环境化学教学设计.docx

1、环境化学教学设计教案首页授课内容第一章 绪论 所需课时2学时主要教材或参考资料1、戴树桂主编-2版. 环境化学，高等教育出版社，2006.102、王麟生等编 环境化学导论-2版 华东师范大学出版社 20063、汪群慧等编. 环境化学，哈尔滨工业大学出版社，20044、刘兆荣等编. 环境化学教程，化学工业出版社，20035、邓南圣等编. 环境化学教程，武汉大学出版社，2000教学目标知识目标：1.掌握对现代环境问题认识的发展。 2.掌握环境化学研究内容、任务。 3.明确学习环境化学课程的目的。 能力目标：要求掌握对现代环境问题认识的发展以及对环境化学提出的任务，明确学习环境化学课程的目的。德育目

2、标：1.学会用专业知识看待和解决环境问题。2.激发学生对环境化学进行研究的动机。3.形成热爱环境和保护环境正确态度。教学重点环境化学的形成过程和特点教学难点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。教学方法讲授法教学内容及时间安排第一节 环境化学第二节 环境污染物学习指导1.复习教材和笔记中本章内容。2.阅读王麟生等编 环境化学导论-2版 华东师范大学出版社 2006汪群慧等编. 环境化学，哈尔滨工业大学出版社，2004戴树桂主编-2版. 环境化学，高等教育出版社，2006.10刘兆荣等编. 环境化学教程，化学工业出版社，2003邓南圣等编. 环境化学教程，武汉大学出版社，200

3、0作业及思考题思考题：1何谓环境化学？环境化学有哪些分支学科？2环境问题在人类历史上的教训有哪些？如何看待当前的世界环境问题？教研室审阅意见同意上述安排。 教研室主任签字： 于泓 2012年02月26日教 学 程 序教学的基本内容时间安排 教学方法第一章绪 论 第一节 环境化学1. 什么是环境化学(1)环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的，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标的新型学科。(2)定义：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。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一

4、个新的重要分支。(3)研究内容：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；来源；它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应的机制和风险性；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。(4)研究特点：从微观的原子、分子水平上研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径。(5)核心：研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。第二节 环境污染物一、环境中的重金属主要是汞、镉、铅、锌、铜、钴、镍、钡、锡、锑等，从毒性角度通常将砷、铍、锂、硒、硼、铝等也包括在内。二 有机污染物碳、氢、氧、氮、硫、磷和卤素原子如氟、氯、溴、碘等组成1 碳氢

5、化合物2 有机卤化合物（organic ）3 含氧官能团 醇和醚官能团 醛酮基团 羧基 羧酸酯基团4 含氮官能团 胺基 硝基 (3)偶氮类 (4)三嗪类 (5)季铵盐5 含硫官能团 6 含磷官能团三、POPs四、环境内分泌干扰物第三节 环境各圈及环境污染物在的迁移转化过程迁移 (transport) 转化(transformation) 教案首页授课内容第二章 大气环境化学所需课时6学时主要教材或参考资料1、戴树桂主编-2版. 环境化学，高等教育出版社，2006.102、王麟生等编 环境化学导论-2版 华东师范大学出版社 20063、汪群慧等编. 环境化学，哈尔滨工业大学出版社，20044、刘

6、兆荣等编. 环境化学教程，化学工业出版社，20035、邓南圣等编. 环境化学教程，武汉大学出版社，2000教学目标知识目标：1.掌握大气中污染物的迁移过程2.掌握大气污染物的光化学转化过程3. 明确大气污染化学研究的新领域能力目标：要求掌握大气中污染物的迁移过程以及对环境化学提出的任务，明确学习环境化学课程的目的。德育目标：1.学会用专业知识看待和解决环境问题。2.激发学生对环境化学进行研究的动机。3.形成热爱环境和保护环境正确态度。教学重点重要污染物参与光化学烟雾和硫酸型烟雾的形成过程和机理。教学难点重要自由基的来源，自由基的链式反应。教学方法1.讨论法2.讲授法教学内容及时间安排第一节 大

