用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系如下：
19.已知Hg2++2H
2O = 2H++ Hg(OH)
2
，lg K= -6.3。溶液中存在[H+]、[OH-]、[Hg2+]、
[Hg(OH)
2]和[ClO
4
-]等形态，且忽略[Hg(OH)+]和离子强度效应，求1.0×10-5mol/L
的Hg(ClO
4)
2
溶液在25℃时的pH值。
解：Hg2+ +2H
2O = 2H+ + Hg(OH)
2
lg K= -6.3 得: K = 10-6..3
][)([][202
2++=Hg OH Hg H K 得 ])([][10][0
223.62OH Hg Hg H +-+= （1） 由物料守恒得：[Hg 2+] + [Hg(OH)20] = 1.0×10-5 mol/l (2) 由电荷守恒得：[H +] + 2[Hg 2+] = [ClO 4-] + [OH -]
∵Hg 2+水解体系显酸性,∴[OH -]＜10-7,与[ClO 4-]的浓度相比可忽略不计。 可得：[H +] + 2[Hg 2+]≈[ClO 4-] = 2×10-5 （3） （1）、（2）、（3）联立求解得：[H +] = 10-4.7；则pH = -lg[H +] = -lg10-4.7 = 4.7。 21.在pH=7.0和HCO 3-=1.25×10-3mol/L 的介质中，HT 2-与固体PbCO 3平衡，其反应如下：
已知 PbCO 3(S) + HT 2- = PbT - + HCO 3- K = 4.06×10-2 问作为HT 2-占NTA 的分数。
解：已知 PbCO 3(S) + HT 2- = PbT - + HCO 3- K = 4.06×10-2
][]][:23---=HT HCO PbT K 可得 （1）；由（1）可得：K HCO Pb T HT ][]
[][32---=
（2）
%99.21025.11006.41025.1][][][][][23
23
3322=?+??=+=+--------HCO K HCO HT PbT HT ）得：由（ 25.从湖水中取出深层水，其pH=7.0，含溶解氧浓度为0.32mg/L ，请计算pE 和E h 。
解：∵水中的溶解氧为：0.32mg/l,故其p O 2 = 0.32×105 Pa
天然水的pE = 20.75 + lg{( p O 2/1.103×105)0.25 ×[H +]} = 20.75 + lg{(0.32×105/1.103×105)0.25 ×1.0×10-7} = 20.75
+ (-0.54－7) = 13.21。
氧化还原式：1/2O 2 + 2H + (10-7mol/l)+ 2e － = H 2O E 0 = 0.815V 根据Nernst 方程式，上述反应可写成：
]
[]
[Re lg
303.20x h O d nF RT E E -
= 在湖中H 2O 可看作是常量,lg([Red]/[Ox]),在方程中为1。
069
.0303.2lg 0
0nE RT F nE K ==根据
得：F = 2.303RT/0.059,将E 0 = 0.815和F = 2.303RT/0.059代入Nernst 方程式得:
E h = E 0 － 0.059/2 = 0.815 － 0.03 = 0.785V 27.在一个pH 为10.0的SO 42-- HS -体系中，其反应为： SO 42- + 9H + + 8e = HS - + 4H 2O(l)
已知其标准自由能G f 0值（kJ/mol ）SO 42-：-742.0，HS -：12.6，H 2O(l)：-237.2，水溶液中质子和电子的G f 0值为零。
（1） 请给出该体系的pE 0。
（2） 如果该体系的化合物的总浓度为1.0×10-7mol/L ，那没请给出下图中
①、②、③和④的lgc-pE 关系式。（当pE ＜＜pE 0，lg[SO 42-]=8pE+52；当pE ＞＞pE 0 时，lg[SO 42-]=-4.0，lg[HS -]=-60-8pE ）
解：（1）SO 42- + 9H + + 8e = HS - + 4H 2O （t ）
∵ ▽G 0 = 12.6 － 237.2×4 + 742.0 = －194.2 ( kj) 又∵ ▽G 0
= －2.303nRT(pE 0
)
25.4298
314.88303.22.194303.200
=???--=-?=nRT G pE
8
924][]][[]
[e H SO HS K +-
-= ∵lgK = lg[HS -] －lg[SO 42-] －lg[H+]9－lg[e]8
又∵lgK = npE0
8 pE0 = lg[HS-] －lg[SO
4
2-] + 9×10.0 + 8pE
∴ lg[HS-] －lg[SO
4
2-] + 8pE = 8×4.25 － 90 = －56
[HS-] + [SO
4
2-] = 1.0×10-4
10当 pE＜＜pE0时,溶液给出电子的倾向很高。
∴ [HS-] ≈ C
总
= 1.0×10-4 mol/l。
∴ lg[HS-] = －4.0 由(1)得lg[SO
4
2-] = 52 + 8 pE。
20当 pE＞＞pE0时, 溶液接受电子的倾向很强。
∴ [SO
42-] ≈ C
总
= 1.0×10-4 mol/l。
∴ lg[SO
4
2-] = －4.0 由(1)得lg[HS-] = -60－ pE。
28．解释下列名词：分配系数；标化分配系数；辛醇－水分配系数；生物浓缩因子；亨利定律常数；水解速率；直接光解；光量子产率；生长物质代谢和共代谢。
（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）生长物质代谢和共代谢：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。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。
29.某水体中含有300mg/L 的悬浮颗粒物，其中70%微细颗粒（d<50um ）,有机碳含量为10%，其余的粗颗粒有机碳含量为5%。已知苯并[a]芘的K ow 为106，请计算该有机化合物的分配系数。（K p =4.6×104） 解：已知苯并[a]芘 Kow = 106
