环境化学概要Word文档下载推荐.docx

1、土壤圈：一般处于大气圈、岩石圈、水圈及生物圈的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。生物圈：主要由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质三部分组成，是地球上最大的生态系统，其中有多种类型的生态系统。岩石圈：厚度不均一，其板块的运动与岩石的形成与演化有密切联系。2、环境介质、相的概念，连续和非连续的介质，对于污染物的运动变化有哪些影响？环境介质：某一具体的环境单元世界，可看作由物质、能量和信息三部分组成，其中有形的物质部分。相：系统中物理性质及化学性质均匀的部分。连续的介质使污染物的运动变化有一定方向性，污染物运动加快；非连续介质使污染物运动变化没有方向性，可吸附污染物使其运动发生改变，减缓

2、污染物运动。3、区分大气和空气的概念，各自对应哪个英文单词？大气（atmosphere）：是多种物质的混合物，是各种固体或液体均匀地分散在空气中形成的一个庞大的分散体系，自然状况下，由干洁空气、水汽、悬浮颗粒物或杂质组成。空气（air）：除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体为干洁空气，主要成分有N2和O2，以及少数的惰性气体等。4、什么是大气温度层结？各层结的特点如何？不同波长的太阳辐射，各能到达哪些层结？大气温度层结：静大气的温度在垂直方向上的分布，其动力是地球自转作用和对太阳辐射吸收的不同。根据大气的温度层结、密度层结和运动规律，大气可分为：对流层：温度随高度增加而降低，气体垂直运动剧烈

3、，含有全部的大气质量的3/4的大气和全部水汽，大气中绝大多数天气现象都发生在对流层。平流层： 温度随高度的增加保持不变或稍有上升，高度为1535 km 范围内存在一臭氧层。该层空气垂直对流运动小，只能随地球自转而产生平流运动。平流层内水汽和尘埃都很少，几乎没有天气现象出现。中间层：温度随高度的增加而降低，空气垂直运动相当强烈。热层：温度随高度的增加而迅速上升，层内空气稀薄，处于高度电离状态。逸散层：空气更为稀薄，地球引力小，大气质点向星际空间逃逸。100nm：太阳辐射到达热层；200nm太阳辐射到达对流层。5、简述大气颗粒物的来源和分类。来源：分为两种，一是天然来源，二是人为来源。天然来源包括

4、地面扬尘、海浪溅出的泡沫、火山灰、森林火灾、宇宙陨星尘埃等。人为来源包括飞灰和气态污染物等。分类：按来源分：天然来源颗粒物、人为来源颗粒物。按存在形态分：液态颗粒物、固态颗粒物、液固混合颗粒物。按形成方式分：一次颗粒物、二次颗粒物。按组成分：无机颗粒物、有机颗粒物。按粒径分：总悬浮颗粒物、降尘、飘尘、可吸入颗粒物及呼吸性颗粒物。6、臭氧是如何生成和损耗的（天然和人为因素）？臭氧存在对流层顶和平流层之间，臭氧的生成是由于平流层中氧气光解的结果。臭氧的天然来源为：O2 + hv O + O （ 243 nm）2O + 2O2 + M 2O3 + M总反应为：3O2 + hv 2O3臭氧形成的人为来

5、源：汽车尾气排放的氮氧化物光解形成的氧原子与氧气结合生成臭氧。复印机、高压电线释放物等都可以形成臭氧。NO2 + hv NO + O （ 420 nm）O + O2 + M O3 + M臭氧在正常情况下的耗损：臭氧的消耗过程，主要为吸收紫外光而光解和与氧原子反应生成氧气。O3 + hv O2 + OO3 + O 2O2正常情况下，臭氧的生成和耗损处于动态平衡状态。非正常情况下：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。Y+O3YO+O2YO+OY+O2O3+O2O2其中：Y = NOX （NO, NO2）; HOX （H, HO, HO2）;

6、ClOX （Cl, ClO）7、什么是温室效应？大气中有哪些温室气体？大气中的CO2、CH4等气体吸收了地面辐射出来的红外光，起到了单向过滤作用，把能量截留在大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。大气中温室气体有：二氧化碳、甲烷、氟氯烃、氮氧化物、臭氧，还有水，一氧化碳等。8、试述全球气候变化的原因及影响。原因：分为自然原因和人为原因。自然原因:自然的气候波动，包括太阳辐射的变化，火山爆发等。人为原因:人类活动的影响，包括人类燃烧化石燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度的增加，硫化物气溶胶浓度的变化，陆面覆盖和土地利用的变化等。影响：对环境的影响：气候变化引起大气圈、水圈、生物圈

