1、对流层和平流层中臭氧各自特征?
答:①地球上90%的臭氧在平流层,10%在对流层;
②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;
③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;
④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;
⑤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:
3
2420nm
2O O O O NO h N0→+??
+??→?+<ν
2、2、已知某污染大气中HO2自由基的浓度为:7.56×10-15molcm-3,HO2与SO2反应:HO2+SO2→HO+SO3
反应速率k=9×10-16 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τ,计算τ值? 解:(1)根据SO2在单位时间的转化百分数可知
]SO ][X [k dt
]
SO [d 22-= HO 2·与SO 2反应:
t
]HO [k 0
2t
22222e ]SO []SO []SO ][HO [k dt
]
SO [d -=-=
于是1h 二氧化硫转化的百分数为
%
100)e 1(]SO []SO []SO [t ]HO [k 0
20
21h t 22?-=--
-=
已知k=9×10-16 cm3个-1s-1=6.022×1023×9×10-16cm-3mol-1s-1 =5.4198×108 cm-3mol-1s-1 所以:
%
479.1%
100)e 1(%
100)e 1(]SO []SO []SO [3600
1056.7104198.5t ]HO [k 0
20
21h t 215
8
2=?-=?-=--
????--=-
(2)
]SO [e
1
]SO [e ]SO []SO [22t
]HO [k 02t
22=
=-τ
k[SO2]t=1
t=1/5.4198×108×7.56×10-15=2.44×105s=67.8h 第三章 水环境化学
4、在一个pH 为6.5,碱度为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 = ][][][2][233+----++H OH CO HCO
总碱度 =
]
[]/[)2(21++-++H H K c W T αα
令
2
121ααα+=
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:
][碱度α=T c
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:
)26.1()(0.8x x c T +=+α
即 )26.1(018.1)6.1710.1(x x +=+? 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: )6.1(0.8x c T +=α
解之,得:x = 1.088mmol/L
5、具有2.00×10-3mol/L 碱度的水,pH 为7.00,请计算[H 2CO 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]= 2.00×10-3mol/L [OH-]=1.00×10-7mol/L
根据酸的离解常数K 1,可以计算出H 2CO 3*的浓度: [H 2CO 3*]=[H +][HCO 3-]/K 1
=2.00×10-3×10-7/(4.45×10-7) =4.49×10-4mol/L
代入K 2的表示式计算[CO 32-]: [CO 32-]=K 2[HCO 3-]/[H +]
=4.69×10-11×2.00×10-3/1.00×10-7 =9.38×10-7
mol/L
6、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0.80 mmol/L ,若以等体积混合,问混合后的pH 值是多少? 解: 水A 的L
mmol C A /82.638.6069.1][5.7=?=?=碱度α
水B 的
L
mmol C B /77.080.09592.0][0.9=?=?=碱度α
水A 、水B 以等体积混合后,L
mmol C C C B A /795.321
=+=)(总
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:
L
m m o l H C O CO H C /795.3][][332=+=-
*总
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:
L
mmol HCO /59.380.038.621
][][3=+==-)(碱度
则,L mmol HCO C CO H /195.0][][332=-=-*
总
根据 615.724.135.6]
[]
[lg 3321=+=-=-
*
HCO CO H pK pH 混合后水体的pH 是7.62。
7、溶解1.00×10-4mol/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Fe 2(OH)24+。请计算平衡时该溶液中[Fe 3+]、[Fe(OH)2+]、[Fe(OH)2+]、[H +]和pH 。
解:L /mol 101])OH (Fe []FeOH []Fe [C 4223Fe ,T -+
++?=++= ①
++++?+H )OH (Fe O H Fe 223
[Fe(OH)2+]=K 1[Fe 3+]/[H +] ②
++
++?+2H )OH (Fe O 2H Fe 223
[Fe(OH)2+]=K 2[Fe 3+]/[H +]2 ③ 将式②、③带入式①
[Fe 3+]+ K 1[Fe 3+]/[H +]+ K 2[Fe 3+]/[H +]2=1×10-4mol/L 根据溶度积原则 [Fe 3+][OH -]3=Ksp=10-38 [Fe 3+]=104[H +]3 ⑤ 联立④⑤,解之得 [Fe 3+]=6.24×10-5mol/L [H +]=10-2.72mol/L pH=2.72
[Fe(OH)2+]=2.29×10-5mol/L [Fe(OH)2+]=8.47×10-6 mol/L
18、已知Fe 3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下:
++++?+H )OH (Fe O H Fe 223 ++
++?+2H )OH (Fe O 2H Fe 223 -++?3OH Fe )s ()OH (Fe 33 +-++?+4H )OH (Fe O 4H Fe 423 ++++?+2H )OH (Fe O 2H 2Fe 42223
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)++++?+H )OH (Fe O H Fe 223
3w
3
sp 3
-sp 3K
]H [K ]
[OH K ][Fe ++
=
=
-lg[Fe 3+]=-lgKsp+3pH+3lgKw
p[Fe3+]=pKsp+3pH-3×14=38+3pH-42=3pH-4 (2)++
++?+2H )OH (Fe O 2H Fe 223
]
[Fe ]
H [][Fe(OH)K 321+
++= pK1+p[Fe3+]=p[Fe(OH)2+]+pH 2.16+3pH-4=p[Fe(OH)2+]+pH p[Fe(OH)2+]=2pH-1.84
(3) +
+
++?+2H )OH (Fe O 2H Fe 223
]
[Fe ]H [][Fe(OH)K 32
22+
++
= pK 2+p[Fe 3+]=p[Fe(OH)2+]+2pH p[Fe(OH)2+]=2.74+pH
(4) +
-
++?+4H )OH (Fe O 4H Fe 423
]
[Fe ]H [][Fe(OH)K 34
44++-
=
pK 4+p[Fe 3+]=p[Fe(OH)4-]+4pH p[Fe(OH)4-]=19-pH
(5) ++
+
+?+2H )OH (Fe O 2H 2Fe 42
223
]
[Fe ]H [](OH)[Fe K 32
4225+++
=
pK 5+p[Fe 3+]=p[Fe 2(OH)24+]+4pH p[Fe 2(OH)24+]=2pH-5.1
25、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