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1.环境化学的定义：环境化学是一门研究潜在有害化学物质在环境介质中的存在、行为、效应（生态效应、人体健康效应及其它环境效应）以及减少或消除其产生的科学”。
作用：（1）查明有害物在环境介质中浓度水平和形态分布(介质存在)；（2）查明有害物的迁移转化和归宿(环境行为)；（3）查明有害物对生态和人体作用的途径、方式、程度和风险(环境效应)；（4）探索有害物已造成的影响或防止它们可能造成影响的方法和途径(环境控制)。
特征：（1）以微观研究宏观：从原子、分子水平，研究宏观环境圈层中环境现象和变化机制；（2）研究对象复杂：既有人为来源的也有天然来源的，处于环境开放体系内，多种环境因素同时相互作用，其研究需要多学科的结合。
（3）物质水平低：mg/kg(ppm,10-6)、ug/kg(ppb,10-9)、甚至ppt,10^(-12)2.环境化学的分支：环境分析化学各圈层的环境化学污染（环境）生态化学环境理论化学污染控制化学第一章1.2环境污染物9类污染物：(1)元素：重金属和准金属、卤素、臭氧、黄磷等。
(2)无机物：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、卤化物、无机磷化物等。
(3)有机化合物和烃类：烷烃、非芳香烃、芳烃等。
(4)金属有机和准金属有机化合物：四乙基铅，单甲基或二甲基胂酸等。
(5)含氧有机化合物：醚、醇、醛、有机酸等。
(6)有机氮化合物：胺、三硝基苯（TNT）等。
(7)有机卤化合物：四氯化碳、多氯联苯（PCBs）和氯代二噁英类等。
(8)有机硫化合物：烷基硫化物、硫醇等。
(9)有机磷化合物：有机磷农药、磷酸酯类化合物等。
优先控制污染物：基于有毒化学物的毒性、自然降解的可能性及在水体中出现的概率等因素，从多种有机物中筛选出的优先控制物。
10种卤代烃，6种苯系物，4种氯代苯类，1种多氯联苯，6种酚类，6种硝基苯，4种苯胺，7种多环芳烃，3种酞酸酯，8种农药、丙烯腈2种亚硝胺。
第二章2.1大气层的结构分层：对流层、平流层、中间层、热层、逃逸层对流层(Troposphere) : 平均厚度12km,赤道19km，两极8-9km，云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。
地下水环境工程复习题[1] 极性使水分子之间存在氢键，导致0~4C 范围内水的体积“热缩冷胀”[2] 影响表面张力的因素：分子间相互作用力、温度（温度升高，表面张力下降）、压力（随压力增加而下降）。
[3] 对于二组分稀溶液，加入非挥发性溶质B以后，溶剂A的蒸气压会下降。
[4] 亨利定律：在一定温度和平衡状态下，气体在液体里的溶解度（物质的量分数）和该气体的平衡分压成正比。
P B= k c,BL_ C B⑸ Clausius-Clapeyron 方程：描述气体溶解度随温度的变化。
如果T i <T2,则C i >C2,即气体溶解度随温度升高而下降。
[6] 在封闭体系的碳酸平衡中，pH<8.3时，S 2很小，[CO2-]可以忽略不计，水中只有CQ（aq）、H2CO、HCO,可以只考虑一级电离平衡；当溶液的pH>8.3时,H2CO*] 可以忽略不计，水中只存在HCO和CO2-，可仅考虑二级电离平衡。
当PHV6.35 时，HzCQ*在各碳酸盐组分中的含量最大；当pH>10.33时，CO2-在各碳酸盐组分中的含量最大；当6.35vpH<10.33时，HCQ「是水中各碳酸盐组分中的主要组分。
[7] 在封闭体系中C T始终不变，但是在开放体系中，C T则是可以变化的，随看溶液pH 的升咼而升咼。
[8] 天然水碱度的主要形态：OH、CO2■和HCO。
[9] 总碱度=C T（S 1 + 2 3 2 ）+ K W/[H +] - [H+][10] 某碳酸盐系统的水样的pH=7.8,已知碳酸电离平衡常数pK i=6.35，pK2=10.33。
测定总碱度时，对于100mL水样用0.02mol/L的盐酸滴定到甲基橙指示剂变色时消耗盐酸13.7mL。
贝U水中总无机碳的浓度C T= 2.84X 10 -3 mol/L。
[11] 硬度的表示方法：mg/L CaCO:以1L水中所含有的形成硬度离子的质量所相当的CaCO的质量表示。
第一章绪论环境化学：是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。
它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支。
