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南开大学 环境化学 课程试题 一 南开大学 环境化学 课程试题 一 一一 名词解释 本题共 名词解释 本题共 18 分 每小题分 每小题 3 分 分 1 环境化学环境化学 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 化学科学的一个新的重要分支 2 大气的温度层结大气的温度层结 大气的温度随高度呈现不同的变化规律 随着高度的增加 呈现先下降 再 上升 再下降 再上升的规律 分别为对流层 平流层 同温层 热层等 3 KOW及其环境学意义及其环境学意义 辛醇 水分配系数 代表一个物质的憎水性 4 持久性有机污染物持久性有机污染物 具有高毒性 高富集性 高持久性 并且可以进行长距离传输 造成全球 污染的一类有机污染物 目前有 22 种 类 化合物进入持久性有机污染物的斯 德哥尔摩公约 5 水体富营养化水体富营养化 水体由于一些营养元素超标 导致藻类疯长 一些藻类可以释放藻毒素 另 外 藻类尸体分解引起水体溶氧下降 水体发臭 水生生物死亡等水体综合污染 现象 6 绿色化学绿色化学 绿色化学亦称可持续的化学 它就是研究利用一套原理在化学产品的设计 开发和加工生产过程中减少或消除使用或产生对人类健康和环境有害物质的科 学 二二 填空 本题共 填空 本题共 16 分 每小题分 每小题 0 5 分 分 1 在对流层中 当大气的温度随着高度的增加而在对流层中 当大气的温度随着高度的增加而 增加 则出现了逆 温现象 则出现了逆 温现象 2 大气颗粒物湿沉降去除包括大气颗粒物湿沉降去除包括 雨除 和和 冲刷 两个过程 两个过程 3 大气中主要氧化性自由基为 大气中主要氧化性自由基为 OH 请用方程式表达其主要反应途径 请用方程式表达其主要反应途径 RH OH H2O R R1CH CHR2 OH R1 HCH OH R2 4 请列举一种请列举一种CO2以外的温室气体以外的温室气体 CH4 N2O O3 氟氯烃 CO 5 颗粒物在酸雨的形成过程中具有双重作用 颗粒物在酸雨的形成过程中具有双重作用 1 催化 催化SO2的氧化 的氧化 2 对酸性 的缓冲作用 6 冰的密度冰的密度 小于小于 水 是因为在两种状态下 水分子形成水 是因为在两种状态下 水分子形成 氢键 的结构不一 样 的结构不一 样 7 写出水体总酸度的表达式写出水体总酸度的表达式 H HCO3 2 H2CO3 OH 8 pE的一般表达式为的一般表达式为 pE pE0 lg 反应物 生成物 1 n 9 CH3OCONHC6H5的水解反应产物为的水解反应产物为CH3OH CO2 和和 NH2C6H5 10 林丹是林丹是 六六六 与其外消旋混合物相比 林丹具有较 与其外消旋混合物相比 林丹具有较 小 的生物富集 性 的生物富集 性 11 土壤颗粒是以土壤颗粒是以 矿物 为骨架 附着着为骨架 附着着 有机质 和和 金属氧化物 的混合 体 其中有机质因为结构不均一 在研究吸附时 有学者提出将其分为 的混合 体 其中有机质因为结构不均一 在研究吸附时 有学者提出将其分为 玻璃态 和和 橡胶态 来表示其结构变化的难易性 来表示其结构变化的难易性 12 土壤的理化性质主要通过影响重金属在土壤中土壤的理化性质主要通过影响重金属在土壤中 形态 而影响重金属的生 物有效性 土壤的理化性质主要包括土壤的质地 有机质含量 而影响重金属的生 物有效性 土壤的理化性质主要包括土壤的质地 有机质含量 阳离子交换量 pH等 等 尚有很多答案尚有很多答案 13 土壤胶体是主要的吸附剂 农药在其上的吸附机理很复杂 包括土壤胶体是主要的吸附剂 农药在其上的吸附机理很复杂 包括 偶极 诱 导偶极 亲脂性分配 或离子交换 共价键等 范德华作用力 氢键作用等 范德华作用力 氢键作用等 14 DNA突变 是产生肿瘤细胞的分子基础 是产生肿瘤细胞的分子基础 15 QSAR的全称是的全称是 Quantitative Structure activity relationship 其中一个结构 参数 其中一个结构 参数Elumo的含义为的含义为 最低未占据轨道能量 代表分子 代表分子 得 电子能力 电子能力 16 