环境化学课后习题参考答案
习题
第一章绪论
2、根据环境化学的任务、内容与特点以及发展动向,您认为怎样才能学好环境化学这门课？
环境化学就是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特征、行为与效应及其控制的化学原理与方法的科学。环境化学以化学物质在环境中出现而引起环境问题为研究对象,以解决环境问题为目标的一门新型科学。其内容主要涉及:有害物质在环境介质中存在的浓度水平与形态,潜在有害物质的来源,她们在个别环境介质中与不同介质间的环境化学行为;有害物质对环境与生态系统以及人体健康产生效用的机制与风险性;有害物质已造成影响的缓解与消除以及防止产生危害的方法与途径。环境化学的特点就是要从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径,其核心就是研究化学污染物在环境中的化学转化与效应。目前,国界上较为重视元素(尤其就是碳、氮、硫与磷)的生物地球化学循环及其相互偶合的研究;重视化学品安全评价、臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。当前我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的就是:以有机物污染为主的水质污染、以大气颗粒物与二氧化硫为主的城市空气污染;工业有毒有害废物与城市垃圾对水题与土壤的污染。
3、环境污染物有哪些类别？主要的化学污染物有哪些？
按环境要素可分为:大气污染物、水体污染物与工业污染物。 按污染物的形态可分为:气态污染物、液态污染物与固体污染物;
按污染物的性质可分为:化学污染物、物理污染物与生物污染物。 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、不饱与脂肪烃、芳香烃、PAH等;
4、金属有机与准金属有机化合物: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
4、影响大气中污染物迁移的主要因素就是什么?
主要有:(1)空气的机械运动如风与大气湍流的影响;
(2)天气与地理地势的影响;(3)污染源本身的特性。 7、大气中有哪些重要自由基?其来源如何?
大气中主要自由基有:HO、HO2、R、RO2
HO的来源:①O3的光解:O3＋ｈr Ｏ＋Ｏ2
O+H2O 2HO
② HNO2的光解: HNO2 +ｈr HO +NO ③ H2O2的光解: H2O2 +ｈr 2HO
HO2的来源:① 主要来自醛特别就是甲醛的光解 H2CO +ｈr H + HCO H + O2 + M HO2 + M
HCO + O2 +M HO2 + CO + M
② 亚硝酸酯的光解:CH3ONO +ｈr CH3O + NO CH3O + O2 HO2 + H2CO
③ H2O2的光解:H2O2 +ｈr 2HO
1
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HO + H2O2 HO2 + H2O R的来源:RH + O R + HO RH + HO R + H2O
CH3的来源:CH3CHO的光解 CH3CHO +ｈr CH3 + CHO
CH3COCH3的光解 CH3COCH3 +ｈr CH3 + CH3CO CH3O的来源:甲基亚硝酸酯的光解 CH3ONO +ｈr CH3O + NO 甲基硝酸酯的光解 CH3ONO2 +ｈr CH3O + NO2 RO2的来源:R + O2 RO2
9、叙述大气中NO转化为NO2的各种途径。
① NO + O3 NO2 + O2 ② HO + RH R + H 2O R + O2 RO2
NO + RO2 NO2 + RO RO + O2 R`CHO + HO 2 (R`比R少一个C原子) NO + HO2 NO2 + HO
13、说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。 烷烃可与大气中的HO与O发生摘氢反应。
RH + HO R + H2O RH + O R + HO R + O2 RO 2
RO2 + NO RO + NO2 RO + O2 R`CHO + HO 2 RO + NO2 RONO2
另外:RO2 + HO2 ROOH + O2 ROOH +ｈr RO + HO
稀烃可与HO发生加成反应,从而生成带有羟基的自由基。它可与空气中的O2结合成相应的过氧自由基,由于它有强氧化性,可将NO氧化成NO2,自身分解为一个醛与CH2OH。如乙烯与丙稀。
CH = CH + HO CH 2CH2OH CH3CH = CH2 CH 3CHCH2OH + CH3CH(OH)CH2 CH2CH2OH + O2 CH2(O2)CH2OH
CH2(O2)CH2OH + NO CH2(O)CH2OH + NO2 CH2(O)CH2OH CH 2 O + CH2OH CH2(O)CH2OH + O2 HCOCH 2OH + HO2 CH2OH + O2 H 2CO + HO2
稀烃还可与O3发生反应,生成二元自由基,该自由基氧化性强,可氧化NO与SO2等生成相应的醛与酮。光化学反应的链引发反应主要就是NO2的光解,而烷烃与稀烃均能使NO转化为NO2,因此烃类物质在光化学反应中占有很重要的地位。
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答 影响酸雨形成的因素主要有:
（1） 酸性污染物的排放及其转化条件。
（2） 大气中NH3的含量及其对酸性物质的中与性。 （3） 大气颗粒物的碱度及其缓冲能力。 （4） 天气形势的影响。 20