污染控制化学:主要研究控制污染的化学机制和工艺技术中的基础性化学问题。
环境污染：由于人为因素使环境的构成状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件。
环境污染物：进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物。
环境问题：全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象，称为环境问题。
环境效应：自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，谓之环境效益。
按环境变化的性质分：环境物理效应：由物理作用引起的。
环境化学效应：在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应。
环境生物效应：环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生物效应。
污染物的迁移：污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集、分散和消失的过程。
污染物的转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质。
环境本底：也称环境背景值某地未受污染的环境中某种化学元素或化学物质的含量（浓度）。
环境容量：特定环境单元在不影响其特定环境功能的情况下，能够容纳污染物的最大量。
这里的特定环境功能一般以环境质量标准为依据。
生物半衰期（BHL）：污染物进入生物体内后，在代谢作用下，污染物削减到初始浓度的一半所需要的时间，即生物半衰期优先污染物：由于化学污染物种类繁多，世界各国都筛选一些毒性强、难降解、残留时间长、在环境中分布广的污染物优先进行控制，称为优先污染物。
全过程控制模式：主要是通过改变产品设计和生产工艺路线，使不生成有害的中间产物和副产品，实现废物或排放物的内部循环，达到污染最小量化并节约资源和能源的目的，也就是当前政府和学术界所提倡的“循环经济”模式。
第6章敞开式水体中的二氧化碳-碳酸盐平衡6.1 封闭水体中碳酸的离解平衡6.1.1 碳酸酸碱平衡6.1.1.1 碳酸酸碱平衡理论6.1.1.2 碳酸酸碱平衡的动力学探讨6.1.2 封闭水体的碳酸平衡与pH值6.2 天然水体的自然pH与碳酸平衡6.2.1 天然水中的杂质及相关水质指标6.2.1.1 天然水体中的杂质1. 水中杂质的主要来源2. 天然水中杂质的类别3. 天然水中溶解的离子6.2.1.2 相关的水质指标1. 水中杂质的含量2. 碱度3. 硬度6.2.2 天然水体的pH、硬度与碱度6.2.2.1 地下水的pH、硬度与碱度6.2.2.2 地表水的pH、硬度与碱度1. 江河水2. 湖泊和水库水湖泊和水库水6.2.2.3 降水的pH、硬度与碱度6.2.2.4 海水的pH、硬度与碱度6.3 循环冷却水系统的自然pH与碳酸平衡6.3.1 循环冷却水系统的任务与水质特点6.3.1.1 循环冷却水系统概述6.3.1.2 循环冷却水系统的水质要求1. 悬浮物质和胶体2. 含盐量或电导率3. 有机物4. 阳离子5. 阴离子6. 硬度与碱度7. 溶解气体6.3.2 循环冷却水系统中存在的问题6.3.3 循环冷却水系统的自然pH与碳酸平衡6.3.3.1 敞开水体的碳酸平衡与pH值6.3.3.2 循环冷却水系统的浓缩倍数1. 循环水的浓缩倍数2. 浓缩倍数与补充水量、排污水量及蒸发量的关系3. 浓缩倍数的选择4. 浓缩倍数的监测6.3.3.3 循环冷却水系统中的pH值与碳酸盐碱度1. pH值与碳酸盐碱度对循环冷却水的影响2. 浓缩后的自然pH值3. 自然pH值的计算4. 敞开式循环冷却水系统中的碱度5. 循环水调pH值时加酸量的计算6. 选择循环冷却水自然pH值及总碱度M计算公式有关的问题6.4 循环冷却水系统自然pH、平衡碱度及碳酸盐沉积趋势的理论预测6.4.1 几个经典的预测模型6.4.1.1 碳酸钙的溶解平衡6.4.1.2 几个典型的预测模型1 饱和指数(L.S.I.)2.稳定指数(R.S.I.)3. 结垢指数(P.S.I.)4. 临界pH结垢指数6.4.2 Langlier预测理论的改进6.4.2.1 目前碳酸钙饱和pH值（pH S）的计算方法及其优缺点1. 查表法2. 查图法3. 公式法6.4.2.2 碳酸钙饱和pH值（pH S）推荐计算方法1. 推荐公式的理论根据及推导2. 推荐的查表法6.4.2.3 计算碳酸钙饱和pH值的几个问题1. 计算式中的碱度M值2. 温度值的选择3. 电导率与总溶解固体量的换算6.4.3 热力学浓缩-暴气模型参考文献第6章敞开式水体中的二氧化碳-碳酸盐平衡6.1 封闭水体中碳酸的离解平衡6.1.1 碳酸酸碱平衡6.1.1.1 碳酸酸碱平衡理论在水溶液中，碳酸存在式(6-1-1)~ 式(6-1-3)平衡反应及在25℃时的平衡常数：CO2(aq)+H2OH2CO3K m=10-2.8 H2CO3H++HCO3-K1′=10-3.5 HCO3-H++CO32-K a,2=10-10.3(6-1-1) (6-1-2) (6-1-3)由式(6-1-1)可以得知：溶于水中的二氧化碳CO2(aq)浓度要比碳酸H2CO3浓度占优势。
