广工期末考环境化学复习提纲1文档格式.docx

1、空气比对流层稀薄得多，几乎没有水汽和尘埃，较干燥，大气透明度好，很少出现天气现象。（适合飞机飞行）空气无垂直对流运动，主要是平流运动（水平扩散），一旦污染物进入则难于扩散。在高度约1560km范围内，有厚度约为20km的臭氧层。其中的臭氧能够强烈吸收来自太阳的紫外线，同时在紫外线的作用下被分解为分子氧和原子氧，这些分子氧和原子氧又能很快地重新化合生成臭氧，释放出大量热量，造成了平流层的气温上升。所以臭氧层使地球生物免受紫外线的照射，同时又对地球起保温作用。中间层：空气极为稀薄，由于臭氧层消失，气温随高度增加而迅速降低，顶部气温可低于83113。空气再次出现强烈的垂直对流运动。（因为温度下高上低

2、） 热层：空气更加稀薄，在宇宙射线作用下处于电离状态，因此又称为电离层。 由于电离后的氧能强烈地吸收太阳的短波紫外线辐射，因此气温随高度的增加而增加。电离层能将地面发射的无线电波返回地面，对全球的无线电通讯具有重要意义。逃逸层：也称为外大气层。大部分分子发生电离，大气极为稀薄，气温高，分子运动速度快。有的高速运动的粒子能克服地球引力的作用而逃逸到太空中去。（2） 大气压力随高度的变化p20-21：大气压力与海拔高度成反比。（3） 大气垂直递减率p47：随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率（）。通常用式子表示：dTdz。（T为热力学温度，K；z为高度。）在对流层中，般而言，0，但在一定条件下

3、会出现反常现象。当0时，称为等温气层；当0时，称为逆温气层。（4） 逆温层p47：对流层中0的气层。1 逆温现象经常发生在较低气层中，这时气层稳定性特强，阻碍着大气的垂直运动，不利于污染物的扩散。2 可分为近地面层的（辐射逆温、平流逆温、融雪逆温、地形逆温等）和自由大气的（乱流逆温、下沉逆温、锋面逆温等）两类逆温。（5） 逆温高度p48：近地面层的逆温以辐射逆温为主，是地面因强烈辐射而冷却所形成，发生高度多在距地面100150m内。（6） 气块的大气垂直递减率和干绝热垂直递减率d与气块稳定度的关系p48-49：1 大气中某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定的程度，称为大气稳定度。比如气块产生了

4、一个垂直位移，而所处的层结大气能使气块趋于回到原来的平衡位置，则称层结是稳定的。2 干绝热垂直递减率d指干空气块随高度升高气温的降低率，取0.98100m。3 若d，表明大气稳定；d，大气不稳定；d，大气处于平衡状态。比如当d，则气块上升时温度要比周围空气的温度下降得快，即气块本身温度将低于周围空气，因此上升速率要减小，并且有回到原来高度的趋势，也就是大气处于稳定状态。4. 理解大气污染物的概念、分类及主要来源。（1） 概念p21：人类活动及自然界都不断地向大气排放各种各样的物质，这些物质在大气中会存在一定的时间。当大气中某种物质的含量超过了正常水平而对人类和生态环境产生不良影响时，就构成了大

5、气污染物。（2） 分类p21：1 按物理状态可分为：气态污染物和颗粒物。2 按形成过程可分为：次污染物和二次污染物。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O3、硫酸盐颗粒物等。3 按化学组成可分为：含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。（2） 来源：书中此节主要按照化学组成讨沦大气中的气态污染物。1 含硫化合物就全球来说，人为来源和天然来源的排放量相当。天然来源有火山喷射（大部分是SO2），海水浪花（主要是硫酸盐），生物活动（主要是H2S、（CH3）2S）。SO2：（p22）就大城市及其周围地区来说，

