环境化学作业及答案

1.举例说明环境分析化学在发现环境问题中的重要性，并介绍解决这一基本问题的思路？

答：任何人工合成或天然存在的化学品或微生物，由于具有广泛的生产和使用，它们有进入环境的巨大潜力并可引起已知或可疑的生态毒理效应和健康危害。

2.什么是胶体物质的电荷零点？现在已知无机磷在氢氧化铝胶体表满发生专一性吸附，请问此时ZPC如何变化？有一同学用NaCl溶液来提取胶体上吸附的磷，发现效果不明显，请问改用更高浓度的NaCl溶液提取，效果会不会提高，为什么？

答：在某一pH值条件下，当胶体所带负电荷和正电荷的数量相等时，胶体的净电荷为零，这时的pH为胶体的电荷零点。氢氧化铝胶体带负电荷，无机磷在其表面发生专一性吸附，会使胶体带的负电荷更多，导致它的ZPC变大。用高浓度的NaCl溶液提取不会提高效果，因为无机磷在胶体上发生的是专一性吸附，用通常的阳、阴离子提取不能，只有亲和力更强的阳、阴离子才能取代。

3.提取颗粒物中交换性金属离子，常采用（1）1mol/L MgCl2(pH 7.0), (2)1mol/L NH4Cl (PH 7.0), (3)1mol/L NH4Ac (PH 7.0),说明其优缺点？

答：MgCl2的水解电离效果很好，很容易交换金属离子，但是这需要溶液体系在pH 小于或等于7的条件下，大于7时会生成氢氧化镁沉淀；NH4Cl：氯化铵水解离子方程式为：NH4+＋H2O＝NH3·H2O＋H+

4. 在还原性的水体中汞污染主要是以硫化汞还是甲基汞的形式出现，它又是以何种形态被人体吸收的？

答：以硫化汞的形式出现，汞的甲基化过程在嫌气条件下本易于发生，但是水体在嫌气条件下产生硫化氢气体，而硫离子非常易与汞离子生成硫化汞沉淀，所以汞的甲基化作用会被削弱。以甲基汞形态被人体吸收。

5. 请问砷在环境以那些形态存在，并说说每种形态存在的条件？

答：(1)在天然水体中，砷的存在形态为H2AsO4-、HAsO42-、H3AsO3和H2AsO3-。在天然水表层中，由于溶解氧浓度高，pE 值高，pH 值在4-9之间，砷主要以五价的H2AsO4- 和HAsO42-形式存在；在pH ＞12.5的碱性水环境中，砷主要以AsO43-形式存在。在pE ＜0.2，pH ＞4的水环境中，则主要以三价的H3AsO3和H2AsO3-形式存在。以上这些形态的砷都是水溶性的，它们容易随水发生迁移。

(2) 在土壤中，砷主要与铁、铝水合氧化物胶体结合的形态存在，土壤的氧化还原电位（Eh ）和pH 值对土壤中砷的溶解度有很大的影响。土壤的Eh 降低，pH 值升高，砷的溶解度增大。

6. 胶体表面配位过程采用简单的双层结构模型来表示，现有一三价阳离子在含有羟基的胶体表面进行双基配位，请写出这一配位平衡的内禀平衡常数。

()()[]()[][]

()()[]()[][]+-+++-+-+++++++++++??????-=??????-=??????-=+-=+322232-2324232-32232-22

32-32000SO SO SO 2))SO (()(aq RT F aq RT F aq RT F aq S S M M S S M SOH e H M e M SOH e H M M SOH H M K ，K H M M SOH ψψψ

7. 有一POPs 在水环境中的半衰期为60d （20℃），在土壤环境中位180d （20℃）,假设这一污染物在环境中的归趋符合生物降解一级反应动力学过程，写出该污染物在两种环境介质中降解的微分动力学方程（25℃），污染物分子式位200，在（25℃）的水环境中经过30d 残留浓度为5 mg/L ，请问该污染物进入水体中的初始浓度

