环境化学计算题

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1、1、对流层和平流层中臭氧各自特征？答：地球上90%的臭氧在平流层，10%在对流层；对流层中的臭氧是一种温室气体，其浓度与纬度、经度、高度和季节变化而变化，北半球比南半球高；平流层中的臭氧吸收了太阳发射到地球的大量对人类、动物和植物有害的紫外线，为地球提供了防止紫外线辐射的屏障；通过观测，平流层臭氧含量减少，对流层增多。由于90%臭氧在平流层，所以总量在减少；对流层臭氧形成人为来源：NOX光解反应是它们在大气中最重要的化学反应，是大气中臭氧生成的引发反应，也是臭氧唯一的人为来源：2、2、已知某污染大气中HO2自由基的浓度为：7.5610-15molcm-3，HO2与SO2反应：HO2+SO2HO

2、+SO3 反应速率k=910-16 cm3个-1s-1，（1）求SO2每小时的转化百分数（氧化速率）；（2）若定义SO2氧化到起始浓度的1/e(e=2.7183)所需要的时间为SO2与HO2反应的特征时间，计算值？解：（1）根据SO2在单位时间的转化百分数可知HO2与SO2反应：于是1h二氧化硫转化的百分数为已知k=910-16 cm3个-1s-1=6.0221023910-16cm-3mol-1s-1 =5.4198108 cm-3mol-1s-1所以：(2) kSO2t=1t=1/5.41981087.5610-15=2.44105s=67.8h第三章 水环境化学4、在一个pH为6.5，碱

3、度为1.6 mmol/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，又需要加多少碱？解：总碱度 = 总碱度 = 令 当pH在5-9范围内、碱度10-3 mol/L时，H+、OH-项可忽略不计，得到简化式： 当加入碳酸钠时，水体的cT和碱度值均发生变化，设需加x mmol/L碳酸钠才能使水体pH上升到8.0，则有下列式子：即 解之，得：x = 1.069 mmol/L若加入强碱NaOH，其cT值并不变化，则有下列式子： 解之，得：x = 1.088mmol/L5、具有2.0010-3mol/L碱度的水，pH为7.00，请计算H2CO

4、3*、HC03- 、C032-和OH-的浓度各是多少? 解：当pH为7.00时， C032-与HC03- 相比可忽略，此时碱度全部由HC03-贡献所以：HC03-=碱度= 2.0010-3mol/LOH-=1.0010-7mol/L根据酸的离解常数K1，可以计算出H2CO3*的浓度：H2CO3*=H+HCO3-/K1 =2.0010-310-7/(4.4510-7)=4.4910-4mol/L代入K2的表示式计算CO32-：CO32-=K2HCO3-/H+ =4.6910-112.0010-3/1.0010-7 =9.3810-7mol/L6、若有水A，pH为7.5，其碱度为6.38mmol/

5、L，水B的pH为9.0，碱度为0.80 mmol/L，若以等体积混合，问混合后的pH值是多少？解： 水A的水B的水A、水B以等体积混合后，当pH在6-9范围内，主要考虑一级电离， 二级电离可以忽略，则： 一级电离，pH在6-9范围内，碱度值主要由碳酸氢根贡献，则在等体积混合后碱度变化值有： 则，根据 混合后水体的pH是7.62。7、溶解1.0010-4mol/L的Fe(N03)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+、

6、H+和pH。解： Fe(OH)2+=K1Fe3+/H+ Fe(OH)2+=K2Fe3+/H+2 将式、带入式Fe3+ K1Fe3+/H+ K2Fe3+/H+2=110-4mol/L 根据溶度积原则Fe3+OH-3=Ksp=10-38Fe3+=104H+3 联立，解之得Fe3+=6.2410-5mol/LH+=10-2.72mol/LpH=2.72Fe(OH)2+=2.2910-5mol/LFe(OH)2+=8.4710-6 mol/L18、已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下：请用pc-pH图表示Fe（OH）3在纯水中的溶解度与pH的关系。解：(1)-lgFe3+=-lgKsp+