例举一个可被还原有机污染物例举一个可被还原有机污染物 硝基苯 氯乙烯 17 写出一个表面活性剂的结构式写出一个表面活性剂的结构式 C12H25SO3Na 很多 18 影响影响Fenton反应的主要条件有 反应的主要条件有 pH值 值 H2O2浓度 浓度 催化剂浓度 反应温 度 反应温 度 19 重金属污染土壤的植物修复技术可分为 植物提取 植物稳定 重金属污染土壤的植物修复技术可分为 植物提取 植物稳定 植物蒸发 20 为了提高修复现场的微生物修复效率 接种活性微生物 并为其提供适宜条 件 这一技术称为 为了提高修复现场的微生物修复效率 接种活性微生物 并为其提供适宜条 件 这一技术称为 生物强化 21 请例举一个绿色溶剂请例举一个绿色溶剂 离子液体 超临界水 超临界二氧化碳 等等 三三 简答题及计算题 本题共 简答题及计算题 本题共 66 分 每小题分 每小题 6 分 分 1 简述光化学烟雾与硫酸型烟雾的区别简述光化学烟雾与硫酸型烟雾的区别 项 目 项 目 伦敦型伦敦型 洛杉矶型洛杉矶型 概况概况 发生较早 至今已多次出现发生较早 至今已多次出现 发生较晚 发生光化学反应发生较晚 发生光化学反应 污染物污染物 颗粒物 颗粒物 SO2 硫酸雾等 硫酸雾等 碳氢化合物 碳氢化合物 NOx O3 PAN 醛类 醛类 燃料燃料 煤煤 汽油 煤气 石油汽油 煤气 石油 季节季节 冬冬 夏 秋夏 秋 气温气温 低低 4 以下 以下 高高 24 以上 以上 湿度湿度 高高 低低 日光日光 弱弱 强强 臭氧浓 度 臭氧浓 度 低低 高高 出现时 间 出现时 间 白天夜间连续白天夜间连续 白天白天 毒性毒性 对呼吸道有刺激作用 严重 时导致死亡 对呼吸道有刺激作用 严重 时导致死亡 对眼和呼吸道有强刺激作用 对眼和呼吸道有强刺激作用 O3等氧化剂有强氧化破坏作 用 严重时可导致死亡 等氧化剂有强氧化破坏作 用 严重时可导致死亡 2 用方程式表达氟利昂破坏臭氧的机理 无氟 制冷剂为什么可避免臭氧层 的破坏 用方程式表达氟利昂破坏臭氧的机理 无氟 制冷剂为什么可避免臭氧层 的破坏 氟氯烃类化合物在对流层中很稳定 停留时间较长 因而可以扩散进入平 流层后 在平流层紫外线的作用下发生光解 CFCl3 CFCl2 Cl CF2Cl2 CF2Cl Cl 每个氟氯烃类化合物通过光解最终将把分子内全部的 Cl 都释放出来 III 氟氯甲烷与 O 的反应 O CFnCl4 n ClO CFnCl3 n 同样 每个氟氯烃类化合物最终可以把分子内全部的 Cl 都转化形成 ClO 所谓无氟制冷剂是在氟氯烃上引进一个氢原子 由于碳氢键极易被自由基攻 击 因此在对流层就可以分解 3 综合论述汞的来源 危害 并图示其形态转化与相间分布综合论述汞的来源 危害 并图示其形态转化与相间分布 汞在自然界中的浓度不大 但分布很广 主要开采应用后绝大部分以三废形 式进入环境 据统计 目前全世界每年开采应用的汞量约在 1 104 t以上 其中 绝大部分最终以三废的形式进入环境 在一定条件下 汞可以转化为甲基汞 甲基汞能与许多有机配位体基团结合 如 SH OH COOH NH2 等 所以甲基汞非常容易和蛋白质 氨 基酸类物质起作用 具有很高的毒性 且它在生物体内分解速率缓慢 因此烷基 汞比可溶性无机汞化合物的毒性大 10 100 倍 由于烷基汞具有高脂溶性 水生生物富集烷基汞比富集非烷基汞的能力大很 多 而且具有生物放大的趋向 1953 年在日本熊本县水俣湾附近的渔村 发现一种中枢神经性疾患的公害 病 称为水俣病 经十余年的调查 发现原因就为甲基汞 4 图示图示 DDT 主要生物代谢途径主要生物代谢途径 5 当土壤环境当土壤环境 pH 增高时 怎样影响砷和镉的吸附 为什么 增高时 怎样影响砷和镉的吸附 为什么 镉离子以阳离子形式存在 土壤 pH 增高镉的吸附增加 因为氢离子可以对 镉离子产生竞争作用 或者说土壤颗粒负电性增加 砷离子以阴离子形式存在 土壤 pH 增高 土壤颗粒负电性增加 对 As 酸 盐阴离子有排斥作用 吸附降低 6 请写出生物积累微分表达式及方程中各项的意义请写出生物积累微分表达式及方程中各项的意义 igieiiiiiiiwai i ckkcWck dt dc 1 1 1 式中 Cw 生物生存水中某物质浓度 