广工845环境化学真题答案.doc

【2013/1】【2012/3】试分析影响大气污染迁移的主要因素。（10分）【2013/2】如果以产生的O3量作为衡量光化学烟雾的严重程度时，是从反应机理的角度论述，当大气中CO含量增加时，光化学烟雾的污染程度是更加严重？还是减轻？（10分）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。光化学烟雾产物以臭氧为主，还包括醛类、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、H2O2等污染物。光化学烟雾中，如果没有CO参与时，则NO主要通过O3氧化成NO2：如果存在CO，则CO先与大气中的HO进行反应，反应如下：CO+HOCO2+H H+O2HO2 HO2+NONO2+HO上述反应不消耗O3，就可以把NO转化成NO2，从而使O3积累，使光化学烟雾的污染程度更为严重。【2013/3】水体中的颗粒物按其组成可分为五类，它们分别是什么？其主要代表物是什么？（10分）天然水体中存在以下几类颗粒物：矿物微粒和粘土矿物；常见矿物微粒为石英、长石、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物。矿物微粒：石英、长石等不易碎裂，颗粒较粗，缺乏粘结性。黏土矿物：云母、蒙脱石、高岭石等，则是层状结构，易于碎裂，颗粒较细，具有粘结性，可以生成稳定的聚集体。天然水体中具有显著胶体化学特性的微粒是粘土矿物。粘土矿物是由其他矿物经化学风化作用而形成，主要为铝或镁的硅酸盐，它具有晶体层状结构，种类很多。金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属的水和氧化物，以无机高分子及溶胶等形态存在。金属水合氧化物结合水体微量物质，趋向于结合在矿物微粒和有机物的界面上。腐殖质：是带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团的解离程度有关。有机高分子物质，分子量在300到3000以上。PH较高的碱性溶液或离子强度低的条件下，羟基和羧基大多解离，亲水性强，趋于溶解。 PH较低的酸性溶液或较高浓度的金属阳离子存在时，各官能团难于解离，亲水性弱，趋于沉淀或凝聚。 富里酸因相对分子质量低受构型影响小，故仍溶解；腐殖酸则变为不溶的胶体沉淀物。水体悬浮沉积物；环境胶体物质相互作用的聚集体。以矿物微粒（黏土矿物）为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上，成为各微粒间的粘附架桥物质，把若干微粒组合成絮状聚集体，经絮凝成为较粗颗粒，而沉积到水体底部。其他：藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴等。【2013/4】土壤中植物的根系和土壤生物是土壤发生氧化还原的重要参与者，下面是土壤中离子氧化态，写出其对应的还原态。（14分）铁体系Fe(III)Fe(II)；锰体系Mn(IV)Mn(II)；硫体系SO42-H2S； 氮体系NO3（NO2-、N2、NH4+）；碳体系CO2CH4土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧化还原电位(Eh)来衡量，其值是以氧化态物质与还原态物质的相对浓度比为依据的。由于土壤中氧化态物质与还原态物质的组成十分复杂，因此计算土壤的实际氧化还原电位(Eh)很困难。主要以实际测量的土壤氧化还原电位(Eh)衡量土壤的氧化还原性。一般旱地土壤的氧化还原电位(Eh)为+400+700mV;水田的Eh值在+300-200mV。根据土壤的趴值可以确定土壤中有机物和无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为。当土壤的Eh值700mV时，土壤完全处于氧化条件下，有机物质会迅速分解；当Eh值在400700mV时，土壤中氮素主要以NO3-形式存在；当Eh值之400mV时，反硝化开始发生；当EhCuPb。氧化还原条件的变化：还原条件下，Fe、Mn等的氧化物溶解，其吸附的金属离子被释放出来。湖泊、河口及近岸沉积物中的耗氧物质较多沉积物中的Eh急剧降低铁、锰氧化物部分或全部溶解被吸附或与之共沉淀的重金属离子释放。pH值降低：导致碳酸盐和氢氧化物的溶解H+竞争作用金属离子解吸量，在受纳酸性废水排放的水体中，水中金属的浓度往往很高。水中配合剂的含量增加：天然或合成的配合剂使用量增加，能和重金属形成可溶性配合物，使重金属从固体颗粒上解吸下来。