南昌大学环境化学课后习题参考答案.doc

第一章绪论2、根据环境化学的任务、内容和特点以及发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课？环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特征、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。环境化学以化学物质在环境中出现而引起环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新型科学。其内容主要涉及：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态，潜在有害物质的来源，他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用的机制和风险性；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。环境化学的特点是要从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。目前，国界上较为重视元素（尤其是碳、氮、硫和磷）的生物地球化学循环及其相互偶合的研究；重视化学品安全评价、臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。当前我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是：以有机物污染为主的水质污染、以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废物和城市垃圾对水题和土壤的污染。3、环境污染物有哪些类别？主要的化学污染物有哪些？按环境要素可分为：大气污染物、水体污染物和工业污染物。按污染物的形态可分为：气态污染物、液态污染物和固体污染物；按污染物的性质可分为：化学污染物、物理污染物和生物污染物。主要化学污染物有：1.元素:如铅、镉、准金属等。2.无机物：氧化物、一氧化碳、卤化氢、卤素化合物等3.有机化合物及烃类：烷烃、不饱和脂肪烃、芳香烃、PAH等；4.金属有机和准金属有机化合物：如,四乙基铅、二苯基铬、二甲基胂酸等；5.含氧有机化合物：如环氧乙烷、醚、醛、有机酸、酐、酚等；6.含氮有机化合物：胺、睛、硝基苯、三硝基甲苯、亚硝胺等；7.有机卤化物：四氯化碳、多氯联苯、氯代二噁瑛；8.有机硫化物:硫醇、二甲砜、硫酸二甲酯等；9.有机磷化合物:磷酸酯化合物、有机磷农药、有机磷军用毒气等。第二章：大气环境化学4.影响大气中污染物迁移的主要因素是什么? 主要有：（1）空气的机械运动如风和大气湍流的影响； （2）天气和地理地势的影响；（3）污染源本身的特性。7.大气中有哪些重要自由基?其来源如何? 大气中主要自由基有：HO、HO2、R、RO2 HO的来源：O3的光解：O3r 2 O+H2O 2HO HNO2的光解： HNO2 +r HO +NO H2O2的光解： H2O2 +r 2HOHO2的来源： 主要来自醛特别是甲醛的光解 H2CO +r H + HCO H + O2 + M HO2 + M HCO + O2 +M HO2 + CO + M 亚硝酸酯的光解：CH3ONO +r CH3O + NO CH3O + O2 HO2 + H2CO H2O2的光解：H2O2 +r 2HO HO + H2O2 HO2 + H2OR的来源：RH + O R + HO RH + HO R + H2OCH3的来源：CH3CHO的光解 CH3CHO +r CH3 + CHO CH3COCH3的光解 CH3COCH3 +r CH3 + CH3COCH3O的来源：甲基亚硝酸酯的光解 CH3ONO +r CH3O + NO 甲基硝酸酯的光解 CH3ONO2 +r CH3O + NO2RO2的来源：R + O2 RO29.叙述大气中NO转化为NO2的各种途径。 NO + O3 NO2 + O2 HO + RH R + H2O R + O2 RO2NO + RO2 NO2 + RORO + O2 RCHO + HO2 （R比R少一个C原子）NO + HO2 NO2 + HO13.说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。 烷烃可与大气中的HO和O发生摘氢反应。