8.7.2 酸雨pH值的计算法
这里所要阐述的问题是通过检测求得酸雨中所含各种无机阴、阳离子的浓度,由此再用计算的方法来求得酸雨的pH值。这样做的目的是:①如前所提及,对酸雨作监测的工作只有一个pH测定项目是不够的,必须同时测定酸雨的化学组成;②将实测pH值与经测定化学组成而后计算得到的pH值两相印证,实际上也是控制和检验监测质量的一种方法;③某些监测站早期数据中缺漏了酸雨pH值的实测数据,但又具备了酸雨中主要无机离子浓度的实测数据,则可通过计算的方法,将缺漏的pH数据补足。
pH值计算法是基于电中性原理(即酸雨中所有正离子总电量与所有负离子总电量相等)确定的。对于大多数降水试样,其中主要离子的浓度若以化学计量的浓度单位表示时,则有
[H ] [Ca2 ] [Mg2 ] [NH4 ] [Na ] [K ]
=[SO42-] [NO3-] [Cl-] [OH-] [HCO3-] (8-2)
当T=25℃、pH=8,据计算:
由此可知,与[HCO3-]相比,[CO32-]可以忽略,而且对酸性降水来说,更是如此。这也就是方程(8-2)中不包含[CO32-]项的缘故。至于方程(8-2)中[HCO3-]项,一般是通过平衡计算求得,而毋须对试样作实际测定。
在方程(8-2)中,由于牵涉的离子种数多,在测定上又有误差,所以等号两侧间有10%的偏差还属正常情况。当偏差大于10%时,表明其中一个或多个离子的测定准确度太差,或者漏检了实际试样中的某一个重要离子。例如在某些地区的酸雨水样中含有较多量Al3 ,在方程中就没有将它包容在内。此外,如果已知某一对阴、阳离子来源于同一个化合物,例如水样中含有的Na 和Cl-都单一地源于NaCl的离解,则我们可以将方程(8-2)中的[Na ]和[Cl-]项消去而不影响下面的计算。
为了进一步检验是否漏计了某些对水样pH值有贡献的离子(如上述的Al3 等),可先用计算法算出已经计入方程(8-2)的所有离子的电导率总值,再测定实际水样的电导率值,若计算值小于实测值,说明尚有漏计的离子有待检测;若计算值与实测值相近,则可进入以下的计算步骤。
根据表4-6所列举的碳酸系统KHC、Kc1、Kc2等平衡常数表达式可导得:
再将方程(8-2)改写为
{[H ]-[OH-]-[HCO3-]}={[SO42-] [NO3-] [Cl-]}-{[Ca2 ] [Mg2 ] [Na ] [K ] [NH4 ]}=[∑I]
经与Kw=[H ][OH-]及式(8-3)相联,方程(8-2)可进一步改写作二次方程形式:
[H ]2-[∑I][H ]-Kw(K 1)=0
解方程得:
2[H