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1、资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值水环境化学习题解1请推导出封闭体系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：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，用表示。各种碳酸化合态总量用CT表示。(1)封闭体系在封闭体系中不考虑溶解性CO2与大气交换过程，CT保持不变。在封闭体系中，各形体的分布系数只是氢离子浓度的函数，与总浓度无关。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有
2、资金的时间价值(2)开放体系此时考虑CO2在气相和液相之间的平衡:CO2(aq)=KHPCO2对于封闭体系，CT保持不变、而CO2HCO32-、CO32-均随pH而变化。对于开放体系而言，CO2总与大气保持相平衡的数据，CT、HCO32-、CO32-均随pH而变化。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值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的函数。解：总酸度=H+HCO3-+2H2CO3OH-=CT(1+20)+H+Kw/H+CO2酸度H+H2CO3CO
3、3-2OH-=CT(02)+H+Kw/H+无机酸度H+HCO3-2CO3-2OH-=CT(1+22)+H+Kw/H+总碱度HCO3-+2CO3-2+OH-H+=CT(1+22)+Kw/H+H+酚酞碱度OH-+CO3-2H2CO3H+=CT(20)+Kw/H+H+苛性碱度=OH-HCO3-2H2CO3H+=CT(120)+Kw/H+H+资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值3向某一含有碳酸的水体加入重碳酸盐，问：总酸度、总碱度、无机酸度、酚酞碱度、CO2酸度，是增加、减少还是不变。解：增加重碳酸盐即增加HCO3
4、-，因此：(1)总酸度=H+HCO3-+2H2CO3OH-而HCO3-增加，显然总酸度增加。(2)总碱度HCO3-+2CO3-2+OH-H+，而HCO3-增加，显然总碱度增加。(3)无机酸度H+HCO3-2CO3-2OH-，而HCO3-增加，显然无机酸度减少。(4)酚酞碱度OH-+CO3-2H2CO3H+酚酞碱度与HCO3-无关，HCO3-增加，显然酚酞碱度不变。(5)CO2酸度H+H2CO3CO3-2OH-CO2酸度即酚酞酸度与HCO3-无关，HCO3-增加，显然CO2酸度不变。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金
5、的时间价值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，又需加多少碱？解：总碱度HCO3-+2CO3-2+OH-H+CT(1+22)+Kw/H+H+在pH为6.5、碱度为1.6mmol/L的水体中，总碱度计算可忽略OH-和H+两项。所以：总碱度HCO3-+2CO3-2=CT(1+22)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值查表33（P.110）：pH=6.5时,=1.710所以：CT=1.710
6、1.6=2.736(mmol/L)设加入Bmmol/L的Na2CO3使pH=8.0,此时,=1.018CT+B=1.0181.6+2B1.036B=1.106B=1.067(mmol/L)若加入NaOH至pH=8.0此时CT值并不变化，因此：碱度CT2.7361.018=2.688(mmol/L)碱度的增加值即为NaOH加入量：2.6881.6=1.088(mmol/L)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值5具有2.010-3mol/L碱度的水，pH为7.0，请计算H2CO3、HCO3-、CO32-和OH-
7、的浓度各是多少？解：pH为7.0，那么：OH-1.010-7mol/L查表33：=1.2240=0.18341=0.81622=3.8110-4;CT=碱度=1.2242.010-3=2.44810-3(mol/L)H2CO3=0CT=0.13482.44810-3(mol/L)=4.510-4(mol/L)HCO3-=1CT=0.81622.44810-3(mol/L)=2.010-3(mol/L)CO32-=2CT=3.8110-42.44810-3(mol/L)=9.310-7(mol/L)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分
8、资金就是原有资金的时间价值6若有水，pH为7.5，其碱度为6.38mmol/L，水的pH为9.0，碱度为0.80mmol/L，若以等体积混合，问混合后的pH值是多少？解：pH为7.5，查表33：=1.0690=0.066261=0.93242=1.3810-3;CA=碱度=1.0696.38=6.82(mmol/L)pH为9.0：=0.95920=0.0021421=0.95322=4.4710-2;CB=碱度=0.95920.8=0.7674(mmol/L)等体积混合后:H2CO3=0.50.066266.82+0.0021420.7674=0.225(mmol/L)HCO3-=0.50.9
