最新环境化学戴树桂课后习题参考答案.docx

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最新环境化学戴树桂课后习题参考答案

中科院研究生院硕士研究生入学考试

《环境化学》考试大纲

1．

2．《环境化学》考试大纲适用于中国科学院研究生院环境科学专业硕士研究生入学考试。

《环境化学》是环境科学与工程类专业的重要基础课程，包括了环境化学研究的内容、特点和发展动向，主要环境污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程，典型污染物在环境各圈层中的归趋和效应。

本考试大纲侧重于环境污染化学，着重于各类有害物质在环境介质中的存在、行为、效应以及减少或消除其产生的理论和方法。

主要内容包括水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学及化学物质的生物效应与生态效应等经典内容。

对其中有机污染物的归趋模式、金属离子的存在形态及生物效应、化学物质结构与毒性关系，污染物的生物效应和生物浓缩机制以及全球范围内的温室效应、酸雨、臭氧层破坏等环境问题需加以重点掌握。

要求考生掌握基本概念、基本原理和计算方法，并具备综合运用所学知识分析和解决实际环境问题的能力。

考试内容：

环境化学发展及基本内容

1．环境化学基本概念、发展动向、研究内容及热点问题

水环境化学

3．天然水的基本特征组成；

4．水体无机污染物的迁移转化。

着重配合作用、氧化-还原作用、沉淀和溶解、水体颗粒物的吸附作用等基本原理及其实际应用。

5．水体有机污染物的迁移转化：

环境行为与归趋模式。

着重分配作用、挥发作用、水解作用等典型机制与迁移转化模式。

6．水体的富营养化问题：

水体富营养化；水体富营养化的机理；营养物质的来源；富营养化的影响因素；湖水的营养化程度；水体富营养化的危害及其防治对策 。

大气环境化学

7．大气中污染物的特征；

8．大气中污染物的迁移和转化（温室效应；气相大气化学：

光化学反应、光化学烟雾、臭氧层的形成与耗损化学；液相大气化学：

酸沉降化学、大气中液相反应；大气颗粒物化学）；

9．重要的大气环境化学问题：

光化学烟雾的定义、特征及形成条件；光化学烟雾主要参与物质；光化学烟雾形成机理；光化学烟雾危害及防治；光化学烟雾与硫酸型烟雾的对比；太阳和地球辐射间的能量平衡；温室气体；温室效应；全球变暖及防治对策；降水的化学组成；酸雨的形成；酸雨的影响因素；酸雨的危害及防治；大气平流层的组成；臭氧层的形成和耗损的化学反应；臭氧洞的危害；臭氧层破坏现状及防治。

土壤环境化学

10．土壤组成与性质（吸附、酸碱性、缓冲性及氧化还原性质）；

11．污染物在土壤-植物体系中的迁移及其机制（重金属、氮磷）；

12．土壤中农药的迁移（典型的迁移过程）。

土壤中农药迁移的基本特性，扩散质体，流动吸附与分配作用，典型农药在土壤中的迁移转化，以及有机氯农药有机磷农药。

化学物质的生物效应与生态效应

13．污染物质在生物体内的转运及消除。

物质透过细胞膜的形式；物质在生物体内的转运，生物转化及消除。

14．污染物质的生物富集、放大和积累。

生物蓄积，生物富集、生物放大和生物积累。

15．有机污染物的生物降解。

耗氧（有机污染物）、有毒有机污染物的生物降解。

16．无机物质的生物转化。

氮硫的微生物转化，重金属元素的微生物转化。

17．污染物质的毒性。

典型污染物在环境各圈层中的转化效应；重金属元素在诸圈层中的转化效应有机污染物在诸圈层中的转化效应。

典型污染物在环境各圈层中的转归与效应

18．重金属元素（汞、砷）形态；

19．微生物对水环境中化学物质的作用；

20．有机污染物（有机卤代物、多环芳烃、表面活性剂）。

考试要求考生应全面系统地了解环境化学的研究内容、特点与发展动向，掌握大气污染物的迁移、转化，天然水的基本特征及污染物的存在形态、水中无机及有机污染物的迁移转化、土壤的组成与性质、污染物在土壤－植物体系中的迁移及其机制，熟悉污染物在机体内的转运、污染物质的生物富集、放大、和积累，污染物质的生物转化与毒性，了解典型污染物在环境各圈层中的转归与效应、有害废物及放射性固体废物的种类及毒性。

