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- 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 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={[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-]项可以忽略不计,得到简化式:CT=α[碱度]当pH=6.5时,查教材P110表得α1=0.5845,α2=8.669×10-5,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.设加入的碳酸钠量为Δ[CO32-],则有CT + Δ[CO32-]=α′{[碱度] + 2Δ[CO32-]}即2.736 + Δ[CO32-]=1.018{1.6 + 2Δ[CO32-]}解得,Δ[CO32-]=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 5、具有2.00×10-3mol/L碱度的水，pH为7.00，请计算 [H2CO3*]、[HCO3-]、 [CO32-]和[OH-]的浓度各是多少？ 解：当PH=7.00时CO32-的浓度与HCO3- 的浓度相比可忽略，PH=7.00时，α=1.224 则[HCO3-]=[碱度]= 2.00×10-3mol/L，[H+]=[OH-]=1.00×10-7mol/L [H2CO3*]=[H+][HCO3-]／K=1.00×10-7×2.00×10-3/(4.45×10-7)=4.49×10-4 [CO32-]== K2×[HCO3-]/[H+]=4.69×10-11×2.00×10-3/(1.00×10-7)=9.83×10-7 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0.80mmol/L，若以等体积混合，问混合后的值是多少？ 解：PH=7.5时，α=1.069 α=0.06626 α1=0.9324 α2=1.38×10-3 CT=α×[碱度]=6.38×1.069=6.82 mmol/L PH=9.0时，α=0.9592 α=0.002142 α1=0.9532 α2=4.47×10-2 CT=α×[碱度]=0. 8×0.9592 =0.7674 mmol/L 等体积混合后： [H2CO3*]=0.5×（0.06626×6.82+0.002142