内容发布更新时间 : 2024/11/18 10:18:47星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
第三章 水环境化学
1、 什么是表面吸附作用,离子交换吸附作用和专属吸附作用 并说明水合氧化物对金属离子
的专属吸附和非专属吸附的区别.
(1)表面吸附:由于胶体表面具有巨大的比表面和表面能,因此固液界面存在表面吸附作用.胶体表面积越大,吸附作用越强.
(2)离子交换吸附:环境中大部分胶体带负电荷,容易吸附各种阳离子.胶体每吸附一部分阳离子,同时也放出等量的其他阳离子,这种作用称为离子交换吸附作用,属于物理化学吸附.该反应是可逆反应,不受温度影响,交换能力与溶质的性质,浓度和吸附剂的性质有关. (3)专属吸附:指在吸附过程中,除了化学键作用外,尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用.该作用不但可以使表面点荷改变符号,还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上.
(4)水合氧化物对金属离子的专属吸附与非金属吸附的区别如下表所示.
快速可逆请叙述氧化物表面吸附配合模型的基本原理以及与溶液中配合反应的区别。
2、 已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下:
Fe3+ + H2OFe(OH)2+ + H+ lgK1= - 2.16 Fe3+ + 2H2OFe(OH)2+ + 2H+ lgK2= - 6.74 Fe(OH)3(s) Fe3+ + 3OH- lgKso= - 38 Fe3+ + 4H2OFe(OH)4- + 4H+ lgK4= - 23 2Fe3+ + 2H2OFe2(OH)24+ + 2H+ lgK= - 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:
(1)K1=[Fe(OH)2+][H+]/ [Fe3+]=[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H+]2 p[Fe(OH)2+]=3 lgKW - lgKso + 2 pH - lgK1=2 pH - 1.84 (2)K2=[Fe(OH)2+][H+]2/ [Fe3+]=[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H+] p[Fe(OH)2+]=3 lgKW - lgKso + pH - lgK2=pH + 2.74 (3)Kso=[Fe3+][OH-]3=[Fe3+]KW3/[H+]3 p[Fe3+]=3 lgKW - lgKso + 3 pH=3 pH - 4
(4)K4=[Fe(OH)4-][H+]4/ [Fe3+]=[Fe(OH)4-][H+]KW3/ Kso p[Fe(OH)4-]=3 lg KW - lgK4 - lgKso - pH=19 - pH
(5)K=[Fe2(OH)24+][H+]2/ [Fe3+]2=[Fe2(OH)24+]KW6/ Kso2[H+]4 p[Fe2(OH)24+]=6 lg KW - lgK - 2 lgKso + 4 pH=4 pH - 5.09
用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系如下
4解释下列名词:分配系数;标化分配系数;辛醇-水分配系数;生物浓缩因子;亨利定律常数;水解速率;直接光解;光量子产率;生长物质代谢和共代谢.
(1)分配系数:在土壤-水体系中,土壤对非离子性有机化合物的吸着主要是溶质的分配过程(溶解),即非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中,并经过一定时间达到分配平衡,此时有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数.
(2)标化分配系数:有机化合物在颗粒物-水中的分配系数与颗粒物中有机碳呈正相关,以固相
有机碳为基础的分配系数即标化分配系数.
(3)辛醇-水分配系数:有机化合物的正辛醇-水分配系数(KOW)是指平衡状态下化合物在正辛醇和水相中浓度的比值.它反映了化合物在水相和有机相之间的迁移能力,是描述有机化合物在环境中行为的重要物理化学参数.KOW与化合物的水溶性,土壤吸附常数和生物浓缩因子等密切相关.
(4)生物浓缩因子:有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比. (5)亨利定律常数:通常可理解为非电解质稀溶液的气-水分配系数. (6)水解速率:反映某一物质在水中发生水解快慢程度的一个参数. (7)直接光解:化合物本身直接吸收太阳能而进行分解反应.
(8)光量子产率:分子被活化后,它可能进行光反应,也可能通过光辐射的形式进行\去活化\再回到基态,进行光化学反应的光子数占吸收光子数之比称为光量子产率.
(9)生长物质代谢和共代谢:生物降解过程中,一些有机污染物作为食物源提供能量和提供酶催化反应分解有机物,这称为生长物质代谢.某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源,必须有另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时,该有机物才能被降解,这种现象称为共代谢.
5请叙述有机物在水环境中的迁移,转化存在哪些重要过程.
(1)负载过程:污水排放速率,大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然水体均将直接影响污染物在水中的浓度. (2)形态过程:
①酸碱平衡:天然水中pH决定着有机酸或碱以中性态存在的分数,因而影响挥发及其他作用. ②吸着作用:疏水有机化合物吸着至悬浮物上,由于悬浮物质的迁移而影响它们以后的归趋. (3)迁移过程:
①沉淀-溶解作用:污染物的溶解度范围可限制污染物在迁移,转化过程中的可利用性或者实质上改变其迁移速率.
②对流作用:水力流动可迁移溶解的或者被悬浮物吸附的污染物进入或排出特定的水生生态系统.
③挥发作用:有机污染物可能从水体进入大气,因而减少其在水中的浓度.
④沉积作用:污染物被吸附沉积于水体底部或从底部沉积物中解吸,均可改变污染物的浓度. (4)转化过程:
①生物降解作用:微生物代谢污染物并在代谢过程中改变它们的毒性.
②光解作用:污染物对光的吸收有可能导致影响它们毒性的化学反应的发生. ③水解作用:一个化合物与水作用通常产生较小的,简单的有机产物.
④氧化还原作用:涉及减少或增加电子在内的有机污染物以及金属的反应都强烈地影响环境参数.
(5)生物累积过程:
①生物浓缩作用:通过可能的手段如通过鱼鳃的吸附作用,将有机污染物摄取至生物体.
②生物放大作用:高营养级生物以消耗摄取有机毒物进入生物体低营养级生物为食物,使生物体中有机毒物的浓度随营养级的提高而增大.请叙述有机物水环境归趋模式的基本原理。
第四章 土壤环境化学
1．什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用它们二者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。
根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。 （1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。
（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。
南方土壤中岩石或成土母质的晶格被不同程度破坏，导致晶格中Al3+释放出来，变成代换性Al3+，增加了土壤的潜性酸度，在一定条件下转化为土壤活性酸度，表现为pH值减小，酸度偏高。
2．土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。
土壤缓冲性能包括土壤溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能：
（1）土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液中H2CO3、H3PO4、H4SiO4、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类具有缓冲作用。以碳酸及其钠盐为例说明。向土壤加入盐酸，碳酸钠与它生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。
Na2CO3 + 2HCl2NaCl + H2CO3
当加入Ca(OH)2时，碳酸与它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土壤碱度的变化范围。