环境化学计算题答案01

环境化学复习题讲解

1 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。

2 若在pH=7.0时的用氯剂量（以Cl 2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Cl 2？

已知HClO

+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+0.0064=1.1064 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Cl 2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Cl 2。

3 对温度为250C 的地面水样作分析的结果是：总氨浓度C T =10-4.05mol/L，pH=7.5，并已

知NH 4+的酸解常数K a =10-9.25, 试通过计算确定水中对鱼类有毒性的NH 3浓度是否超出0.02mg/L。

1 解：1）NH 4+ 3++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NH 3浓度超出了三级地面水质标准。1分

4 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？（简单应用C ）

解：1）公式 г=гm Ceq/(A+Ceq) 2分

2）0.50*10-3=гm 3.00*10-3/(A+3.00*10-3) (1) 2分

0.25*10-3=гm 1.00*10-3/(A+1.00*10-3) (2) 2分

a) (1) (2)联合求解得 A=3*10-3，吸附限量гm =1.00*10-3mol/L 2分

5假设有一溶液，含未络合NTA 浓度为1.00*10-2mol/L, Pb(Ⅱ) 的总浓度为1.00*10-5mol/L, pH=12.50, 问 (综合应用D)

（1）溶液中NTA 将以何种形式存在？

（2）[PbT-]与[Pb2+]之比率为多大？[Pb2+] 为多少？

已知NTA 的三级离解常数k 1,k 2,k 3分别为：1.8*10-2, 1.12*10-3, 5.25*10-11

Pb(OH)2

+2OH- (1) Ksp=1.61*10-20

Pb 2++T3-- (2) Kf=2.45*1011

解：1）根据离解常数，可大致判断NTA 主要以T 3-形式存在于溶液中,[T3-]=1.00*10-2mol/L；解：由（2）式得K f = [PbT-]/([Pb2+][T3-])

所以[PbT -]/[Pb2+]=Kf *[T3-]=2.45*1011*1.00*10-2=2.45*109 3分

3)pH= 12.50时, 由Ksp=[Pb2+][OH-]2, 得[Pb2+]=Ksp/[OH-]2=1.61*10-17mol/L 2分

+1/2CO2+H4+1/4H2O (pE0=2.87), 若水的pH=7.00，又假定P CO2=PCH4，求

水面上氧气分压是多少？

+又已知1/4O2+H0=1.229V (2)

解：1）根据(1)式有 pE1= pE0+1/nlg{PCO2*[H]/PCH4}= pE0—pH=-4.13; 2分

2）根据（2）式 pE2= pE0+1/nlg [H]*PO2}= pE0—pH+1/4lgPO2，2分

3）pE 1=pE2, 求得lgPO2=-71.72 3分

PO 2=10

7 某水体含有300mg/L的悬浮颗粒物，其中70%为细颗粒(d

6余的粗颗粒有机碳含量为5%，已知苯并芘K ow 为10，请计算该有机物的分配系数.

解：Kp=Koc[0.2(1-f)Xsoc+fXfoc]

=0.63Kow[0.2(1-f)Xsoc+fXfoc]

=0.63*106[0.2(1-70%)5%+70%*10%]

=4.6*104

-8 试从pE 角度解释NO 2仅在很窄的范围内存在。已知：

--1/2NO32 + 1/2H2O （pE 0=14.15）

-+1/6NO2+4/3H4 + 1/3 H2O (pE0 =15.14)

解：由（1）式，当[NO2]/[NO3]=20时，

2 ---71.12+1/41/2+1/8大气压=10-71.12大气压*1.031*10Pa/大气压=1.96*10Pa 1分 5-67

pE 1=pE0+1/2lg[NO3]/[NO2]-pH

=14.15+1/2lg(1/20)-pH

=13.50-pH;

由（2）式，当[NO2]/[NH4]=20时，

pE 2=pE0+1/6lg[NO2]/[NH4]-4/3pH

=15.14+1/6lg20-4/3pH

=15.36-4/3pH

=15.36-4/3pH;

所以NO 2主要存在于13.50-pH>pE>15.36-4/3pH范围内；

如当pH=7.0时，只有当体系的6.50>pE>6.03时，NO 2才是主要形态；

9 已知Fe 3+

E=0.77v (1)

Fe(OH)2Fe 2+ + 2OH- , K sp1=6.0 10-15 (2)

Fe(OH)3Fe 3+ + 3OH- , K sp2=2.0 10 –38 (3)

求 Fe(OH)3Fe(OH)2(s) + OH- 的pE 0值。

解

-1) pE (Fe(OH)3/Fe(OH)2)=pE0(Fe(OH)3/Fe(OH)2)+lg{1/[OH]};

-3-22) pE (Fe(OH)3/Fe(OH)2)=pE0(Fe3+/Fe2+)+lg(Fe3+/Fe2+) =pE0(Fe3+/Fe2+)+lg{Ksp2/[OH]}*{[OH]/Ksp1}

--38-15-=pE0(Fe3+/Fe2+)+lg(Ksp2/Ksp1)+lg(1/[OH])=0.77/0.059+lg2.0*10/6.0*10+ lg(1/[OH])

-=-9.43+ lg(1/[OH])

pE 0{(Fe(OH)3/Fe(OH)2)}=-9.43 1分

10从pH 为7.4的水样中测得[Cr(Ⅲ)]=0.5nmol/L, [Cr(Ⅵ)]=0.3nmol/L, 求处于平衡状态时的pE0值和pE

CrO 42-+6H++3e 2++2H2O; K =1066.1 (1)

解：

1）根据（1）式， pE0=(1/n)*lgK=(1/3)*66.1=22.03 4分

2） pE=pE0+(1/3)*lg{[CrO4]*[H]6/[Cr(OH)2]}= 7.16 4分 2-++---+-+--