Koc = 0.63Kow = 0.63×106 = 6.3×105
Kp = Koc[0.2(1－f)X S OC + fX f OC ] = 6.3×[0.2(1－0.7)×0.05 + 0.70×0.10] = 4.6×104
30.一个有毒化合物排入至pH=8.4，T=25℃水体中，90%的有毒物质被悬浮物所吸着，已知酸性水解速率常数Ka=0，碱性催化水解速率常数K b =4.9×10-7L/(d.mol)，中性水解速率常数K h =1.6d -1，请计算化合物的水解速率常数。（K h =1.6d -1）
解：已知 K a = 0, [H +] = 10-8.4 K n = 1.6 K b = 4.9×10-7
K h = K a [H +] + K n + K b K w /[H +] = 0 + 1.6 + 4.9×10-7×10-5.6 = 1.6 (d -1) 32.某有机污染物溶解在一个一个含有200mg/L 悬浮物、pH=8.0和T=20℃的水体中，悬浮物中细颗粒为70%，有机碳含量为5%，粗颗粒有机碳含量为2%，已知此时该有机污染物的中性水解速率常数K h =0.05d -1，酸性催化水解速率常数Ka=1.7L/(mol/d)，碱性催化水解速率常数Kb=2.6×106L/(mol/d)，光解速率常数K p =0.02h -1，污染物的辛-醇水分配系数Koc =3.0×105，并从表中查到生物降解速率常数K B =0.20d -1
，忽略颗粒物存在对挥发速率和生物降解速率的影响，求有机污染物在水体中的总转化率常数。（K T =1.76d -1）
解：Koc = 0.63Kow
Kp = Koc[0.2(1－f)X S OC + fX f OC ] = 0.63×3.0×105[0.2(1－0.70)×0.02 + 0.70×0.05] = 6.84×103
P
P T
W C K C C +=
1
42.010
84.61000.211
1136=???+=+==
∴-P P T W W C K C C α K h = K n +αw(K A [H +] + K B [OH -]) = 0.05 + 0.42×(1.7×10-8 + 2.6×106×10-6) = 1.14 (d -1)
K T = K h + K p + K B = 1.14 + 24×0.02 + 0.2 = 1.82 (d -1)。
33.某河段流量Q=2160000m 3/d ，流速为46km/d,T=13.6℃,耗氧系数K 1=0.94d -1，复氧系数K 2=1.82d -1，BOD 沉浮系数K 3=0.17d -1，起始断面排污口排放的废水约为10×104m 3/d ，废水中含BOD 5500mg/L ，溶解氧为0mg/L ，上游河水BOD 5为0mg/L ，溶解氧为8.95mg/L ，求排污口下游6km 处河水的BOD 5和氧亏值。（BOD 5=20.0mg/L,DO=3.7mg/L ）
解： 12.2210
2160000500
101050005
40=+??=+?+?=q Q q Q L 由Tomas 模型知：
L = L 0exp[-（k 1 + k 3）x/u] = 22.12exp[-(0.94+0.17)×6×103/4.6×103] = 19.14mg/l 。
L mg C /805510
216000095
.821600005
0=+?=
查表知: 13℃时,C 饱和 = 10.60mg/l ； 14℃时，C 饱和 = 10.37mg/l 。 由间插法计算13.6℃时的C 饱和。（1）10.60－(10.60－10.37)×6/10 = 10.46 (2) 10.37+(10.60－10.37)×4/10 = 10.46
D 0 = C 饱和－C 0 = 10.46－8.55 = 1.91(mg/l)
D = D 0exp(- k 2x/u )－[k 1 L 0/(k 1+k 3-k 2)][exp{- (k 1+k 3)x/u}－exp(- k 2 x/u )] = 1.91×exp{-(1.82×6)/46}－[(0.94×22.12)/(0.94+0.17－1.82)][exp{-(0.94+0.17)×6/46}－exp(-1.82×6/46)
= 3.7mg/l 。
35.请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。
（3）迁移过程：
①沉淀－溶解作用：污染物的溶解度范围可限制污染物在迁移、转化过程中的可利用性或者实质上改变其迁移速率。
②对流作用：水力流动可迁移溶解的或者被悬浮物吸附的污染物进入或排出特定的水生生态系统。
③挥发作用：有机污染物可能从水体进入大气，因而减少其在水中的浓度。
④沉积作用：污染物被吸附沉积于水体底部或从底部沉积物中解吸，均可改变污染物的浓度。
（4）转化过程：
①生物降解作用：微生物代谢污染物并在代谢过程中改变它们的毒性。
②光解作用：污染物对光的吸收有可能导致影响它们毒性的化学反应的发生。
③水解作用：一个化合物与水作用通常产生较小的、简单的有机产物。
④氧化还原作用：涉及减少或增加电子在内的有机污染物以及金属的反应都强烈地影响环境参数。
（5）生物累积过程：
①生物浓缩作用：通过可能的手段如通过鱼鳃的吸附作用，将有机污染物摄取至生物体。
②生物放大作用：高营养级生物以消耗摄取有机毒物进入生物体低营养级生物为食物，使生物体中有机毒物的浓度随营养级的提高而增大。
