南昌大学环境化学重点总结.docx

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南昌大学环境化学重点总结

第一章绪论

1.什么叫环境化学?

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。

（环境化学是在化学科学的传统理论和方法的基础上发展起来的是以化学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目的的一门新兴学科。

）

2.环境效应分为：

环境物理效应、环境化学效应、环境生物效应。

3.什么是环境物理效应？

哪些属于环境物理效应？

环境物理效应是由物理作用引起的，比如噪声、光污染、电磁辐射污染、地面沉降、热岛效应、温室效应等。

4.什么是环境化学效应？

哪些属于环境化学效应？

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即为环境化学效应。

比如湖泊的酸化、土壤的盐碱化、地下水硬度升高、局部地区发生光化学烟雾、有毒有害固体废弃物的填埋造成地下水污染等。

5.什么是环境生物效应？

哪些属于环境生物效应？

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。

比如大型水利工程可能破坏水生生物的回游途径从而影响他们的繁殖，大量工业废水排入江河湖海对水生生态系统产生毒性效应，使鱼类受害而减少甚至灭绝。

第2章大气环境化学

1.大气层结构？

及其各自的特点？

大气层次分为对流层、平流层、中间层、热层。

（1）对流层

是大气的最底层，其厚度随着纬度和季节而变化。

显著特点是气温随着海拔高度的增加而降低，大约每上升100m，温度降低0.6摄氏度。

对流层顶层结冰。

天气变化剧烈。

另一大特点是密度大，大气总质量的3/4以上集中在对流层。

大气污染主要集中该层。

结构：

摩擦层（边界层）、自由大气层、对流层顶层（结冰）。

（2）平流层

从对流层顶到约50km的大气层为平流层。

在平流层下层（30~35km以下），温度随高度降低变化较小，又称为同温层。

在30~35km以上，温度随高度升高而升高。

特点：

空气没有对流运动，平流运动占显著优势。

空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象，透明度高。

在高约15~35km范围内，有厚约20km的一层臭氧层，使平流层的温度随高度升高。

（3）中间层

平流层顶50~80km高处的大气为中间层。

无臭氧组分，气温随高度的增加而迅速降低。

特点：

空气更稀薄：

无水分：

温度随高度增加而降低，气体垂直运动强烈；中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。

（4）热层

中间层顶到500km，气温分布随高度的增加而增加。

特点：

空气处于高度电离状态温度随高度增加迅速增高；大气更为稀薄;大部分空气分子被电离成为离子和自由电子，又称电离层，可以反射无线电波。

2.大气中的主要污染物分为哪几种？

按物理状态分为气态污染物和颗粒污染物（危害最大最严重）

按形成过程分为一次污染物和二次污染物

按化学组成分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。

3.什么叫一次污染物？

什么叫二次污染物（污染比一次更严重）？

一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如CO、SO2、NO等；

二次污染物是指由一次污染物经化学反应形成的污染物质，如臭氧、硫酸盐颗粒物等。

4.气态污染物有哪几种？

含硫化合物：

SO2、SO3和H2S等    无解！

含氮化合物：

NO、NO2、NH3等    无解！

含碳化合物：

CO和CO2        无解！

碳氢化合物：

有机废气CH4      无解！

含卤素化合物：

含氯和含氟化合物      有解！

！

5.以石油为能源，排入大气的一次污染物，在太阳紫外线的作用下发生光学反应，参与光化学反应的一次和二次污染物的混合物，所形成的烟雾污染称为光化学烟雾，也称洛杉矶型烟雾。