6、大气中的SO2主要来源于含硫燃料的燃烧。H2S：（p26）大气中H2S的人为来源排放量不大。天然排放是其主要来源，包括动植物机体的腐烂、生物活动、火山喷射（少量）等。此外，H2S还可以由COS，CS2与HO的反应而产生。2 含氮化合物N2O：（p27）主要是天然来源，即由土壤中硝酸盐（）经细菌的脱氮作用而产生。NOx（NO和NO2）：（p28-29）人为来源主要是燃料的燃烧，生成的NOx中有90%是NO，其中23来自汽车等流动燃烧源，13来自固定燃烧源。生成机理包括燃料中含氮化合物的燃烧氧化，和空气中N2的高温氧化两种。3 含碳化合物CO：（p31）城市大气中的CO主要是人为来源中的燃料燃烧生

7、成，80%来自汽车排放，其余由家庭炉灶、工业燃煤锅炉、煤气加工等工业过程排放。包括燃料不完全燃烧，和高温时CO2的分解（产生CO和原子氧）两种机理。全球环境中的CO天然来源也很重要，包括甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物的排放以及森林火灾和农业废弃物焚烧，其中甲烷的转化最为重要。CO2：（p33-34）人为来源主要是来自于矿物燃料的燃烧过程。天然来源主要包括海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸，以及腐败作用和燃烧作用。碳氢化合物：a.甲烷：（p39-40）天然来源为湿地、海洋、煤矿等，人为来源为燃料、家禽、稻田、堆肥、城镇等。产生机制都是厌氧细菌的发酵过程。b.非甲烷烃：（p42-44）天然来源为植

8、被（最重要，大多数是松柏科、姚金娘科及柑橘属植物，散发的烃类有乙烯、萜烯类等）、微生物、森林火灾、动物排泄物、火山喷发。人为来源为汽油燃烧（尤其是不饱和烃活性高）、焚烧、溶剂蒸发、石油蒸发和运输损耗、废弃物提炼。4 含卤素化合物简单的卤代烃：（p45）甲烷衍生物如CH3Cl、CH3Br和CH3I，主要来自天然来源中的海洋（在对流层中和HO发生自由基反应）。此外，化学溶剂、有机合成工业原料和中间体如CHCl3、CH3CCl3、CCl4和C2H3C1，主要来自人为来源中的生产和使用过程。氟氯烃类：（p45）通过对其的生产和使用过程进入大气。（通常用作制冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的

9、泡沫发生剂和消防灭火剂等。）5. 掌握光化学的基本概念、基本规律。（1） 初级过程p66：（2） 次级过程p67：指在初级过程中反应物、生成物之间发生的反应。对于环境化学而言，次级过程（即光化学过程）更为重要。（3） 光敏反应：即上述初级过程中的（2-12）。有一类分子（A）在光化学反应中吸收光子（hv）形成激发态（A*），并将能量传递给不能吸收光子的分子（M），促使其发生化学反应，而本身则不参与化学反应，恢复到原先的状态（A），这类分子称为光敏剂。由光敏剂引发的光化学反应称为光敏反应。（4） 光化学定律p67：气态污染物进行光化学反应时，必须满足光化学的第一、第二定律。1 光化学第一定律：只

10、有当分子吸收特定波长的光，使激发态物种的能量足够使分子内的化学键断裂时，才能引起光解反应。2 光化学第二定律：也称Einstein光化学当量定律。在光化学反应的初级过程中，被活化的分子数（或原子数）等于吸收光的量子数，或者说分子对光的吸收是单光子过程。但此定律不适用于激光化学。对大气污染化学而言，反应大多发生在对流层，只涉及太阳光，是符合光化学第二定律。（5） 光子能量E和波长的关系式p67-68：因为只有当光子能量大于化学键能（化学键能通常大于167.4kJmol）时才能引发光化学反应，所以可以算得，能引发光化学反应的波长范围为100700nm。（6） 量子产率（量子效率）p68-69：指化

11、学物种吸收光量子后，所产生的光物理过程或光化学过程的相对效率。1 当分子吸收光时，第i个光物理或光化学过程的初级量子产率可用式子表示：。所有初级过程量子产率之和必定等于1。 2 对于光化学过程，除初级量子产率外，还要考虑总量子产率，或称表观量子产率。因为在实际光化学反应中，初级反应的产物，如分子、原子或自由基还可以发生热反应。由于光化学反应往往复杂，总量子产率可以变化很大。6. 理解与大气污染作用有直接关系的主要光解反应。P69-72（1） O2，N2：，OO键能493.8 kJmol。，NN键能939.4 kJmol。O3：在紫外（200300nm）和可见光（440850nm）范围内均有吸收

