环境化学计算题.doc

1、对流层和平流层中臭氧各自特征？答：①地球上90%的臭氧在平流层，10%在对流层；②对流层中的臭氧是一种温室气体，其浓度与纬度、经度、高度和季节变化而变化，北半球比南半球高；③平流层中的臭氧吸收了太阳发射到地球的大量对人类、动物和植物有害的紫外线，为地球提供了防止紫外线辐射的屏障；④通过观测，平流层臭氧含量减少，对流层增多由于90%臭氧在平流层，所以总量在减少；⑤对流层臭氧形成人为来源：NOX光解反应是它们在大气中最重要的化学反应，是大气中臭氧生成的引发反应，也是臭氧唯一的人为来源：2、2、已知某污染大气中HO2自由基的浓度为：7.56×10-15molcm-3，HO2与SO2反应：HO2+SO2→HO+SO3 反应速率k=9×10-16 cm3个-1s-1，（1）求SO2每小时的转化百分数（氧化速率）；（2）若定义SO2氧化到起始浓度的1/e(e=2.7183)所需要的时间为SO2与HO2反应的特征时间τ，计算τ值？解：（1）根据SO2在单位时间的转化百分数可知HO2·与SO2反应：于是1h二氧化硫转化的百分数为已知k=9×10-16 cm3个-1s-1=6.022×1023×9×10-16cm-3mol-1s-1 =5.4198×108 cm-3mol-1s-1所以：(2) k[SO2]t=1t=1/5.4198×108×7.56×10-15=2.44×105s=67.8h第三章 水环境化学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，又需要加多少碱？解：总碱度 = 总碱度 = 令 当pH在5-9范围内、[碱度]≥10-3 mol/L时，[H+]、[OH-]项可忽略不计，得到简化式： 当加入碳酸钠时，水体的cT和[碱度]值均发生变化，设需加x mmol/L碳酸钠才能使水体pH上升到8.0，则有下列式子：即 解之，得：x = 1.069 mmol/L若加入强碱NaOH，其cT值并不变化，则有下列式子： 解之，得：x = 1.088mmol/L5、具有2.00×10-3mol/L碱度的水，pH为7.00，请计算[H2CO3*]、[HC03-] 、[C032-]和[OH-]的浓度各是多少? 解：当pH为7.00时， [C032-]与[HC03-] 相比可忽略，此时碱度全部由[HC03-]贡献所以：[HC03-]=[碱度]= 2.00×10-3mol/L[OH-]=1.00×10-7mol/L根据酸的离解常数K1，可以计算出H2CO3*的浓度：[H2CO3*]=[H+][HCO3-]/K1 =2.00×10-3×10-7/(4.45×10-7)=4.49×10-4mol/L代入K2的表示式计算[CO32-]：[CO32-]=K2[HCO3-]/[H+] =4.69×10-11×2.00×10-3/1.00×10-7 =9.38×10-7mol/L6、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0.80 mmol/L，若以等体积混合，问混合后的pH值是多少？解： 水A的水B的水A、水B以等体积混合后，当pH在6-9范围内，主要考虑一级电离， 二级电离可以忽略，则： 一级电离，pH在6-9范围内，碱度值主要由碳酸氢根贡献，则在等体积混合后碱度变化值有： 则，根据 混合后水体的pH是7.62。

7、溶解1.00×10-4mol/L的Fe(N03)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Fe2(OH)24+请计算平衡时该溶液中[Fe3+]、[Fe(OH)2+]、[Fe(OH)2+]、[H+]和pH解： ①[Fe(OH)2+]=K1[Fe3+]/[H+] ②[Fe(OH)2+]=K2[Fe3+]/[H+]2 ③将式②、③带入式①[Fe3+]+ K1[Fe3+]/[H+]+ K2[Fe3+]/[H+]2=1×10-4mol/L 根据溶度积原则[Fe3+][OH-]3=Ksp=10-38[Fe3+]=104[H+]3 ⑤联立④⑤，解之得[Fe3+]=6.24×10-5mol/L[H+]=10-2.72mol/LpH=2.72[Fe(OH)2+]=2.29×10-5mol/L[Fe(OH)2+]=8.47×10-6 mol/L18、已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下：请用pc-pH图表示Fe（OH）3在纯水中的溶解度与pH的关系解：(1)-lg[Fe3+]=-lgKsp+3pH+3lgKwp[Fe3+]=pKsp+3pH-3×14=38+3pH-42=3pH-4(2)pK1+p[Fe3+]=p[Fe(OH)2+]+pH2.16+3pH-4=p[Fe(OH)2+]+pHp[Fe(OH)2+]=2pH-1.84(3) pK2+p[Fe3+]=p[Fe(OH)2+]+2pHp[Fe(OH)2+]=2.74+pH(4) pK4+p[Fe3+]=p[Fe(OH)4-]+4pHp[Fe(OH)4-]=19-pH(5) pK5+p[Fe3+]=p[Fe2(OH)24+]+4pHp[Fe2(OH)24+]=2pH-5.125、从湖水中取出深层水，其pH=7.0，含溶解氧质量浓度为0.32mg/L,请计算pE和Eh。