RH + HO R + H2ORH + O R + HOR + O2 RO2RO2 + NO RO + NO2RO + O2 RCHO + HO2RO + NO2 RONO2另外：RO2 + HO2 ROOH + O2ROOH +r RO + HO稀烃可与HO发生加成反应，从而生成带有羟基的自由基。它可与空气中的O2结合成相应的过氧自由基，由于它有强氧化性，可将NO氧化成NO2，自身分解为一个醛和CH2OH。如乙烯和丙稀。CH = CH + HO CH2CH2OHCH3CH = CH2 CH3CHCH2OH + CH3CH(OH)CH2CH2CH2OH + O2 CH2(O2)CH2OHCH2(O2)CH2OH + NO CH2(O)CH2OH + NO2 CH2(O)CH2OH CH2O + CH2OHCH2(O)CH2OH + O2 HCOCH2OH + HO2CH2OH + O2 H2CO + HO2稀烃还可与O3发生反应，生成二元自由基，该自由基氧化性强，可氧化NO和SO2等生成相应的醛和酮。光化学反应的链引发反应主要是NO2的光解，而烷烃和稀烃均能使NO转化为NO2，因此烃类物质在光化学反应中占有很重要的地位。19 论述影响酸雨形成的因素 答 影响酸雨形成的因素主要有：（1） 酸性污染物的排放及其转化条件。（2） 大气中NH3的含量及其对酸性物质的中和性。（3） 大气颗粒物的碱度及其缓冲能力。（4） 天气形势的影响。20 什么是大气的三模态？如何识别各种粒子膜？答 （1）依据大气颗粒物按表面积与粒径分布关系得到了三种不同类型的粒度模，并用它来解释大气颗粒物的来源与归宿，即爱根核模，积聚模，粗粒子模。爱根模：Dp0.05M积聚模：0.05Dp2M粗粒子模：Dp2M35.在光化学烟雾形成的反应机制中，终止反应的含义是什么？终止反应有：RC(O)O2 + NO2 RC(O)O2NO2 (k=6.89310-2)RC(O)O2NO2 RC(O)O2 + NO2 (k=2.14310-8)如何理解?答:终止反应就是使反应机制中的引发济失去活性，不再具有进行链增长的功能。在上述反应中：RC(O)O2 + NO2 RC(O)O2NO2，RC(O)O2与NO2结合，失去继续进行链增长的作用，故属于终止反应。而RC(O)O2NO2 RC(O)O2 + NO2 属于终止反应的逆反应，实际是释放出可进行链增长的活性自由基，但因其反应述率常数(k=2.14310-8)比终止反应述率常数(k=6.89310-2)小得多，不会影响正常的终止反应，而又属于终止反应的逆反应，故总称为终止反应。38.大气中空气气块的稳定性是密度层结和温度层结共同作用决定的。 第三章 水环境化学4. (1) 查表知pH = 6.5时, = 1.710CT = 碱度 = 1.61.710 mmol/l = 2.736mmol/l 。设加入的Na2CO3为n mmol/l查表知：当pH = 8.0时, = 1.018 CT = CT + n -(1) CT = 碱度 -(2) 碱度= 1.6 +2 n -(3)由 (1)、（2）和（3）解得：n = 1.07 mmol/l 。（2）加入NaOH后CT不变 碱度的增加值就应是加入的NaOH的量。A = 碱度 碱度 = 2.688 1.6 = 1.088mmol/l 5.解:当pH = 7.00时,CO3-的浓度与 HCO3-的浓度相比可以忽略,查表pH = 7.00时, = 1.224,则HCO3- = 碱度 = 2.0010-3mol/l/l。H+ = OH- = 10-7 mol/l。HCO3 = H+HCO3-/K1 = 1.0010-72.0010-3/(4.5510-7) = 4.4910-4mol/l。CO3- = K2HCO3-/H+ = 4.6910-112.0010-3/(1.0010-7) = 9.3810-7 mol/l。6.解: 查表 pH = 7.5时, 1 = 1.069, pH = 9.0时, 2 = 0.9592;CT1 = 碱度1 = 6.381.069 = 6.82 mmol/lCT2 = 碱度2 = 0.800.959 = 0.767 mmol/l; 查表知pH = 7.587.解：由题意知 Fe3+ + Fe(OH)2+ + Fe(OH)2+ = 1.0010-4 mol/l； （1） Fe(OH)2+H+/Fe3+ = 8.910-4 (2) Fe(OH)2+H+2/Fe3+ = 4.910-7 (3)查表知Fe(OH)3的KSP = 3.210-38代入(1)得H+ = 1.910-3mol/l (pH =2.72)Fe3+ = 3.2104H+3 = 3.21041.910-33 = 6.2410-5 mol/l； Fe(OH)2+ = 4.910-7Fe3+/H+2 = 4.910-7 KSPH+/ KW3 = 15.6810-31.910-3 = 8.4710-6mol/l； Fe(OH)2+ = 8.910-4Fe3+/H+ = 8.910-4 KSPH+2/ KW3 = 28.48(1.910-3)2 = 2.9210-5mol/l。