7、气环境概述 1学时第二节 大气中重要污染物 1学时第三节气体的污染化学 2学时第四节全球性大气污染 2学时学习指导1.复习教材和笔记中本章内容。2. 阅读王麟生等编 环境化学导论-2版 华东师范大学出版社 2006汪群慧等编. 环境化学，哈尔滨工业大学出版社，2004戴树桂主编-2版. 环境化学，高等教育出版社，2006.10刘兆荣等编. 环境化学教程，化学工业出版社，2003邓南圣等编. 环境化学教程，武汉大学出版社，2000作业及思考题1、大气中有哪些重要自由基？其来源如何？2、何谓温室效应和温室气体？教研室审阅意见同意上述安排。 教研室主任签字： 于泓 2012年02月26日教 学 程

8、序教学的基本内容时间安排 教学方法第二章 大气环境化学第一节 大气的组成及其主要污染物一、大气的主要成分二、大气层的结构1、对流层 2、平流层 3、中间层 4、热层三、大气中的主要污染物1、含硫化合物 2、含氮化合物 3、含碳化合物 4、含卤素化合物第二节 大气中污染物的迁移第三节 大气中污染物的转化一、自由基化学基础二、光化学反应基础三、大气中重要自由基的来源1.对清洁大气，O3的光解是HO的主要来源：O3 + 、Fe、V等起催化作用的金属离子，或强氧化剂（如O3或H2O2）存在时，氧化速率增大。八、酸性降水1. 降水的化学组成（1）降水的形成（2）降水中的离子成分（3） 降水中的有机酸（4

9、）降水中的金属元素2. 降水的pH 通常认为天然雨水酸度的本底值为pH5.6它仅由大气中存在的CO2与纯水的平衡决定。pH5.6多年来被国际上用作判别是否受到酸化以及是否受到认为污染的界限。 许多人通过对全球背景点的降水组成和pH的研究,认为全球降水pH的本底值似乎5.0更符合实际情况。而将pH和SO42-相结合，就可以判别降水是否酸化或是否受到人为污染。全球偏远地区非海盐SO42-在降水中的浓度为1.5 5.1mol.L-1（本底值）。九、温室气体和温室效应温室效应：大气中的吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留于大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。温室气体：能够引起温室现象

10、的气体称之为温室气体。H2O、O3、N2O、CH4、H2O、O3、N2O、CH4、CFCS等也是温室气体。十、臭氧层的形成与耗损1 、清洁大气中：O3 的形成 O2 + 飘尘 10 m 可吸入粒子 Dp10 m 大气颗粒物的三模态 Whitby 等人依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模。 爱根核模 (Dp0.05 m ) 积聚模 (0.05 m Dp2 m )大气颗粒物的表面性质大气颗粒物的化学组成无机颗粒物：由颗粒物的形成过程决定。如扬尘的成分主要是该地区的土壤粒子。海洋溅沫成分主要是氯化钠粒子和硫酸盐粒子。有机颗粒物：指大气中的有机物质凝聚而形成的颗粒物，或有机物

11、质吸附在其他颗粒物上面而形成的颗粒物。粒径较小，属于爱根核模或积聚模。大气颗粒物的去除过程干沉降存在两种机制(1)颗粒物在重力作用下沉降(2)颗粒物做布朗运动、与其他物体碰撞后发生沉降湿沉降的两种机制(1)雨除 指一些颗粒物作为形成云的凝结核，成为云滴的中心，通过凝结过程和碰撞过程使其增大为雨滴，形成降雨，颗粒物从而被去除。对半径小于1m 的颗粒物有效；(2)冲刷 降雨时在云下面的颗粒物与降下来的雨滴发生惯性碰撞或扩散、吸附过程，从而使颗粒物去除，对于半径在4m以上的颗粒物效率较高。半径在2m左右的很难通过以上两种方式除去。教案首页授课内容第三章 水环境化学 所需课时8学时主要教材或参考资料1

12、、戴树桂主编-2版. 环境化学，高等教育出版社，2006.102、王麟生等编 环境化学导论-2版 华东师范大学出版社 20063、汪群慧等编. 环境化学，哈尔滨工业大学出版社，20044、刘兆荣等编. 环境化学教程，化学工业出版社，20035、邓南圣等编. 环境化学教程，武汉大学出版社，2000教学目标知识目标：1.掌握水环境中污染物的化学转化 2.掌握水环境中污染物的相间行为和界面过程能力目标：要求掌握水环境中污染物的化学转化，明确学习环境化学课程的目的。德育目标：1.学会用专业知识看待和解决环境问题。2.激发学生对环境化学进行研究的动机。3.形成热爱环境和保护环境正确态度。教学重点无机污染