名词解释 总硬度Ht：在一般天然水中，主要是Ca2+和Mg2+，其它离子含量很少，通常以水中Ca2+和Mg2+的总含量称为水的总硬度Ht 碳酸盐硬度(Hc):由于水中含有Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2而形成的硬度，经煮沸后可把硬度去掉，这种硬度称为碳酸盐硬度，亦称暂时硬度。 非碳酸盐硬度(Hn):由于水中含有CaSO4（CaCl2）和MgSO4（MgCl2 ）等盐类物质而形成的硬度，经煮沸后也不能去除，这种硬度称为非碳酸盐硬度，亦称永久硬度。 当量粒子:对于还原性物质，一个当量粒子是指与1个氢原子具有相同的还原能力的粒子 毫克当量：对于还原性物质，与1mg（1mmol）氢的还原能力相等的物质叫做1毫克当量。含水率定义：树脂含水率一般以每克湿树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比表示（约50%），并且相应地反映了树脂网架中的孔隙率 溶胀性定义：树脂体积变化的现象称为溶胀 全交换容量：一定量树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量。 工作交换容量：在给定工作条件下实际可利用的交换能力。 完交换容量：完全交换容量也称最大容量、理论容量，是干燥恒重的单位质量H型或Cl 型树脂中可交换离子（离子基团）的总数量。 固定床：离子交换树脂（或磺化煤）装填在离子交换器内。在操作过程中，树脂不往外输送，所以称之为固定床 复床指阳、阴离子交换器串联使用，达到水的除盐的目的。 半透膜：只允许溶质或溶剂透过的膜称为半透膜。 半透膜属于选择透过性膜。 选择透过性膜：如生物膜、细胞膜，扩散方式包括自由扩散、协助扩散、主动运输。 渗析 如果用膜把一个容器分隔成两部分，在膜的一侧放入溶液，在膜的另一侧放入纯水，则把小分子溶质透过膜向纯水侧的迁移过程称为渗析（溶质透过膜的现象）。 渗透 如果仅纯水侧的纯水透过膜向溶液侧迁移，而溶质不透过，这一过程称为渗透（溶剂透过膜的现象）。 水面的综合散热系数：在单位时间内、水面温度变化1oC时，水体通过单位表面散失的热量变化量，单位：W/(m2?oC) 湿空气：干空气和水蒸气所组成的混合空气。 饱和空气：当空气在某一定温度下，吸湿能力达到最大值时，空气中的水蒸气处于饱和状态，称为饱和空气。水蒸气的分压称为饱和蒸汽压力。 绝对湿度：每m3湿空气中所含水蒸气的质量称为空气的绝对湿度。 相对湿度：空气的绝对湿度和同温度下饱和空气的绝对湿度之比，成为湿空气的相对湿度。相对湿度是表示空气接近饱和的程度。相对湿度小的空气吸收水分能力强。 湿空气的密度：每m3湿空气中所含干空气的质量和水蒸气的质量之和。 湿空气的焓（ｉ）：表示1kg干空气和含湿量x公斤水蒸气的含热量之和。
第三章水环境化学 水是世界上分布最广的资源之一，也是人类与生物体赖以生存和发展必不可少的物质，但世界上可供人类利用的水资源很少，仅占地球水资源的0.64%。 水环境化学：是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制、迁移转化、归趋的规律与化学行为及其对生态环境的影响。它是环境化学的重要组成部分，这些研究将为水污染控制和水资源的保护提供科学的依据。 第一节 水的分布、基本特征及污染物存在形态 一、水的特征与分布 天然水中一般含有可溶性物质和悬浮物质（包括悬浮物、颗粒物、水生生物 等）。可溶性物质的组成十分复杂，主要是岩石在风化过程中，经水溶解迁移 的地壳矿物质。天然水中常见的八大离子占天然水中离子总量的95%－99%. 总含盐量：TDS=[Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+ ] + [Cl- + SO42- + HCO3- + NO3-] （２）水中的金属离子 水中金属离子的表示式常写成Ｍｎ＋，其水合离子的分子式一般写作Ｍ（Ｈ２Ｏ）ｘｎ＋。金属离子在水中可以以多种形态存在，一般为Ｆｅ（ＯＨ）２＋，Ｆｅ２（ＯＨ）２４＋和Fe3+等形态存在。水溶液中金属离子的表示式常写成Mn+，预示着是简单的水合金属阳离子M(H2O)xn+。它可通过化学反应达到最稳定的状态，酸－碱、沉淀、配合及氧化－还原等反应是它们在水中达到最稳定状态的过程。各种形态的浓度可以通过平衡常数加以计算，见书P148页。 （3）气体在水中的溶解性 气体溶解在水中，对于生物种类的生存是非常重要的。一般来说大气中的气体分子与溶液中同种气体分子存在一种平衡，浓度关系服从Henny定律。 X（g）X（aq） （4）水生生物 水生生物可直接影响许多物质的浓度,其作用有代谢、摄取、存储和释放等。 自养生物：利用太阳能量和化学能量，把简单、无生命的无机一无机元素引进至复杂的生命分子中组成生命体，如藻类。 异养生物：利用自养生物产生的有机物作为能源及合成自身生命的原始物质。 藻类生成和分解是水体中进行光合作用（P）和呼吸作用（R）的一典型过程，可
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 --
水环境化学作业(1) 一、填空题 1.天然水中的[总碱度]= +2 + [OH-] —。 2.水环境中胶体颗粒物的吸附作用有、和 3.影响胶体微粒聚沉的因素有_________、___________、_________、水体pH及流动状况，带相反电荷颗粒间的相互作用。 4.适用于水体颗粒物对污染物吸附的等温式有_______________、 _________________和_______________三种方程。其中 _______________可求饱和吸附量。 5.某一氧化还原体系的标准电极电位为0.771，其pE o为______。 6、腐殖质中不溶于NaOH的部分称为__________，可溶于NaOH的部分称为__________，既溶于碱又溶于酸的部分称为_________。 7、天然水的PE随水中溶解氧的减少而，因而表层水呈 环境。 二、简答题 1. 向某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、⑤CO2酸度，是增加还、减少还是不变。 2. 什么是表面吸附作用、离子交换吸附作用和专属吸附作用？并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别。 3. 请说明水体中胶体的凝聚和絮凝之间的区别。 三、计算题 1.含镉废水通入H2S达到饱和并调整pH为8.0，计算水中剩余镉离子浓度。 [Ksp(CdS=7.9×10-27)]
2.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0.50×10-3mol/L,当平衡浓度降至 1.00×10-3mol/L时, 每克吸附剂吸附溶质0.25×10-3mol/L,问每克吸附剂可以吸附溶质的限量是多少? 3. 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0.80 mmol/L，若以等体积混合，问混合后的pH值是多少？ 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，问需要加多少mmol/L的碳酸钠才能使水体pH值上升至8.0。若用NaOH强碱进行碱化，又需要多少碱？