同时具有应用环境化学的基本理论去解决一些较复杂的环境问题的能力，具有一定的研究性思维和潜力，并且对环境化学的热点领域研究的最新发展有一定了解。

主要参考书目

《环境化学》，南京大学出版社，王晓蓉编著，1993

《环境化学》，高等教育出版社，戴树桂，1997年3月第一版，2004年2月第九次印刷

环境化学课后习题答案戴树桂第一章绪论

2、根据环境化学的任务、内容和特点以及发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课？

环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特征、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。

环境化学以化学物质在环境中出现而引起环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新型科学。

其内容主要涉及：

有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态，潜在有害物质的来源，他们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效用的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。

环境化学的特点是要从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。

目前，国界上较为重视元素（尤其是碳、氮、硫和磷）的生物地球化学循环及其相互偶合的研究；重视化学品安全评价、臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。

当前我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是：

以有机物污染为主的水质污染、以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废物和城市垃圾对水题和土壤的污染。

3、环境污染物有哪些类别？

主要的化学污染物有哪些？

按环境要素可分为：

大气污染物、水体污染物和工业污染物。

按污染物的形态可分为：

气态污染物、液态污染物和固体污染物；

按污染物的性质可分为：

化学污染物、物理污染物和生物污染物。

主要化学污染物有：

1.元素:

如铅、镉、准金属等。

2.无机物：

氧化物、一氧化碳、卤化氢、卤素化合物等

3.有机化合物及烃类：

烷烃、不饱和脂肪烃、芳香烃、PAH等；

4.金属有机和准金属有机化合物：

如,四乙基铅、二苯基铬、二甲基胂酸等；

5.含氧有机化合物：

如环氧乙烷、醚、醛、有机酸、酐、酚等；

6.含氮有机化合物：

胺、睛、硝基苯、三硝基甲苯、亚硝胺等；

7.有机卤化物：

四氯化碳、多氯联苯、氯代二噁瑛；

8.有机硫化物:

硫醇、二甲砜、硫酸二甲酯等；

9.有机磷化合物:

磷酸酯化合物、有机磷农药、有机磷军用毒气等。

第二章：

大气环境化学

4.影响大气中污染物迁移的主要因素是什么?

主要有：

（1）空气的机械运动如风和大气湍流的影响；

（2）天气和地理地势的影响；（3）污染源本身的特性。

7.大气中有哪些重要自由基?

其来源如何?