碳酸盐体系是基于可溶性碳酸盐与CO2反应生成碳酸氢盐而在加热时释放出CO2而再生的能力。
相比胺基体系，碳酸盐最主要的优点就是再生所需要的能量低，德克萨斯大学奥斯汀分校一直致力于开发基于K2CO3的体系，在哌嗪（PZ）做催化剂的同时溶剂效果进一步提升，K2CO3/PZ体系（5摩尔K，2.5摩尔PZ）比30%的MEA溶液吸收速率快10%~30%，同时具有良好的平衡稳定性。
虽然O2在K+/PZ溶液中溶解度变小，不过PZ比MEA更昂贵，总体来说，他们氧化降解的经济性差不多[34]。
分析表明，碳酸盐体系在能耗低5%的同时，40%的负载容量也比MEA的30%要高。
另外改进规整填料还可以额外节约5%的能耗，多级压力剥离可减少5-15%的能耗。
《水环境化学》重点习题及参考答案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=1.46H2CO3* HCO3- + H+pK1=6.35HCO3-CO32- + H+pK2=10.33其中K1=[HCO3-][H+] / [H2CO3*] ，K2=[CO32-][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α0= [H2CO3*]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}α1= [HCO3-]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}α2= [CO32- ]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}把K1、K2的表达式代入以上三式，得α0= (1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1α1= (1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1α2= (1 + [H+]2/ K1K2 + [H+]/ K2)-1设C T = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]，则有[H2CO3*] = C T(1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1[HCO3-] = C T(1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1[CO32- ] = C T(1 + [H+]2/ K1K2 + [H+]/ K2)-1（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P CO2和pH的函数。
依亨利定律：[CO2(aq)]＝K H·P CO2溶液中，碳酸化合态相应为：C T = [CO2]/ α0= K H·P CO2/ α0[HCO3-]= (α1/ α0 )K H·P CO2= (K1/[H+])K H·P CO2[CO32-]= (α2/ α0 ) K H·P CO2= (K1K2/[H+]2)K H·P CO2（3）比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，[H 2CO 3*]、[HCO 3-]、[CO 32-]等可随pH 值变化，但总的碳酸量C T 始终不变。
开放体系中碳酸盐平衡图开放体系：做碳酸系统lgc~pH 图，同时写明作图过程，包括计算推倒公式等。
（25℃，标准大气压）（2017年3日作业）解：当CO 2在水中溶解时，水体中存在着CO 2、H 2CO 3、HCO 3-、CO 32-等四种化合态，其中CO 2、H 2CO 3可合并为H 2CO 3*，实际上H 2CO 3含量极低，主要是溶解性气体CO 2。