《水环境化学》重点习题及参考答案 1请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中［H2CO3 ］、［HCO 3-］和[CO 32-]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C02与大气没有交换)中存在下列平衡 C02 + H20 -―- H2CO3* pK o=1.46 - + H2CO3* -―HCO3 + H pK i=6.35 - 2- + HCO3 -―C03 + H pK2=10.33 其中K i=[HCO3-][H+] / [H2CO3*] ，K2=[CO32-][H j / [HCO 3-] 用a、a和a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 a= [H 2CO3*]/{[H 2CO3*] + [HCO 3] + [CO 32 ]} - - 2- a= [HCO3]/{[H 2CO3*] + [HCO 3] + [CO3 ]} a= [CO32 ]/{[H 2CO3*] + [HCO 3] + [CO32]} 把K i、K2的表达式代入以上三式，得 + +2-1 a= (1 + K i/[H ] + K1K2/[H ]2) 1 + + -1 a= (1 + [H ]/ K1 + K2/ [H ]) + 2 + -1 a= (1 + [H ] / K1K2 + [H ]/ K2) 设C T = [H 2CO3*] + [HCO 3-] + [CO 32-]，则有 + + 2 -1 [H 2CO3*] = C T(1 + K1/[H ] + K1K2/[H ]) - + + -1 [HCO3] = C T(1 + [H ]/ K1 + K2/ [H ] ) 1 2- + 2 + -1 [CO3 ] = C T(1 + [H ] / K1K2 + [H ]/ K2) (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]/ a= K H P CO2/ a - + [HCO3]= ( a/ a )K H P CO2= (K 1/[H ])K H P CO2
水环境化学
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第十二章 水环境中的溶解与沉淀
教学一般要求 掌握：难溶氢氧化物溶解性与pH的关系。难溶硫化物、难溶碳酸盐的溶解性与pH及CT的关系。 初步掌握：开放体系与封闭体系中碳酸钙的溶解平衡，水稳定性的概念与调整。 了解：Fe(OH)2与FeCO3溶解平衡图。Fe(OH)2与FeCO3的分级沉淀和稳定性区域图的认识。 初步了解：Fe(OH)2与FeCO3稳定区域图的绘制。FeS、Fe(OH)2与FeCO3的分级沉淀。
第一节 天然水中各类固体的溶解平衡 一、常见固体的溶解性
（一） 天然水中溶解沉淀平衡的复杂性
溶解―沉淀平衡是固一液两相间的平衡，反应发生在两相的界面上。天然水是个组成复杂的体系， 增加了溶解―沉淀平衡的复杂性。难溶电解质的溶解规律可以用溶度积原理描述，天然水中的溶解 平衡有以下特点： 1，反应的滞后性。即平衡状态不是迅速达到，往往要滞后一段时间。因此，在天然水中常常会 发现沉淀物的过饱和状态。例如大洋表层水中的CaCO3一般都有一定的过饱和程度。升高温度，有结 晶核及生物作用，均可加速反应的进行。 2，最先生成的沉淀不一定是最稳定的形态，而是反应速度快的形态。这种形态经过一定时间的作 用，可以转化为更稳定的形态。例如，硅酸盐在沉淀析出时首先析出的是蛋白石，而不是更稳定的 石英。 3，吸附沉淀作用和共沉淀作用的存在，这使沉淀反应生成的固相组成复杂，使远未达到溶度积的成 分也可沉淀析出。 天然水在地球化学循环过程中不断侵蚀陆地，使其风化产物转入水体，最后进入海洋。其中80％左 右是悬浮物质，20％左右是溶解物质。在条件变化时，溶解的物质可以发生沉淀，悬浮物质也可溶 解。地面水中的主要离子成份就是径流在汇集过程中对岩石、土壤淋溶而形成的。这些成分主要来 自沉积岩。下面就天然水中较常见的沉淀物作简单介绍。
（二）硝酸盐、氯化物和硫酸盐
在常见化合物中，硝酸盐几乎全部是易溶的，氯化物和硫酸盐绝大多数也是易溶的。较常见的难溶 化合物有氯化银、氯化铅、硫酸铅、硫酸钡等。它们的溶度积常数见表12－1。另外，硫酸钙在水中 的溶解度也比较小（1.9g/L）。铅虽然是比较常见的污染重金属，但它在海水中，大部分被转移到
http://210.30.64.60/etc/jpk/huaxue/kejian/dishierz.htm
2010-03-11
1 反映天然水含盐量参数：离子总量矿化度（淡水）盐度氯度（海水） 2 淡水中的八种离子：Ca+ Mg2+ Na- K+ Cl-HCO3-CO32-SO42- 海水中多出的几种是Br- F- B- Sr- 3 盐度与氯度的关系：S‰=1.80655Cl‰ 4 条件密度A与标准密度B的关系：A=(B-1)*1000 g/cm3 5 阴阳离子含量比例将水分为四型 6 冰点↓与盐度↑的关系呈直线;蒸汽压↓与盐度↑的关系也呈直线; 渗透压↑与盐度↑的关系也呈直线 7 光合作用速率(A) 呼吸作用速率（B） A>B 营养生成层A
成因：海水通过潮汐、环流、垂直流及风浪的长期不断混合作用 水体体积大、各种变化因素很难改变各成分的关系 意义：总含盐量可有测某一主要成分而间接求出 物理性质与海水某一主要成分之间也存在定量关系 对于养殖生产也有重要意义 特例：海水中碳酸氢根及碱度的恒定性比较差因为其本身含量少 Ca/Cl的比值随水深度的增加而增大 河口区海水常量成分与大洋水一致 13 影响气体溶解度的因素：气体本身的性质、温度、含盐量、气体分压力 14 影响气体溶解度速率的因素：气体的不饱和程度、水的单位体积表面积、扰动情况 15 养殖水体中的氧气来源：空气溶解、光合作用（主要）、补水 16 水中的氧气消耗：鱼虾等养殖生物的呼吸、水中微型生物耗氧（主要）（水呼吸）、底质耗氧、逸出 17 溶氧日变化中最高值与最低值之差称为日较差 日较差较大时，水体产氧与耗氧相对较多，说明水中的浮游植物较多，浮游动物和有机物质的量适中，也就是饵料生物较为丰富，有利于鱼类的生长，在溶氧最低值不影响养殖鱼类生长的前提下，日较差越大越好。 18 溶氧的意义：溶氧量低会影响鱼虾的摄饵量及饵料系数 溶氧量低也会增加养殖鱼虾的发病率 溶氧量低将导致胚胎发育异常 溶氧量低会增加毒物的毒性 溶氧量过高（过饱和）将会引起气泡病（增加含盐量以治疗） 19 溶氧的调控：降低水体的耗氧速率及数量（清淤沉淀有机物等） 加强增氧作用、提高水中的溶氧浓度（加入活性沸石）