7、3pH+3lgKwpFe3+=pKsp+3pH-314=38+3pH-42=3pH-4(2)pK1+pFe3+=pFe(OH)2+pH2.16+3pH-4=pFe(OH)2+pHpFe(OH)2+=2pH-1.84(3) pK2+pFe3+=pFe(OH)2+2pHpFe(OH)2+=2.74+pH(4) pK4+pFe3+=pFe(OH)4-+4pHpFe(OH)4-=19-pH(5) pK5+pFe3+=pFe2(OH)24+4pHpFe2(OH)24+=2pH-5.125、从湖水中取出深层水，其pH=7.0，含溶解氧质量浓度为0.32mg/L,请计算pE和Eh。解： S=0.32mg/L

8、 则O2(aq)=10-5mol/LO2(aq)=KHPO2PO2=O2(aq)/KH=7.94102PaEh=0.0059pE=0.77998v0.78v26、在厌氧消化池中和pH=7.0的水接触的气体含65%的CH4和35%的CO2，请计算pE和Eh。解： PCO2=0.35 PCH4=0.6527、在一个pH为10.0的SO42-HS-体系中（25），其反应为已知其标准自由能Gf0值(kJ/mol)S042-：-742.0, HS-:12.6, H2O(l):-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110-4mol/L,那

9、么请给出下图中的lgC-pE关系图解：(1)=12.6+4（-237.2）+742.0=-194.2kJ/mol(2)当,HS-SO42-, HS-形态占绝对优势时，HS-10-4mol/L lgHS-=-4.0pE=4.26+lgSO42-/8-lgHS- =4.26+lgSO42-/8+0.5lgSO42-=8pE-38.08当，HS-SO42- ,SO42-形态占绝对优势时，SO42-10-4mol/L, lgSO42-=-4.0pE=4.26-0.5-lgHS-/8lgHS-=-8pE+30.08六、计算题1.某发电厂的烟囱高度为21m，烟羽抬升高度为19m，地面风速2.6 m/s，西

10、北风向，SO2排放量为900kg/h。计算清晨日出时，距离污染源1000 m 处SO2的地面轴线浓度？（已知：由P-G曲线查得y为48 m，z为20m，大气处于弱稳定状态。）解：烟羽抬升高度H减少15%，得到：H16.15 m； 源强 Q250 gs-1；清晨日出时，距烟囱1000 m处SO2的地面轴线浓度为：0.0057（gm-3）2.在一个pH为6.5，碱度为1.610-3mol/L的水体中，（1）需要加入多少mmol/L的碳酸钠才能使水体的pH上升到8.0？（2）若用NaHO进行碱化，需要加入多少NaHO？解：pH=6.5，碱度=1.610-3mol/L；总碱度=CT(1+22)+K/H

11、+-H+ =CT/ + K/H+-H+ 1.610-3=CT/1.71+10-14/10-6.5 -10-6.5 CT=2.7410-3mol/L用强碱碱化至pH=8.0，CT不变，总碱度=2.7410-3/1.018 +10-6 -10-8=2.6910-3A NaOH=2.6910-3 1.610-3=1.0910-3mol/L用Na2CO3碱化至pH=8.0，设加入Na2CO3量为x mol/L ，该过程中，CT CT + x总碱度=1.610-3 + 2x =（CT + x）/1.018， x Na2CO3=1.0710-3mol/L3.有两个不同的水体系，体系1中Cu2+=10-5m

12、ol/L，Cu+=10-4mol/L，体系2中Fe3+=10-3mol/L，Fe2+=10-1mol/L。（1）分别求出二体系的pE？（2）若二体系等体积混合，求出混合体系的pE，并说明哪一体系的电位为决定电位？解：Cu体系；Fe体系等体积混合， Fe体系的电位是决定电位。4.某工厂向河流稳定排放含酚污水，污水排放量为540m3/hr，酚的浓度为30.0mg/L，河流流量为5.00m3/s，流速为0.4 m/s，酚的背景浓度为0.05mg/L，衰减速率常数为0.2d-1。计算距排放口20km处河水中酚的浓度？（忽略纵向弥散作用）解：稳态条件下忽略纵向弥散作用时：（5.000.0554030.0

