发布时间 : 星期一 文章广工845环境化学 计算题总结更新完毕开始阅读fae4ec77c850ad02de804186
2、标化分配系数
有机毒物在沉积物(或土壤)与水之间的分配，分配系数(Kp)：Kp=cs /cw 式中：cs 、cw—分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度。 有机物在水与颗粒物之间平衡时总浓度可表示为：cT = cs·cp+cw
式中：cT—单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总和ug / L；cs—有机毒物在颗粒物上的平衡浓度，ug／kg；cp—单位溶液体积上颗粒物的浓度kg／L；cw—有机毒物在水中的平衡浓度，ug／L。 此时水中有机物的浓度(cw)为：cw =cT / (Kp cp十
1)
●一般吸附固相中含有有机碳，标化分配系数(Koc) Koc = Kp／Xoc
式中：Koc——标化分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数；Xoc——沉积物中有机碳的质量分数。
●若进一步考虑到颗粒物大小产生的影响，其分配系数Kp则可表示为：Kp = Koc [0.2 (1—f ) Xocs+f Xocf ]
式中：f —细颗粒的质量分数(d<50μm)；Xocs—粗沉积物组分的有机碳含量；Xocf—细沉积物组分的有机碳含量。
●Koc与水—有机溶剂间的分配系数的相关关系。
Koc与辛醇—水分配系数Kow的相关关系： Koc = 0.63Kow
式中：Kow—辛醇—水分配系数，即化学物质在辛醇中浓度和在水中浓度的比例。
●辛醇—水分配系数Kow和溶解度的关系：1gKow=5.00－0.671g(Sw×103／M)
式中：Sw—有机物在水中的溶解度，mg / L；M—有机物的分子量。 理清上述一些变量之间的关系：Sw\\M→Kow
→Koc →Kp
6.水解作用 是有机化合物与水之间最重要的反应。在反应中，化合物的官能团X-和水中的OH-发生交换，整个反应可表示为：RX+H-OH(H2O)→ROH+HX。
水解速率可表示为：RH = Kh[C] = {KA[H+] + KN + KB[OH－]}[C]
式中：KA、KB、KN—分别为酸性催化、碱性催化和中性过程的二级反应水解速率常数；Kh—在某一pH值下准一级反应水解速率常数，又可写为：Kh = KA[H+] + KN + KBKw / [H+] KA、KB和KN可从实验求得
考虑吸附作用的影响：只有溶解态才会受到酸碱作用控制 水解速率常数(Kh)可写为：Kh=[KN+a w(KA[H+]+KB[OH－])
式中：KN—中性水解速率常数，s－1；a w—有机化合物溶解态的分数；KA—酸性催化水解速率常数，L/(mol·s)；KB—碱性催化水解速率常数，L/(mol·s)。
4．亨利定律：是表示当一个化学物质在气—液相达到平衡时，溶解于水相的浓度与气相中化学物质浓度
(或分压力)关系，亨利定律的一般表示式：
? G(aq)=KHP（G(aq)—mol／m3，P—Pa，KH—亨利常数mol*m-3 Pa-1）
? 或者P = KHCw(式中：P—污染物在水面大气中的平衡分压，Pa；Cw—污染物在水中平衡浓度，
mol／m3；KH—亨利定律常数，Pa*m3／mol)。
这里，采用第二种形式，则可以知道，如果大气中存在某种污染物，其分压为P，那么在水中的溶解形成的浓度：Cw=P/KH。 亨利常数：
? 一般方法：KH’=C／Cw（C—有机毒物在空气中的摩尔浓度，mol／m3；KH’—亨 利定律常数的替换形式，无量纲）。KH’=KH／(RT)=KH／(8.31T) 式中：T—水的绝对温度，K；R—气体常数。
? 对于微溶化合物(摩尔分数≤0.02)，亨利定律常数的估算公式：KH = ps*Mw／Sw
式中：ps—纯化合物饱和蒸汽压，Pa；Mw—分子量；Sw—化合物在水中溶解度，mg/L。
4、生物降解速率计算
计算题：重点把第三章后面的习题做完
1、键能与辐射光的波长的计算，判断能否光解 2、pC-pE的计算、pC-pH的计算、pE计算
3、碳酸平衡关系及[H2CO3*]、[HCO3–]和[CO32–]计算及推理过程
1．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：
（1）封闭体系（溶解性CO2与大气没有交换）中存在下列平衡
CO2 + H2O H2CO3* pK0=1.46
-+