7、等自然地理环境要素的变化，从而引起自然资源变化和自然灾害频繁，以及生态环境破坏。对人类生产生活的影响：由于环境变化，自然资源条件变化，从而影响人类的生产生活。如人体健康、产业领域、居住环境的变化。补充：氟利昂（CFCs）计算法则数字编号加上90，得出三位数依次为C、H、FC、H、F下标排成三位数，减去90得数字编号如：CFC-11表示CFCl39、水体富营养化的机理与危害。定义：人类活动影响下，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，导致水体溶解氧下降、水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象，即为水体富营养化。机理：由于污染物质排入水体湖泊

8、、河口、海湾等，引起水化学失衡，藻类和浮游生物大量增殖，溶解氧量下降，最终导致鱼类及其它生物死亡、生态紊乱以及内源营养物质释放。危害： （1）水体中的藻类大量繁殖可以阻塞水道，缩小鱼类生存空间，水体变色、透明度降低，其分泌物引起水臭，给水处理造成各种困难；更重要的是富营养化还可能破坏水体中生态系统的原有平衡； （2）水体富营养化后，藻类繁生将使有机物生成速度远远大于其消耗速度，积累大量的有机物。其后果是促使细菌类微生物繁殖，加快异氧生物的生长，使水体耗氧量增加。富营养化引起有机体大量生长，反过来又会使某些藻类、植物及水生生物、鱼类趋于衰亡，以致绝迹。这些藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把

9、生物所需的氮、磷等营养物质释放到水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，也很难自净和恢复到正常状态。10、什么是天然水酸度和碱度？如何计算？和pH有什么关系？碱度：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H+的物质总量。总碱度 = HCO3-+2CO32-+OH-H+酚酞碱度= CO32-+OH-H2CO3*-H+ 苛性碱度= OH-HCO3-2H2CO3*-H+酸度：是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经水解能产生H+的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等。 总酸度=H+HCO3-+2H2CO3*-OH- CO2酸

10、度=H+H2CO3*-CO32-OH- 无机酸度=H+-HCO3-2CO32-OH-与pH关系：pH=-lgH+，即pH是H+的负对数。11、论述土壤的组成和性质。答: 土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。固相指土壤矿物质（原生矿物和次生矿物质）和土壤有机质。液相指土壤水分及其可溶物，两者合称为土壤溶液。气相指土壤空气。土壤中还有数量众多的细菌和微生物，一般作为土壤有机物而视为土壤固相物质。土壤具有如下性质：（1）土壤吸附性：土壤胶体以其巨大的比表面积、带电性、土壤胶体的凝聚性和分散性以及土壤胶体的离子交换作用，使土壤具有吸附性。（2）土壤酸碱性：由于土壤是一个复杂的体系，其中存在

11、着各种化学和生物化学反应，因而土壤表现出不同的酸碱性。根据土壤中氢离子的存在方式不同，土壤酸度可分为活性酸度和潜性酸度。（3）氧化还原性：氧化还原反应是土壤中无机物和有机物发生迁移转化并对土壤生态系统产生重要影响的化学过程。（4）土壤的缓冲性能：土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，其中土壤溶液中的各种弱酸及盐类，构成了一个良好的缓冲体系。12、环境污染物如何分类？主要来源？进入环境后，使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质。按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等；按污染物的类型可分为有机污染物、无机污染物和有机金属化合物；按污染物的性质可分为

12、化学污染物、物理污染物和生物污染物。按污染物来源可分为工业（如“三废”，有毒有害化学品等）；农业（如农药、化肥等）；生活（如固体废物、废水、废气）；服务业（如交通运输中排放的汽车尾气、废油等）。13、各环境介质中的典型化学污染物有哪些？来源？（12分）（1） 空气中典型化学污染物SO2（主要来源于煤的燃烧）、NOx（如NO，NO2等，主要来源于矿物燃料的燃烧及汽车尾气）、CO和CO2（来源于煤的燃烧，汽车尾气）、挥发性有机污染物（如烷烃、烯烃、芳烃，化石燃料的燃烧）、颗粒物、以及室内家俱装饰释放的甲醛、多环芳烃（PAHs）、多溴联苯醚（PBDEs）等。（2） 水中典型的化学污染物好氧有机物：碳