19.解：Hg2+ +2H2O = 2H+ + Hg(OH)2 lg K= -6.3 得: K = 10-6.3 得 （1）由物料守恒得：Hg2+ + Hg(OH)20 = 1.010-5 mol/l (2)由电荷守恒得：H+ + 2Hg2+ = ClO4- + OH- Hg2+水解体系显酸性,OH-10-7,与ClO4-的浓度相比可忽略不计。可得：H+ + 2Hg2+ClO4- = 210-5 （3）（1）、（2）、（3）联立求解得：H+ = 10-4.7；则pH = -lgH+ = -lg10-4.7 = 4.7。21.解：已知 PbCO3(S) + HT2- = PbT- + HCO3- K = 4.0610-2 （1）；由（1）可得： （2）25. 解：水中的溶解氧为：0.32mg/l,故其pO2 = 0.32105 Pa天然水的pE = 20.75 + lg( pO2/1.103105)0.25 H+= 20.75 + lg(0.32105/1.103105)0.25 1.010-7 = 20.75 + (-0.547) = 13.21。氧化还原式：1/2O2 + 2H+ (10-7mol/l)+ 2e = H2O E0 = 0.815V根据Nernst方程式，上述反应可写成：在湖中H2O可看作是常量,lg(Red/Ox),在方程中为1。得：F = 2.303RT/0.059,将E0 = 0.815和F = 2.303RT/0.059代入Nernst方程式得:Eh = E0 0.059/2 = 0.815 0.03 = 0.785V 27. 解：（1）SO42- + 9H+ + 8e = HS- + 4H2O（t） G0 = 12.6 237.24 + 742.0 = 194.2 ( kj)又 G0 = 2.303nRT(pE0)lgK = lgHS- lgSO42- lgH+9lge8又lgK = npE08 pE0 = lgHS- lgSO42- + 910.0 + 8pE lgHS- lgSO42- + 8pE = 84.25 90 = 56 HS- + SO42- = 1.010-410 当 pEpE0 时,溶液给出电子的倾向很高。 HS- C总 = 1.010-4 mol/l。 lgHS- = 4.0 由(1)得lgSO42- = 52 + 8 pE。20当 pEpE0 时, 溶液接受电子的倾向很强。 SO42- C总 = 1.010-4 mol/l。 lgSO42- = 4.0 由(1)得lgHS- = -60 pE。29. 解：已知苯并a芘 Kow = 106Koc = 0.63Kow = 0.63106 = 6.3105Kp = Koc0.2(1f)XSOC + fXfOC = 6.30.2(10.7)0.05 + 0.700.10 = 4.610430. 解：已知 Ka = 0, H+ = 10-8.4 Kn = 1.6 Kb = 4.910-7Kh = KaH+ + Kn + KbKw/H+ = 0 + 1.6 + 4.910-710-5.6 = 1.6 (d-1)32. 解：Koc = 0.63Kow Kp = Koc0.2(1f)XSOC + fXfOC = 0.633.01050.2(10.70)0.02 + 0.700.05 = 6.84103Kh = Kn +w(KAH+ + KBOH-) = 0.05 + 0.42(1.710-8 + 2.610610-6) = 1.14 (d-1)KT = Kh + Kp + KB = 1.14 + 240.02 + 0.2 = 1.82 (d-1)。33. 解： 由Tomas模型知：L = L0exp-（k1 + k3）x/u = 22.12exp-(0.94+0.17)6103/4.6103 = 19.14mg/l。查表知: 13时,C饱和 = 10.60mg/l ； 14时，C饱和 = 10.37mg/l。由间插法计算13.6时的C饱和。