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第三章作业第三章水环境化学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:在封闭体中:α=αHCO=[HCO]/{HCO]+[HCO]+[CO]}=(1+K/[H]+KK/[H])α1=αHCO=[HCO]/{HCO]+[HCO]+[CO]}=(1+[H]/K+K/[H])α2=αCO=[HCO]/{HCO]+[HCO]+[CO]}=(1+[H]/KK+H/K)在开放体系中:[CO(aq)]=KP=[HCO]C=[CO]/α=(1/α)KP[HCO]=(α1/α)KP=(K/[H])KP[CO]=(α2/α)KP=(KK/[H])KP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。解:总酸度=[H]+[HCO]+2[HCO]—[OH]=C(α1+2α)+[H]-K/[H]CO酸度=[H]+[HCO]-[CO]-[OH]=C(α-α2)+[H]-K/[H]无机酸度=[H]-[HCO]-2[CO]-[OH]=-C(α1+2α2)+[H]-K/[H]总碱度=[HCO]+2[CO]+[OH]-[H]=C(α1+2α2)+K/[H]-[H]酚酞碱度=[CO]+[OH]-[HCO]-[H]=C(α2-α0)+K/[H]-[H]苛性碱度=[OH]-[HCO]-2[HCO]-[H]=-C(α1+2α)+K/[H]-[H]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。答:[HCO]增加,总酸度,总碱度增加;无机酸度减少;酚酞碱度,CO酸度不变,,若加入碳酸钠使其碱化,问需加多少mmol/,又需加入多少碱解:总碱度=KW/[H+]+CT(α1+2α2)-[H+]CT={[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-]项能够忽略不计,得到简化式:CT=α[碱度]当pH=,查教材P110表得α1=,α2=×10-5,则α=,CT=α[碱度]=×=,查表得α′=,[CO32-],则有CT+Δ[CO32-]=α′{[碱度]+2Δ[CO32-]}+Δ[CO32-]={+2Δ[CO32-]}解得,Δ[CO32-]=mmol/L,其CT值并不变化,可得:[碱度]=CT/α′=碱度增加值就是应加入的氢氧化钠强碱量:Δ[OH-]==mmol/L5、×10-3mol/L碱度的水,,请计算[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]和[OH-]的浓度各是多少?解:当PH=的浓度相比可忽略,PH=,α=则[HCO3-]=[碱度]=×10-3mol/L,[H+]=[OH-]=×10-7mol/L[H2CO3*]=[H+][HCO3-]/K=×10-7××10-3/(×10-7)=×10-4[CO32-]==K2×[HCO3-]/[H+]=×10-11××10-3/(×10-7)=×10-7若有水A,,,,,若以等体积混合,问混合后的值是多少?解:PH=,α=α=α1=α2=×10-3CT=α×[碱度]=×=mmol/LPH=,α=α=α1=α2=×10-2CT=α×[碱度]=×=mmol/L等体积混合后:[H2CO3*]=×(×+×)=mmol/L[HCO3-]=×(×+×)=mmol/LPH=pK+lg([HCO3-]/[H2CO3*])=+lg()=×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:由题意知[Fe3+]+[Fe(OH)2+]+[Fe(OH)2+]=×10-4mol/l;(1)[Fe(OH)2+][H+]/[Fe3+]=×10-4(2)[Fe(OH)2+][H+]2/[Fe3+]=×10-7(3)[Fe3+][OH]=[Fe3+]Kw/[H+]=Ksp查表得::Fe(OH)3的Ksp=×10-38代入(1)得:[H+]=×10-3mol/lPH=∴[Fe3+]=×104[H+]3=×104××10-33=×10-5mol/l[Fe(OH)2+]=×10-7[Fe3+]/[H+]2=×10-7KSP[H+]/KW3=×10-3××10-3=×10-6mol/l;[Fe(OH)2+]=×10-4[Fe3+]/[H+]=×10-4KSP[H+]2/KW3=×(×10-3)2=×10-5mol/l8、请叙述水中主要有机和无机污染物的分