13、水化合物、蛋白质、脂肪和纤维素等。有毒有机物：农药、表面活性剂、芳烃、药物等。金属离子、无机物：汞、铅、镉、铬、砷、氰化物等。饮用水消毒副产物（3） 土壤中典型的化学污染物农药：有机氯、有机磷、氨基甲酸酯类等其他：污水灌溉、干湿沉降等。第二章：污染物 迁移1、大气、水、土壤和生物相中的污染物可以发生哪些迁移行为？ （1） 大气中污染物的迁移：a风力扩散：由外摩擦力介入而产生的风因流经起伏不平的地形而具有湍流性质，使得由风力携带的污染物在较小范围内向各个方向扩散。风力越大，污染物沿下风向扩散的越快。b气流扩散：稳定大气不产生气流，而大气稳定度越差，气流越剧烈，污染物在纵向的扩散越快。c干沉降：大

14、气污染物通过重力沉降或被地面建筑物、树木等阻留从而沉积在地面的过程，或者进入人或其他动物呼吸道（器官）并积留的过程。d湿沉降：大气中所含污染物气体或微粒物质随降水过程（雨水、雪等）降落并积留在地表的过程。（2） 水中污染物的迁移：a水体推流迁移作用: 污染物在水流作用下发生的迁移运动。b分散作用：包括：分子扩散：由污染物分子的随机运动引起的。湍流扩散：湍流流场中，污染物质点之间及污染物质点与水分子之间由于各自的不规则运动而发生相互碰撞、混合。弥散：是由于水体横断面上的实际流速分布不均匀引起的。c重力沉降：吸附于水体颗粒物上的污染物可以发生物理性重力沉降或胶体颗粒沉降。d吸附和分配：天然水体是一

15、个巨大的分散体系，其中的分散物质包括各种溶解态的离子和分子、胶体粒子、悬浮粒子以及较大的粗粒子等。这些粒子可以吸附水中的各种污染物质，明显影响着污染物在水体中的状态和迁移转化规律。e挥发：水体中污染物向大气迁移的重要过程，是在水-空气界面进行的物理迁移过程。（3） 土壤中污染物的迁移：a挥发；b分配；c淋溶、渗滤；d植物吸收；e土壤扩散（包括挥发）（4） 生物相中污染物的迁移：a吸收、分布、排泄和生物转化。b生物富集、生物放大和生物积累。c植物提取、植物转运、植物固定、植物挥发以及根际效应。2、如何基于双膜理论，推导水中污染物的挥发动力学表达式 ？双膜理论：该理论认为：化学物质从水中挥发时，必

16、须克服来自近水表层和空气层的阻力。这种阻力控制着化学物质由水向空气迁移的速率。假设：A、膜层以外的气液相主体，由于流动的充分湍动，分压或浓度均匀化，无分压或浓度梯度，故无传质阻力。B、相界面气/液达到平衡，无传质阻力。浓度差存在气膜（pi - p）和液膜（c - ci）内，故全部阻力存在两膜内。C、在气液两相接触面附近，分别存在着呈滞流流动的稳态气膜与液膜。在此滞膜层内传质严格按分子扩散方式进行，膜的厚度随流体流动状态而变化。D、在气液膜层内，浓度梯度在两个层中的分布是线性的，而在有效膜层以外，浓度梯度消失。3、什么是干、湿沉降？酸雨的形成原因？确定降水的pH背景值，需要考虑哪些因素？（1）干

17、沉降（Dry Deposition）：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。湿沉降（Wet Deposition）：大气中的物质通过降水而落到地面的过程。湿沉降对气体和颗粒物都是最有效的大气净化机制。包括雨除和冲刷。（2）酸雨形成原因：a酸性是大气化学过程和物理过程的综合效应。酸雨中含有许多无机酸（硫酸和硝酸）和有机酸（甲酸和乙酸等），其中绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下为硫酸。b酸雨的形成过程为： SO2+OSO3SO3+H2OH2SO4SO2+H2OH2SO3H2SO3+OH2SO4NO+ONO22NO2+H2OHNO3+HNO