9、3246.82+0.95320.7674=3.545(mmol/L)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值7溶解1.010-4mol/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，假定该溶液中仅形成Fe(OH)2+和Fe(OH)2+。请计算平衡时该溶液中Fe3+、Fe(OH)2+、Fe(OH)2+和pH值。解：Fe3+3H2O=Fe(OH)3+3H+Fe3+H2O=Fe(OH)2+H+Fe3+2H2O=Fe(OH)2+2H+资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变
10、化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值Fe3+9.1103H+3，分别代入：C=Fe3+Fe(OH)2+Fe(OH)2+=9.1103H+3+8.910-4H+2+4.910-7H+=1.010-4(mol/L)H+3+8.910-4H+2+4.910-7H+=1.110-8按牛顿法求解:f(x)=H+3+8.910-4H+2+4.910-7H+1.110-8f(x)=3H+2+1.7810-3H+4.910-7H+3、8.910-4H+2、4.910-7H+分别等于1.110-8求出近似值:资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函
11、数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值H+3=1.110-8可求得:H+=2.210-38.910-4H+2=1.110-8求得:H+=3.510-34.910-7H+=1.110-8求得:H+=2.2410-2方程的根必小于任何一个,所以取最小值H+=2.210-3为近似值:f(x0)=H+3+8.910-4H+2+4.910-7H+1.110-8=1.0610-8+410-9+1.0810-91.110-8=(1.571.1)10-8=4.710-9f(x)=3H+2+1.7810-3H+4.910-7=1.4510-5+3.9210-6+4.910-7=1.91
12、0-5x1=x0f(x0)f(x0)=2.210-34.710-91.910-5=2.210-32.4710-4=1.9510-3所以：H+1.9510-3pH=-log(1.9510-3)=2.71资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值13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3.010-3mol/L，溶液中每克悬浮物固体吸附溶质为0.5010-3mol/L，当平衡浓度降至1.010-3mol/L，每克吸附剂吸附溶质为0.2510-3mol/L，问每克吸附剂可以吸附溶质的限量是
13、多少?解：根据Langmuir吸附等温式：两式相减得：代入所以：G0=110-3（molLg）资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值17含镉废水通入H2S达到饱和并调整pH值为8.0，请算出水中剩余镉离子浓度（已知CdS的溶度积为7.910-27).解：饱和时H2S0.1mol/L，KH2S=H+2S2-=1.1610-23，且pH=8.0S2-=1.1610-23/H+2=1.1610-23/1.010-16=1.1610-7(mol/L)Cd2+=Ksp/S2-=7.910-27/1.1610-7=6.8
14、10-20(moll/L)18已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下：Fe3+H2O=Fe(OH)2+H+lgk1=2.16Fe3+2H2O=Fe(OH)2+2H+lgk2=6.74Fe(OH)3(s)=Fe3+3OH-lgkso=38Fe3+4H2O=Fe(OH)4-+4H+lgk4=232Fe3+2H2O=Fe2(OH)24+2H+lgK=2.91请用pcpH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系。解：(1)Fe(OH)3(s)=Fe3+3OH-KS0=Fe3+OH-3则Fe3+=KS0/OH-3资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随
15、时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值所以：pFe3+=pKS03pOH=38314+3pH=3pH4(2)Fe3+H2O=Fe(OH)2+H+lgk1=2.16k1=Fe(OH)2+H+Fe3+pFe(OH)2+=pk1+pFe3+pH=2.16+3pH4pH=2pH1.84(3)Fe3+2H2O=Fe(OH)2+2H+lgk2=6.74pFe(OH)2+=pk2+pFe3+2pH=6.74+3pH42pH=pH+2.74(4)Fe3+4H2O=Fe(OH)4-+4H+lgk4=23pFe(OH)4-=pk4+pFe3+4pH=23+3pH44pH=19pH(5)2Fe3
16、+2H2O=Fe2(OH)24+2H+lgK=2.91pFe2(OH)24+=pK+2pFe3+2pH=2.91+6pH82pH=4pH5.09资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值19已知：Hg2+2H2O=Hg(OH)20+2H+lgk=6.3，溶液中存在H+、OH-、Hg2+、Hg(OH)20和ClO4-等形态，且忽略Hg(OH)+和离子强度效应，求1.010-5mol/L的Hg(ClO4)2溶液在25时的pH值。解：Hg2+2H2O=Hg(OH)20+2H+平衡时：cxx2x(设解离出的Hg(OH)2