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答 (1)依据大气颗粒物按表面积与粒径分布关系得到了三种不同类型的粒度模,并用它来解释大气颗粒物的来源与归宿,即爱根核模,积聚模,粗粒子模。 爱根模:Dp＜0、05μM 积聚模:0、05＜Dp＜2μM 粗粒子模:Dp＞2μM。
第三章 水环境化学(P195) 4. (1) 查表知pH = 6、5时, α= 1、710
CT = [碱度]×α = 1、6×1、710 mmol/l = 2、736mmol/l 。 设加入的Na2CO3为n mmol/l
查表知:当pH = 8、0时, α` = 1、018
CT ` = CT + n ----------(1) CT `= [碱度]`×α` --------(2) [碱度]`= 1、6 +2 n --------(3)
由 (1)、(2)与(3)解得:n = 1、07 mmol/l 。 (2)∵加入NaOH后CT不变 [碱度]?CT??2.736?2.688mmol/L 1.028碱度的增加值就应就是加入的NaOH的量。
△A = [碱度]` － [碱度] = 2、688 － 1、6 = 1、088mmol/l
--5. 解:当pH = 7、00时,CO3的浓度与 HCO3的浓度相比可以忽略,查表pH = 7、00时, α= 1、
224,
--3
则[HCO3] = [碱度] = 2、00×10mol/l/l。 +--7
[H] = [OH] = 10 mol/l。
※+--7-3-7-4
[HCO3] = [H][HCO3]/K1 = 1、00×10×2、00×10/(4、55×10) = 4、49×10mol/l。
--+-11-3-7-7
[CO3] = K2[HCO3]/[H] = 4、69×10×2、00×10/(1、00×10) = 9、38×10 mol/l。 6、解: 查表 pH = 7、5时, α1 = 1、069, pH = 9、0时, α2 = 0、9592;
CT1 = [碱度]×α1 = 6、38×1、069 = 6、82 mmol/l CT2 = [碱度]×α2 = 0、80×0、959 = 0、767 mmol/l;
混合后CT?CT1?CT26.82?0.77??3.79mmol/L 22[碱度]?6.38?0.80?3.59mmol/L
2??CT3.79??1.005 查表知pH = 7、58
[碱度]3.597、解:由题意知 [Fe3+] + [Fe(OH)2+] + [Fe(OH)2+] = 1、00×10-4 mol/l; (1) [Fe(OH)2+][H+]/[Fe3+] = 8、9×10-4 (2) [Fe(OH)2+][H+]2/[Fe3+] = 4、9×10-7 (3)
3KW?[Fe][OH]?[Fe]?3?KSP
[H]3??33?查表知Fe(OH)3的KSP = 3、2×10-38 代入(1)得[H+] = 1、9×10-3mol/l (∵pH =2、72)
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∴[Fe3+] = 3、2×104[H+]3 = 3、2×104×1、9×10-33 = 6、24×10-5 mol/l;
[Fe(OH)2+] = 4、9×10-7[Fe3+]/[H+]2 = 4、9×10-7 KSP[H+]/ KW3 = 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 KSP[H+]2/ KW3 = 28、48×(1、9×10-3)2 = 2、92×10-5mol/l。
、、
19、解:Hg2+ +2H2O = 2H+ + Hg(OH)2 lg K= -6、3 得: K = 10-63
×
[H?]2[Hg(OH)010?6.3[Hg2?]?22 得 [H]? (1) K?[Hg2?][Hg(OH)0]2由物料守恒得:[Hg2+] + [Hg(OH)20] = 1、0×10-5 mol/l (2)
由电荷守恒得:[H+] + 2[Hg2+] = [ClO4-] + [OH-]
∵Hg2+水解体系显酸性,∴[OH-]＜10-7,与[ClO4-]的浓度相比可忽略不计。 可得:[H+] + 2[Hg2+]≈[ClO4-] = 2×10-5 (3)
、、
(1)、(2)、(3)联立求解得:[H+] = 10-47;则pH = -lg[H+] = -lg10-47 = 4、7。 21、解:已知 PbCO3(S) + HT2- = PbT- + HCO3- K = 4、06×10-2
PbT?][HCO3?][HT2?][HCO3?] (1);由(1)可得: (2) 可得:K??2??K[HT][PbT][HCO3?][HT2?]1.25?10?3由（2）得：???2.99%
[PbT?]?[HT2?]K?[HCO3?]4.06?10?2?1.25?10?325、解:∵水中的溶解氧为:0、32mg/l,故其pO2 = 0、32×105 Pa
、
天然水的pE = 20、75 + lg{( pO2/1、103×105)025 ×[H+]}
、
= 20、75 + lg{(0、32×105/1、103×105)025 ×1、0×10-7} = 20、75 + (-0、54－7) = 13、
21。
－
氧化还原式:1/2O2 + 2H+ (10-7mol/l)+ 2e = H2O E0 = 0、815V 根据Nernst方程式,上述反应可写成:
Eh?E0?2.303RT[Red]lg nF[Ox]在湖中H2O可瞧作就是常量,lg([Red]/[Ox]),在方程中为1。
nE0FnE0根据lgK??