（1）10.60(10.6010.37)6/10 = 10.46 (2) 10.37+(10.6010.37)4/10 = 10.46D0 = C饱和C0 = 10.468.55 = 1.91(mg/l)D = D0exp(- k2x/u )k1 L0/(k1+k3-k2)exp- (k1+k3)x/uexp(- k2 x/u ) = 1.91exp-(1.826)/46(0.9422.12)/(0.94+0.171.82)exp-(0.94+0.17)6/46exp(-1.826/46)= 3.7mg/l。8、请叙述水中主要有机和无机污染物的分布和存在形态。9、什么叫优先污染物？我国优先控制污染物包括哪几类？10、请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？11、什么是表面吸附作用,离子交换吸附作用和专属吸附作用 并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别.(1)表面吸附:由于胶体表面具有巨大的比表面和表面能,因此固液界面存在表面吸附作用.胶体表面积越大,吸附作用越强.(2)离子交换吸附:环境中大部分胶体带负电荷,容易吸附各种阳离子.胶体每吸附一部分阳离子,同时也放出等量的其他阳离子,这种作用称为离子交换吸附作用,属于物理化学吸附.该反应是可逆反应,不受温度影响,交换能力与溶质的性质,浓度和吸附剂的性质有关.(3)专属吸附:指在吸附过程中,除了化学键作用外,尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用.该作用不但可以使表面点荷改变符号,还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上.14、请说明胶体的凝聚和絮凝之间的区别。15、请叙述水中颗粒物可以哪些方式进行聚集？16、请叙述水环境中促成颗粒物絮凝的机理。22、请叙述有机配体对重金属迁移的影响。23、什么是电子活度pE，以及它和pH的区别。24、有一个垂直湖水，pE随湖的深度增加将起什么变化？28、解释下列名词:分配系数;标化分配系数;辛醇-水分配系数;生物浓缩因子;亨利定律常数;水解速率;直接光解;光量子产率;生长物质代谢和共代谢.(1)分配系数:在土壤-水体系中,土壤对非离子性有机化合物的吸着主要是溶质的分配过程(溶解),即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分配平衡,此时有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数.(2)标化分配系数:有机化合物在颗粒物-水中的分配系数与颗粒物中有机碳呈正相关,以固相有机碳为基础的分配系数即标化分配系数.(3)辛醇-水分配系数:有机化合物的正辛醇-水分配系数(KOW)是指平衡状态下化合物在正辛醇和水相中浓度的比值.它反映了化合物在水相和有机相之间的迁移能力,是描述有机化合物在环境中行为的重要物理化学参数.KOW与化合物的水溶性,土壤吸附常数和生物浓缩因子等密切相关.(4)生物浓缩因子:有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比.(5)亨利定律常数:通常可理解为非电解质稀溶液的气-水分配系数.(6)水解速率:反映某一物质在水中发生水解快慢程度的一个参数.(7)直接光解:化合物本身直接吸收太阳能而进行分解反应.(8)光量子产率:分子被活化后,它可能进行光反应,也可能通过光辐射的形式进行去活化再回到基态,进行光化学反应的光子数占吸收光子数之比称为光量子产率.(9)生长物质代谢和共代谢:生物降解过程中,一些有机污染物作为食物源提供能量和提供酶催化反应分解有机物,这称为生长物质代谢.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.34、请说明湖泊富营养化预测模型的基本原理。35、请叙述有机物在水环境中的迁移,转化存在哪些重要过程.(1)负载过程:污水排放速率,大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然水体均将直接影响污染物在水中的浓度.(2)形态过程:酸碱平衡:天然水中pH决定着有机酸或碱以中性态存在的分数,因而影响挥发及其他作用.吸着作用:疏水有机化合物吸着至悬浮物上,由于悬浮物质的迁移而影响它们以后的归趋.(3)迁移过程:沉淀-溶解作用:污染物的溶解度范围可限制污染物在迁移,转化过程中的可利用性或者实质上改变其迁移速率.对流作用:水力流动可迁移溶解的或者被悬浮物吸附的污染物进入或排出特定的水生生态系统.