13、物在水体中沉淀、溶解，氧化、还原，配合，吸附、解吸等过程及有机污染物在水体中的分配、挥发、水解、光解等过程和原理。教学难点各类污染物的pE计算及pE-pH图制作。教学方法讲授法教学内容及时间安排第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态 2学时第二节 水中无机污染物的迁移转化 4学时第三节 水中有机污染物的迁移转化 2学时学习指导1、复习教材和笔记中本章内容。2、阅读王麟生等编 环境化学导论-2版 华东师范大学出版社 2006汪群慧等编. 环境化学，哈尔滨工业大学出版社，2004戴树桂主编-2版. 环境化学，高等教育出版社，2006.10刘兆荣等编. 环境化学教程，化学工业出版社，2003邓南

14、圣等编. 环境化学教程，武汉大学出版社，2000作业及思考题思考题：1、电子活度pE和pH的区别。2、从湖水中取出深层水，其pH=6.0，含溶解氧质量浓度为0.32mgL，计算pE和E。3、请叙述腐殖质的分类及其在环境中的作用。4、向某一含有碳酸的水体中加入重碳酸盐：总酸度、总碱度、无机酸度、酚酞碱度如何变化？教研室审阅意见同意上述安排。 教研室主任签字： 于泓 2012年02月26日教 学 程 序教学的基本内容时间安排 第三章 水环境化学第一节 水的基本特征及污染物存在形态一、 水的循环二、水的资源性和有限性三、水的特性及环境效应四、天然水的分类和成分表3-1 天然水体的组成分类主 要 物

15、质溶解物质O2、CO2、H2S、CH4、N2等可溶解气体，Ca、Mg、Na、Fe、Mn等离子的卤化物、碳酸盐、硫酸盐等盐类，其他可溶性有机物胶体物质Si、Al、Fe的水合氧化物胶体物质，粘土矿物胶体物质，腐殖质等有机高分子化合物悬浮物质细菌、病毒、藻类及原生动物、泥沙、粘土等颗粒物1.主要离子2、营养元素3.有机质（1）富里酸（fulvic acid）（也称黄腐酸），用FA表示，分子量为几百至几千，可溶于酸和碱；（2）腐植酸（）（也称腐黑酸）：不溶于酸和碱。4.溶解气体五、天然水的性质（1）碳酸平衡（2）天然水中的碱度和酸度A、碱度(Alkalinity)是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质

16、，亦即能接受质子的物质的总量。组成水中碱度的物质可归纳为三类：强碱、弱减、强碱弱酸盐。总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变成橙红色(pH约4.3)，停止滴定，此时所得的结果，也称为甲基橙碱度。 总碱度= HCO3- + 2 CO32- + OH- - H+酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂，当溶液 pH 值降到8.3 时，表示 OH- 被中和，CO32- 全部转化为 HCO3-，得到酚酞碱度表达式： 酚酞碱度= CO32- + OH- - H2CO3* - H+苛性碱度：达到pHCO32-所需酸量时碱度，但不易测得。 苛性碱度= OH- HCO3-2 H2CO3* -H+

17、B、酸度（Acidity)：指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出 H+或经过水解能产生 H+ 的物质总量。组成水中酸度的物质可归纳为三类：强酸弱酸和强酸弱碱盐。无机酸度：以甲基橙为指示剂滴定到 pH = 4.3 无机酸度 = H+ - HCO3- - 2 CO32- - OH-游离 CO2 酸度：以酚酞为指示剂滴定到 pH = 8.3 游离 CO2 酸度 = H+ + HCO3- - CO32- - OH-总酸度：在 pH=10.8 处得到，但此时滴定曲线无明显突越，难以选择合适的指示剂，故一般以游离 CO2作为酸度主要指标。 总酸度= H+ HCO3-+2 H2CO3* -OH-应

18、用总碳酸量（cT）和相应的分布系数（）来表示：总碱度 cT(1+ 22) + KwH+ - H+酚酞碱度 cT(2- 0) + KwH+ - H+苛性碱度 -cT(1+ 20) + KwH+ - H+总酸度 cT(1+ 20) + H+ - KwH+ CO2酸度cT(0 - 2) + H+ - KwH+ 无机酸度-cT(1+ 22) + H+ - KwH+ 第二节 水中无机污染物的迁移转化一、水-颗粒物间迁移1、水中颗粒物的类别2、水环境中颗粒物的吸附作用项目离子交换吸附专属吸附作用离子交换作用范德化力、化学键、氢键、增水键电性同种电性不发生同种电性发生表面电荷不变可变动力学快速可逆不可逆慢过

