18．确定酸雨pH界限的依据是什么？
pH为5.6作为判断酸雨的界限。依据以下过程得出：在未污染大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是CO2，所以只把CO2作为影响天然降水pH的因素，根据CO2的全球大气浓度330ml/m3与纯水的平衡：
CO2 (g) + H2O
KH+
CO2 + H2O CO2 + H2O
--2-
K1H + HCO3
+
-
HCO3
+
-
K2 H + CO3
+
2-
根据电中性原理：[H]＝[OH] + [HCO3] + 2[CO3]，将用KH、K1、K2、[H]表达的式子代入，得： [H] – (KW + KHK1pCO2) [H] – 2KHK1K2pCO2＝0
在一定温度下，KW、KH、K1、K2、pCO2都有固定值，将这些已知数值带入上式，计算结果是pH＝5.6。
+3
+
19．论述影响酸雨形成的因素
影响酸雨形成的因素主要有： a.酸性污染物的排放及其转化条件。 b.大气中NH3的含量及其对酸性物质的中和性。 c.大气颗粒物的碱度及其缓冲能力。 d.天气形势的影响
20．什么是大气颗粒物的三模态？如何识别各种粒子模？
Whitby等人依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模。按这个模型，可把大气颗粒物表示成三种模结构，即爱根（Aitken）核模（Dp<0.05μm）、积聚模（0.05μm
（2）积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚长大。这些粒子多为二次污染物，其中硫酸盐占80%以上。它们在大气中不易由扩散或碰撞而去除。积聚模与爱根核模的颗粒物合称细粒子。
（3）粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒物所构成，因此它的组成与地面土壤十分相近，主要靠干沉降和湿沉降过程而去除。
23.何谓温室效应和温室气体?
大气中的某些微量组分，能使太阳的短波辐射透过，加热地面，而地面增温后所放出的热辐射，却被这些组分吸收，使大气增温。由于这些组分的作用在某些方面类似温室的玻璃房顶，因此这种现象被称为温室效应，这些组分被称为为温室气体。
主要温室气体有二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、二氧化氮（NO2）、氯氟烷烃（CFCs）等。八十年代研究表明，人为排放各种温室气体对温室效应所起作用比例不同，其中二氧化碳55％，氯氟烷烃24％，甲烷15％，二氧化氮6％。二氧化碳大量增加是造成温室效应加剧的主要原因。
11
第三章 水环境化学 思考题与习题参考答案
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。
碳酸化合态各种形体占各种碳酸化合态总量的比值称为分布系数用α表示，各种碳酸化合态总量用CT表示。 （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。
2．请导出总酸度、CO2酸度、无机酸度、总碱度、酚酞碱度和苛性碱度的表达式作为总碳酸量和分布系数（α）的函数。
3．向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酚酞碱度和⑤CO2酸度，是增加、减少还是不变。
增加重碳酸盐即增加[HCO3-]，因此：
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？
总碱度＝KW/ [H+] + CT(α1 + 2α2) - [H+]，CT＝
11{总碱度 + [H+] - [OH-]}，令α＝，当pH在
?1?2?2?1?2?25～9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，
查教材P157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
12
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。
5．具有2.00×10-3mol/L碱度的水，pH为7.00，请计算 [H2CO3*]、[HCO3-]、 [CO32-]和[OH-]的浓度各是多少？
当pH = 7.00时，CO32-的浓度与HCO3-的浓度相比可以忽略，查表pH = 7.00时， α= 1.224， 则[HCO3-] = [碱度] = 2.00×10-3 mol/l。 [H+] = [OH-] = 10-7 mol/l。 [H2CO3] = [H+][HCO3-]/K1 = 1.00×10-7×2.00×10-3/(4.55×10-7) = 4.49×10-4mol/l。 [CO32-] = K2[HCO3-]/[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，问混合后的值是多少？
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 + CT2) /2=(6.82+0.77)/2=3.79mmol/L，[碱度]=(6.38+0.80)/2=3.59 mmol/L，α= CT1/[碱度]=3.79/3.59=1.005 查表知pH=7.58。
7．溶解1.00×10-4mol/L的Fe(NO3)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。
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)；∵[Fe3+][OH-]3=[Fe3+] KW3/[H+]3=KSP 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) ∴[Fe3+] = 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[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 = 2.92×10-5 mol/l。
8．请叙述水中主要有机和无机污染物的分布和存在形态。
13
9．什么叫优先污染物？我国优先控制污染物包括哪几类？
10．请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？
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
14
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： 项目 发生吸附的表面净电荷的符号 金属离子所起的作用 吸附时所发生的反应 发生吸附时要求体系的pH值 吸附发生的位置 对表面电荷的影响 动力学可逆性 专属吸附 -,0,+ 配位离子 配位体交换 任意值 内层 负电荷减少,正电荷增加 不可逆慢过程 非专属吸附 - 反离子 阳离子交换 >零电位点 扩散层 无 快速可逆 12．请叙述氧化物表面吸附配合模型的基本原理以及与溶液中配合反应的区别。
13．用Langmuir方程描述悬浮物对溶质的吸附作用，假定溶液平衡浓度为3.00×10-3mol/L，溶液中每克悬浮固体吸附溶质为0.50×10-3mol/L，当平衡浓度降至1.00×10-3mol/L时，每颗吸附剂吸附溶质为0.25×10-3mol/L，问每克吸附剂可以吸附溶质的限量是多少？
14．请说明胶体的凝聚和絮凝之间的区别。
由电介质促成的聚集称为凝聚，由聚合物促成的聚集称为絮凝
15．请叙述水中颗粒物可以哪些方式进行聚集？
16．请叙述水环境中促成颗粒物絮凝的机理。
15
《环境化学》戴树桂（第二版）课后习题全部答案（含大纲和目录超齐全，考研必备干货） - 图文