一些生物化学迁移过程也能引起金属的重新释放，从而引起重金属从沉积物中迁移到动、植物体内可能沿着食物链进一步富集，或者直接进入水体，或者通过动植物残体的分解产物进入水体。【2012/6】试写出在阳光照射下，空气中NO2发生的光化学反应式。（9分）答案自己总结含氮污染物的光解： （1）NO2的光解：NO2+hvNO+O (2)亚硝酸的光解：HNO2+hvHO+NO HNO2+hvH+NO2 (3)硝酸的光解：HNO3+hvHO+NO2 （4）亚硝酸酯的光解：RONO+hvRO+NO【2012/7】【2011/6】简述表面活性剂的类型和危害。（9分）表面活性剂分子同时具有亲水性基团和疏水性基团的物质。1）按亲水基团结构和类型分：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂。2）对环境与人体健康的危害：表面活性剂是洗涤剂的主要原料，由于在水环境中难降解，造成地表水的严重污染。（1） 影响水的感观状况：洗涤剂污染了水源后，用一般方法不易清除。所以在水源受洗涤剂严重污染的地方，自来水中也出现大量泡沫。（2） 造成水体富营养化：由于洗涤剂中含有大量的聚磷酸盐作为增净剂，因此使废水中含有大量的磷。这是造成水体富营养化的重要原因。（3） 增加废水处理难度：表面活性剂可以促进水体中石油和多氯联苯等不溶性有机物的乳化、分散，增加废水处理的困难。（4） 破坏饮用水源：极少量的氯化烷基二甲基苄基铵被人体摄入，也会抑制发育、出现食欲不振，并且有多种病理现象，甚至死亡。（5） 破坏水体微生物的群落及鱼类的味觉器官：阳离子表面活性剂具有一定的杀菌能力，在浓度高时，可能破坏水体微生物的群落。洗涤剂对油性物质有很强的溶解能力，能破坏鱼的味觉器官，使鱼类丧失避开毒物和觅食的能力而难以生存。【2011/1】简述大气中NOX的危害（10分）氮氧化物，如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮 (NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮 (N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。除NO2以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成NO2及NO，NO又变为NO2 主要为NO、NO2大气中的NOX主要源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化1）对人体的危害可引起肺损害，甚至造成肺水肿，慢性中毒可致气管、肺病变。可引起变性血红蛋白的形成，并对中枢神经系统产生影响。2）对环境的危害形成光化学烟雾，导致大气光化学污染：汽车尾气中的NOX与碳氢化合物经紫外线照射发生系列反应形成的有毒烟雾,称为光化学烟雾（主要成分为O、PAN、H2SO4），具有特殊气味,刺激眼睛，伤害植物，并降低大气能见度。形成酸雨的重要原因：NOX与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分，破坏植被、酸化土壤、酸化水体，造成水生和陆地生态失衡，加速岩石风化和金属腐蚀。破坏臭氧层：N2O在高空平流层中会破坏臭氧层，使较多的紫外线辐射到地面，增加皮肤癌的发病率。NOX除了与VOC发生光化学反应生成高浓度的O3，还会在大气臭氧层与O3反应消耗O3（VOC物质是指在常温下容易挥发的有机物质的总称，常见的有甲醛、甲苯和二甲苯等。）加剧温室效应：N2O吸收红外线的能力是CO2的两倍以上。【2011/2】简述光化学烟雾的危害（10分）汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下会发生光化学反应生成二次污染物。参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物（其中有气体污染物，也有气溶胶）所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。主要危害：具有强氧化性，能使橡胶开裂；刺激人的眼睛、粘膜，引发头痛、呼吸道疾病、儿童肺功能异常，严重造成死亡等； 影响植物生长，甚至损害植物细胞组织，降低植物对病虫害的抵抗力； 降低大气能见度；对建筑材料的破坏，加速建筑材料的讲解和老化变质，腐蚀建筑物，缩短其使用寿命；【2011/3】简述物质通过生物膜的方式（10分）营养物质及其代谢物主要以被动易化扩散、主动转运通过生物膜，其它物质一般以被动扩散方式通过。膜孔滤过：直径小于膜孔的水溶性物质，可借助膜两侧静水压及渗透压经膜孔滤过。