挥发作用:有机污染物可能从水体进入大气,因而减少其在水中的浓度.沉积作用:污染物被吸附沉积于水体底部或从底部沉积物中解吸,均可改变污染物的浓度.(4)转化过程:生物降解作用:微生物代谢污染物并在代谢过程中改变它们的毒性.光解作用:污染物对光的吸收有可能导致影响它们毒性的化学反应的发生.水解作用:一个化合物与水作用通常产生较小的,简单的有机产物.氧化还原作用:涉及减少或增加电子在内的有机污染物以及金属的反应都强烈地影响环境参数.(5)生物累积过程:生物浓缩作用:通过可能的手段如通过鱼鳃的吸附作用,将有机污染物摄取至生物体.生物放大作用:高营养级生物以消耗摄取有机毒物进入生物体低营养级生物为食物,使生物体中有机毒物的浓度随营养级的提高而增大.请叙述有机物水环境归趋模式的基本原理。第四章 土壤环境化学2什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用它们二者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的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，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。南方土壤中岩石或成土母质的晶格被不同程度破坏，导致晶格中Al3+释放出来，变成代换性Al3+，增加了土壤的潜性酸度，在一定条件下转化为土壤活性酸度，表现为pH值减小，酸度偏高。3土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。土壤缓冲性能包括土壤溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能：（1）土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液中H2CO3、H3PO4、H4SiO4、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类具有缓冲作用。以碳酸及其钠盐为例说明。向土壤加入盐酸，碳酸钠与它生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。Na2CO3 + 2HCl2NaCl + H2CO3当加入Ca(OH)2时，碳酸与它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土壤碱度的变化范围。H2CO3 + Ca(OH)2CaCO3 + 2H2O土壤中的某些有机酸（如氨基酸、胡敏酸等）是两性物质，具有缓冲作用，如氨基酸既有氨基，又有羧基，对酸碱均有缓冲作用。（2）土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。对酸缓冲（M盐基离子）：对碱缓冲：Al3+对碱的缓冲作用：在pH小于5的酸性土壤中，土壤溶液中Al3+有6个水分子围绕，当OH增多时，Al3+周围的6个水分子中有一、二个水分子离解出H+，中和OH-：2Al(H2O)63 + 2OH Al2(OH)2(H2O)84+ + 4H2O7植物对重金属污染产生耐性作用的主要机制是什么？不同种类的植物对重金属的耐性不同，同种植物由于其分布和生长的环境各异可能表现出对某种重金属有明显的耐性。（1）植物根系通过改变根系化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子的跨膜吸收。（2）重金属与植物的细胞壁结合，而不能进入细胞质影响细胞代谢活动，使植物对重金属表现出耐性。（3）酶系统的作用。耐性植物中酶活性在重金属含量增加时仍能维持正常水平，此外在耐性植物中还发现另一些酶可被激活，从而使耐性植物在受重金属污染时保持正常代谢过程。（4）形成重金属硫蛋白或植物络合素，使重金属以不具生物活性的无毒螯合物形式存在，降低了重金属离子活性，从而减轻或解除其毒害作用。8举例说明影响农药在土壤中进行扩散和质体流动的因素有哪些？（1）影响农药在土壤中扩散的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度、温度及农药本身的性质等：土壤水分含量：研究表明林丹的汽态和非汽态扩散情况随土壤水分含量增加而变化。吸附：土壤对农药的吸附改变了其扩散的情况，如土壤对2,4-D的化学吸附，使其有效扩散系数降低了，两者呈负相关关系。土壤紧实度：土壤紧实度对农药的扩散的情况有影响是因为对于以蒸汽形式进行扩散的化