13、/3600）/（5.0540/3600）0.92（mg/L）0.92 exp（0.220000/0.486400）0.82（mg/L）5.具有2.0010-3 mol/L碱度的水，pH为7.0，计算HCO3、HCO3-、CO3-2和HO-的浓度？解：该条件下，HCO3-= 碱度 = 2.0010-3 mol/L在pH=7.00时， H+ = HO- = 1.0010-7mol/L根据；K1 = = 4.4510-7、H+和HCO3-浓度，求出 H2CO3= 4.4910-4 mol/L据K2= = 4.6810-11、H+、HCO3-浓度，求出 CO32-=9.3810-7 mol/L6.水A

14、的pH为7.5，其碱度为6.38 m mol/L，水B的pH为9.0，其碱度为0.80 m mol/L，等体积混合水A和水B，计算混合后水体的pH？解：水A：碱度=6.38 mmol/L = HCO3-2CO32-+ OH-H+ = HCO3-CO32-=K2HCO3-/H+=4.6910-11 6.38/10-7.5 = 9.4610-3 m mol/LH2CO3*= H+ HCO3-/ K1=10-7.56.38/(4.4510-7)=0.453 m mol/LOH-=10-6.5 =3.1610-7 mol/L水B：碱度=0.80 mmol/L = HCO3-2CO32-+ OH-H+

15、= HCO3-2CO32-+ 10-5CO32-=K2HCO3-/H+=4.6910-11 HCO3-/10-9，CO32-=0.04 m mol/L，HCO3-=0.76 m mol/L，OH-=10-5 =0.01 m mol/L，H2CO3*=0002 m mol/L 舍去）水B+A：B中的CO32-、OH-与A中的H2CO3反应生成HCO3-， 混合体系中H2CO3*=(0.453-0.04-0.01)/2 = 0.201 m mol/L HCO3-= (6.38+0.042+0.01+0.76)/2=3.61 m mol/L7.根据Langmuir方程描述吸附作用，假设溶液平衡浓度为

16、3.0010-3 mol/L，溶液中每克悬浮物吸附溶质0.5010-3 mol/L，当平衡浓度降至1.0010-3 mol/L时，每克吸附剂吸附溶质0.2510-3 mol/L，计算每克吸附剂可以吸附溶质的限量？解：G=G0c/(A+c) G0=1.0010-3 A=3.0010-3（molL-1g-1）8.从湖水中取深层水的pH为7.0，含溶解氧浓度为0.32 mg/L，计算pE和Eh值。解：1/4O2 +H+ +e 1/2H2O pE0=20.75 根据亨利定律： O2=KHPO2=1.2610-8PO2=0.32 mg/L10-332 g/mol PO2=793.65 Pa， pE =

17、pE0 +lgPO21/4H+pE = 20.75+1/4lg793.65(1.013105)= 13.22， 由于pE = (1/0.059) E E=0.059pE=0.05913.22 = 0.78（V）9.某有毒化合物排入pH为8.4，温度为25的水体中，90%的有毒物质被水体悬浮物吸附，已知，酸性水解速率常数KA=0，碱催化水解速率常数KB= .910-7L/(mol d)，中性水解速率常数Kh= 1.6 d-1，计算该化合物的水解速率常数？解：Kh = KN + w KAH+ + w KBOH- = 1.6+0.1(010-8.4 +4.910-710-5.6) = 1.6 d-1

18、10.在试验水中牡蛎从水体吸收DDT的速率常数为69.09h-1，牡蛎消除DDT的速率常数为4.60610-3h-1，设水体中DDT浓度为0.01mg/L并保持恒定。求：（1）BCF；（2）牡蛎体内DDT的最大浓度；（3）牡蛎体内DDT浓度达到最大浓度的90%所需时间。解： ； ； 11.表层土壤中Cd含量为4 mg/kg，应用富集植物对其净化。植物体内Cd的平均含量为100 mg/kg，每公顷土地每次收获量植物为30 000 kg（干重），经过两次收获后，土壤中Cd的平均含量为多少mg/kg？(假定：土壤容重为1.5，即土壤的密度为1.5103 kg/m3，富集植物全部生长于土壤表层20cm内。)解：1公顷土壤总质量0.2 m10 0001.51033106 kg一次收获后土壤中Cd浓度WCdBCF100/3=33.3设：二次收获后土壤中Cd浓度为x，所以：x2.25 mg/kg