因此在水中的H 2CO 3*—HCO 3-—CO 32体系可用下面的反应和平衡常数表示：CO 2+H 2O ⇌ H 2CO 3*……（1）pK 0=1.46 H 2CO 3* ⇌ HCO 3-+H +……（2）pK 1=6.35 HCO3- ⇌ CO32-+ H+……（3）pK 2=10.33其中：31*23[][][]c H c HCO K c H CO +-=……（4） 2323[][][]c H c CO K c HCO +--=……（5） 设水中各种碳酸化合态的总量为c T ，a 0、a 1、a 2 分别表示H 2CO 3* 、HCO 3-、CO 32-三种化合态在总量中所占的比例，则有：c T =[ H 2CO 3*]+[ HCO 3-]+[ CO 32-]......（6） a 0=[ H 2CO 3*]/{[ H 2CO 3*]+[ HCO 3-]+[ CO 32-]}......（7） a 1=[ HCO 3-]/{[ H 2CO 3*]+[ HCO 3-]+[ CO 32-]}......（8） a 2=[ CO 32-]/{[ H 2CO 3*]+[ HCO 3-]+[ CO 32-]} (9)将（4）、（5）代入（7）、（8）、（9）可得：21-110++2a =1+[][]K K K H H +（） ……（10） 2+-11+1[]a =1+[]K H K H +（） (11)2+2+212[][]a =1+H H K K K +-1（） (12)则在开放体系，CO 2在气相和液相之间平衡时，各种碳酸盐化合态的平衡浓度是2CO p 和pH 的函数，根据henry 定率：[CO 2(aq)]=K H 2CO p (13)由已知条件：标准大气压p 0=1.013×105Pa ，干空气中CO 2的含量为φ=0.0314%（体积分数） 水在25℃时的蒸汽压为2H O p =0.03167×105Pa ，25℃时CO 2在水中的Henry 定律常数是K H =3.34×10-7mol/(L·Pa) 可得，25℃时空气中CO 2的分压2CO p =(20p -H O p )·φ=(1.013-0.03167)×105Pa×0.0314%=30.8138Pa ，所以[CO 2(aq)]= K H ·2CO p =3.34×10-7mol/(L·Pa)×30.8138Pa=1.0292×10-5mol/L 因此在水溶液中，碳酸化合态相应为：c T =[ CO 2(aq)]/ a 0=2H CO K p a (14)[HCO 3-]= a 12H CO K p a =1+[]H K H K 2CO p ……（15） [CO 32-]= a 22H CO K p a =12+2[]H K K H K 2CO p ……（16） 对式（15）、（16）两边取对数得：lg [ HCO 3-] = lgK 1+lg(K H 2CO p )-lg [H +]= -6.35-4.9875+pH= pH-11.3375lg [CO 32-]=lgK 1+lgK 2+lg(2H CO K p )-2lg [H +]=-6.35-10.33-4.9875+2pH= 2pH-21.6675 lg(H 2CO 3*)=lg[CO 2(aq)]= -4.9875 (常数，在开放体系中，H 2CO 3*总保持与大气相平衡的固定数值) lg(H +)=- pHlg(OH -)=pH+lgK W = pH-14lgc T =lg([ H 2CO 3*]+[ HCO 3-]+[ CO 32-])=lg(10-4.9875+10(pH-11.3375)+10(2pH-21.6675)) 在Excel 中设定不同的pH 值，分别计算lg[H +]、lg[OH -]、lg[HCO 3-]、lg[CO 32-]、lg[H 2CO 3*]、lg[c T ]，列表如表1：表1：不同pH值下开放体系碳酸中各离子的浓度（mol/L）pH lgH+lgOH-lgHCO3-lgCO32-lgH2CO3*lgc T3.15 -3.15 -10.85 -8.1875 -15.3675 -4.9875 -4.9872 3.35 -3.35 -10.65 -7.9875 -14.9675 -4.9875 -4.9871 3.55 -3.55 -10.45 -7.7875 -14.5675 -4.9875 -4.9868 3.75 -3.75 -10.25 -7.5875 -14.1675 -4.9875 -4.98643.95 -3.95 -10.05 -7.3875 -13.7675 -4.9875 -4.98584.15 -4.15 -9.85 -7.1875 -13.3675 -4.9875 -4.9848 4.35 -4.35 -9.65 -6.9875 -12.9675 -4.9875 -4.9832 4.55 -4.55 -9.45 -6.7875 -12.5675 -4.9875 -4.9807 4.75 -4.75 -9.25 -6.5875 -12.1675 -4.9875 -4.97674.95 -4.95 -9.05 -6.3875 -11.7675 -4.9875 -4.97055.15 -5.15 -8.85 -6.1875 -11.3675 -4.9875 -4.9609 5.35 -5.35 -8.65 -5.9875 -10.9675 -4.9875 -4.9461 5.55 -5.55 -8.45 -5.7875 -10.5675 -4.9875 -4.9236 5.75 -5.75 -8.25 -5.5875 -10.1675 -4.9875 -4.89025.95 -5.95 -8.05 -5.3875 -9.7675 -4.9875 -4.84206.15 -6.15 -7.85 -5.1875 -9.3675 -4.9875 -4.7750 6.35 -6.35 -7.65 -4.9875 -8.9675 -4.9875 -4.6864 6.55 -6.55 -7.45 -4.7875 -8.5675 -4.9875 -4.5750 6.75 -6.75 -7.25 -4.5875 -8.1675 -4.9875 -4.44196.95 -6.95 -7.05 -4.3875 -7.7675 -4.9875 -4.29007.15 -7.15 -6.85 -4.1875 -7.3675 -4.9875 -4.1234 7.35 -7.35 -6.65 -3.9875 -6.9675 -4.9875 -3.9457 7.55 -7.55 -6.45 -3.7875 -6.5675 -4.9875 -3.7603 7.75 -7.75 -6.25 -3.5875 -6.1675 -4.9875 -3.56947.95 -7.95 -6.05 -3.3875 -5.7675 -4.9875 -3.37508.15 -8.15 -5.85 -3.1875 -5.3675 -4.9875 -3.1779 8.35 -8.35 -5.65 -2.9875 -4.9675 -4.9875 -2.9787 8.55 -8.55 -5.45 -2.7875 -4.5675 -4.9875 -2.7777 8.75 -8.75 -5.25 -2.5875 -4.1675 -4.9875 -2.57458.95 -8.95 -5.05 -2.3875 -3.7675 -4.9875 -2.36879.15 -9.15 -4.85 -2.1875 -3.3675 -4.9875 -2.1591 9.35 -9.35 -4.65 -1.9875 -2.9675 -4.9875 -1.9439 9.55 -9.55 -4.45 -1.7875 -2.5675 -4.9875 -1.7206 9.75 -9.75 -4.25 -1.5875 -2.1675 -4.9875 -1.48609.95 -9.95 -4.05 -1.3875 -1.7675 -4.9875 -1.236110.15 -10.15 -3.85 -1.1875 -1.3675 -4.9875 -0.9672 10.33 -10.33 -3.67 -1.0075 -1.0075 -4.9875 -0.7064 10.53 -10.53 -3.47 -0.8075 -0.6075 -4.9875 -0.3950 10.73 -10.73 -3.27 -0.6075 -0.2075 -4.9875 -0.062010.93 -10.93 -3.07 -0.4075 0.1925 -4.9875 0.289811.13 -11.13 -2.87 -0.2075 0.5925 -4.9875 0.6564 11.33 -11.33 -2.67 -0.0075 0.9925 -4.9875 1.0339 11.53 -11.53 -2.47 0.1925 1.3925 -4.9875 1.4191 11.73 -11.73 -2.27 0.3925 1.7925 -4.9875 1.8095 11.93 -11.93 -2.07 0.5925 2.1925 -4.9875 2.203312.13 -12.13 -1.87 0.7925 2.5925 -4.9875 2.5993由表1中数据在Excel中添加散点图，并用平滑曲线连接，得到开放体系的碳酸平衡，结果见图1。