以煤为原料，大气中烟尘、SO2与水蒸气混合并发生化学反应所生成的烟雾，称为硫酸烟雾，也称伦敦型烟雾。

（连下边15、16）

6.什么叫污染物在大气中的迁移？

污染物在大气中的迁移是指由污染源排放出来的污染物由于空气的运动使其传输和分散的过程。

（污染物浓度的降低和扩散）

7.什么叫垂直递减率？

随高度升高气温的降低率，Γ=-dT/dz（T—绝对温度，K；z—高度，m）

对流层中，Γ=0.65K/100m（>0）但一定条件下，会出现反常现象：

Γ=0时，称为等温层

Γ<0时，称为逆温层（大气层稳定性强，对大气的垂直运动的发展起阻碍作用）

8.什么叫温度层结？

指地球表面上方的大气温度随高度的变化情况，即气温的垂直分布。

（气温的垂直分布决定着大气的稳定度，而大气稳定度又影响着湍流的强度，因而温度层结与大气污染程度有着紧密的关系。

）

9.最有利于逆温辐射发展的条件是平静而晴朗的夜晚。

10.什么叫干绝热垂直递减率？

干空气绝热上升单位距离时的温度降低值，又称为干空气的绝热垂直递减率。

Γd=-dTi/dz （式中Ti为干空气团的温度）干绝热递增减率为一近似常数，其值大约为1℃∕100m。

11.影响大气污染物迁移的因素主要有风和湍流、由于天气形势和地理地势造成的逆温现象、污染源本身特性。

（1）风和大气湍流

风可以使污染物向下风扩散，湍流可以是污染物向各方向扩散。

（2）天气形势和地理地势

海陆风：

白天海风，夜间陆风。

温度低的地方刮向温度高的地方。

城郊风：

城市中的企业和居民要燃烧大量的燃料，燃烧过程中有大量热能排放到大气中，造成市区温度比郊区高，城市热岛上暖而轻的空气上升，四周郊区的冷空气向城市流动。

！

什么叫城市热岛效应？

城市中的企业和居民要燃烧大量的燃料，燃烧过程中有大量热能排放到大气中，造成市区温度比郊区高，这个现象叫做城市热岛效应。

（即是指城市平均气温比周围乡村高的现象）

山谷风：

白天气流由谷底流向山坡形成谷风；夜间山坡上的空气沿坡下滑形成山风。

12.什么叫自由基？

自由基也称游离基，是指由于共价键均裂而生成的带有未成对电子的碎片。

（自由基越饱和越稳定）

13.光化学反应

（1）定义：

分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应。

（注意：

并不都是自由基反应！

）

（2）光化学反应的两大定律：

光化学第一定律：

在光化学反应中，要是物质发生光分解，则只有当激发态的分子能量足够使分子内的化学键断裂的时候，也就是说光子能量至少要大于化学键能时，才可能引起光分解反应，而且光量子还必须被所作用的分子吸收，就是说：

分子对某些特定波长的光要有特征吸收光谱。

光化学第二定律：

分子吸收光子是单光子过程，因为激发态分子寿命很短，（激发态分子存留时间一般小于10-8秒），这样激发态分子几乎不可能吸收第二个光子。

（3）能斯特方程 E=

= 

 （光子能量）

h为普朗克常数，6.626×10-34Js/光子；c为光速3.0×108m/s，λ为光子波长nm=10-9m

分子活化能的计算：

如果一个分子吸收一个光量子，1mol 分子吸收的光量子总能量为

EN=

N=

N（N为阿伏加得罗常数，6.022×1023光子/mol）

14.大气中的自由基以HO.和HO2.更为重要。

他们的来源分别为？

（1）HO.主要来源：

（高温有利于其生成）

清洁大气中：

天然来源是臭氧的光解（O3来源于NO2光解）

长波光子（一般不能形成HO.）：

O3+hv（波长大于315nm）→O2+O. （基态原子氧）

O2+O.+M→O3+M

短波光子（可以形成HO.）：

O3+hv（波长小于315nm）→O2+O*（激发态原子氧）

O*+H2O→2HO.

污染大气中：

硝酸、亚硝酸和过氧化氢的光解

HNO2+hv（200-400nm）→NO+HO.

HNO3+hv（120-335nm）→NO2+HO.

H2O2+hv（<360nm）→2HO.

（2）HO2.主要来源：

HO2.自由基天然源是大气中醛类（尤其甲醛）光解

HCHO+hv（<360nm）→H.+HCO.（光分解）

H.+O2→HO2.

HCO.+O2→CO+HO2.

实际上，大气中总是存在氧分子的，因此只要能够生成H.或HCO.的反应，

都能生成HO2. 如：

H.+O2→HO2.

HO.与CO作用也能导致HO2.的形成 HO.+CO→CO2+H. H.+O2→HO2.

烃类光解或者烃类被O3氧化，可能产生HO2.

（RH+hv→R.+H. H.+O2→HO2.RH+O3+hv→RO.+HO2.）        

15.光化学烟雾又称洛杉矶型烟雾，其定义？

（1）定义：

含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物的大气，再阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，叫做光化学烟雾。

（2）形成条件：

大气中有氮氧化物和碳氢化合物存在，大气温度较低，而且有强的阳光照射。

（3）

掌握曲线如何变化的及其原因和应对措施。

（方程式不会考的）

光化学烟雾白天生成，傍晚消失。

污染高峰出现在中午或者稍后。

图中可知，烃和NO体积分数最大值发生在早晨交通繁忙时刻，这时候NO2浓度很低，随着太阳的辐射增强，NO2、O3浓度迅速增大，中午时刻已达到较高的浓度，他们的峰值往往比NO峰值晚出现4-5个消失，由此可以推断出NO2、O3和醛是在日光照射下由大气光化学反应而产生的，属于二次污染物。