12、。（3） NO2：NO2键能300.5 kJmol，是城市大气中重要的吸光物质，在底层大气中可以吸收全部来自太阳的紫外光和部分可见光。（4） HNO2，HNO3：（6） H2O：7. 掌握气态氮氧化物（NOx）的光化学反应。p76-77NO2经光解而产生活泼的氧原子，氧原子与空气中的O2结合生成O3，O3又可把NO氧化成NO2。因而NO， NO2 与O3之间存在着的化学循环是大气光化学过程的基础。当阳光照射到含有NO和NO2的空气时，便有如下反应：8. 掌握光化学烟雾的形成及特征，理解其形成的反应机制及动力学分析。（1） 形成p91：1 由碳氢化合物和氮氧化物等一次大气污染物，在阳光中紫外线的

13、照射下发生一系列的光化学反应，而产生O3、PAN、高活性自由基、醛类、酮类和有机酸等二次污染物，这些一次和二次污染物的混合物即称为光化学烟雾。2 通常形成于大气温度低、而且有强的阳光照射的条件，易发生在温度较高的夏秋季节的白天。（2） 特征p92：烟雾呈蓝色，具有强氧化性，能使橡胶开裂，刺激人眼，伤害植物叶子，降低大气能见度。反应机制p93-95：可概括为如下12个反应。（4） 动力学分析（反应速率）p95：9. 掌握酸雨的定义及依据并了解其危害。P108-110（1） 定义：pH值小于5.6的降雨称为酸雨。（2） 依据：在未被污染的大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是CO2。如果只把CO

14、2作为影响天然降水pH值的因素，根据CO2的全球大气体积分数33010-6和如下平衡关系：它们的表达式为各组分在溶液中的浓度为按电中性原理有在一定温度下，Kw、KH、K1、K2、都有固定值，并可测得。将这些已知数值代人上式，计算结果得pH5.6。多年来国际上一直将此值看做未受污染的大气水pH值的背景值。把pH值为5.6作为判断酸雨的界限。（3） 危害：对地表水、土壤、森林、植被等有严重的危害。10. 理解“温室效应”的形成及危害。p120-122（1） 形成：大气中的某些气体可以让太阳的短波辐射自由通过射到地面，而吸收地面重新发出的长波辐射，阻止其返回外空间。因而把能量截留在了地球表面的低空大

15、气层之中，导致温度升高，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） 危害：如果温室气体增多，过多的能量不能正常向外辐射，将对整个地球的生态平衡产生巨大影响。如全球变暖、海平面上升、气候反常、影响水循环等等。11. 掌握O3层破坏机理及保护对策。（1） 破坏机理p122-126：O3的生成过程为消除过程为和上述O3生成和消除的过程是同时存在的，即正常情况下它们处于动态平衡，O3浓度保持恒定。但是，由于人类活动的影响，大气污染物进入平流层形成活性基团，作为催化剂加速O3的消除过程，破坏了其中的动态平衡。O3消除的催化反应机理为已知的催化剂Y有NOx （NO、NO2）、HOx

16、 （H、HO、HO2）、ClOx （C1、ClO）。（2） 保护对策：执行保护臭氧层维也纳公约、关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书。在生产生活过程中，淘汰、替代所使用的消耗臭氧层的物质。12. 掌握大气颗粒物的分类方法及特征。P129（1） 按性质分3 一次颗粒物：直接由污染源排放出来的颗粒物。4 二次颗粒物：大气中某些污染组分之间，或这些组分与大气成分之间发生反应而产生的颗粒物。（2） 按粒径分1 总悬浮颗粒物（TSP）：粒径100m。（用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量）2 飘尘：粒径10m。（可在大气中长期飘浮的悬浮物）3 降尘：粒径10m。（能用采样罐采集到的大气颗