H2CO3* HCO3 + H pK1=6.35
-2-+
HCO3 CO3 + H pK2=10.33
-+2-+-其中 K1=[HCO3][H] / [H2CO3*] ，K2=[CO3][H] / [HCO3]
用α0、α1和α2分别表示三种碳酸化合态在总量中所占比例，得下面表达式
-2-α0= [H2CO3*]/{[H2CO3*] + [HCO3] + [CO3]}
--2-α1= [HCO3]/{[H2CO3*] + [HCO3] + [CO3]}
2--2-α2= [CO3 ]/{[H2CO3*] + [HCO3] + [CO3]} 把K1、K2的表达式代入以上三式，得
++2-1
α0= (1 + K1/[H] + K1K2/[H])
++-1
α1= (1 + [H]/ K1 + K2/ [H] )
+2+-1
α2= (1 + [H]/ K1K2 + [H]/ K2)
-2-设CT = [H2CO3*] + [HCO3] + [CO3]，则有
++2-1
[H2CO3*] = CT(1 + K1/[H] + K1K2/[H])
-++-1
[HCO3] = CT(1 + [H]/ K1 + K2/ [H] )
2-+2+-1
[CO3 ] = CT(1 + [H]/ K1K2 + [H]/ K2)
（2）开放体系中CO2在气相和液相之间平衡，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为PCO2和pH的函数。
依亨利定律：[CO2(aq)]＝KH·PCO2
溶液中，碳酸化合态相应为：
CT = [CO2]/ α0= KH·PCO2/ α0
-+
[HCO3]= (α1/ α0 )KH·PCO2= (K1/[H])KH·PCO2
2-+2
[CO3]= (α2/ α0 ) KH·PCO2= (K1K2/[H])KH·PCO2
-2-（3）比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3]、[CO3]等可随pH
-2-值变化，但总的碳酸量CT始终不变。而对于开放体系CT、[HCO3]、[CO3]均随pH值改变而变化，但[H2CO3*]总保持与大气相平衡的固定数值。
2．在一个pH为6.5、碱度为1.6mmol/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强碱进行碱化，又需加入多少碱?
++
解：总碱度＝KW/ [H] + CT(α1 + 2α2) - [H]
CT＝
1+-{[总碱度] + [H] - [OH]} ?1?2?2令α＝
1
?1?2?2-3
+
-
当pH在5～9范围内、[碱度]≥10mol/L时, [H]、[OH]项可以忽略不计,得到简化式：CT＝α[碱度]
-5
当pH＝6.5时，查教材P110表得α1＝0.5845，α2＝8.669×10，则α＝1.71，CT ＝α[碱度]＝1.71×1.6＝2.736mmol/L
若加入碳酸钠将水的pH升至8.0，查表得α′＝1.018，此时CT值与碱度值均有变化。设加
2-入的碳酸钠量为Δ[CO3]，则有
2-2-CT + Δ[CO3]＝α′｛[碱度] + 2Δ[CO3]｝
2-2-即2.736 + Δ[CO3]＝1.018｛1.6 + 2Δ[CO3]｝
2-解得，Δ[CO3]＝1.069 mmol/L
若加入氢氧化钠将水的pH升至8.0，其CT值并不变化，可得：
[碱度] ＝CT/ α′＝2.736/1.018＝2.688 mmol/L 碱度增加值就是应加入的氢氧化钠强碱量：
-
Δ[OH]＝2.688－1.6＝1.088 mmol/L
4．已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下：
3+2++Fe + H2OFe(OH) + H lgK1＝ - 2.16 3+++Fe + 2H2OFe(OH)2 + 2H lgK2＝ - 6.74
3+-Fe(OH)3(s) Fe + 3OH lgKso＝ - 38
3+-+ Fe + 4H2OFe(OH)4 + 4H lgK4＝ - 23 3+4++ 2Fe + 2H2OFe2(OH)2 + 2HlgK＝ - 2.91 请用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系。 解：
2++3+2+3+2
（1）K1＝[Fe(OH)][H]/ [Fe]＝[Fe(OH)]KW/Kso[H]
2+
