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[H2CO3*]、[HCO3-]和[CO32-]的表达式，并讨论
这两个体系之间的区别。 解: 假设CT为各种碳酸化合态浓度的总和,是常数。*?2?C T?[H2CO3]?[HCO3]?[CO3] ?HCO???CO2???HCO??????23?3?? ???3????????C021CTCTT
* 以[H2CO3]为变量表示CT，[HCO3?]，[CO32?]的表示式 含有KK和[H?]12
??[H?]2[CO32?] K?[H][HCO3]K1?K2?1[HCO*][H2CO3*] 23 KK1?K22?[HCO3?]?1[HCO*][CO]?[H2CO3*]233 [H?][H?]2 2??把[HCO*],[HCO],[CO，?2得到:2333]代入CT,?0，?1 ?2?[H]K[H][H]?1?12K1K1K2?1 ??(1??)??(1??)12??0?(1????2)K1[H]K1K2K2[H][H]
开放体系，考虑到CO2在气液相之间的平衡，[H2CO3*] 不变 根据亨利定律： [CO2(aq)] = KH Pco2 lg[H2CO3*] ≈ lg[CO2(aq)]
= lg KH + lg Pco2 = - 4.9
[H?][HCO3?]
K1?[H2CO3*] lg[HCO3-] = lg K1 + lg [H2CO3*] + pH
= -11.3 + pH K[HCO3?]?1[HCO*]23 [H?]
[H?]2[CO32?] K1?K2?[H2CO3*] lg[CO32-] = lgK1 + lgK2 + lg[H2CO3*] + 2pH
K?K[CO32?]?1?22[H2CO3*]= -21.6 + 2pH
[H]
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。
总酸度 = [H+]+2 [H2CO3*] + [ HCO3-] - [ OH-]= CT (2α0+α1) +[H+]– KW /[H+] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] = CT (α0–α2) + [H+] – KW /[H+]
无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-] = – CT (α1+2α2) + [H+] – KW /[H+]
总碱度 = [OH-] + [HCO3-] + 2[CO32-]– [H+]= CT (α1+ 2α2) + KW /[H+] – [H+] 酚酞碱度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*] – [H+]=CT (α2-α0) + KW /[H+] – [H+]
苛性碱度= [OH-]- [ HCO3-] - 2[H2CO3] – [H+]= - CT (α1+ 2α0) + KW /[H+] – [H+]
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。 根据上体定义可得： 加入重碳酸盐（HCO3-） 加入碳酸盐（CO32-）
3、 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=KW/ [H+] + CT(α1 + 2α2) - [H+] CT=1/（α1 + 2α2）{[总碱度] + [H+] - [OH-]} 令α=1/（α1 + 2α2）
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:CT=α[碱度]
当pH=6.5时,查表得α1=0.5845,α2=8.669×10-5,则α=1.71,CT =α[碱度]=1.71×1.6=2.736mmol/L
总酸度 增加 不变 总酸度 增加 增加 无机酸度 减少 减少 酚酞碱度 不变 增加 CO2酸度 不变 减少 若加入碳酸钠将水的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
4、 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？
--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,
--3
则[HCO3] = [碱度] = 2.00×10mol/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。
5、 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？ 解：
pH?7.5,??1.069,?0?0.06626,?1?0.9324,?2?1.38?10?3CT??[碱度]?1.069?6.38?6.82（mmol)
pH?9.0,??0.9592,?0?0.002142,?1?0.9532,?2?4.47?10?2CT??[碱度]?0.9592?0.80?0.7674（mmol)等体积混合后：
[H2CO3]?0.5[0.06626?6.82?0.002142?0.7674]?0.225(mmol)-[HCO3]?0.5[0.9324?6.82?0.9532?0.7674]?3.545(mmol)
K1 = [H][HCO3]/[HCO3] [H]=[HCO3]K1/[HCO3]
+
-+
-
-[HCO3]3.545pH?pK?lg?6.35?lg?7.55
[H2CO3]0.225
6、 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。 解：Fe?OH?3(s)?3H??Fe3??3H2O
[Fe3?]K??9.1?103 ?3[H]
Fe3??H2O?Fe(OH)2??H?[Fe(OH)2?][H?]?8.9?10?43?[Fe]?Fe3??2H2O?Fe(OH)?2?2H?2[Fe(OH)?]2][H[Fe]3??4.9?10?7
(完整版)第三章水环境化学答案