水环境化学A卷参考答案及评分标准2008-2009学年第一学期 一、填空(25 分,每个填空1分) 1、天然淡水中含有的主要阳离子有钙、镁、钠、钾。 2、某水中的优势阴离子为SO42- , 优势阳离子为Ca2+, 不含CO32-或HCO3-离子, 该类型水用符号表示为S Ca IV 3、按照阿列金分类法,海水一般就是III 型水,淡水一般就是II 型水。 4、海水盐度为24、7‰ 时,最大密度时的温度等于冰点温度。 5、天然水的盐度增大会使蒸汽压下降,渗透压增大。 6、在陆地水水质调查中,K+与Na+含量的测定方法就是计算阴离子量与Ca2+、Mg2+总量之差。 7、海水总碱度可简化为ALK = C HCO3-+ C1/2CO32- + C H2BO3-。 8、水中氧气的来源主要就是水生植物光合作用,水中氧气的消耗主要就是水中微型生物耗氧 (水呼吸)。 9、贫营养型湖泊,夏季形成温跃层,上层水温高、氧气溶解度低,下层水温低、氧气溶解度高。 10、淡水中,pH =8、3 时,HCO3－最多; pH >10、4时, CO32-占优势。随着海水氯度与温度 增大,二氧化碳系统各分量与pH的关系曲线向左移动。 11、水的溶氧升高,硫化氢的毒性减小;pH升高,硫化氢的毒性减小。 12、水中加入1mol/L的碳酸钠后,水体的碳酸总量增大 1 mol/L,碱度增大 2 mol/L。 13、若米氏常数K M平均为 1 umol/L , 则有效磷浓度应不低于3umol/L 的范围。 14、一般情况下,若天然水或养殖用水中的氧化还原电位为0、4V 左右时,可认为该水 体处于良好的氧化状态。 三、名词解释( 10分,每题2分) 1、天然水体的Eh 值:在一个氧化-还原系统中,由于电子得失,产生的可被测量的电位,称为氧 化还原电位。反映水的氧化还原状况,了解水质的状态,并可作为水体氧化还原能力的度量。 2、活性磷化合物:能与酸性钼酸盐反应的,包括磷酸盐,部分溶解状态的有机磷,吸附在悬浮物 表面的磷酸盐以及一部分在酸性中可以溶解的颗粒态无机磷等。 3、泛池:集约化养殖由于放养密度大、投饵与施肥量较多,加之浮游生物的突然大量死亡,可 分解耗氧导致水体的严重缺氧,鱼类浮头,甚至窒息死亡的现象。 4、暂时硬度:指碳酸盐硬度,水加热煮沸后形成碳酸钙沉淀而除去。 5、BOD:生化需氧量,在 规定条件下,水体中有机物在微生物作用下进行生物氧化时所消耗的溶解氧的数量。 四、问答题(34分) 1、含铁丰富的地下水注入鱼池后水质如何变化？(5分) 答案要点:含大量铁的地下水大量注入鱼池,会使水质状况发生一系列变化。首先就是Fe2+被氧化成Fe(OH)3,水变混浊,pH值降低:4Fe2++O2+10H2O 4Fe(OH)3+8H+生成的Fe(OH)3絮凝时会将水中的藻类及悬浮物一并混凝、下沉, 使水又逐渐变清。过些天浮游植物又繁生,水又渐渐变浑,pH又回升。(3分)大量Fe2+氧化需要消耗水中的溶氧,水中生成的大量Fe(OH)3微粒会堵塞鱼鳃,聚沉藻类。(2分) 2、为什么可以用电导仪来测海水的盐度？(5分) 答案要点:根据海水组成的恒定性原理,海水的总含盐量或盐度就是可变的,但常量成分浓度之间的比值几乎保持恒定。(3分)由于海水的主要成分的比例恒定,因此电导率与 与盐度有很精确的关系,所以可以用电导仪来测海水的盐度。(2分) 3、溶氧丰富的水中,投饵后,食物残渣与粪便中的氮就是通过哪些作用在水中逐步转变成硝态 氮？(7分)
1.水温的垂直分布有明显的季节特点 1）冬季的逆分层期 2）春季的全同温期 3）夏季的正分层期（停滞期） 4）秋季的全同温期 2.硬度硬度是指水中的二价及多价金属离子含量的总和。 3.水硬度单位的换算关系 1mmol/L=2.804O H C=50.05mg/(CaCO3) 4.天然水硬度的分类 德国度（O H C） 极软水0~4 软水4~8 中等软水8~16 硬水16~30 极硬水30以上 5.养殖用水碱度的适宜量以1~3mmol/L较好。除天然浓度较低者外，为了保护淡水生物， 以CaCO3表示的碱度应不小于20mg/L。 四大家鱼养殖用水的碱度的危险指标值是10mmol/L。 6.海水主要离子组成的恒定性 海水中的主要成分的含量比例几乎是恒定的，只是盐分含量总值不同。 原因：大洋海水通过潮汐、环流、垂直流及风浪长期不断的混合作用，是主要成分混合均匀，且因水体体积大，分钟欧诺个变化因素都很难明显改变各组分的比例关系。 7.影响气体在水中溶解度的因素 1）温度：一般温度升高气体在水中的溶解度降低。 2）含盐量：当温度、压力一定时，水含盐量增加，会使气体在水中的溶解度降低。 3）气体分压力：在温度与含盐量一定时，气体在水中的溶解度随气体的分压增加而增加。 8.影响气体溶解速率的因素 1）气体的不饱和程度 2）水的单位体积表面积 3）扰动状况 9.日较差：溶解日变化中，最高值与最低值之差称为昼夜变化幅度，简称“日较差”。日 较差的大小可反映水体产氧与耗氧的相对强度. 10.必需元素是直接参与生物的营养、其功能不能被别的元素替代、生物生命活动不可缺 少的元素。 11.藻类对营养盐的吸收特点通常把天然水中的溶性氮、磷、硅的无机化合物称为水生 植物营养盐。 12.天然水中氮的来源和转化 1）氮化作用含氮有机物在微生物作用下分解释放氨态氮的过程。 2）同化作用水生植物通过吸收利用天然水中的NH+4(NH3)、NO-2、NO-3等合成自身的物质。 3）硝化作用在通气良好的天然水中，经硝化细菌的作用，氨可进一步被氧化为NO3。 4）脱氮作用脱氮作用是在微生物的作用下，硝酸盐或亚硝酸盐被还原为一氧化二氮（N2O）或氮气（N2）的过程。