被动扩散：脂溶性物质顺浓度梯度通过有类脂层屏障的生物膜的扩散。一般，脂水分配系数越大、分子越小、或在体液pH值条件下解离越少的物质，容易扩散通过生物膜。被动扩散不需耗能，不需载体参与，因而不会出现特异性选择、竞争性抑制及饱和现象。被动易化扩散：物质在高浓度侧与膜上特异性蛋白质载体结合，通过生物膜至低浓度侧解离出原物质的转运。被动易化扩散呈现特异性选择，存在类似物质的竞争性抑制和饱和现象。主动转运：在消耗一定代谢能量的情况下，物质从低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结合，通过生物膜至高浓度侧解离出原物质的转运。膜外侧K+与膜上磷酸蛋白P结合为KP，而后在膜中扩散并与膜的三磷酸腺苷发生磷化，将结合的钾离子释放至高浓度侧（膜内）。主动转运具有特异性选择，与膜的高度特异性载体及其数量有关，存在类似物质的竞争性抑制和饱和现象。胞吞和胞饮：少数物质与细胞膜接触后，会改变膜的表面张力，引起膜的外包或内陷而被包围进入膜内。固体物质的这一转运称为胞吞，而液态物质的这一转运称为胞饮。【2011/4】简述化学致癌物的致癌机制（10分）化学致癌物根据作用机理，可以分为遗传毒性致癌物和非遗传毒性致癌物。遗传毒性致癌物分为：直接致癌物，即能直接与DNA反应引起DNA基因突变的致癌物，如双氯甲醚； 间接致癌物，又称前致癌物，本身有致癌活性，需经代谢活化才具有致癌活性的致癌物，如苯并a芘、二甲基硝铵。目前已知的多为间接致癌物。非遗传毒性致癌物不与DNA反应，而是通过其他机制，影响或呈现致癌作用的物质。包括：促癌物，可使已经癌变细胞不断增殖而形成瘤块，如巴豆油中的巴豆醇二脂、雌性激素乙烯雌酚等； 助致癌物，可加速细胞癌变和已癌变细胞增殖成瘤块，如二氧化硫、乙醇、儿茶酚、十二烷等； 固体致癌物，如石棉、塑料、玻璃等可诱发机体间质的肿瘤。化学致癌物的致癌机理非常复杂，遗传毒性致癌物的致癌机理，一般认为有两个阶段：引发阶段：指致癌物与DNA反应，引起基因突变，导致遗传密码改变。大部分环境致癌物都是间接致癌物，需要通过机体代谢活化，经近致癌物至终致癌物，由后者来引发。如果细胞中原有修复机制对DNA损伤不能修复或修而不复，则正常细胞变转变成突变细胞。 促长阶段：主要是突变细胞改变了遗传信息的表达，引发细胞增殖成为肿瘤的过程，其中恶性肿瘤还会向机体其他部位扩展。 【2011/5】简述天然水体中悬浮颗粒物的吸附类型（10分）表面吸附：是一种物理吸附，其吸附过程不发生化学变化，发生的关键是胶体颗粒具有巨大的比表面积，因此胶体具有巨大的表面能。由于胶体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，胶体表面积愈大，所产生的表面吸附能也愈大，胶体的吸附作用也就越强，它属于一种物理吸附。表面能，又称为表面吸附能，指任何分子之间存在引力，在物体内部，某分子受到各方面作用力相等，因而处于平衡状态，但是在胶体表面上，分子受力不均匀，因为产生了表面能。离子交换吸附：是一种物理化学吸附，主要是胶体对各种介质离子的吸附，而被称之为“极性吸附“，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.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.2013年计算题【2013/1】已知NO2的NO-O键能为300KJ/mol，普朗克常数h=626x10-34Js，光速为30万公里/秒，问辐射光的波长为多少时才能引起光化学离解。（10分）【2012/2】已知0.25O2+H+e- 0.5H2O pE0=20.75，KH=1.26x10-8（mol/L.Pa），若深层湖水的pH=7.0，溶解氧质量浓度为0.32mg/L，请计算该层湖水的pE和Eh。（10分）【2013/3】【2012/1】 已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下:Fe3+ + H2OFe(OH)2+ + H+ lgK1= - 2.16Fe3+ + 2H2OFe(OH)2+ + 2H+ lgK2= - 6.74Fe(OH)3(s)Fe3+ + 3OH- lgKso= - 38Fe3+ + 4H2OFe(OH)4- + 4H+ lgK4= - 232Fe3+ + 2H2OFe2(OH)24+ + 2H+ lgK= - 2.91试计算各种离子的pc-pH表达式。【2013/4】水溶液中若碳酸化合态总量以CT表示，碳酸的一级电离及二级电离常数分别用K1、K2表示，试证明封闭体系碳酸平衡中H2CO3