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环境化学计算题答案01

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环境化学复习题讲解
1 用氯气消毒某饮用水源，处理后水的pH=7.0，并已知HClO的酸离解常数Ka=10-7.5，试通过计算来确定消毒杀菌的效果是否良好，假定HClO的杀菌效力为ClO-的100倍。
1）pH=7.0时， [ClO-]/[HClO]=Ka/[H+]=10-7.5/10-7.0=0.29
[ClO-]=0.29[HClO]
α=[HClO]/{ [HClO]+ [ClO-]}=[HClO]/{ [HClO]+ 0.29[HClO]}=0.775
也就是说绝大部分（76%）是以杀菌效果好的HClO形态存在，所以有较好的杀菌效果。

2 若在pH=7.0时的用氯剂量（以Cl2计）为1mg/L，为达到同样的消毒杀菌效果且处理水的pH=8.5时，问需要多大剂量的Cl2？
已知HClO H++ClO- Ka=2.9*10-8, 并假定HClO效率为ClO-的100倍。
解：1)pH=7.0时，[Cl2]=1mg/L=0.0143mmol/L,
[HClO]+[ClO-]=0.0143mmol/L;
pH=7.0时,因[ClO-] [H+]/[HClO] = 2.9*10-8, 故[ClO-] /[HClO]=0.29;
令[ClO-]=X, 则[HClO]=(1/0.29)*X=3.45X;
[ClO-]+[HClO]=3.45X+X=0.0143, 所以[ClO-]=X=0.0032mmol/L
[HClO]=3.45X=0.011mmol/L
总毒效=100[HClO]+[ClO-]=1.10+0.0064=1.1064 3分
2) pH=8.5时,代入[ClO-] [H+]/[HClO] = 2.9*10-8, 故[ClO-] /[HClO]=9.164;
令[HClO]=Y, 则[ClO-]=9.164Y;
则总毒效=100[HClO]+[ClO-]=100Y+9.164Y=1.1064, 所以Y=0.010mmol/L;
所需Cl2量[Cl2]= [HClO]+[ClO-]=0.010+9.164*0.010
=0.10164mmol/L=7.2mg/L. 4分
3）所以为达到同样的消毒杀菌效果且处理水的pH=8.5时，需要7.2mg/L的Cl2。

3 对温度为250C的地面水样作分析的结果是：总氨浓度CT=10-4.05mol/L，pH=7.5，并已知NH4+的酸解常数Ka=10-9.25,试通过计算确定水中对鱼类有毒性的NH3浓度是否超出0.02mg/L（三级地面水水质标准）。
1 解：1）NH4+ NH3++H+， Ka=10-9.25
{[NH3][H+]}/[NH4+]=Ka 2分
{[NH3]*10-7.5}/{103*10-4.05-[NH3]}=10-9.25 2分
[NH3]=0.0016mmol/L=0.0016*17mg/L=0.027mg/L>0.02mg/L 2分
所以 水中对鱼类有毒性NH3浓度超出了三级地面水质标准。1分

4 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3.00*10-3mol/L, 溶液中每克悬浮物固体吸附溶质为0.50*10-3mol/L, 当平衡浓度降至1.00*10-3mol/L, 每克吸附剂吸附溶质0.25*10-3mol/L，问每克吸附剂可吸附溶质的限量是多少？（简单应用C）
解：1）公式 г=гmCeq/(A+Ceq) 2分
2）0.50*10-3=гm3.00*10-3/(A+3.00*10-3) (1) 2分
0.25*10-3=гm1.00*10-3/(A+1.00*10-3) (2) 2分
a) (1) (2)联合求解得 A=3*10-3，吸附限量гm=1.00*10-3mol/L 2分

5假设有一溶液，含未络合NTA浓度为1.00*10-2mol/L, Pb(Ⅱ)的总浓度为1.00*10-5mol/L, pH=12.50, 问 (综合应用D)
（1）溶液中NTA将以何种形式存在？
（2）[PbT-]与[Pb2+]之比率为多大？[Pb2+] 为多少？
已知NTA的三级离解常数k1,k2,k3分别为：1.8*10-2, 1.12*10-3, 5.25*10-11
Pb(OH)2 Pb2++2OH- (1) Ksp=1.61*10-20
Pb2++T3- PbT- (2) Kf=2.45*1011
解：1）根据离解常数，可大致判断NTA主要以T3-形式存在于溶液中,[T3-]=1.00*10-2mol/L；
解： 由（2）式得Kf= [PbT-]/([Pb2+][T3-])
所以[PbT-]/[Pb2+]=Kf*[T3-]=2.45*1011*1.00*10-2=2.45*109 3分
3)pH= 12.50时,由Ksp=[Pb2+][OH-]2, 得[Pb2+]=Ksp/[OH-]2=1.61*10-17mol/L 2分