新疆农业大学试卷答案 新疆农业大学2012—2013学年度第二学期期末考试 课程名称：水环境化学 学生姓名：杨志敏学号： 113836233 专业：水文与水资源工程班级：水文112班课程性质： 1、选择题（共10分，每小题2分。） 1.A 2.D 3.B 4.B 5.A 2、填空题（共25分，每一个空1分。） 1.可溶性物质、悬浮物质 2.DO、BOD、COD、TOC、TOD 3.大气中氧的溶解、光合作用、水体补给 4.大小、形状、荷电状态 5.有机胶体、无机胶体、有机-无机胶体复合体 6.迁移 7.浮游生物、真核生物、原核生物 8.专一性、诱导性
9.氧化还原作用、甲基化作用 10.现场实验模拟、实验室实验模拟 三、名词解释（共15分，每小题3分。） 1.水质指标：指的是水样中除水分子外所含杂质的种类和数量。 2.腐殖质：腐殖质是已死的生物体在土壤中经微生物分解而形成的有机物质，黑褐色，含有植物生长发育所需要的一些元素，能改善土壤，增加肥力。 3.标化分配系数：有机碳为基础表示的分配系数成为标化分配系数。 4.水体自净：是指水体受到污染后，内部发生一系列物理，化学，生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经过一段时间后恢复到污染前的状态。 5.光化学平衡：由光化学反应参与的可逆反应所达到的平衡。 四、简答题（共30分，每小题6分。） 1.（1）物理指标（2）化学指标： 非专一性指标 无机物指标 非专一性有机物指标 溶解性气体（3）生物指标（4）放射性指标 2.氧在水中的溶解度指的是水体和大气处于平衡时氧的最大溶解量，它的数值与温度、压力、水中的溶质量等因素有关。水中溶解氧量则一般是指非平衡状态下的水中溶解氧的浓度，它的数值与水体曝气作用、光合作用、呼吸作用及有机污
昆明理工大学环境工程专业2008级环境化学习题 （水环境化学部分） 一、选择题 1、海水中Hg2+主要以_______的形式存在。 a) Hg(OH)2 , HgCl2 b) HgCl2 , HgCl3- c) HgCl42- d) HgCl3- , HgCl42- 2、若水体的pE值高，有利于下列_______ 组在水体中迁移。 a) Fe、Mn b) Cr、Fe c) Cr、Mn d) Cr、V 3、当前最简单，也较流行的是将金属划分为溶解态和颗粒态，溶解态是能通过______μm孔径 滤膜的部分。 a) 0.54 b) 0.22 c) 0.45 d) 0.50 4、河水中阴、阳离子的含量顺序为______。 a) Na+ > Mg2+ > Ca2+，HCO3- > SO42- > Cl- b) Ca2+ > Na+ > Mg2+，HCO3- > SO42- > Cl- c) Na+ > Ca2+ > Mg2+，Cl- > HCO3- > SO42- d) Na+ > Mg2+ > Ca2+，Cl- > SO42-> HCO3- 5、某一水体的BOD20为100 mg/L，其BOD5约为__________。 a)40 b) 50 c) 35 d) 70 6、下列各种形态的汞化物，毒性最大的是______。 a) Hg(CH3)2 b) HgO c) Hg d) Hg2Cl2 7、有机物的辛醇-水分配系数常用________表示。 a)K oc b) K ow c) K om d) K d 8、一般情况下，当水体DO______时，鱼类会死亡。 a) >8.0mg/L b) <4.0 mg/L c) >0 d) >4.0 mg/L 9、表面活性剂含有很强的，容易使不溶于水的物质分散于水体，而长期随水流迁移。 A 疏水基团B亲水基团 C 吸附作用 D渗透作用
《水环境化学》重点习题及参考答案 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 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
水环境化学 A卷参考答案及评分标准2008-2009学年第一学期 一、填空 (25 分，每个填空1分) 1、天然淡水中含有的主要阳离子有钙、镁、钠、钾。 2、某水中的优势阴离子为SO42- ，优势阳离子为Ca2+，不含CO32-或HCO3-离子，该类型水用符号表示为 S Ca IV 3、按照阿列金分类法，海水一般是 III 型水，淡水一般是 II 型水。 4、海水盐度为‰ 时，最大密度时的温度等于冰点温度。 5、天然水的盐度增大会使蒸汽压下降，渗透压增大。 6、在陆地水水质调查中，K+与Na+含量的测定方法是计算阴离子量与Ca2+、Mg2+总量之差。 7、海水总碱度可简化为 ALK = C HCO3- + C1/2CO32- + C H2BO3-。 8、水中氧气的来源主要是水生植物光合作用，水中氧气的消耗主要是水中微型生物耗氧（水呼吸）。 9、贫营养型湖泊，夏季形成温跃层，上层水温高、氧气溶解度低，下层水温低、氧气溶解度高。 10、淡水中，pH = 时，HCO3－最多； pH >时， CO32-占优势。随着海水氯度和温度增大， 二氧化碳系统各分量与pH的关系曲线向左移动。 11、水的溶氧升高，硫化氢的毒性减小；pH升高，硫化氢的毒性减小。 12、水中加入1mol/L的碳酸钠后，水体的碳酸总量增大 1 mol/L，碱度增大 2 mol/L。 13、若米氏常数K M平均为1 umol/L ，则有效磷浓度应不低于 3umol/L 的范围。 14、一般情况下，若天然水或养殖用水中的氧化还原电位为左右时，可认为该水体处 于良好的氧化状态。 三、名词解释 ( 10分，每题2分 ) 1、天然水体的 Eh 值：在一个氧化-还原系统中，由于电子得失，产生的可被测量的电位， 称为氧化还原电位。反映水的氧化还原状况，了解水质的状态，并可作为水体氧化还原能力的度量。 2、活性磷化合物：能与酸性钼酸盐反应的，包括磷酸盐，部分溶解状态的有机磷，吸附在 悬浮物表面的磷酸盐以及一部分在酸性中可以溶解的颗粒态无机磷等。 3、泛池：集约化养殖由于放养密度大、投饵和施肥量较多，加之浮游生物的突然大量死亡， 可分解耗氧导致水体的严重缺氧，鱼类浮头，甚至窒息死亡的现象。 4、暂时硬度：指碳酸盐硬度，水加热煮沸后形成碳酸钙沉淀而除去。 5、BOD：生化需氧量， 在规定条件下，水体中有机物在微生物作用下进行生物氧化时所消耗的溶解氧的数量。 四、问答题（34分） 1、含铁丰富的地下水注入鱼池后水质如何变化（5分） 答案要点：含大量铁的地下水大量注入鱼池，会使水质状况发生一系列变化。首先是Fe2+被氧化成Fe(OH)3，水变混浊，pH值降低：4Fe2++O2+10H2O 4Fe(OH)3+8H+生成的Fe(OH)3絮凝时会将水中的藻类及悬浮物一并混凝、下沉，使水又逐渐变清。过些天浮游植物又繁生，水又渐渐变浑，pH又回升。（3分）大量Fe2+氧化需要消耗水中的溶氧，水中生成的大量Fe(OH)3微粒会堵塞鱼鳃，聚沉藻类。（2分） 2、为什么可以用电导仪来测海水的盐度（5分） 答案要点：根据海水组成的恒定性原理，海水的总含盐量或盐度是可变的，但常量成分浓度之间的比值几乎保持恒定。（3分）由于海水的主要成分的比例恒定，因此电导 率与与盐度有很精确的关系，所以可以用电导仪来测海水的盐度。（2分） 3、溶氧丰富的水中，投饵后，食物残渣和粪便中的氮是通过哪些作用在水中逐步转变成硝态氮（7分）
