【正文】 了威脅。假設(shè)污染造成的水中 Cd2+的濃度為 20ppb，現(xiàn)在我們采用投加 NaOH以沉淀去除水中的鎘，已知可能產(chǎn)生的沉淀有 Cd(OH)2和 CdCO3，請(qǐng)問我們應(yīng)該將 pH值調(diào)節(jié)到多少才能達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)的要求（ 3ppb），鎘是以什么形式沉淀的？需要投加多少的 NaOH？如果投加碳酸鈉，又需要多少？請(qǐng)通過具體的 計(jì)算回答上述問題。 已知 Cd(OH)2 的溶度積常數(shù)為 1014， CdCO3的溶度積常數(shù)為 1012，水中碳酸鹽的總量（ H2CO HCO3和 CO32）為 2mmol/L，初始 pH 值 ， H2CO3 的離解常數(shù) pK1=，pK2=， Cd 的原子量為 112，且假定反應(yīng)過程中不考慮其它沉淀和配合物的影響。 3. 中譯英 hydrolysis hydration ligand coordination plex chelate polynuclear hydroxo plex monodentate ligand solubility product precipitation dissolution ageing hard and soft acidbase rules 水化學(xué)作業(yè) 2參考答案 4. 已知 FeCO3的 Ksp=，并且存在以下反應(yīng)平衡： 2 33 l gK = H C O Fe H C O? ? ?? 2 2 l gK = e H O F e O H H? ? ??? 2 3 3 l gK = CO H CO H??? 233 l gK = C O H C O? ? ?? 請(qǐng)計(jì)算 FeCO3 在純水中的溶解度以及水中各物種的濃度。 解答： 根據(jù)反應(yīng)平衡，可以得到以下方程： 223310[] [ ] [ ]K spFe C O C O?????? （ 1） 2[ ] 10 0 [ ] [ ]F e H CO F e H CO? ? ??? （ 2） 2 9 .5[ ] 1 0[][]FeF eO H H?????? （ 3） 1410[][ ] [ ]KwOH HH?????? （ 4） 16 .6 2 22 3 3[ ] 10 [ ] [ ]H C O H C O??? （ 5） 10 .3 233[ ] 10 [ ] [ ]H C O H C O? ? ?? （ 6） 同時(shí)存在質(zhì)量平衡和電荷平衡： 223 3 2 3 3 3[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]F e F e O H F e H CO F e H CO H CO H CO CO? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 7） 3 3 32 [ ] [ ] [ ] [ ] 2 [ ] [ ] [ ]F e F e O H F e H CO H CO H CO O H? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 8） 簡化（ 7）式，得到： 222 3 3 3[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]F e F e O H H CO H CO CO? ? ? ?? ? ? ? （ 9） 通過（ 8） （ 9），得到： 3 3 2 3[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]F e F e H CO H CO O H H CO? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 10） 把以上各物種都以 [CO32]和 [H+]表示，代入式（ 9）和（ 10），分別得到： 1 0 . 4 5 1 9 . 9 5 1 6 . 6 2 2 1 0 . 3 2 23 3 322331 0 1 0 1 0 [ ] [ ] 1 0 [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] H C O H C O C OC O C O H?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? （ 11） 1 0 . 4 5 1 41 . 8 5 2 1 6 . 