17、0浓度为xmol/L)4x3+10-6.3xc106.3=04x3+510-7x510-12=0按牛顿法求解：f(x)=4x3+510-7x510-12f(x)=12x2+510-7资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值4x3和510-7x分别等于510-12求出近似值:4x3=510-12则x=1.0810-4510-7x=510-12则x=110-5显然x=1.0810-4不能为其解,取x0=110-5f(x0)=4x3+510-7x510-12=410-15+510-12510-12=410-15f(x
18、0)=12x2+510-7=1210-10+510-7=510-7x1=x0f(x0)f(x0)=110-5410-15510-7=110-5所以：H+=2x1=210-5(mol/L)pH=-logH+=4.7资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值21在pH=7.00和HCO3-=1.2510-3(mol/L)的介质中，HT2-与固体PbCO3平衡,其反应如下:PbCO3(s)+HT2-=PbT-+HCO3-k=4.0610-2问作为HT2-形态占NTA的分数。解：在pH=7.0介质中，NTA以HT2-形式
19、存在。PbCO3(s)+HT2-=PbT-+HCO3-资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值23什么是电子活度pE以及pE与pH的区别？电子活度与氢离子活度定义上相类似：pH=lg(aH)aH表示H+在水溶液中的活度,它衡量溶液接受或迁移质子的相对趋势;pE=lg(aE)aE表示平衡状态下(假想)的电子活度,它衡量溶液接受或迁移电子的相对趋势;pE愈小，电子浓度愈高，体系提供电子的倾向就愈强，反之亦然。pE的热力学定义基于下列反应:2H+(aq)+2e=H2(g)当这个反应的全部组分都以1个活度单位存在时，该
20、反应的自由能变化G可定义为零。在H+aq=1单位活度，H2为1.013105Pa平衡时的介质中：ae=1,pE=0资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值pE与pH的对比pH=lg(aH)pE=lg(aE)高pH=低H+浓度高pE=低电子浓度低pH=高H+浓度低pE=高电子浓度pH=pka+logA-/HApE=pE0+(1/n)log氧化态/还原态当A-=HA时,pH=pka当氧化态/还原态时,pE=pE0aH表示H+在水溶液中的活度,它衡量溶液接受或迁移质子的相对趋势;aE表示平衡状态下(假想)的电子活度,
21、它衡量溶液接受或迁移电子的相对趋势;资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值25从湖水中取出深层水，其pH=7.0含溶解氧浓度为0.32mg/L，请计算pE和Eh值.解：水样中溶解氧的摩尔浓度为：O2aq=0.3232=1.010-5(mol/L)O2aq=KHPO2=1.2610-8PO2=1.010-5(mol/L)PO2=1.010-51.2610-8=7.9102pE=20.750.537.0=13.22E=0.059pE=0.05913.22=0.78(v)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变
22、化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值26在厌氧消化池中和pH=7.0的水接触的气体含65%CH4和35%CO2，请计算pE和Eh值。解；（1/8）CO2+H+e=（1/8）CH4+（1/4）H2OpE0=2.87pE=2.877.0+(1/8)lg(0.35/0.65)=-4.16Eh=0.059pE=-0.059 4.16=-0.245(v)4.16=-0.245(v)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值27在一个pH=10.0的SO42-HS-体系中(25),
23、其反应为:SO42-+9H+8e=HS-+4H2O(L)已知其标准自由能Gf0值（kJ/mol)：SO42-：742，HS-：12.6，H2O：237.2，水溶液中质子和电子的Gf0值为零。(1)请给出该体系的pE0。(2)如果体系化合物的总浓度为1.010-4mol/L，那么请给出下图中曲线的lgcpE关系式。解：(1)G0=12.6237.24+742=194.2G0=nFE0E0=G0nF=194.2(896.5)=0.25pE0=0.250.059=4.24(2)SO42-+9H+8e=HS-+4H2O(L)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而
24、增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值SO42-HS-两线的交点即:此时:pE=-561/8=-7.0当pESO42-,即HS-1.010-4mol/L所以:logHS-=4同理:当pE7.0时,HS-7.0时,logHS-=logSO42-8pE56=8pE60资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值29某水体中含有300mg/L的悬浮颗粒物，其中70为细颗粒（粒径50m)，有机碳含量为10，其余的粗颗粒有机碳含量为5。已知苯并a芘的Kow为106，请计算该有机物的分配系数。解：Koc=0.63Kow