第三章水环境化学作业(1) 一、填空题 1.天然水中的[总碱度]= +2 + [OH-] —。 2.水环境中胶体颗粒物的吸附作用有、和 3.影响胶体微粒聚沉的因素有_________、___________、_________、水体pH及流动状况，带相反电荷颗粒间的相互作用。 4.适用于水体颗粒物对污染物吸附的等温式有_______________、 _________________和_______________三种方程。其中 _______________可求饱和吸附量。 5.某一氧化还原体系的标准电极电位为0.771，其pE o为______。 6、腐殖质中不溶于NaOH的部分称为__________，可溶于NaOH的部分称为__________，既溶于碱又溶于酸的部分称为_________。 7、天然水的PE随水中溶解氧的减少而，因而表层水呈 环境。 二、简答题 1. 向某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、⑤CO2酸度，是增加还、减少还是不变。 2. 什么是表面吸附作用、离子交换吸附作用和专属吸附作用？并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别。 3. 请说明水体中胶体的凝聚和絮凝之间的区别。 三、计算题 1.含镉废水通入H2S达到饱和并调整pH为8.0，计算水中剩余镉离子浓度。 [Ksp(CdS=7.9×10-27)]
2.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0.50×10-3mol/L,当平衡浓度降至 1.00×10-3mol/L时, 每克吸附剂吸附溶质0.25×10-3mol/L,问每克吸附剂可以吸附溶质的限量是多少? 3. 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0.80 mmol/L，若以等体积混合，问混合后的pH值是多少？ 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，问需要加多少mmol/L的碳酸钠才能使水体pH值上升至8.0。若用NaOH强碱进行碱化，又需要多少碱？
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 3 2-]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 CO 2 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，[H 2CO 3 *]、[HCO 3 -]、[CO 3 2-]
水环境化学答案 【篇一：环境化学部分课后答案】 污染物有哪些类别？主要的化学污染物有哪些？ 按环境要素可分为：大气污染物、水体污染物和工业污染物。 按污染物的形态可分为：气态污染物、液态污染物和固体污染物；按污染物的性质可分为：化学污染物、物理污染物和生物污染物。主要化学污染物有： 1.元素:如铅、镉、准金属等。 2.无机物：氧化物、一氧化碳、卤化氢、卤素化合物等 3.有机化合物及烃类：烷烃、不饱和脂肪烃、芳香烃、pah等； 4.金属有机和准金属有机化合物：如,四乙基铅、二苯基铬、二甲基胂酸等； 5.含氧有机化合物：如环氧乙烷、醚、醛、有机酸、酐、酚等； 6.含氮有机化合物：胺、睛、硝基苯、三硝基甲苯、亚硝胺等； 7.有机卤化物：四氯化碳、多氯联苯、氯代二噁瑛； 8.有机硫化物:硫醇、二甲砜、硫酸二甲酯等； 9.有机磷化合物:磷酸酯化合物、有机磷农药、有机磷军用毒气等。第二章大气环境化学 1．大气中有哪些重要污染物？说明其主要来源和消除途径。 环境中的大气污染物种类很多，若按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类；若按形成过程则可分为一次污染物和二次污染物。按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。主要按照化学组成讨论大气中的气态污染物主要来源和消除途径如下： （1）含硫化合物 大气中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳（cos）、二硫化碳 （cs2）、二甲基硫（ch3）硫化氢（h2s）、二氧化硫（so2）、三氧化硫（so3）、硫酸（h2so4）、2s、 亚硫酸盐（mso3）和硫酸盐（mso4）等。大气中的so2（就大城市及其周围地区来说）主要来源于含硫燃料的燃烧。大气中的so2约有50%会转化形成h2so4或so42-，另外50%可以通过干、湿沉降从大气中消除。h2s主要来自动植物机体的腐烂，即主要由植物机体中的硫酸盐经微生物的厌氧活动还原产生。大气中h2s主要的去除反应为：ho + h2s → h2o + sh。
水环境化学
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第一章 天然水的主要理化性质
第一节 天然水的盐度密度和化学分类
一、天然水的含盐量 (一) 反映天然水含盐量的参数
含盐量是天然水的一项重要水质指标，它与水的许多
