环境化学作业2007-2参考答案.doc

环境化学作业2007-2参考答案一、 名词解释(15分)污染物迁移：污染物在环境介质内部或环境介质之间的物理运动，包括时间和空间上的变化。(2分)污染物转化：污染物经过某种变化(形态变化、化学变化)，从一种物质，变成另外一种物质，环境效应、毒性发生变化(2分)共代谢：如果某有机污染物本身不能作为微生物生长的唯一碳源和能源，必须有另外的化合物存在来提供微生物生长所需的碳源和能源时，该有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。(2分)生物富集：指生物通过非吞食方式，从周围环境(水、土壤、大气、沉积物)蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体内的浓度超过周围环境中浓度的现象。(3分)生物放大：指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难解解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。(3分)生物积累：指生物从周围环境(水、土壤、大气、沉积物)或食物链蓄积某种元素或难解解物质，使其在机体内的浓度超过周围环境中浓度的现象。(3分)二、简答题(50分)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？(5分)（需答出物理的、化学的和生物的环境行为）答：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何为挥发？表征挥发速率大小动力学表达式？(5分)答：挥发作用是有机物从溶解态转入气相的迁移过程：表征挥发速率大小的动力学表达式为：3简述二氧化硫的气相氧化过程。(5分)答：(1) 直接光氧化(2)被自由基氧化(如OH)其他自由基氧化：CH3CHOO + SO2 CH3CHO + SO3HO2 + SO2 HO + SO3CH3O2 + SO2CH3O + SO3CH3C(O)O2 + SO2 CH3C(O)O + SO34表征有机污染物多介质分配的参数有那些？如何定义？(5分)答：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/沉积物吸附系数(KOC)：分配平衡时，某一有机化合物在土壤（沉积物）中的浓度（Cs）与其在水相中非离解形式浓度（CW）的比值；(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。5如何获得KOW值？(5分)答：获得KOW的方法有：(1) 直接实验(experiment)测定； (2) 通过水溶解度(SW)估算； (3) 通过色谱保留指数估算； (4) 碎片常数和结构因子法估算；(5) 定量结构-性质关系(QSPR)模型；6什么是光化学反应的初级过程和次级过程？如何定义光化学反应和光解？(5分)（基本概念，错一个扣1分）答：光化学反应的初级过程：吸收光量子后直接发生的光物理和光化学过程。光化学反应的次级过程： 初级过程中的反应物、生成物之间进一步发生的反应。光化学反应：分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应。光解：由于吸收光子而导致的有机物的分解；直接光解：物质吸收光子后而直接引发的分解反应；间接光解：首先由另外一个化合物吸收光子(这个化合物叫做敏化剂)，然后将能量转移给某物质而引起的分解反应。7简述光化学的基本定律(5分)答：光反应的第一定律：分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能产生光化学反应；只有光子的能量大于化学键能时，才能引起光离解反应。光吸收定律：分子吸收光的过程是单光子过程。初级过程的光量子产率：初级过程激发的光子数与初级过程吸收的光子数之比。如果分子吸收光后，光物理过程和光化学过程均有发生，那么初级过程量子产率之和为1。8简述光吸收过程的基本原理。(5分)(分子运动和分子轨道，跃迁和激发，Pauli 不相容原理；朗伯比尔定律)答：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。9简述光物理过程和光化学过程。(10分)（内容完整正确和解释说明，缺一个过程扣1分）答：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、内部转换、辐射荧光、系间窜越，辐射磷光、内部失活和能量转移。其中振动驰豫主要是指：在较高能级上的分子，可以通过碰撞释放能量而回到能量较低的振动态的过程。内部转变是指，电子从激发单线态回到基态，同时释放热能的过程。激发单线态的电子具有不同振动能级的基态位置，发出紫外或可见光。系间窜跃是电子从激发单线态回到较低的激发单线态轨道，并发生自旋反转的过程。辐射磷光：处于某一时刻状态的分子回到基态，同时释放光能的过as程。热失活是指氧、一氧化氮等分子与激发态分子相碰撞，使能量一热的形式耗散。能量转移使指激发态分子与分子相碰撞，使另一个分子成为激发态的过程。光化学过程：激发态分子通过各种反应生成新物质的过程。光化学过程包括单分子反应（光解、分子内重排、光致异构化），双分子反应（摘取氢和光致聚合）在某些情况下，化合物在吸收光量子后能够引起分子内重排和异构化反应。而某些羰基化合物容易发生摘氢反应和光致聚合反应。三、计算题(10分)含镉废水通入H2S达到饱和并调整pH为8.0，请计算水中剩余镉离子浓度（已知H2S 的解离常数K1和 K2分别为8.910-8和1.310-15 ，CdS的溶度积为7.910-27 ，H2S在水中达到饱和时的浓度为0.1mol/L）(公式错误扣2分；如果计算过程扣6分；如果结果错误扣2分)。答：通过书本可知：在饱和水溶液中，硫化氢浓度总保持在0.1 mg/L.H2SH+HS- K1 = 8.910-8HSH+S2- K2 = 1.310-5 H2S2H+S2- K1,2 = K1K2=1.1610-22S2-H+=K1,2H2SCd2+S2-=KspCd2+= KspH+2/ K1,2H2S解得Cd2+6.810-20 mol/L四、论述题(15分)理解并论述线性溶解能关系(LSER)。答：线性溶解能关系即Linear Solvation Energy Relationships, 简写为LSER。Kamlet 等人的研究表明，溶解包括三个与自由能有关的过程：(1) 在溶剂中形成一个可以容纳溶质分子的空穴；(2) 溶质分子互相分离并进入空穴；(3) 溶质与溶剂间产生吸引力；SP SP0 + 空穴项 + 偶极项 + 氢键项SP代表溶解度或与溶解、分配有关的性质 (例如水溶解度、有机溶剂/水分配系数、生物组织间分配系数等)，常以某一测得值的对数表示；SP0 代表模型中的常数项；空穴项描述在溶剂分子中形成空穴时的吸收能量效应；偶极项表示溶质分子与溶剂分子间的偶极-偶极和偶极-诱导偶极相互作用，这种作用常常是释放能量的；氢键项表示溶质分子与溶剂分子间的氢健作用，这种作用也是释放能量的。如果研究一系列溶质在同一种溶剂中的溶解度或一系列溶质在两种体系中的分配：SP = SP0 + d + s* + am + bm + V SP0 ：表示常数，m、d、s、a 、b和为系数；：极化度(polarizability)校正经验参数；V ：表示分子的本征摩尔体积 (范德华体积)；*： 是化合物的