17、粒物）4 可吸入粒子：粒径Dpl0m（ISO建议）。（易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子）13. 掌握气溶胶粒子（大气颗粒物）的重力沉降公式。P130大气颗粒物的消除方式通常有两种：干沉降和湿沉降。（1） 干沉降：指颗粒物在重力作用下的沉降；或者与其他物体碰撞后发生的沉降。去除颗粒物的量约占总量的1020。1 重力沉降：粒子的沉降速率可用Stokes定律表达。式中v为沉降速率，cms；g为重力加速度，cms 2；d为粒径，cm；1、2分别为颗粒物和空气的密度，gcm3；为空气黏度，Pas。由此可见，粒径越大，沉降速率也越大，下表列出用Stokes定律计算密度为1 gcm3的不同粒径颗粒物的沉降

18、速率。2 碰撞沉降：指粒径小于0.1m的颗粒，靠Brown运动扩散，相互碰撞而凝聚成较大的颗粒，通过大气湍流扩散到地面或碰撞而去除。（2） 湿沉降：指通过降雨、降雪等使痕量气态颗粒物从大气中去除的过程。去除颗粒物的量约占总量的8090。第三章 水体环境化学14. 掌握气体在水中溶解度的概念及亨利定律的应用。P149-151（1） 概念：大气中的气体分子与溶液中同种气体分子间的平衡为X（g）X（aq），它服从Henry定律，即一种气体在液体中的溶解度正比于与液体所接触的该种气体的分压。但必须注意，Henry定律不能说明气体在溶液中进一步的化学反应，即利用Henry定律计算出的结果，可能小于该气体

19、在水中溶解的实际量。（如CO2）亨利定律：X （aq）KH pG，式中KH为各种气体在一定温度下的Henry定律常数；pG为各种气体的分压。例：计算氧在水中的溶解度（标况，即p01.0130105Pa，T25）。首先从表3-3可查出水在25时的蒸气压为0.03167105Pa，由于干空气中氧的含量为20.95，所以氧的分压为（1.01300.03167）105 Pa20.95%0.2056105Pa。查表3-1可得到O2的Henry定律常数为1.2610-8mol（LPa），把、KH代入亨利定律，即可求出氧在水中的浓度为O2（aq）KH（1.2610-80.2056105）molL2.6104

20、molL。氧的摩尔质量为32gmol，因此其溶解度为8.32mgL。例：计算CO2的溶解度（标况）。水在25时的蒸气压仍然为0.03167105Pa，已知干空气中CO2的含量为0.0314，查表得到CO2的Henry定律常数为3.34107mol（LPa），则CO2在水中的溶解度为：0.031430.8Pa，CO2 3.3410730.8 molL 1.028105 molL。CO2在水中解离部分可产生等浓度的：= 。及的浓度可从CO2的酸解离常数K1计算出：15. 掌握溶解氧（DO）的概念。16. 掌握水中CO和碳酸盐类物质的浓度C与pH的关系。17. 掌握水体中氧化还原反应的类型。18.

21、掌握水和Fe+/ Fe3+的pE-pH图，会计算氧化还原反应的pE值。19. 掌握天然水体中无机氮化物的转化规律。20. 理解各类水体特征及水生生物。21. 理解天然水体中常见配合物的类型。22. 理解天然水体中微生物的作用。23. 计算需氧有机物降解反应的半衰期。第四章 土壤环境化学24. 土壤的组成及其对土壤性质的影响。p266-269土壤是由固体（主要）、液体和气体三相物质共同组成的多孔体系。土壤中三相物质互相联系、制约，成为一个有机整体，构成土壤肥力的物质基础。土壤还是纳污藏垢之处，其中含有各种生物的残体、排泄物、腐烂物（所以土壤中C、N、S含量相对较高）；还有来自大气、水体及固体废物

22、中的各种污染物以及农药、肥料残留物等。（2） 土壤矿物质：按其风化作用的成因可分为两类。1 原生矿物：指岩石经物理风化作用破碎形成的原始成岩矿物（化学组成和结构没有改变）。原生矿物对土壤肥力的贡献，一是构成土壤的骨架，二是提供无机营养物质，除碳、氮外，原生矿物中蕴藏着植物所需要的一切元素。a.硅酸盐类矿物：如长石（KAlSi3O8）、云母。b.硫化物类矿物：通常只有铁的硫化物，即黄铁矿和白铁矿（均为FeS2），是土壤中元素硫的主要来源。c.磷酸盐类矿物：磷灰石和氯磷灰石分布最广，其次是磷酸铁、磷酸铝等，是土壤中无机磷的主要来源。2 次生矿物：指原生矿物经化学风化后形成的新矿物。（化学组成和晶体