2.303RT0.069得:F = 2、303RT/0、059,将E0 = 0、815与F = 2、303RT/0、059代入Nernst方程式得: Eh = E0 － 0、059/2 = 0、815 － 0、03 = 0、785V
27、解:(1)SO42- + 9H+ + 8e = HS- + 4H2O(t)
∵ ▽G0 = 12、6 － 237、2×4 + 742、0 = －194、2 ( kj) 又∵ ▽G0 = －2、303nRT(pE0)
?G0?194.2?pE???4.25
?2.303nRT?2.303?8?8.314?29804
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[HS?] K?2??98[SO4][H][e]∵lgK = lg[HS-] －lg[SO42-] －lg[H+]9－lg[e]8 又∵lgK = npE0
8 pE0 = lg[HS-] －lg[SO42-] + 9×10、0 + 8pE
∴ lg[HS-] －lg[SO42-] + 8pE = 8×4、25 － 90 = －56 [HS-] + [SO42-] = 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[SO42-] = 52 + 8 pE。 20当 pE＞＞pE0 时, 溶液接受电子的倾向很强。 ∴ [SO42-] ≈ C总 = 1、0×10-4 mol/l。
∴ lg[SO42-] = －4、0 由(1)得lg[HS-] = -60－ pE。 29、解:已知苯并[a]芘 Kow = 106
Koc = 0、63Kow = 0、63×106 = 6、3×105
Kp = Koc[0、2(1－f)XSOC + fXfOC] = 6、3×[0、2(1－0、7)×0、05 + 0、70×0、10] = 4、6
×104
、
30、解:已知 Ka = 0, [H+] = 10-84 Kn = 1、6 Kb = 4、9×10-7
、
Kh = Ka[H+] + Kn + KbKw/[H+] = 0 + 1、6 + 4、9×10-7×10-56 = 1、6 (d-1)
32、解:Koc = 0、63Kow
Kp = Koc[0、2(1－f)XSOC + fXfOC] = 0、63×3、0×105[0、2(1－0、70)×0、02 + 0、70×0、05] = 6、84×103
?CW?CT
1?KPCPCW11???0.42 ?63CT1?KPCP1?2.00?10?6.84?10+
--8
6
-6
-1
??W?Kh = Kn +αw(KA[H] + KB[OH]) = 0、05 + 0、42×(1、7×10 + 2、6×10×10) = 1、14 (d) KT = Kh + Kp + KB = 1、14 + 24×0、02 + 0、2 = 1、82 (d-1)。
Q?0?q?50010?104?500??22.12 33、解: L0?Q?q2160000?105由Tomas模型知:
L = L0exp[-(k1 + k3)x/u] = 22、12exp[-(0、94+0、17)×6×103/4、6×103] = 19、14mg/l。
C0?2160000?8.95?8055mg/L 52160000?10查表知: 13℃时,C饱与 = 10、60mg/l ; 14℃时,C饱与 = 10、37mg/l。
由间插法计算13、6℃时的C饱与。(1)10、60－(10、60－10、37)×6/10 = 10、46 (2) 10、37+(10、60－10、37)×4/10 = 10、46 D0 = C饱与－C0 = 10、46－8、55 = 1、91(mg/l)
D = D0exp(- k2x/u )－[k1 L0/(k1+k3-k2)][exp{- (k1+k3)x/u}－exp(- k2 x/u )]
= 1、91×exp{-(1、82×6)/46}－[(0、94×22、12)/(0、94+0、17－1、82)][exp{-(0、94+0、17)×
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