25、=6.3105细颗粒（粒径50m)质量分数:f=0.70粗沉积物组分的有机碳含量：Xsoc=0.05细沉积物组分的有机碳含量：Xfoc0.10所以,颗粒物与水之间的分配系数:Kp=Koc0.2(1f)Xsoc+fXfoc=6.31050.2(10.7)0.05+0.700.10=4.6104资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值30一个有毒化合物排入至pH=8.4,T=25水体中，90的有毒物质被悬浮物所吸着，已知酸性水解速率常数ka=0，碱性催化水解速率常数kb=4.910-7L/(dmol)，中性水解速率
26、常数kh=1.6d-1，请计算化合物的水解速率常数。解：如果考虑到颗粒物的吸附作用，则水解速率常数可写为(（aw：有机化合物溶解态的分数）：Kh=kh+awKaH+KbOH-1.6+0.14.910-710-5.6=1.6(d-1)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值31某有机污染物排入pH=8.0，T=20的江水中，该江水中含悬浮颗粒物500mg/L，其有机碳含量为10。(1)若该污染物分子量为129，溶解度为611mg/L，饱和蒸汽压为1.21Pa(20)，请计算该化合物的亨利定律常数（Pam3mol）
27、，并判断挥发速率是受液膜控制或气膜控制。(2)假定Kg=3000cm/h，求该污染物在水深1.5m处挥发速率常数(Kv)。解：(1)根据亨利定律:p=KHCw该化合物的亨利定律常数:KH=psMw/Sw=1.21129611=0.26（Pam3mol）当KH1.013pam3/mol,挥发作用主要受气膜控制.(2)KH=Ca/Cw=(p/RT)/Cw=KH/(RT)=KH/(8.31T)=4.110-4KH(20)所以:KH=4.110-4KH=1.06610-4(20)当挥发作用主要受气膜控制,此时:Kv=KHKg=1.06610-43000=0.32（cm/h）在水深1.5米处:Kv=0.
28、3224(1.5100)=0.05（d-1）资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值32某有机污染物溶解在一个含有200mg/L悬浮物、pH=8.0和T=20的水体中，悬浮物中细颗粒为70，有机碳含量为5，粗颗粒有机碳含量为2，已知此时该污染物的中性水解速率常数kh=0.05d-1，酸性水解速率常数ka=1.7L/(mold)，碱性催化水解速率常数kb=2.6106L/(mold)，光解速率常数kp=0.02h-1，污染物的辛醇水分配系数Kow=3.0105，并从中查到生物降解速率常数KB=0.20d-1，忽略
29、颗粒物存在对挥发速率和生物降解速率的影响,求该有机污染物在水体中的总转化速率常数（KT）。解：光解速率常数Kp=0.02h-1=0.48d-1；生物降解速率常数KB=0.20d-1；已知污染物的辛醇水分配系数Kow=3.0105，因此根据：Koc=0.63Kow=0.633.0105=1.89105资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值而污染物在颗粒物与水之间的分配系数:Kp=Koc0.2(1f)Xsoc+fXfoc=1.891050.2(10.7)0.02+0.700.05=6.84103有机物溶解态的分数
30、aw=CwCT=1(Kpcp+1)=1(6.841032.010-4+1)=0.422水解速率常数可写为：Kh=kh+awKaH+KbOH-0.05+0.4221.710-8+2.610610-6=0.05+1.1=1.15(d-1)（aw：有机化合物溶解态的分数）所以：KT=Kh+KB+KP=1.15+0.48+0.20=1.83资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值33某河段流量Q=2160000m3/d，流速为46km/d，T=13.6，耗氧系数k1=0.94d1，复氧系数k2=1.82d1，BOD沉浮
31、系数k3=0.17d1，起始断面排污口排放的废水约为10104m3/d，废水中含BOD5500mg/L，溶解氧为0mg/L，上游河水BOD5为0mg/L，溶解氧为8.95mg/L，求排污口下游6km处河水的BOD5和氧亏值。解：当废水与河水混合后：Qmix=2160000+100000=2260000m3/dBOD5(mix)=5001000002260000=22(mg/L)DOmix=8.9521600002260000=8.55(mg/L)(1)排污口下游6公里处的BOD5:L=L0exp-(k1+k3)x/u=22exp-(0.94+0.17)646=22exp-0.145=19资金是
32、运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值(2)排污口下游6公里处的氧亏值D:T=13.6河水的饱和溶解氧Cs=10.5(mg/L)，则D0=10.58.55=1.95所以：D=1.950.789(-25.155)0.8650.789=1.54+1.91=3.45(mg/L)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值附表：氧在水中的溶解度(mg/L)t0123456789DO14.614.213.813.513.112.812.512.211.911.6t10111213141516171819DO11.311.110.810.610.410.210.09.79.59.4t20212223242526272829DO9.29.08.88.78.58.48.28.17.97.8