19、程水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别项目非专属吸附专属吸附发生吸附的表面净电荷的符号、0、金属离子所起的作用反离子配位离子吸附时所发生的反应阳离子交换配位体交换发生吸附时要求体系的pH值零电位点任意值吸附发生的位置扩散层内层对表面电荷的影响无负电荷减少正电荷增加3、沉积物中重金属的释放属于二次污染问题二、水中颗粒物的聚集1、物理凝聚理论 凝聚 coagulation 电介质促成的聚集 絮凝 flocculation 聚合物促成的聚集2、异体凝聚理论三、溶解和沉淀1、氧化物和氢氧化物 2、硫化物 3、碳酸盐 四、氧化还原1、电子活度和氧化还原电位(1)电子活度： pE = -lg

20、(ae) ae水溶液中电子活度(2)氧化还原电位E和pE的关系pE = E0.059 同样：pE0 = E00.0592、天然水体的pE-pH图3、天然水的pE和决定电位4、无机氮化物的氧化还原转化固氮：是将气态氮转化为离子形式硝化反应：由氨根离子转化为硝酸盐反硝化：由硝酸盐经亚硝酸盐转化为氮气的过程4、无机铁的氧化还原5、水中有机物的氧化A、水中有机物可以通过微生物的作用，逐步降解转化为无机物B、水中有机物有氧分解产物为CO2、H2O 、SO42-、NO3- 等，不会引起水质恶化；而缺氧分解产物为NH3、H2S、CH4，将会使水质恶化。五、配合作用1、配合物在溶液中的稳定性2、羟基对重金属离

21、子的配合作用3、腐殖质的配合作用第三节 有机污染物在水环境的迁移转化一、吸附作用1、分配作用分配系数：非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一定时间达到平衡，此时有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值；2、标化分配系数 为了在类型各异组分复杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数，引入了标化的分配系数(Koc)： Koc=KpXoc式中： Koc标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数； Xoc沉积物中有机碳的质量分数。二、挥发作用三、水解作用 1、几类有机物可能的水解反应产物2、水解反应的动力学分析通常测定的水解反应是一级反应，即 -dRXdt = KhRX Kh水解

22、速率常数实验表明，水解速率与pH有关，水解速率可表示为： RH= Khc=KAH+KN+KBOH- cKA、KN、KB分别为酸性催化、碱性催化和中性过程的二级反应水解速率常数 Kh 在某一pH值下准以及反映水解速率常数如果考虑到吸附作用的影响，则水解速率常数。表达为： Kh =KN+aw(KAH+ + KBOH- ) aw 有机化合物溶解态的分数四、光解作用1、直接光解：化合物本身直接吸收了光能而进分解反应。2、敏化光解：水体中存在的天然物质被阳光激发后，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解反应。3、氧化反应： 4、光量子产率：进行光学反应的光子占吸收总光子数之比五、生物降解作用教案首页

23、授课内容第四章 土壤环境化学所需课时4学时主要教材或参考资料1、戴树桂主编-2版. 环境化学，高等教育出版社，2006.102、王麟生等编 环境化学导论-2版 华东师范大学出版社 20063、汪群慧等编. 环境化学，哈尔滨工业大学出版社，20044、刘兆荣等编. 环境化学教程，化学工业出版社，20035、邓南圣等编. 环境化学教程，武汉大学出版社，2000教学目标知识目标：1.了解土壤的组成和性质，了解污染物在土壤、植物体系中迁移的特点、影响因素及作用机制。2.掌握土壤的吸附、酸碱和氧化还原特性。能力目标：要求掌握对土壤环境问题认识的发展以及对环境化学提出的任务，明确学习环境化学课程的目的。德

24、育目标：1.学会用专业知识看待和解决环境问题。2.激发学生对环境化学进行研究的动机。3.形成热爱环境和保护环境正确态度。教学重点污染物在土壤中的分布、迁移、转化与归趋的规律。教学难点土壤的酸碱度、缓冲作用、吸附性、氧化还原等性质对污染物在土壤中的迁移、转化的作用。教学方法讲授法教学内容及时间安排第一节 土壤环境化学 1学时第二节 土壤的化学污染 2学时第三节 土壤污染的防治 1学时学习指导1.复习教材和笔记中本章内容。2. 阅读王麟生等编 环境化学导论-2版 华东师范大学出版社 2006汪群慧等编. 环境化学，哈尔滨工业大学出版社，2004戴树桂主编-2版. 环境化学，高等教育出版社，2006

