环境化学原理期末考试.docx

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环境化学原理期末考试

1、从微观和宏观尺度阐述目前重大环境问题

到目前为止已经威胁人类生存并已被人类认识到的环境问题主要有：

全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、淡水资源危机、能源短缺、森林资源锐减、土地荒漠化、物种加速灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染等众多方面。

从大尺度上讲：

（1）全球气候变化、酸沉降与温室气体的环境问题。

　　①全球气候变化和温室气体具相互关联；

②除了CO2、CH4、NO2等温室气体外，大气还受到一些痕量物质如O3，颗粒物（炭黑）等的影响；反过来，气候变化也会影响到大气痕量物质的化学行为和迁移转化。

（2）我国以流域为主体的水污染严重

随着城市化和工业化加速，我国水污染问题日趋严重。

自20世纪80年代以来，太湖、滇池、巢湖等湖泊流域的水质迅速恶化。

尽管进行了长期的治理，但水环境恶化的总体趋势并未得到有效遏制。

特别是2007年6月初，太湖蓝藻爆发，水质迅速恶化，严重影响人民生活。

从微观尺度上讲

（1）室内空气质量

　　全世界30%建筑物存在室内空气质量问题。

　　①室内污染最大来源：

烹饪、燃料、有害装饰材料；

　　②室内空间有限、空气流动性差，容易积累大量颗粒物（烟尘）和其它空气污染物：

甲醇、苯系物、氨气以及颗粒悬浮物。

所以，对室内空气污染的研究是环境化学的一重要方面，概括起来：

室内空气污染的来源、含量水平、对人体健康的危害程度和防治途径等。

（2）水体污染

水污染造成水体富营养化：

自然富营养化过程人为富营养化过程

湖泊、水库、河口和近岸海域等水体富营养化过程的主要特征是水体不同程度地出现水华现象，水质明显下降。

如在我国26个属国家控制的重要湖泊中，水质一般低于地表水环境质量V类标准。

（3）土壤和地下水的污染

壤是各种污染物的源和汇。

源和汇的辩证关系：

汇好理解，源是相对于空气、地表水和地下水而言，在一定条件下两者可以相互转化；

作为汇：

进入土壤的主要污染物有：

酸沉降物、农药、化肥、以及石油、矿山重金属等。

作为源：

土壤中的污染物可通过向大气中的散发，动、植物的摄取，淋溶作用进入其他环境介质，在这种条件下，原先作为上述污染物汇的土壤这时成为了二次污染的污染源了。

（4）持久性有机污染物和环境内分泌干扰物

1持久性有机污染物（PermanentOrganicPollutantsPOPs）

具有低水溶性、高脂溶性、半挥发性和难降解性有机毒物统称为POPs。

POPs可以在环境介质之间跨界面迁移，从而具有污染范围大，持续时间长的特点。

通过侯鸟等生物携带，POPs出现在极地区域，而极地低温又很难降解这些有毒有机物，所以其表现为长期存在（如DDT类物质）。

2环境内分泌干扰物（EnvironmentalEndocrineDisruptors,EEDs）：

生物体内的天然激素对生物的繁殖、发育、行为及保持动态平衡起作十分重要的意义。

美国环境保护署对此定义：

对天然激素的合成、分泌、传输、结合和清除功能起干扰作用的外源物质被称为环境内分泌干扰物（EnvironmentalEndocrineDisruptors,即EEDs，也称Endocrine-DisruptingCompounds，即EDCs）。

因此，EEDs是干扰生物体、人体正常内分泌机能的外源化学物质的总称。

（5）重金属污染和类金属污染（As、Se）

人类毒理学、吸收毒理学研究表明，经口摄入的Se参考剂量FfD=0.35mgSe/d。

根据相关研究发现，中国人对Se平均日摄入量约为0.91mgSe。

过量摄入Se所产生的地方性硒中毒的症状有：

皮肤变色，指甲变形，脱发，踽齿，色斑，神经系统紊乱等。

（6）生态及食品安全

生态安全的概念：

生态安全是表示自然生态环境对人类生存和发展产生风险大小的一种度量。

态安全包括生物安全、食品安全、人体安全、生产安全和社会安全等。

在生态安全的众多指标中，与人体健康直接相关的食品安全一直是人们关注的重点。

2、从六个方面简述什么是环境化学

环境化学：

是研究有害化学物质在环境介质中的存在、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。

分支学科：

环境分析化学环境污染化学污染控制化学

污染生态化学环境计算化学环境生物化学

动态发展：

微量化、微观化、宏观化、复合污染、综合化、理论化、界面过程、多相性、新型化学品、学科交叉

3、氮环和磷循环

氮循环：

（1）固氮作用：

闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮

工业固氮：

400摄氏度，200大气压下

生物固氮：

固氮菌、与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物

使氮进入生物循环

（2）氨化作用：

由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物，氨溶水成为NH4+，为植物利用

（3）硝化作用：

在通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用

（4）反硝化作用：

反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气，回到大气库中

磷循环：

岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内沿食物链传递，并以粪便、残体或直接以枯枝落叶、秸秆归还土壤