解： S=0.32mg/L 则[O2(aq)]=10-5mol/L[O2(aq)]=KH·PO2PO2=[O2(aq)]/KH=7.94×102PaEh=0.0059pE=0.77998v≈0.78v26、在厌氧消化池中和pH=7.0的水接触的气体含65%的CH4和35%的CO2，请计算pE和Eh解： PCO2=0.35 PCH4=0.6527、在一个pH为10.0的SO42--HS-体系中（25℃），其反应为已知其标准自由能Gf0值(kJ/mol)S042-：-742.0, HS-:12.6, H2O(l):-237.2,水溶液中质子和电子的Gf0值为零1）请给出该体系的pE02）如果体系化合物的总浓度为1×10-4mol/L,那么请给出下图中①②③④的lgC-pE关系图解：(1)=12.6+4×（-237.2）+742.0=-194.2kJ/mol(2)当,[HS-]>>[SO42-], HS-形态占绝对优势时，[HS-]≈10-4mol/L lg[HS-]=-4.0pE=4.26+lg[SO42-]/8-lg[HS-] =4.26+lg[SO42-]/8+0.5lg[SO42-]=8pE-38.08当，[HS-]<<[SO42-] ,SO42-形态占绝对优势时，[SO42-]≈10-4mol/L, lg[SO42-]=-4.0pE=4.26-0.5-lg[HS-]/8lg[HS-]=-8pE+30.08六、计算题1.某发电厂的烟囱高度为21m，烟羽抬升高度为19m，地面风速2.6 m/s，西北风向，SO2排放量为900kg/h。

计算清晨日出时，距离污染源1000 m 处SO2的地面轴线浓度？（已知：由P-G曲线查得σy为48 m，σz为20m，大气处于弱稳定状态解：烟羽抬升高度ΔH减少15%，得到：ΔH＝16.15 m； 源强 Q＝250 g·s-1；清晨日出时，距烟囱1000 m处SO2的地面轴线浓度为：＝0.0057（g·m-3）2.在一个pH为6.5，碱度为1.6×10-3mol/L的水体中，（1）需要加入多少mmol/L的碳酸钠才能使水体的pH上升到8.0？（2）若用NaHO进行碱化，需要加入多少NaHO？解：pH=6.5，碱度=1.6×10-3mol/L；总碱度=CT(α1+2α2)+Kω/[H+]-[H+] =CT/α + Kω/[H+]-[H+] 1.6×10-3=CT/1.71+10-14/10-6.5 -10-6.5 CT=2.74×10-3mol/L用强碱碱化至pH=8.0，CT不变，总碱度=2.74×10-3/1.018 +10-6 -10-8=2.69×10-3ΔA NaOH=2.69×10-3 – 1.6×10-3=1.09×10-3mol/L用Na2CO3碱化至pH=8.0，设加入Na2CO3量为x mol/L ，该过程中，CT → CT + x总碱度=1.6×10-3 + 2x =（CT + x）/1.018， x Na2CO3=1.07×10-3mol/L3.有两个不同的水体系，体系1中[Cu2+]=10-5mol/L，[Cu+]=10-4mol/L，体系2中[Fe3+]=10-3mol/L，[Fe2+]=10-1mol/L。

1）分别求出二体系的pE？（2）若二体系等体积混合，求出混合体系的pE，并说明哪一体系的电位为决定电位？解：Cu体系；Fe体系等体积混合， Fe体系的电位是决定电位4.某工厂向河流稳定排放含酚污水，污水排放量为540m3/hr，酚的浓度为30.0mg/L，河流流量为5.00m3/s，流速为0.4 m/s，酚的背景浓度为0.05mg/L，衰减速率常数为0.2d-1计算距排放口20km处河水中酚的浓度？（忽略纵向弥散作用）解：稳态条件下忽略纵向弥散作用时：＝（5.00×0.05＋540×30.0/3600）/（5.0＋540/3600）＝0.92（mg/L）＝0.92 exp（－0.2×20000/0.4×86400）＝0.82（mg/L）5.具有2.00×10-3 mol/L碱度的水，pH为7.0，计算[HCO3]、[HCO3-]、[CO3-2]和[HO-]的浓度？解：该条件下，[HCO3-]= 碱度 = 2.00×10-3 mol/L在pH=7.00时， [H+] = [HO-] = 1.00×10-7mol/L根据；K1 = = 4.45×10-7、[H+]和[HCO3-]浓度，求出 [H2CO3]= 4.49×10-4 mol/L据K2= = 4.68×10-11、[H+]、[HCO3-]浓度，求出 [CO32-]=9.38×10-7 mol/L6.水A的pH为7.5，其碱度为6.38 m mol/L，水B的pH为9.0，其碱度为0.80 m mol/L，等体积混合水A和水B，计算混合后水体的pH？解：水A：碱度=6.38 mmol/L = [HCO3-]＋2[CO32-]+ [OH-]-[H+] = [HCO3-][CO32-]=K2[HCO3-]/[H+]=4.69×10-11 ×6.38/10-7.5 = 9.46×10-3 m mol/L[H2CO3*]= [H+] [HCO3-]/ K1=10-7.5×6.38/(4.45×10-7)=0.453 m mol/L[OH-]=10-6.5 =3.16×10-7 mol/L水B：碱度=0.80 mmol/L = [HCO3-]＋2[CO32-]+ [OH-]-[H+]。