早晨由于汽车排放出来的尾气是产生这些光化学反应的直接原因。

傍晚交通繁忙时刻，虽然仍有较多汽车尾气排放，但是由于日光已较弱，不足以引起光化学反应，所以不能产生光化学烟雾现象。

光化学反应的简单机制主要是引发反映（主要是NO2的光解）、自由基传递反映（增长反应）、终止反应（也是NO2终止的）

控制对策：

控制反应活性高的有机物的排放、控制臭氧的浓度。

16.硫酸烟雾又称伦敦型烟雾，定义为：

主要是由于燃煤而排放出来的SO2、颗粒物以及有SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。

（多发生在冬季、气温较低、湿度较高和日光较弱的气象条件下）

17.

18.酸性降水（又称酸雨或者最常见的就是酸雨）！

！

！

很重要！

！

（1）定义：

是指通过降水，如雨雪雾冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面的过程。

（2）湿沉降：

指大气中的物质通过降水而落到地面的过程。

湿沉降有两类：

雨除和冲刷。

（3）干沉降：

指大气中的污染气体和气溶胶等物质随气流的对流、扩散作用，被地球表面的土壤、水体和植被等吸附去除的过程。

（4）酸雨pH小于5.6

（5）酸雨主要成分：

化学组成：

阳离子——H+、NH4+、Ca2+、Na+、K+、Mg2+

阴离子——SO42-、NO3-、Cl-、HCO3- 

Cl-和Na+主要是来自海洋，二者浓度相近，对降水酸度不产生影响.阴离子总量中SO42-占绝对优势；在阳离子总量中H+、Ca2+、NH4+占80%以上。

（6）酸雨形成的影响因素：

酸性污染物的排放及其转化条件，降水酸度的时空分布与大气中SO2和降水中的硫酸根浓度的时空分布存在着一定的相关性，也就是说某地SO2污染严重，降水中硫酸根浓度就高；大气中的NH3，降水pH取决于硫酸、硝酸和NH3以及碱性尘粒的相互关系，NH3是大气中唯一的气态碱，由于其易溶于水能与酸性气溶胶或雨水中的酸起中和作用，从而降低了雨水的酸度。

在大气中，可与硫酸气溶胶形成中性的硫酸铵或硫酸氢铵。

酸雨区的NH3含量低。

大气中NH3来源主要是有机物的分解和农田施用的含氮肥料的挥发；颗粒物酸度及其缓冲能力。

颗粒物对酸雨的形成有两方面的作用，一是所含的金属可催化SO2氧化成硫酸，二是对酸起中和作用。

但是如果其本身就是酸性的那就不能起中和作用。

天气形势的影响，有利于污染物扩撒的酸雨就减弱。

（7）电中性原理：

[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-]要会写出来重点是注意系数是多少并会运用电中性原理来求解pH。

（即利用各种已知的电离常数类，例如Kw）

19.温室效应

（1）定义：

大气中的CO2吸收了地面辐射出来的红光，把能量截留于大气中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。

能够引起温室效应的气体称为温室气体。

（2）温室气体有哪些？

CO2、甲烷、CO、二氯乙烷、臭氧、氟利昂、四氯化碳。

20.平流层中臭氧层被破坏的化学机理：

（1）平流层中NOx对臭氧的破坏

平流层上部（促进O3的减少）：

NO+O3——NO2+O2

O.+NO2——NO+O2（氧浓度低，该反应占优）

总反应：

 O.+O3——2O2

平流层底部（促进O3的生成，与对流层近似）：

NO2+hv——NO+O.