6 2 233231 0 1 01 0 [ ] [ ] [ ] 1 0 [ ] [ ][ ] [ ]H H C O H C OC O H? ? ? ? ???? ? ? ? ? (12) 簡化（ 11）式，得到 1 0 . 4 5 1 9 . 9 523 1 6 . 6 2 1 0 . 31 0 [ ] 1 0[] [ ] ( 1 0 [ ] 1 0 [ ] 1 )HCO H H H? ? ??? ? ??? ?? （ 13） 再將（ 13）式代入（ 12）式。 用 EXCEL 等計(jì)算，任意設(shè)定 pH 值， 計(jì)算 (12)式的左邊和右邊，計(jì)算（左邊 — 右邊）的差值，找到使此差值正負(fù)號(hào)發(fā)生變化的 pH 值，精確到 。 通過計(jì)算，得到最終的 pH 值為 之間。 如以 計(jì)算，可以得到各物種的濃度如下： 25[ ] 10 /Fe m ol L???? 83[ ] 4. 46 7 10 /F e H CO m ol L???? 6[ ] 8 .9 8 7 1 0 /F e O H m o l L???? 823[ ] 3 .1 3 6 1 0 /H CO m o l L??? 53[ ] 10 /H C O m ol L???? 263[ ] 79 10 /C O m ol L???? FeCO3的溶解度為 10 /mol L?? 5. 2022 年在廣東發(fā)生了重金屬 Cd2+的水污染事件，影響到人們的飲水安全，也給河流生態(tài)系統(tǒng)帶來了威脅。假設(shè)污染造成的水中 Cd2+的濃度為 20ppb，現(xiàn)在我們采用投加 NaOH以沉淀去除水中的鎘，已知可能產(chǎn)生的沉淀有 Cd(OH)2和 CdCO3，請(qǐng)問 a) 我們應(yīng)該將 pH 值調(diào)節(jié)到多少才能達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)的要求（ 3ppb），鎘是以什么形式沉淀的？ b) 需要投加多少的 NaOH？ c) 如果投加 Na2CO3，又需要多 少？ 請(qǐng)通過具體的計(jì)算回答上述問題。 已知 Cd(OH)2 的溶度積常數(shù)為 1014， CdCO3的溶度積常數(shù)為 1012，水中碳酸鹽的總量（ H2CO HCO3和 CO32）為 2mmol/L，初始 pH 值 ， H2CO3 的離解常數(shù) pK1=，pK2=， Cd 的原子量為 112，且假定反應(yīng)過程中不考慮其它沉淀和配合物的影響。 解答： （ 1） 以 CdCO3的形式沉淀， pH 值大約為 。 為什么？ 方法一： 由題意，有 CTC＝ 2103mol/L，沉淀平衡后 [Cd2+]=(3 106)/112＝ 108mol/L 22( ) 2C d O H C d O H??? 2 2 1 42( ( ) ) [ ] [ ] 2 .2 1 0spK Cd O H Cd O H? ? ?? ? ?…… ① 2233CdCO Cd CO??? 2 2 1 233( ) [ ] [ ] 5. 2 10spK CdCO Cd CO? ? ?? ? ? …… ② 計(jì)算當(dāng) [Cd2+]＝ 108mol/L 滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)應(yīng)平衡 ① ② 的 pH： ? 平衡 ① ： 14 382 .2 1 0[ ] 0 .9 0 6 1 0 /2 .6 8 1 0O H m o l L?????? ? ??，即 1 14 10. 96pH pO H? ? ? ? 平衡 ② ： 12243 85 . 2 1 0[ ] 1 . 9 4 1 0 /2 . 6 8 1 0C O m o l L?????? ? ?? 又由 2 1232 2 1 1 2[] [ ] [ ]TCTC C K KC O C H K H K K?? ???? ??， 可試算得到 [H+]= 1010mol/L，即 pH2＝ 同理，可以計(jì)算出初始 [Cd2+]0=(20 106)/112＝ 107mol/L 時(shí)，平衡 ① ② 對(duì)應(yīng)的pH： pH1’=， pH2’=。由于 pH1’ pH2’， pH1pH2，因此，隨著 NaOH 的逐步投加，CdCO3 首先沉淀出來，直至滿足水質(zhì)要求時(shí)，也是以 CdCO3為主，此時(shí) pH 為 。 方法二： 22( ) 2C d O H C d O H??? 2 2 1 42( ( ) ) [ ] [ ] 2 .2 1 0spK Cd O H Cd O H? ? ?? ? ?…… ① 2233CdCO Cd CO??? 2 2 1 233( ) [ ] [ ] 5. 