p[Fe(OH)]＝3lgKW - lgKso + 2pH - lgK1＝2pH - 1.84
++23++3+
（2）K2＝[Fe(OH)2][H]/ [Fe]＝[Fe(OH)2]KW/Kso[H]
+
p[Fe(OH)2]＝3lgKW - lgKso + pH - lgK2＝pH + 2.74
3+-33+3+3
（3）Kso＝[Fe][OH]＝[Fe]KW/[H]
3+
p[Fe]＝3lgKW - lgKso + 3pH＝3pH - 4
-+43+-+3
（4）K4＝[Fe(OH)4][H]/ [Fe]＝[Fe(OH)4][H]KW/ Kso
-
p[Fe(OH)4]＝3lg KW - lgK4 - lgKso - pH＝19 - pH
4++23+24+62+4
（5）K＝[Fe2(OH)2][H]/ [Fe]＝[Fe2(OH)2]KW/ Kso[H]
4+
p[Fe2(OH)2]＝6lg KW - lgK - 2lgKso + 4pH＝4pH - 5.09
4. 在一个pH为6.5，碱度为1.6mmol/L的水体中，若加入碳酸钠使其碱化，问每升中
需加入多少的碳酸钠才能使水体pH上升至8.0,。若用氢氧化钠强碱进行碱化，每升中需加多少碱？
(1) 查表知pH = 6.5时, α= 1.710
CT = [碱度]×α = 1.6×1.710 mmol/l = 2.736mmol/l 。 设加入的Na2CO3为n mmol/l
查表知：当pH = 8.0时, α` = 1.018
CT ` = CT + n ----------(1) CT `= [碱度]`×α` --------(2) [碱度]`= 1.6 +2 n --------(3) 由 (1)、（2）和（3）解得：n = 1.07 mmol/l 。 （2）∵加入NaOH后CT不变
[碱度]?CT??2.736?2.688mmol/L 1.028碱度的增加值就应是加入的NaOH的量。
△A = [碱度]` － [碱度] = 2.688 － 1.6 = 1.088mmol/l
5、具有2.00×10ˉ3mol/L碱度的水，pH为7.00，请计算[H2CO3*],[HCO3ˉ], [CO32ˉ]和[OHˉ]的浓度各是多少？
--解:当pH = 7.00时,CO3的浓度与 HCO3的浓度相比可以忽略,查表pH = 7.00时, α= 1.224,
--3
则[HCO3] = [碱度] = 2.00×10mol/l/l。 +--7
[H] = [OH] = 10 mol/l。
※+--7-3-7-4
[HCO3] = [H][HCO3]/K1 = 1.00×10×2.00×10/(4.55×10) = 4.49×10mol/l。
--+-11-3-7-7
[CO3] = K2[HCO3]/[H] = 4.69×10×2.00×10/(1.00×10) = 9.38×10 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0.80mol/L,若以等体积混合，问混合后的pH是多少？
解: 查表 pH = 7.5时, α1 = 1.069, pH = 9.0时, α2 = 0.9592;
CT1 = [碱度]×α1 = 6.38×1.069 = 6.82 mmol/l CT2 = [碱度]×α2 = 0.80×0.959 = 0.767 mmol/l;
混合后CT?[碱度]?CT1?CT26.82?0.77??3.79mmol/L 226.38?0.80?3.59mmol/L
2??CT3.79??1.005 查表知pH = 7.58
[碱度]3.596.在试验水中某鱼体从水中吸收有机污染物质A的速率常数为18.76h-1,鱼体消除A的速率常数为2.38×10-2h-1；设A在鱼体内起始浓度为零，在水中的浓度可视作不变。计算A在该鱼体内的浓缩系数及其浓度达到稳态浓度95%时所需的时间。（788.2；5.24d）
解：∵A在鱼体内的起始浓度为零，且在水中的浓度可视为不变，相当于t→∞时， BCF = Cf/Cw = ka/ke
∴ BCF = ka/ke = 18.76/2.38×10-2 = 788.2；
?Cf?kCkaCW[1?exp(?ket)] 稳态浓度为 aW
keke?0.95kaCWkC?[1?exp(?ket)]aW keke得：0.95 = 1－ exp(-2.38×10-2t) 0.05 = exp(-2.38×10-2t)
两边取ln得：-2.996 = - 2.38×10-2 t ,解得：t = 125.88(h) = 5.25(d)。