其他性质，如化学成分的含量、密度、比重、导电性、对光的折射、对声波的传播等都有关系。含 盐量也影响到天然水的生态学性质和水的可利用价值。 反映天然水含盐量的参数通常有离子总量、矿化度、盐度和氯度，后两种在海洋学中常被使用。 1.离子总量 离子总量是指天然水中各种离子的含量之和，常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg单位 表示。由于含量微小的成分对离子总量的贡献通常可以忽略，因此在计算离子总量时可以只考虑水 中的主要离子。以ST表示离子总量、ρi代表离子的质量浓度、Ci代表i的物质的量浓度（以单位电荷 形态 或 为基本单位），则有
ST=∑ρi ；ST=∑Ci (1-1)
对大多数淡水，构成离子总量的主要离子一般有4种阳离子（Ca2+、Mg2+、Na+、K+）和4种阴离子 （HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-）。特殊情况下水中可能含有比较多的NO3-、NH4+或Fe2+等离子，则亦 应考虑。构成海水溶解成分的常量元素除H、O以外，有Cl、Na、K、Mg、Ca、S（SO42-）、C（HCO3）、F、B（H4BO4-）Br和Sr等11种。它们的含量高于50mol/kg。这些成份在海水中大多以离子或离 子对形式存在。
http://210.30.64.60/etc/jpk/huaxue/kejian/diyiz.htm
2010-03-11
水环境化学课程作业 第一章地球上的水 1、我国水资源的现状如何？ 2、我国水资源的特点。 3、水循环具有哪些功能？意义何在？ 4、影响水的自然循环的因素。 第二章天然水的组成与性质 1、水的物理化学特性对环境的效应。 2、试述海洋、河流、地下水中主要污染物的种类和来源。 3、什么是天然水的硬度？水的硬度如何分级？ 4、天然水的主要组成成分有哪些？ 第三章天然水的组成与性质 1、什么是水体污染？造成水体污染的主要原因有哪些？ 2、什么是耗氧有机污染物？简述耗氧有机污染物对水体的影响以及衡量耗氧有机污染物的指标。 3、什么是富营养化？简述造成水体富营养化的原因。 4、什么是优先控制污染物？ 5、常用的水质指标有哪些？ 6、我国地表水、地下水和海水水质分为哪几类？ 第四章天然水中的化学平衡 第一节天然水中的气体溶解平衡 1、天然水中主要的溶解气体有哪些？主要来源有哪些？
2、影响气体在水中的溶解度的因素有哪些？什么是相似相溶原理。 3、气体在水中溶解的双模理论指的是什么。气体主体内的分子溶入液体主体中的过程有哪几个个步骤？易溶气体和难溶气体分别受什么控制。 第二节天然水中的酸碱平衡 1、酸碱反应的实质是什么？ 2、什么是强酸，什么是弱酸。 3、求浓度为0.1mol.L-1的HAc溶液pH值 4、天然水中有哪些常见的酸碱物质?它们在水中如何电离? 5、天然水的酸碱性划分为哪五类？ 6、天然水的pH一般为多少?为什么池塘、湖泊的pH一般有明显 的日变化? 7、天然水有一定的缓冲性，水中存在哪三个3个可以调节pH的 平衡系统。 8、依据下图，分析碳酸平衡在各形态浓度与pH的关系。
一．名词解释（2*10=20） (2) 二．单选题（2*5=10） (3) 三．填空题 (3) 四．改错 (5) 五．简答（5*4=20） (5) 六.计算 (6) 请同学好好复习，本资料编辑仓促，有错误之望提出，以惠各位同学。 1
一．名词解释（2*10=20） 1.碱度的概念：是反映水结合质子的能力，即水与强酸中和能力的一个量。水中能结合质子的各种物质共同形成碱度。 2.盐度的最初含义：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代，碳酸盐全部变为氧化物，有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物的质量与海水质量之比，称为盐度。以10–3或‰为单位，用符号S‰表示 3. 矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105–110℃烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。 4.水硬度的概念及表示单位 概念：硬度是指水中二价及多价金属离子含量的总和。 范围：Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等。 共性：含量偏高可使肥皂失去去污能力，使锅炉结垢，使水在工业上的许多部门不能使用。主要离子：Ca2+和Mg2+，其它离子含量较少，一般以离子的含量来计算硬度。 暂时硬度：由于水中含有重碳酸钙与重碳酸镁而形成的硬度，经煮沸后可把硬度去掉，这种硬度称为暂时性硬度，又叫碳酸盐硬度。 永久硬度：由于含有钙离子或者镁离子的硫酸盐或盐酸盐（氯化物）而产生的硬度，叫做永久硬度。 5.碱度：是反映水结合质子的能力，即水与强酸中和能力的一个量。水中能结合质子的各种物质共同形成碱度 6. 生化需氧量(BOD)：指好氧条件下，单位体积水中需氧物质生化分解过程中所消耗的溶解氧的量。 当水中耗氧有机物的含量越高时，生物氧化过程中需要的氧量也越高，因此BOD测定实际上是对可降解有机物含量的间接测量。 7.化学需氧量(COD)：在一定条件下，用强氧化剂氧化水中有机物时所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/L为单位表示。 所用的氧化剂主要有重铬酸钾和高锰酸钾。两者测定化学需氧量的原理相似，均采用过量氧化剂氧化水中有机物后，再用标准还原剂(分别为硫酸亚铁铵和草酸钠)回滴剩余的氧化剂，根据还原剂的用量计算氧化剂的消耗量，并换算为氧的mg/L为单位。 用高锰酸钾氧化可在酸性或碱性条件下进行，而重铬酸钾只在强酸性条件下使用。 不同氧化方法对水中有机物的氧化程度或氧化率不同，因此获得的化学需氧量的数值也不相同。 8.活性磷 天然水中的含磷量通常以酸性钼蓝法测定。根据能否与酸性钼酸盐反应，可将水中的磷化合物分为两类：活性磷化合物和非活性磷化合物。 凡能与酸性钼酸盐反应的，包括磷酸盐，部分溶解态有机磷、吸附在悬浮物表面的磷酸盐以及一部分在酸性中可以溶解的悬浮无机磷[如Ca3(PO4)2、FePO4]，统称为活性磷化合物；由于活性磷化合物主要以可溶性磷酸盐形式存在，所以通常称为活性磷酸盐，以PO4-P表示。 其它不与酸性钼酸盐反应的统称为非活性磷化合物。