含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转变为可溶性的磷酸盐，可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环

一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环

动植物遗体在陆地表面的磷矿化

磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋

4、大气光化学烟雾产生过程、要素和条件

含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物的大气，在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，称为光化学烟雾。

形成条件:

（1）氮氧化物与碳氢化物的存在

（2）大气温度较低；

（3）强的阳光辐射

反应机理：

5、大气中主要物质的光离解条件与过程

根据光化学第一定律，发生光离解反应必须满足一下条件：

（1）光子的能量大于化学键

（2）分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱

由光量子能量与化学键的对应关系可知：

通常化学键的键能大于167.4kJ/mol，所以波长大于700nm的光就不能引起光化学电离。

氧分子的键能为493.8kJ/mol，通常认为240nm以下的紫外光可以引起O2的分解。

6、自然水体中的沉淀平衡

（一）氧化物和氢氧化物

金属氢氧化物的沉淀溶解平衡可以用化学反应的通式表述：

硫化物

一般而言，金属离子的硫化物在水中的溶解度比起其氧化物或氢氧化物小得多，对金属离子在天然水中的沉积起着重要作用。

例如，Hg2+在天然水体中的行为由于水体性质而发生明显分异。

汞的甲基化过程在嫌气条件下易于发生。

但水体在嫌气条件下产生H2S，而S2-非常容易与Hg2+生成HgS沉淀，那么，汞的甲基化作用会明显被削弱，汞的迁移和毒害就会降低。

由于上述原因，好气条件下的天然水体发生汞的甲基化作用常大于嫌气条件下的情况。

天然水体中，S2-的含量约为10-10mol/L，相当于3.2´10-6mg/L。

以Cu2+为例，CuS溶度积等于6.3´10-36，在25℃下：

[Cu2+][S2-]=6.3´10-36

把天然水中S2-的浓度代入上式，便可得天然水中Cu2+的平衡浓度：

[Cu2+]=6.3´10-36/10-10=6.3´10-26（mol/L）

由此说明，只要天然水中有少量S2-存在，Cu2+完全可从天然水中沉淀出来。

碳酸盐

两价金属离子的碳酸盐通常是一些难溶性化合物，表3-8列出了金属碳酸盐的溶度积。

由于碳酸盐在不同pH条件下，溶解度不同，加上空气中CO2分压对溶液中碳酸形态的影响，故碳酸盐对水中金属离子迁移的贡献随环境条件的变化而异。

磷酸盐

水溶液中正磷酸根易于和许多金属离子形成难溶性化合物，没有被重金属污染的天然水体，主要含碱土金属离子，而土壤、岩石中的构成元素，如铁、铝等在其化学风化过程中汇入水体，从而与水中包括磷酸根在内的阴离子发生沉淀作用。

反过来，磷酸盐的沉淀也会影响环境中一些金属离子的有效性。

7、零价铁去除水体中有机污染物和重金属的机理

去除重金属：

（1）还原作用

Fe的价电子层结构为3d64s2,在298.15K、101325Pa下Fe2+/Fe的标准电极电位较负，因此Fe反应活性较强，作为电子授体在其表面通过电子传递被还原，从而使其浓度降低或从溶液中除去，与此同时零价铁被氧化

Fe0→Fe2++2e-

零价铁脱氯

零价铁除磷

8、述臭氧层的形成与耗损

臭氧层耗损

由于水蒸气、NOx、氟氯烃等污染物进入平流层，它们能加速臭氧耗损过程，破坏臭氧层的稳定状态。

平流层HOX主要是由H2O,CH4或H2与O反应而生成的

9、氧气不同温度下的溶解度

水中溶解氧

溶解在水中的气体

[G（aq）]=KH·PG（亨利定律）

式中：

KH—气体在一定温度下的亨利常数，不同气体，KH不同，KH越大，说明该气体越易溶于水中；PG—气体的分压。

空气的大气压为1.0130×105Pa，在25℃时水的蒸汽压为0.03167×105Pa，由于干空气中氧的含量为20.95%，所以氧的分压为：

PO2=（1.0130-0.03167）×105×0.2095

=0.2056×105Pa

根据亨利定律，可求出氧在水中的浓度为：

[O2（aq）]=KH·PO2

=1.26×10-8×0.2056×105

=2.6×10-4mol/L

=8.3mg/L

不同温度下，气体在水中溶解度的计算：