答：该污染物降解符合生物降解一级反应动力学过程，b K t 2ln 21=，所以在水中和土壤中的降解速率常数分别为11d 01155.060693.0-==b K ，132d 1085.3--?=b K ，所以污染物在两种介质中的微分动力学方程为：

在水环境：c dt dc 01155.0=-；

在土壤环境：c dt dc 3

1085.3-?=-。 t K c c b 10ln ln -=，3001155.05ln ln 0?+=c ，0c =7.07 mg/L

8. 大气中CO2的含量为0.0314%（体积），已知CO2的亨利常数为3.34 ×10-7mol/ (L ·Pa),请问在天然水体中HCO3的浓度是多少（25℃ ph8.0）,假设在这一水体中加入一定量的酸使碱度下降为3×10-4 mol/L,此时水中pH 为多少？答：（1）水在25℃时蒸汽压为0.03167×105Pa ，用亨利定律计算CO2在天然水体中摩尔浓度为：

2CO P =(1.013-0.03167) ×105×0.0314%=30.8 Pa

[CO 2]= 3.34 ×10-7mol/ (L ·Pa) ×30.8 Pa=1.028×10-5mol/ L

作为开放体系，溶液中碳酸形态总量C T 与水中溶解的CO2的关系为：

[][][][][]L mol 4-5-8-7

-CO H CO H 011T -

3CO H 002T 0

T 232104.575101.02810104.45P K H K P K C HCO P K 1

CO C C CO CO H 2

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?=???=??=??==??====+*ααααααα（2）总碱度 = [HCO 3-]+2[CO 32-]+[OH -]-[H +] ，在pH=8时，[CO 32-]相对于[HCO 3-]而言可以忽略不计，[OH -]=10-6 mol/ L ，总碱度 = [HCO 3-]=4.575×10-4 mol/ L ，

在这一水体中加入一定量的酸使碱度下降为3×10-4 mol/L ，水体的pH 应该变化不大，仍然在6-8之间。当pH 在5-9范围内、[总碱度]≥10-3mol/L 或pH 在6-8范围内、[总碱度] ≥10-4mol/L 时，[H+]、[OH-]项与[总碱度]比可忽略不计，得到简化式：C T =α[总碱度] ，

当pH=8.0时，查表得α1= 0.9736，α2= 4.566×10-3，α= 1.018，C T =α[总碱度]= 1.018× 4.575×10-4= 0.466mmol/L ；若加酸，C T 不变，[总碱度]= 3×10-4 mol/L ，α= C T /[总碱度]=1.55，查表知，pH 在6.6左右。

9. 以南湖沉积物为底质，以蒸馏水为上覆水做实验，沉积物不种菹草（对照）和种菹草（处理），在120d 后，对照和处理上覆水中钙浓度分别为1.66 m mol/L,

1.69 m mol/L, pH 分别为8.43, 9.69，所得SRP 浓度分别为1.74×10-6, 5.81×10-7,已知在检验pH 下，水中P 以HPO42-形态存在，计算此时对照与处理的CaHPO4, Ca4H(PO4)3的离子积，并与他们的溶度积比较，说明其物理意义，CaHPO4，KSP=10-6.90，Ca4H(PO4)3, KSP=10-49.60，H3PO4，K=4.4×10-13。

答：

10. 在较高的PE 和pH 7.0条件下，水中硝酸根与亚硝酸根分别呈现上升及下降的趋势，已知在这一PE 和PH 范围内，lg[NO3-] = -18.30+2PE, lg[NO2-]= 10.32 - 2PE,请问在任一状态下此系统的PE 为多少？

答：在较高的PE 和pH 7.0条件下，由题目中的条件知道，NO 2-是这时水体无机

N 的主要形态。

在NO 2-占优势的范围内，lg[NO 3-]可以从下面的反应中得到：

O H NO e H NO 223212121+?++-+-

[][][]()2

122130lg -+-+=NO H NO pe pe ，[]L mol H /107-+=，[]

L mol NO /1000.142--?= [][]15.1430

.1810210

22lg 27lg 00032130=-=+-+-=+-+=--

pe pe pe pe NO NO pe pe