Ci 食物链 i 级生物中该物质的浓度 Wi i 1 摄食率 i i 1 同化率 kai i 级生物对该物质的吸收速率常数 kei i级生物中该物质的消除速率常数 kgi i级生物的生长速率常数 7 综合论述零价铁去除各类污染物的机理 并写出相关方程式综合论述零价铁去除各类污染物的机理 并写出相关方程式 零价铁技术最先应用于可还原有机污染物的去除 如氯取代碳氢化合物 硝 基取代化合物 偶氮染料等 例如 对三氯乙烯的去除 发生了连续的脱氯作用 C2HCl3 Fe0 H2O C2H2Cl2 Cl OH Fe2 C2H2Cl2 Fe0 H2O C2H3Cl Cl OH Fe2 C2H3Cl Fe0 H2O C2H4 Cl OH Fe2 体系中起反应的还原剂 除了零价铁之外 还包括零价铁与水分子作用产生 的二价铁和氢气 对于硝基化合物及偶氮染料 最终的产物是所对应的芳香胺 而芳香胺需经过好氧生物降解进一步去除 对于重金属 应用最成熟的是对 Cr U 和 Tc 的去除 去除原理为还原沉淀 以 Cr 为例 生成的三价铬 形成氢氧化铬沉淀以及与铁离子形成氢氧化物共沉淀 xFe0 1 x CrO42 4H 2O FexCr1 x OH 3 5OH 热力学角度出发 零价铁对重金属的去除还应包括还原沉积途径 如铜离子可与 零价铁发生如下反应 Cu2 Fe0 Fe2 Cu0 价铁对于硝酸根和硫酸根都可通过还原反应去除 对于NO3 此反应速率不是 很快 而且产物的 80 为铵离子 而不是氮气 所以零价铁用于硝酸盐的去除 并不受到重视 NO2 3Fe0 8H 3Fe2 NH 4 2H 2O NO3 4Fe0 10H 4Fe2 NH 4 3H 2O SO42 4Fe0 8H 4Fe2 S2 4H 2O 硫酸根在零价铁的作用下生成二价硫离子 如果有其他重金属存在 就可生 成金属硫化物沉淀得到去除 铁离子还可参与形成复合沉淀 8 请简述植物修复有机污染物的过程和机理 请简述植物修复有机污染物的过程和机理 直接吸收 有机污染物被植物吸收后 可直接以母体化合物或以不具有植物毒性的代谢 产物的形态 通过木质化作用在植物组织中贮藏 也可代谢或矿化为水和二氧化 碳等 或随植物的蒸腾 呼吸 作用排出植物体 植物分泌物的降解作用 植物的根系可向土壤环境释放大量分泌物 其数量约占植物年光合作用的 10 20 植物产生的各种天然有机物或酶类 可以促进有机污染物在植物体外 发生生物降解 增强根际微生物降解 植物根系分泌的一些物质及酶进入土壤 不但可以降解有机污染物 还向生 活在根际的微生物提供营养和能量 支持根际微生物的生长和活性 使根际环境 的微生物数量明显高于非根际土壤 生物降解作用增强 9 图示碳的生物地球化学循环主要过程 论述从哪些环节可以降低大气中的 二氧化碳 图示碳的生物地球化学循环主要过程 论述从哪些环节可以降低大气中的 二氧化碳 大气中的CO2 溶解作用和化学过程 溶解性的无机碳 主要为HCO3 以 溶 解 的 CO2 的溶解作用 化学沉淀作用 和无机碳结合 于微生物外壳 不溶性的无机碳 主 要 为 CaCO3和 CaCO3 MgCO3 光合作用 生物降解 固定的有机碳 CH2O 和异型生物质的碳 固定的有机烃类 CxH2x 和油母页岩 用石油原料生产 的异型生物质 生 物 地 球 化学过程 1 首先节约使用能量 使用耗能低的工业过程 在生活和商业等社会各环节 节约用电 2 可以减少化石燃料的使用 使用风能 太阳能等新兴能源 3 尽量减少以石油为原料的产品的生产和使用 如塑料等 4 将废生物质 如农业废弃物 废水中的能量尽量利用 而不是将其单纯作为 废物转化为CO2 如秸秆的再利用 秸秆生产出生物炭 废水发电等 5 可以将CO2锁定在深海中 10 从磷酸的解离常数 从磷酸的解离常数K1 K2及及K3推导磷酸四种形态的分布系数 推导磷酸四种形态的分布系数 并计算在并计算在 pH 7 0 时 四种形态的百分含量 已知 时 四种形态的百分含量 已知 pK1 2 1 pK2 7 2 pK3 12 3 H3PO4 H2PO4 H pK1 2 1 H2PO4 HPO42 H pK2 7 2 HPO42 PO43 H pK3 12 3 0 1 K1 H K1K2 H 2 K1K2 K3 H 3 1 0 1