2 10spK CdCO Cd CO? ? ?? ? ? …… ② 由平衡 ① 可得 Cd(OH)2 沉淀的 p[Cd2+]與 pH 的關(guān)系 14 142 14 2142 2 10 10[ ] 10 [ ] 10[] ()[]Cd HOHH?????????? ? ? ? ?? 由平衡 ② 以及 2 1232 2 1 1 2[] [ ] [ ]TCTC C K KC O C H K H K K?? ???? ??也可得到 CdCO3 沉淀的p[Cd2+]與 pH 的關(guān)系 1 2 1 2 2 6 . 3 ( 6 . 3 1 0 . 3 )22 3 ( 6 . 3 1 0 . 3 )35 . 2 1 0 5 . 2 1 0 ( [ ] 1 0 [ ] 1 0 )[] [ ] 2 1 0 1 0HHCd CO? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ??? ?? 用 Excel 描點(diǎn)做出上述兩條曲線見 Excel 文件。 由于 20 ppb Cr2+對(duì)應(yīng) p[Cd2+]＝ ， 3ppb 對(duì)應(yīng) p[Cd2+]＝ ，因此在圖上找到該濃度與兩曲線的交點(diǎn)，可以得到，在 pH 約為 時(shí)， CdCO3 開始沉淀，至 pH 約 時(shí)可以達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在此 pH 范圍內(nèi)，沉淀均以 CdCO3為主，要滿足要求，需將 pH 調(diào)節(jié)至 附近。 （ 2） NaOH投加量計(jì)算 由（ 1）可知，沉淀為 CdCO3。由于投加強(qiáng)堿，碳酸鹽含量的變化只是沉淀 Cd2+而減少的量，所以平衡時(shí)的碳酸鹽含量： 362 0 32 1 0 1 0 ( / )112Tc m o l L???? ? ? ? 而平衡時(shí) 28[ ] 10 /C d m ol L???? 122423 85 .2 1 0[ ] 1 .4 9 0 3 1 0 /2 .6 8 1 0Tc C O m o l L??????? ? ? ?? 由上可以求算對(duì)應(yīng)的 pH=。 平衡時(shí)存在以下電荷平衡（ 假定水中沒有其它帶電物種 ， NaOH 的投加只引起碳酸鹽分布及pH 值的變化 ）： 22 33[ ] [ ] 2 [ ] [ ] [ ] 2 [ ]Na H Cd O H H CO CO? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 設(shè)投加的 NaOH為 C，帶入上式，得到： 22 13[ ] 2 [ ] [ ] 2 [ ]TC H Cd O H c CO?? ? ? ?? ? ? ? ? 上式中，除 C外，其它各項(xiàng)已知，所以求得 NaOH的投加量為： 42. 21 4 10 /C m ol L??? （ 3）碳酸鈉投加量計(jì)算 由以上計(jì)算可以推測投加碳酸鈉時(shí)，也是以 CdCO3 的形式沉淀。 則，平衡時(shí)，有： 28[ ] 10 /C d m ol L???? 12243 85 .2 1 0[ ] 1 .4 9 0 3 1 0 /2 .6 8 1 0C O m o l L?????? ? ?? 假定平衡時(shí)的總碳酸鹽含量為 cT，而投加的碳酸鈉量為 C，則它們之間存在如下關(guān)系： 632 0 3 1 0 2 1 0112TcC ???? ? ? ? ? 同時(shí)存在質(zhì)量平衡，即： 2[ ] 2Na C? ? 電荷平衡（ 假定水中沒有其它帶電物種 ）： 22 33[ ] 2 [ ] [ ] [ ] 2 [ ] [ ]Na Cd H H CO CO O H? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 先把上式各項(xiàng)都以 cT和 [H+]表示， 146 3 8122 1 7 1 02 1 0 4 1 0 2 2 . 6 8 1 0 [ ] 21 1 2 [ ]T T Tc H c c H???? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 再將： 122423 85 .2 1 0[ ] 1 .4 9 0 3 1 0 /2 .6 8 1 0Tc C O m o l L??????? ? ? ??代入上式，并用 2? 表示 cT，用EXCEL 的計(jì)算功能，試算得到： pH 在 之間，需要投加的碳酸鈉量為 。 6. 名詞翻譯 hydrolysis 水解 hydration 水化 ligand 配體 coordi