大气中主要自由基有：

HO、HO2、R、RO2

HO的来源：

①O3的光解：

O3＋ｈrＯ＋Ｏ2

O+H2O2HO

②HNO2的光解：

HNO2+ｈrHO+NO

③H2O2的光解：

H2O2+ｈr2HO

HO2的来源：

①主要来自醛特别是甲醛的光解

H2CO+ｈrH+HCO

H+O2+MHO2+M

HCO+O2+MHO2+CO+M

②亚硝酸酯的光解：

CH3ONO+ｈrCH3O+NO

CH3O+O2HO2+H2CO

③H2O2的光解：

H2O2+ｈr2HO

HO+H2O2HO2+H2O

R的来源：

RH+OR+HO

RH+HOR+H2O

CH3的来源：

CH3CHO的光解CH3CHO+ｈrCH3+CHO

CH3COCH3的光解CH3COCH3+ｈrCH3+CH3CO

CH3O的来源：

甲基亚硝酸酯的光解CH3ONO+ｈrCH3O+NO

甲基硝酸酯的光解CH3ONO2+ｈrCH3O+NO2

RO2的来源：

R+O2RO2

9.叙述大气中NO转化为NO2的各种途径。

①NO+O3NO2+O2

②HO+RHR+H2O

R+O2RO2

NO+RO2NO2+RO

RO+O2R`CHO+HO2（R`比R少一个C原子）

NO+HO2NO2+HO

13.说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。

烷烃可与大气中的HO和O发生摘氢反应。

RH+HOR+H2O

RH+OR+HO

R+O2RO2

RO2+NORO+NO2

RO+O2R`CHO+HO2

RO+NO2RONO2

另外：

RO2+HO2ROOH+O2

ROOH+ｈrRO+HO

稀烃可与HO发生加成反应，从而生成带有羟基的自由基。

它可与空气中的O2结合成相应的过氧自由基，由于它有强氧化性，可将NO氧化成NO2，自身分解为一个醛和CH2OH。

如乙烯和丙稀。

CH=CH+HOCH2CH2OH

CH3CH=CH2CH3CHCH2OH+CH3CH（OH）CH2

CH2CH2OH+O2CH2（O2）CH2OH

CH2（O2）CH2OH+NOCH2（O）CH2OH+NO2

CH2（O）CH2OHCH2O+CH2OH

CH2（O）CH2OH+O2HCOCH2OH+HO2

CH2OH+O2H2CO+HO2

稀烃还可与O3发生反应，生成二元自由基，该自由基氧化性强，可氧化NO和SO2等生成相应的醛和酮。

光化学反应的链引发反应主要是NO2的光解，而烷烃和稀烃均能使NO转化为NO2，因此烃类物质在光化学反应中占有很重要的地位。

19论述影响酸雨形成的因素

答影响酸雨形成的因素主要有：

（1）酸性污染物的排放及其转化条件。

（2）大气中NH3的含量及其对酸性物质的中和性。

（3）大气颗粒物的碱度及其缓冲能力。

（4）天气形势的影响。

20什么是大气的三模态？

如何识别各种粒子膜？

答

（1）依据大气颗粒物按表面积与粒径分布关系得到了三种不同类型的粒度模，并用它来解释大气颗粒物的来源与归宿，即爱根核模，积聚模，粗粒子模。

爱根模：

Dp＜0.05μM

积聚模：

0.05＜Dp＜2μM

粗粒子模：

Dp＞2μM。

35.在光化学烟雾形成的反应机制中，终止反应的含义是什么？

终止反应有：

RC（O）O2+NO2RC（O）O2NO2（k=6.893×10-2）

RC（O）O2NO2RC（O）O2+NO2（k=2.143×10-8）

如何理解?

答:

终止反应就是使反应机制中的引发济失去活性，不再具有进行链增长的功能。

在上述反应中：

RC（O）O2+NO2RC（O）O2NO2，RC（O）O2与NO2结合，失去继续进行链增长的作用，故属于终止反应。

而RC（O）O2NO2RC（O）O2+NO2属于终止反应的逆反应，实际是释放出可进行链增长的活性自由基，但因其反应述率常数（k=2.143×10-8）比终止反应述率常数（k=6.893×10-2）小得多，不会影响正常的终止反应，而又属于终止反应的逆反应，故总称为终止反应。

38.大气中空气气块的稳定性是密度层结和温度层结共同作用决定的。

第三章水环境化学（P195）

4.

（1）查表知pH=6.5时,α=1.710

CT=[碱度]×α=1.6×1.710mmol/l=2.736mmol/l。

设加入的Na2CO3为nmmol/l

查表知：

当pH=8.0时,α`=1.018

CT`=CT+n----------

（1）CT`=[碱度]`×α`--------

（2）[碱度]`=1.6+2n--------（3）

由

（1）、

（2）和（3）解得：

n=1.07mmol/l。

（2）∵加入NaOH后CT不变

碱度的增加值就应是加入的NaOH的量。

△A=[碱度]`－[碱度]=2.688－1.6=1.088mmol/l

5.解:

当pH=7.00时,CO3-的浓度与HCO3-的浓度相比可以忽略,查表pH=7.00时,α=1.224,

则[HCO3-]=[碱度]=2.00×10-3mol/l/l。

[H+]=[OH-]=10-7mol/l。

[HCO3※]=[H+][HCO3-]/K1=1.00×10-7×2.00×10-3/（4.55×10-7）=4.49×10-4mol/l。

[CO3-]=K2[HCO3-]/[H+]=4.69×10-11×2.00×10-3/（1.00×10-7）=9.38×10-7mol/l。

6.解:

查表pH=7.5时,α1=1.069,pH=9.0时,α2=0.9592;

CT1=[碱度]×α1=6.38×1.069=6.82mmol/l

CT2=[碱度]×α2=0.80×0.959=0.767mmol/l;