23、结构有所改变）a.简单盐类：如方解石（CaCO3）、石膏（CaSO42H2O）、白云石、泻盐、芒硝、水氯镁石等，是化学风化后的最终产物。简单盐类属于水溶性盐，易淋溶流失，一般土壤中较少，常见于干旱、半干旱地区土壤中。b.三氧化物：如针铁矿、褐铁矿、三水铝石等，是硅酸盐类矿物彻底风化的产物，常见于湿热的热带和亚热带地区土壤中。c.黏土：分为伊利石、蒙脱石、高岭石，由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成，是构成土壤黏粒的主要成分。（3） 土壤有机质：土壤有机质是土壤形成的主要标志，对土壤的性质以及污染物在土壤中的迁移、转化有很大影响。1 非腐殖质：a.糖类：多糖是形成土壤结构的良好胶黏剂，也是土壤微生物

24、的主要能源。b.不含氮的有机物：如有机酸、有机酸酯、单宁等。c.含氮有机物：有机氮占总氮95以上。d.有机磷和有机硫化合物：有机磷有核酸、肌醇磷酸、磷脂核酸，有机硫有胱氨酸、蛋氨酸、硫氨素、生物素，是活细胞和许多辅酶的重要组分。e.木质素：是高等植物木质的主要组成部分，为高分子有机物，在土壤中难以降解。2 腐殖质：具有多种官能团，对金属离子有强的配合、螯合能力，能抵抗微生物作用而难降解，通过氢键等作用可形成疏松的聚集体，具有很大的表面积。（4） 土壤水分：既是植物养分的主要来源，也是进入土壤的各种污染物向其他环境圈层迁移的媒介。（5） 土壤中的空气：组成与大气基本相似，主要是N2、O2、CO2

25、。（6） 土壤生物：参与有机化合物和动植物、微生物残体的分解；固氮作用；参与腐殖质分解与形成；参与P、S、Fe及其他元素的转化；参与C、N、P的生物地球化学循环。25. 土壤胶体的性质。P272-2731 巨大的比表面和表面能：比表面是单位质量物质的表面积。物体处于表面上的分子所受到的吸引力是不相等的，具有一定的自由能，既表面能。一定体积的物质被分割成的颗粒数越多，比表面也显著增大，表面能也越大。2 带电性：土壤胶体微粒具有双电层，微粒内部带负电荷而形成一个负离子层（即决定电位离子层），外部由于电性吸引，形成一个正离子层（包括非活动性离子层和扩散层）。3 凝聚性与分散性：为了减小巨大的表面能，

26、胶体具有互相吸引、凝聚的趋势，即胶体的凝聚性。但是在土壤溶液中，胶体微粒又因带相同电荷（常为负电荷）而相互排斥，呈现出分散性。26. 土壤酸碱性。P275-277（7） 土壤酸度：根据土壤中H+离子的存在方式，可分为两大类。1 活性酸度：是土壤中氢离子浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用pH表示。土壤中氢离子的来源，主要是土壤中CO2溶于水形成的碳酸和有机物质分解产生的有机酸，以及土壤中矿物质氧化产生的无机酸。此外酸雨也会使土壤酸化。2 潜性酸度：是土壤胶体吸附的H+和Al3+，经离子交换作用后产生的酸度（即当它们处于吸附状态时不显酸性）。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其大小与土壤交换量和盐基饱和度有关。根据测定潜性酸度所用的提取液不同，可分为两类。a.代换性酸度用过量中性盐溶液（如KCI、NaCl）淋洗土壤，溶液中的金属离子与土壤中H+和Al3+发生离子交换呈现出的酸度。上述交换反应是可逆平衡反应，不能把土壤胶体上的H+和Al3+全部交换出来，故所测得的代换性酸度只是潜性酸度的大部分，而不是它的全部。b.水解性酸度用弱酸强碱盐溶液（如醋酸钠）淋洗土壤，溶液中的金属离子可与绝大部分土壤胶体吸附的H+和Al3+发生交换，同时生成弱酸（如醋酸），此时测得的该弱酸的酸度