O2+O.+M——O3 （氧浓度高，该反应占优）

（3）平流层中HOx.对臭氧的破坏

（其来源主要于甲烷、水蒸气和氢气与激发态原子氧的夺氢反应）

平流层上部（O.浓度高，估计约占O3总损耗量的70%）：

H.+O3——HO.+O2    HO.+O.——H.+O2

总反应：

 O.+O3——2O2

HO.+O3——HO2.+O2   HO2.+O.——HO.+O2

总反应：

 O.+O3——2O2

平流层底部（O.浓度低，O3浓度高）：

HO.+O3——HO2.+O2   HO2.+O3——HO.+2O2

总反应：

 2O3——3O2

无论哪种途径，与氧原子的反应是决定整个消除速率的步骤。

（4）平流层中ClOx.对臭氧的破坏

Cl.+O3——ClO.+O2    O.+ClO.——Cl.+O2

总反应：

O.+O3——2O2 （决速步骤为与氧原子的反应）

（4）平流层中臭氧破坏的化学机制，总结上述O3层破坏的反应过程，可得到

Y+O3——YO+O2  O.+YO——Y+O2

总反应：

O.+O3——2O2（Y）

21.干沉降：

指颗粒物通过重力作用或与其它物体碰撞后发生沉降。

（对颗粒物的去除率在10~20%）

湿沉降：

指降雨、下雪等使颗粒物从大气中去除的过程使颗粒物消除的过程。

（对颗粒物的去除率在80~90%）

22.大气颗粒物按粒径大小可分为总悬浮颗粒物、飘尘、降尘、可吸入粒子。

总悬浮颗粒物定义：

用标准大容量颗粒采样器（流量在1.1~1.7m3/min）在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，是分散在大气中各种粒子的总称。

（小于等于100微米）

降尘定义：

能用降尘罐采集到的大气颗粒物。

在总悬浮颗粒物中一般直径大于10μm的粒子，由于其自身的重力作用回很快沉降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。

可吸入粒子的定义：

易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。

（国际标准化组织（ISO）建议，将可吸入呼吸道的粒径范围内（Dp≤10μm）的粒子称为可吸入粒子。

）

23.大气颗粒物的三个模态131页问问别人

24.PM10定义：

可吸入颗粒物，通常是指粒径小于等于10微米的颗粒物。

PM2.5定义：

大气中粒径小于等于2.5微米的颗粒物。

第3章水环境化学

1.天然水中的主要离子组成（必考!

!

）：

最主要的八大离子HCO3-、Ca2+、SO42-、Cl-、Na+、Mg2+、K+、NO3-

2.水中铁的形态有哪四种？

Fe（OH）2+、Fe（OH）2+、Fe2（OH）24+、Fe3+

3.亨利定律：

大气中的气体分子与溶液中同种气体分子间的平衡服从亨利定律，即一种气体在液体中的溶解度正比于液体所接触的该种气体的分压。

气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示[G（aq）]=KH·PG

（式中：

KH——某种气体在一定温度下的亨利定律常数PG——某种气体的分压）

在计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正（在温度较低时，这个数值很小）。

根据水在不同温度下的分压，就可按亨利定律计算出气体在水中的溶解度。

例题：

氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含盐量有关。

氧在1.0130×105Pa、 25℃（标准状态）饱和水中的溶解度，可按下面步骤计算。

查水在不同温度下的分压可以知道，水在25℃时的蒸汽压为0.03167×105Pa，

由于干空气中氧的含量为20.95%，

所以得到氧的分压PO2=（1.0130-0.03167）×105×0.2095=0.2056×105Pa

代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为：

[O2（aq）]=KH·PO2=1.26×10-8×0.2056×105=2.6×10-4mol/L

氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32mg/L。

4.影响酸碱度的重要气体就是CO2

5.天然水的性质（天然水体PH值一般在6-9之间）

（1）

碳酸平衡

【封闭体系】只能知道百分含量

封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可随pH值变化，但总的碳酸量CT始终不变。

从左往右，与X轴交点为4.3、8.3。

最右边的交点为10.8

即PH小于6时，系统中主要碳的形态主要以二氧化碳和碳酸为主，当pH为6-10时系统里碳的形态主要以碳酸氢根为主，当pH大于10.8时，主要以碳酸根存在。

【开放体系】可以计算各浓度CT=[CO2]/α0=KH*pCO2/α0

α0=（1+K1/[H+]+K1K2/[H+]2）-1

开放体系中，[H2CO3*]恒定不变，pH值为6.35、10.33是相关临界点

（2）天然水中的酸度和碱度（必考！

！

！

）

【1】碱度定义：

碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子的物质总量。

pH值反映的是水中氢离子的活泼程度；碱度是能接受质子H+的物质总量。

【2】总碱度定义：

是水中各种碱度成分的总和，即加酸至碳酸氢根和碳酸根转化为CO2。

【3】酸度定义：

是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出氢离子或经过水解能产生氢离子的物质的总量。

一定要会做的题：

P155某水体中的PH为8.00，碱度为1.00*10-3mol/L，算出各种形态物质的浓度。

6.富营养化定义：

是指在生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶氧量下降，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