18、2c自然因素（火山爆发）和人为因素（含硫化物燃料燃烧等）排放到大气中的SO2和NOX经氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亚硝酸等致酸性物质，这是造成降水pH降低的主要原因。d许多气态或固态物质进入大气对降水pH也会有影响。大气中存在大量的固体颗粒物使降水具备了凝结核。大气颗粒物中许多金属如锰、铜和钒等是酸性气体氧化的催化剂，可以形成更多的酸性物质。e封闭的地形。在通风条件不好的封闭地区，风速小，空气的流动性差，空气污染物不易扩散，如果空气中酸性污染物的含量过多的话，易形成酸雨。（3） 确定降水的pH背景值，需要考虑哪些因素（考过）a大气中CO2以及各种酸性和碱性气体以及气溶胶物质的含量；b天然来源的

19、强酸；c大气中的碱性尘粒和其他碱性气体（如NH3）；d地区自然条件（如地质、气象、水文等的差异）。4、表征有机污染物多介质分配的参数有那些？如何定义？表征有机污染物在土壤/沉积物、水、空气以及生物体中多介质分配行为的参数有：（1） 土壤（沉积物）有机碳吸附系数（KOC）：Koc=Kp/Xoc，Kp=Cs/Cw，其中Cs和Cw分别表示污染物在土壤（沉积物）和水中达到平衡时的浓度，Kp为分配系数，Xoc为沉积物中有机碳的含量；（2） 正辛醇/水分配系数（KOW）：分配平衡时，某一有机化合物在辛醇相中的浓度（CO）与其在水相中非离解形式浓度（CW）的比值；（3） 水溶解度 （SW）：在一定温度下，该

20、物质溶解在单位量的纯水中的最大量；（4） 正辛醇/空气分配系数（KOA）：分配平衡时，某一有机化合物在正辛醇中的浓度与空气中该化合物浓度的比值；（5） 空气颗粒物/空气分配系数（KP）：某有机物在单位浓度TSP中颗粒物中的浓度与在空气相中的浓度的比值（单位：m3/g）；（6） 蒸气压：某物质，当气相与其纯净态（液体或固体）达到平衡时的气压。6、论述在哪些环境介质中，污染物可以有哪些吸附分配行为。（1）吸附（adsorption）：溶质在界面层浓度升高的现象。分配（partition）作用：物质在两种环境介质（Phase, media）之间迁移，最后达到平衡的现象。（2）吸附分配作用的类型包括：

21、a水体颗粒物-水；b水体沉积物-水；c大气颗粒物-空气；d土壤-水；e土壤-空气；f植物-空气；g水-空气；h水-脂相等等。（3）吸附分配行为的机理分为：表面吸附、离子交换吸附以及专属吸附。a表面吸附：由于颗粒物具有巨大的比表面和表面能，颗粒物表面积越大，所产生的表面吸附能也越大，颗粒物的吸附作用也越强，它属于物理吸附；b离子交换吸附：由于环境中大部分以胶体形式存在的颗粒带负电荷，容易吸附各种阳离子，在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，它属于物理化学吸附。c专属吸附：是指吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。专属吸附不但可使表面

22、电荷改变符号，而且可以使离子化合物吸附在同号电荷表面。在水环境中，配合离子、有机离子、有机高分子和无机高分子的专属吸附作用特别强。第三章： 污染物转化1. 重金属类污染物在环境中可以发生哪些迁移和转化行为？重金属类污染物的环境行为有：它们在环境中可以以游离态形式溶解，非溶解的可以挥发进入另一环境介质，也可以与某些物质形成沉淀，也可以发生氧化与还原作用，同时也可以与环境介质中某些物质形成配合物，还可以被动植物摄取，沿食物链进行迁移，难降解的物质可以富集在生物体内，同时重金属类物质还可以经过烷基化，吸附和淋溶作用在环境中进行迁移和转化。2. 有机污染物的主要理化参数有那些？共有12个参数，分别是：