查表知pH=7.58

7.解：

由题意知[Fe3+]+[Fe（OH）2+]+[Fe（OH）2+]=1.00×10-4mol/l；

（1）

[Fe（OH）2+][H+]/[Fe3+]=8.9×10-4

（2）

[Fe（OH）2+][H+]2/[Fe3+]=4.9×10-7（3）

查表知Fe（OH）3的KSP=3.2×10-38

代入

（1）得[H+]=1.9×10-3mol/l（∵pH=2.72）

∴[Fe3+]=3.2×104[H+]3=3.2×104×1.9×10-3×3=6.24×10-5mol/l；

[Fe（OH）2+]=4.9×10-7[Fe3+]/[H+]2=4.9×10-7KSP[H+]/KW3=15.68×10-3×1.9×10-3=8.47×10-6mol/l；

[Fe（OH）2+]=8.9×10-4[Fe3+]/[H+]=8.9×10-4KSP[H+]2/KW3=28.48×（1.9×10-3）2=2.92×10-5mol/l。

19.解：

Hg2++2H2O=2H++Hg（OH）2lgK=-6.3得:

K=10-6..3

得

（1）

由物料守恒得：

[Hg2+]+[Hg（OH）20]=1.0×10-5mol/l

（2）

由电荷守恒得：

[H+]+2[Hg2+]=[ClO4-]+[OH-]

∵Hg2+水解体系显酸性,∴[OH-]＜10-7,与[ClO4-]的浓度相比可忽略不计。

可得：

[H+]+2[Hg2+]≈[ClO4-]=2×10-5（3）

（1）、

（2）、（3）联立求解得：

[H+]=10-4.7；则pH=-lg[H+]=-lg10-4.7=4.7。

21.解：

已知PbCO3（S）+HT2-=PbT-+HCO3-K=4.06×10-2

（1）；由

（1）可得：

（2）

25.解：

∵水中的溶解氧为：

0.32mg/l,故其pO2=0.32×105Pa

天然水的pE=20.75+lg{（pO2/1.103×105）0.25×[H+]}

=20.75+lg{（0.32×105/1.103×105）0.25×1.0×10-7}=20.75+（-0.54－7）=13.21。

氧化还原式：

1/2O2+2H+（10-7mol/l）+2e－=H2OE0=0.815V

根据Nernst方程式，上述反应可写成：

在湖中H2O可看作是常量,lg（[Red]/[Ox]）,在方程中为1。

得：

F=2.303RT/0.059,将E0=0.815和F=2.303RT/0.059代入Nernst方程式得:

Eh=E0－0.059/2=0.815－0.03=0.785V

27.解：

（1）SO42-+9H++8e=HS-+4H2O（t）

∵▽G0=12.6－237.2×4+742.0=－194.2（kj）

又∵▽G0=－2.303nRT（pE0）

∵lgK=lg[HS-]－lg[SO42-]－lg[H+]9－lg[e]8

又∵lgK=npE0

8pE0=lg[HS-]－lg[SO42-]+9×10.0+8pE

∴lg[HS-]－lg[SO42-]+8pE=8×4.25－90=－56

[HS-]+[SO42-]=1.0×10-4

10当pE＜＜pE0时,溶液给出电子的倾向很高。

∴[HS-]≈C总=1.0×10-4mol/l。

∴lg[HS-]=－4.0由

（1）得lg[SO42-]=52+8pE。

20当pE＞＞pE0时,溶液接受电子的倾向很强。

∴[SO42-]≈C总=1.0×10-4mol/l。

∴lg[SO42-]=－4.0由

（1）得lg[HS-]=-60－pE。

29.解：

已知苯并[a]芘Kow=106

Koc=0.63Kow=0.63×106=6.3×105

Kp=Koc[0.2（1－f）XSOC+fXfOC]=6.3×[0.2（1－0.7）×0.05+0.70×0.10]=4.6×104

30.解：

已知Ka=0,[H+]=10-8.4Kn=1.6Kb=4.9×10-7

Kh=Ka[H+]+Kn+KbKw/[H+]=0+1.6+4.9×10-7×10-5.6=1.6（d-1）

32.解：

Koc=0.63Kow

Kp=Koc[0.2（1－f）XSOC+fXfOC]=0.63×3.0×105[0.2（1－0.70）×0.02+0.70×0.05]=6.84×103

Kh=Kn+αw（KA[H+]+KB[OH-]）=0.05+0.42×（1.7×10-8+2.6×106×10-6）=1.14（d-1）

KT=Kh+Kp+KB=1.14+24×0.02+0.2=1.82（d-1）。

33.解：

由Tomas模型知：

L=L0exp[-（k1+k3）x/u]=22.12exp[-（0.94+0.17）×6×103/4.6×103]=19.14mg/l。

查表知:

13℃时,C饱和=10.60mg/l；14℃时，C饱和=10.37mg/l。

由间插法计算13.6℃时的C饱和。

（1）10.60－（10.60－10.37）×6/10=10.46

（2）10.37+（10.60－10.37）×4/10=10.46

D0=C饱和－C0=10.46－8.55=1.91（mg/l）

D=D0exp（-k2x/u）－[k1L0/（k1+k3-k2）][exp{-（k1+k3）x/u}－exp（-k2x/u）]

=1.91×exp{-（1.82×6）/46}－[（0.94×22.12）/（0.94+0.17－1.82）][exp{-（0.94+0.17）×6/46}－exp（-1.82×6/46）

=3.7mg/l。

第四章土壤环境化学

1.土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物。

2.物体表面的分子与该物体内部的分子所处的条件是不相同的。

物体内部的分子在各方面都与它相同的分子相接触，受到的吸引力相等；而处于表面的分子所受到的吸引力是不相等的，

3.即合称为双电，决定电位层与液体间的电位差通常叫做热力电位，在一定的胶体系统内它是不变的；

4.在非活动性离子层与液体间的电位差叫电动电位，它的大小视扩散层厚度而定，随扩层厚度增大而增加。

5.由于胶体的比表面和表面能都很大，为减小表面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性。

6.在土壤溶液中，胶体常常带负电荷，即具有负的电动电势，所以胶体微粒又因相同电荷而互相排斥，电动电位越高，胶体微粒呈现出的分散性也越强。

7.影响土壤凝聚性能的主要因素是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度，

8.在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换，称为离子交换

9.土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系，

10.胶体具有吸附性的原因是什么？

物体表面的分子与该物体内部的分子所处的条件是不相同的。

物体内部的分子在各方面都与它相同的分子相接触，受到的吸引力相等；而处于表面的分子所受到的吸引力是不相等的，表面分子具有一定的自由能，即表面能。

物质的比表面积越大，表面能也越大。

吸附性能越强

11当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为盐基不饱和土壤。

12.在土壤交换性阳离子中，盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度：

13.细胞壁对金属离子的固定作用不是植物的一个普遍耐性机制

14.植物对重金属污染产生耐性由植物的生态学特性、遗传学特性和重金属的物理化学性质等因素所决定，

15土壤中污染物主要是通过植物根系根毛细胞的作用积累于植物茎、叶和果实部分。

由于该迁移过程受到多种因素的影响，污染物可能停留于细胞膜外或穿过细胞膜进入细胞质。

16.污染物由土壤向植物体内迁移的方式主要包括被动转移和主动转移两种。

17.现已证明，MT是动物及人体最主要的重金属解毒剂。

18.农药在土壤中的迁移主要是通过扩散和质体流动两个过程。

在这两个过程中，农药的迁移运动可以蒸汽的和非蒸汽的形式进行。

19.风速、湍流和相对湿度在造成农药田间的挥发损失中起着重要的作用。

20.生物膜主要是由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成

21.一般，脂/水分配系数越大，扩散系数也越大，而容易扩散通过生物膜。

22.机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。

23.物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转化或代谢。

24.生物转化、化学转化和光化学转化构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。

25.酶是一类由细胞制造和分泌的，以蛋白质为主要成分的，具有催化活性的生物催化剂。

26.在酶催化下发生转化的物质称为底物或基质

27酶催化作用的三个特点：

（1）.催化具有专一性一种酶只能对一种底物或一种底物起催化作用，促进一定的反应，生成一定的代谢产物。

（2）.酶催化效率高一般酶催化反应的速率比化学催化剂高107—1013倍。

（3）.酶催化需要温和的外界条件如强酸、强碱、高温等都能使酶催化剂失去活性。

28.受氢体如果为细胞内的分子氧，就是有氧氧化，而若为非分子氧的化合物就是无氧氧化。

29.就微生物来说，好氧微生物进行有氧氧化，厌氧微生物进行无氧氧化。

30环境中污染物质的微生物转化速率，决定于物质的结构特征和微生物本身的特征，同时也与环境条件有关。

31毒理学把毒物剂量（浓度）与引起个体生物学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为效应；

32把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。

33把引起群体的