请写出碱度的定义和表达式，并分析向天然水水样（视为封闭体系）中加入少量下列物质时，其碱度如何变化？变化原因？（1）HCl；（2）NaOH；（3）Na₂CO₃；（4）KNO₃；（5）FeCl₃；（6）CO₂；（7）NaHCO₃。

本题主要考察碱度的定义、表达式以及不同物质对天然水水样（封闭体系）碱度的影响。解题思路是先明确碱度的定义和表达式，再根据各物质加入水样后对表达式中各项离子浓度的影响，来分析碱度的变化情况。

碱度的定义和表达式

碱度是指水中能与强酸发生中和作用的物质的总量。其表达式为：
$Alkalinity = [OH^-] - [H^+] + [HCO_3^-] + 2[CO_3^{2-}]$
式中，$[OH^-]$、$[H^+]$、$[HCO_3^-]$和$[CO_3^{2-}]$分别表示氢氧根离子、氢离子、碳酸氢根离子和碳酸根离子的浓度。

各物质对碱度的影响分析

1. 加入HCl：
   HCl在水中会完全电离产生$H^+$，即$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$。增加的$H^+$会与$OH^-$发生中和反应$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$，消耗$OH^-$；同时$H^+$还会与$HCO_3^-$反应$H^+ + HCO_3^- \rightarrow H_2O + CO_2$，与$CO_3^{2-}$反应$2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2$，消耗$HCO_3^-$和$CO_3^{2-}$。根据碱度表达式，$[H^+]$增加，$[OH^-]$、$[HCO_3^-]$和$[CO_3^{2-}]$减少，所以碱度降低。
2. 加入NaOH：
   NaOH在水中完全电离产生$OH^-$，即$NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$。这会使$[OH^-]$增加，根据碱度表达式，$[OH^-]$增大，其他项不变，所以碱度增加。
3. 加入$Na_2CO_3$：
   $Na_2CO_3$在水中完全电离产生$CO_3^{2-}$，即$Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}$。这会使$[CO_3^{2-}]$增加，在碱度表达式中$[CO_3^{2-}]$的系数为2，其增加对碱度的影响较大，所以碱度增加。
4. 加入$KNO_3$：
   $KNO_3$在水中完全电离产生$K^+$和$NO_3^-$，即$KNO_3 \rightarrow K^+ + NO_3^-$。$K^+$和$NO_3^-$都不会与水中的$H^+$、$OH^-$、$HCO_3^-$和$CO_3^{2-}$发生反应，所以碱度表达式中各项离子浓度不变，碱度不变。
5. 加入$FeCl_3$：
   $FeCl_3$中的$Fe^{3+}$会发生水解反应，$Fe^{3+} + 3H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)_3 + 3H^+$。水解产生的$H^+$会与$OH^-$、$HCO_3^-$和$CO_3^{2-}$发生反应，消耗这些离子，根据碱度表达式，碱度降低。
6. 加入$CO_2$：
   $CO_2$溶于水会发生反应$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$，$H_2CO_3$会电离产生$H^+$，$H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$。虽然$[HCO_3^-]$会增加，但增加的$H^+$会消耗$OH^-$和$CO_3^{2-}$，且$H^+$的增加对碱度的负贡献大于$[HCO_3^-]$增加的正贡献，所以总碱度降低。
7. 加入$NaHCO_3$：
   $NaHCO_3$在水中完全电离产生$HCO_3^-$，即$NaHCO_3 \rightarrow Na^+ + HCO_3^-$。这会使$[HCO_3^-]$增加，根据碱度表达式，碱度增加。