23、（1）土壤（沉积物）吸附系数（Koc）：Koc= Kp/Xoc，Kp=Cs/Cw，其中Cs和Cw分别表示污染物在土壤（沉积物）和水中达到平衡时的浓度，Kp为分配系数，Xoc为沉积物中有机碳的含量。（2）水溶解度 （SW）：在一定温度下，该物质溶解在单位量的纯水中的最大量。（3）蒸气压P：（4）正辛醇/水分配系数（KOW）：分配平衡时，某一有机化合物在辛醇相中的浓度（CO）与其在水相中非离解形式浓度（CW）的比值。（5）正辛醇/空气分配系数（KOA）：分配平衡时，某一有机化合物在正辛醇中的浓度与空气中该化合物浓度的比值。（6）空气颗粒物/空气分配系数（KP）：某有机物在单位浓度TSP中颗粒物中的

24、浓度与在空气相中的浓度的比值。（7）酸解离常数Ka：定义为（对反应），为了表示方便，Ka通常以负对数的形式表示，即表示成pKa。书146页（8）碱解离常数Kb：），为了表示方便，Kb通常以负对数的形式表示，即表示成pKb。（9）水解速率常数kT：它实际上是某pH条件下的准一级水解反应速率常数，包括中性水解速率常数、强酸和强碱催化水解速率常数以及普通酸、普通碱催化水解速率常数等的贡献。kT的表达式可以简化为或者，其中Kw为水的离子积常数；kA、kB、kN分别为酸性催化、碱性催化、中性过程的二级反应水解速率常数，可以由实验测得。书149页（10）气相中有机污染物与OH的反应速率常数kOH：kOH是

25、表征有机污染物在大气中归趋的重要参数。书152页（11）水相中有机污染物被OH氧化降解的反应速率常数kOH：kOH是表征有机污染物在水环境中的环境行为的基础数据。书155页（12）微生物降解速率常数kb： ，符合一级反应动力学，kb越大，降解半衰期越短，微生物降解能力越强。书156页3. 简述有机污染物的主要环境行为及其参数。环境行为分为迁移行为和转化行为。迁移行为包括：挥发：只污染物从水相、土壤相或植物相中迁移到气相的过程。与其相关的参数为挥发速率常数Kv。吸附和分配：吸附是指溶质在界面层浓度升高的现象；分配是指物质在两种不同环境介质间迁移，最后达到平衡的现象。与其相关的参数主要有土壤（沉积

26、物）有机碳吸附系数Koc、水溶解度Sw、蒸气压P、正辛醇/水分配系数Kow、正辛醇/空气分配系数Koa。转化行为分为：光化学反应：主要参数为量子产率和速率常数。酸碱解离反应：主要参数为酸碱解离常数。水解反应：主要参数为水解速率常数。自由基或活性氧引发的氧化降解反应：主要参数为在气相或水相中有机污染物与OH的反应速率常数。生物降解反应：主要参数为微生物降解速率常数。4. 什么是光化学反应? 可以分为哪几类?光化学反应（photochemical reaction）：是物质（原子、分子、自由基或离子吸收光子所引发的化学键断裂和生成的化学反应。1、光解光解生成自由基光解生成小分子2、分子内重排3、光

27、致异构化4、摘取氢的反应5、光致聚合反应6、光敏化反应在光化学反应中，某些化合物能够吸收光能，但自身并不参与反应，而把能量转移给另一化合物，使之成为激发态参与反应，这样的反应成为光敏化反应。吸光的物质称为光敏剂（S），接受能量的化合物称为受体（A）。5. 简述光吸收过程的基本原理。原子和分子可以平动，分子还可以振动和转动，每一种运动都有一定的能量，这种能量是不连续的。电子吸收一定能量后，可以由低能级向高能级跃迁。根据分子轨道理论，电子在轨道中的分布服从Pauli不相容原子和能量最低原子。一个分子有多少原子价电子轨道就有多少个分子轨道，分子轨道有不同能级，只有与能级间能量差相近的光子才能被粒子吸收。分子轨道粒子吸收光子而从基态变为激发态，电子激发类型为-* ，n-* ，-*和 n-*，并遵守朗伯-比尔定律。跃迁和激发是两种主要形式。6. 简述光物理过程和光化学过程光物理过程：激发态物质回到较低能级或激发态过程。包括振动驰豫、内部转变、辐射荧光、系间窜越，辐射磷光、热失活和能量转移。其中振动驰豫主要是指：在较高