6 在厌氧菌作用下，按下列反应在水中产生甲烷，
1/2CO2+H++e 1/8CH4+1/4H2O (pE0=2.87), 若水的pH=7.00，又假定PCO2=PCH4，求水面上氧气分压是多少？
又已知1/4O2+H++e 1/2H2O E0=1.229V (2)
解：1）根据(1)式有 pE1= pE0+1/nlg{PCO21/2*[H+]/PCH41/8}= pE0—pH=-4.13; 2分
2）根据（2）式 pE2= pE0+1/nlg [H+]*PO21/4}= pE0—pH+1/4lgPO2，2分
3）pE1=pE2, 求得lgPO2=-71.72 3分
PO2=10-71.12大气压=10-71.12大气压*1.031*105Pa/大气压=1.96*10-67Pa 1分

7 某水体含有300mg/L的悬浮颗粒物，其中70%为细颗粒(d<50μm),有机碳含量为10%， 其余的粗颗粒有机碳含量为5%，已知苯并芘Kow为106，请计算该有机物的分配系数.
解：Kp=Koc[0.2(1-f)Xsoc+fXfoc]
=0.63Kow[0.2(1-f)Xsoc+fXfoc]
=0.63*106[0.2(1-70%)5%+70%*10%]
=4.6*104

8 试从pE 角度解释NO2-仅在很窄的范围内存在。已知：
1/2NO3-+H+ 1/2NO2- + 1/2H2O （pE0=14.15）
1/6NO2-+4/3H+ + e 1/6NH4+ + 1/3 H2O (pE0 =15.14)
解：由（1）式，当[NO2-]/[NO3-]=20时，
pE1=pE0+1/2lg[NO3-]/[NO2-]-pH
=14.15+1/2lg(1/20)-pH
=13.50-pH;
由（2）式，当[NO2-]/[NH4+]=20时，
pE2=pE0+1/6lg[NO2-]/[NH4+]-4/3pH
=15.14+1/6lg20-4/3pH
=15.36-4/3pH
=15.36-4/3pH;
所以NO2-主要存在于13.50-pH>pE>15.36-4/3pH范围内；
如当pH=7.0时，只有当体系的6.50>pE>6.03时，NO2-才是主要形态；

9 已知Fe3+ + e Fe2+, E=0.77v (1)
Fe(OH)2 Fe2+ + 2OH- , Ksp1=6.0 10-15 (2)
Fe(OH)3 Fe3+ + 3OH- , Ksp2=2.0 10 –38 (3)
求 Fe(OH)3 + e Fe(OH)2(s) + OH- 的pE0值。
解
1) pE(Fe(OH)3/Fe(OH)2)=pE0(Fe(OH)3/Fe(OH)2)+lg{1/[OH-]};
2) pE(Fe(OH)3/Fe(OH)2)=pE0(Fe3+/Fe2+)+lg(Fe3+/Fe2+) =pE0(Fe3+/Fe2+)+lg{Ksp2/[OH-]3}*{[OH-]2/Ksp1}
=pE0(Fe3+/Fe2+)+lg(Ksp2/Ksp1)+lg(1/[OH-])=0.77/0.059+lg2.0*10-38/6.0*10-15+ lg(1/[OH-])
=-9.43+ lg(1/[OH-])
pE0{(Fe(OH)3/Fe(OH)2)}=-9.43 1分
3)

10从pH为7.4的水样中测得[Cr(Ⅲ)]=0.5nmol/L, [Cr(Ⅵ)]=0.3nmol/L, 求处于平衡状态时的pE0值和pE值。已知铬的两种形态间转换反应为：
CrO42-+6H++3e Cr(OH)2++2H2O; K =1066.1 (1)
解：
1） 根据（1）式， pE0=(1/n)*lgK=(1/3)*66.1=22.03 4分
2） pE=pE0+(1/3)*lg{[CrO42-]*[H+]6/[Cr(OH)2+]}= 7.16 4分
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