（核心元素是P）

通常用N/P值大小判断湖泊富营养化程度：

N/P>100贫营养湖泊状态 N/P>15磷是控制富营养化的因素 N/P<10富营养湖泊状态

7.水中无机物污染物迁移转化的途径：

沉淀-溶解、氧化还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用。

（1）水环境中颗粒物的吸附作用

【1】水环境中胶体颗粒的吸附作用大体可以分为表面吸附（物理吸附、主要）、离子交换吸附（物理化学吸附，主要）和专属吸附（次要）。

P173页表3-8

【2】氧化还原

什么叫电子活度？

酸碱反应和氧化还原反应之间存在着概念上的相似性，酸和碱是用质子给予体和质子接受体来解释。

还原剂和氧化剂可以定义为电子给予体和电子接受体，ae—水溶液中电子的活度。

PE的严格定义？

pE表示平衡状态下（假想）的电子活度，它衡量溶液接收或迁移电子的相对趋势。

pE越小，电子浓度越高，体系提供电子的倾向就越强。

pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。

PH与PE定义的异同点？

共同点：

都是用来表示各自的活度的，概念相似、书写形式相似

不同点：

PH表示的是电子活度，衡量的是溶液接受或迁移质子的相对趋势，而PE表示的是电子活度，衡量的是溶液接受或者给出电子的相对趋势。

PE的计算：

pE=–lg（e-）=E/0.059（V）

8.P199、200问一下别人这里的重点没有记全

9. 决定电位定义：

若某个单体系的含量比其他体系高的多，则此时该单体系电位几乎等于混合复杂体系的pE，称之为决定电位。

10.水中N体系的对数浓度图

要知道N的形态以及什么时候是什么形态

pE<5：

NH4+是主要的氮形态；

pE在5~7的范围：

NO2-是主要形态；

pE>7：

NO3-是主要形态；

11. 清洁区：

表明未被污染，氧及时得到补充。

分解区：

细菌对排入的有机物进行分解，其消耗的溶解氧量超过通过大气补充的氧量，因此，水体中溶解氧下降，此时细菌个数增加。

腐败区：

溶解氧消耗殆尽，水体进行缺氧分解，当有机物被分解完后，腐败区即告结束，溶解氧又复上升。

恢复区：

有机物降解接近完成，溶解氧上升并接近饱和。

清洁区：

水体环境改善，又恢复至原始状态。

11.配合作用是金属离子溶解的主要原因。

腐殖质的配合作用使金属离子进入到水体底泥。

腐殖质根据其在碱和酸溶液中的溶解度可以分为腐殖酸、富里酸、腐黑物。

腐殖酸：

可溶于稀碱液但不溶于酸的部分

富里酸：

可溶于酸又可溶于碱的部分

腐黑物：

不能被酸和碱提取的部分

12.水中有机物的迁移转化途径：

吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等过程。

（1）分配作用

【1】分配系数（Kp）：

有机化合物在沉积物（或土壤）和水中分配平衡时含量的比值。

Kp=ρs/ρw（ρs、ρw—分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度。

） 

【2】标化的分配系数Koc：

对于每一种有机化合物可得到与沉积物特征（类型各异组分复杂）无关的常数。

Koc=Kp／woc（Woc为沉积物中有机碳的质量分数）

Koc=0.63Kow（Kow为辛醇-水分配系数）（Kp不易测量时用这个）

【3】辛醇-水分配系数Kow：

化学物质在辛醇中质量和水质量的比例。

lgKow=5.00－0.67lg（Sw×103／M）

（Sw—有机物在水中的溶解度，mg/L；M—有机物的分子量）

【4】生物浓缩因子（BCF或KB）：

有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比。

（2）水解作用（改变有机物的种类，但不降解）

分为酸性催化、碱性催化、中性的过程。

（3）生物降解的作用

生长代谢定义：

许多有毒物质可以像天然有机化合物那样作为微生物的生长基质。

用这些有毒物质作为微生物培养的唯一碳源便可鉴定是否属生长代谢。

共代谢定义：

某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源，必须有另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时，该有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。

13.P260思考题与习题

第4章土壤环境化学

1.土壤中常见阳离子的交换能力顺序：

Fe3+>Al3+>H+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+ >Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

记忆小窍门：

三价>H+>二价>一价

（电荷数越高，阳离子交换能力就越强；同价离子中，半径越大，交换能力越强）

2.盐基饱和度定义：

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。

盐基饱和度=交换性盐基总量/阳离子交换量×100% 单位：

cmol/l 

3.土壤酸碱性（酸碱理论）

土壤的潜性酸度比活性酸度大得多。

（1）活性酸度（有效酸度，pH值：

土壤溶液中氢离子浓度的直接反映。

（2）潜性酸度：

来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。

当这些离子处于吸附状态时不显酸性。

只有