25、.10刘兆荣等编. 环境化学教程，化学工业出版社，2003邓南圣等编. 环境化学教程，武汉大学出版社，2000作业及思考题思考题：1. 土壤有哪些主要成分？并说明它们对土壤的性质与作用有哪些影响？2. 什么是盐基饱和度？它对土壤性质有何影响？ 教研室审阅意见同意上述安排。 教研室主任签字： 于泓 2012年02月26日第四章 土壤环境化学第一节 土壤的组成和性质土壤是由固、液、气三相物质组成的疏松多孔体，在固相物质之间，存在着大小不同的空隙，空隙中存在着水分和空气。1. 土壤矿物质（soil mineral matter）分为三类：简单盐类原生矿物化学风化的最终产物 三氧化物硅酸盐矿物彻底风化

26、后的产物 次生铝硅酸盐类伊利石、蒙脱石、高岭石2、土壤有机质3、土壤水分4、土壤空气二 、粒级分组与质地分组1、土壤矿物质的粒级划分机械组成组 成我国标准 mm国际标准 mm砂粒主要是原生矿物1-0.052-0.02粉粒主要是次生矿物0.05-0.0050.02-0.002粘粒原生与次生矿物混合0.0050.0022、各粒级的主要矿物成分和理化性质3、土壤质地分类及其特性三、土壤吸附性1、土壤胶体2、土壤胶体的离子交换吸附四、土壤的酸碱性1、土壤酸度soil acidity：取决于土壤中H+的存在方式 （1）活性酸度 soil active acidity （有效酸度，pH） H+的来源，土壤

27、溶液中氢离子浓度的直接反映 （2）潜性酸度soil potential acidity：来源于处于吸附态的H+、Al3+ 代换性酸度：用过量的中性盐（KCl、NaCl等) 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、Al3+离子交换作用，而表现出来的酸度。土壤胶体 -H+ + KCl 土壤胶体 -K+ + HCl 土壤胶体 -Al3+ 3KCl 土壤胶体 -3K+ + AlCl3 AlCl3 + H2O Al(HO)3 + 3HCl （3）活性酸度与潜性酸度的关系2、土壤碱度 soil alkalinity 3、土壤的缓冲性能 五、土壤的氧化还原性能第二节 污染物在土壤植物体系中的迁移及其机制一、重

28、金属在土壤中的结合态二、重金属在土壤植物体系中迁移 1、土壤理化性质2、重金属的种类、浓度及在土壤中的存在形态3、植物的种类、生长发育期等4、复合污染 5、施肥三、重金属在土壤植物系统中的迁移转化规律1、植物对土壤中的重金属的富集规律2、重金属在土壤剖面中的迁移转化规律3、土壤对重金属离子的吸附固定原理四、主要重金属在土壤中的积累和迁移转化第三节 有机污染物1、植物根系只能吸收与它接触的土壤溶液中的溶质和部分借“接触交换”直接吸取土壤固体表面吸附的溶质。2、植物被吸收，植物可以通过木质化作用在植物新的组织结构中储藏它们及其碎片，或者通过挥发、代谢和矿化作用转化为CO2和H2O。3、传播方式：被动传输：浓度差引起，由高浓度向低浓度。主动传输：需要能量，由低浓度向高浓度。4、影响传输的因素 a.植物的种类 b.土壤的种类 c.重金属的形态 d.重金属在植物体内的迁移能力5、两种机制第四节 土壤中农药的迁移转化一、土壤中农药迁移的基本特征主要通过扩散、质体流动和吸附分配来完成。在前两者的过程中，农药迁移可以以蒸汽或非蒸汽的形式进行。1、扩散（Diffusion）2、质体流动3、吸附分配二、典型农药在土壤中的转化(1) DDT2、有机磷农药 多为磷酸的酯类和酰胺类化合物(1)命名和结构(2)特点：易降解、毒性大(3)降解途径a.吸附催化水解 ：有机磷农药在土壤中降解的主动途径