环境化学.docx

第一章 绪论2、怎样了解人类活动对地球环境系统的影响？第一，建立和发展由空间遥感和地面（海面）观测站网组成的完整的全球监测系统 第二，形成和发展地球系统和地球系统科学的新概念 第三，探索地球系统模式的建立和进行全球和区域环境可预测能力的研究 第四，探索和发展新一代环境工程学 第五，组建了以全球环境变化预测为目标的三大国际研究计划 3、你对氧碳氮磷硫几种典型营养性元素循环的重要意义有何体会？氧、碳、氮、磷和硫等营养元素的生物地球化学循环是地球系统的主要构成部分，它涉及地层环境中物质的交换、迁移和转化过程，是地球运动和生命过程的主要营力。以氧为例，呼吸作用的功能恰如一个“发动机”，维持着细胞的活动，并保证细胞进行各种活动时能提供足够量的可利用的化学能。 5、环境污染物有哪些类别？当前世界范围普遍关注的污染物有哪些特性？l 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。l 特点：扩散性，持久性，毒性强，难降解，残留时间长，分布广泛。6举例简述污染物在环境各圈的迁移转化过程。以汞为例，说明其在环境各圈层的迁移转化过程。汞在环境中的存在形态有金属汞、无机汞化合物和有机汞化合物三种。在好氧或厌氧条件下，水体底质中某些微生物能使二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞。甲基汞脂溶性大，化学性质稳定，容易被鱼类等生物吸收，难以代谢消除，能在食物链中逐级放大。甲基汞可进一步转化为二甲基汞。二甲基汞难溶于水，有挥发性，易散逸到大气中，容易被光解为甲烷、乙烷和汞，故大气中二甲基汞存在量很少。在弱酸性水体（pH45）中，二甲基汞也可转化为一甲基汞。第二章 大气环境化学1、大气的主要层次是如何划分的?每个层次具有哪些特点? （1）主要层次划分：根据温度随海拔高度的变化情况将大气分为四层。 大气层次海拔高度km温度主要成分对流层平流层中间层热 层O(1016)(1016)5050808050015-56-56-2-2-92-921200N2,02，CO2，H2003NO+，O2+NO+，O2+，O+（2）各层次特点： 1) 对流层：气温随海拔高度增加而降低； 密度大，大气总质量的3/4以上集中在对流层。2) 平流层：空气没有对流运动，平流运动占显著优势; 空气比对流层稀薄得多,水汽,尘埃的含量甚微,很少出现天气现象; 在高1560km范围内，有厚约20km的一层臭氧层，吸收大量紫外辐射导致平流层的温度随海拔高度的增加而增加。3) 中间层：空气较稀薄；臭氧层消失，温度随海拔高度的增 加而迅速降低；大气的对流运动强烈。 4) 热层：空气处于高度电离状态（电 离层）；大气 温度随高度增加而迅速增加；空气更加稀薄，大气质量仅占大气总质量的 05。 5) 热层以上的大气层称为逃逸层。空气极为稀薄，密度几乎与太空密度相同。温度随高度增加略有增加。2、逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响? 一般情况下，大气温度随着高度增加而下降，每上升100 米，温度降低0、6左右。即低 层大气温度高、密度小，高层大气温度低、密度大，这种大气层结容易发生对流运动，可将近地面层的污染物向高空输散，使城市上空污染程度减轻。在某些天气条件 下，大气结构会出现气温随高度增加而升高的逆温现象， 上下层空气对流运动降低，近地面层大气污染物无法随大气运动扩散，越积越多，空气污染势必加重。 3大气中有哪些重要污染物？说明其主要来源和消除途径。l 环境中的大气污染物按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类；按形成过程分为一次污染物和二次污染物；按照化学组成分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。l 以氮为例说明大气中的污染物主要来源和消除途径如下：大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮（N2O）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。NO和NO2是大气中主要的含氮污染物，它们的人为来源主要是燃料的燃烧。大气中的NOx最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除。其中湿沉降是最主要的消除方式。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、大气湍流和浓度梯度的影响； （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、RO、RO2。以HO说明其来源如下：对于清洁大气而言，O3的光离解是大气中HO的重要来源： O3r 2 O+H2O 2HO 对于污染大气，如有HNO2和H2O2存在，它们的光离解也可产生HO： HNO2的光解： HNO2 +r HO +NOH2O2的光解： H2O2 +r 2HO其中HNO2的光离解是大气中HO的重要来源。8. 大气中有哪些重要含氮化合物？说明它们的天然来源和人为来源及对环境的污染。 （1）大气中存在的含量比较高的含氮化合物主要是氮氧化物，包括氧化亚氮（N2O），一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。 （2）N2O主要来自于天然源，即土壤中硝酸盐经细菌的脱氮作用而产生。由于在低层大气中N2O非常稳定，一般认为其没有明显的污染效应。NO和NO2是大气中主要的含氮污染物，合称为NOx，它们主要来自于人为来源，即燃料的燃烧。NOx是导致大气光化学污染和酸雨的重要污染物质9.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 + HO12、说明光化学烟雾现象，解释污染物与产物的日变化曲线， 并说明光化学烟雾产物的性质与特征。 （1）光化学烟雾现象：含有氮氧化物和碳氢化合物等一次性污染物的 大气，在阳光照射下发生化学反应而产生二次污染物。这种由一次和二次污 染物的混合物所形成的烟雾污染现象称为光化学烟雾。（2）性质与特征：烟雾呈蓝色，具有强氧化性，能使橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，并使大气能见度降低。(3)日变化曲线：烟雾白天生成夜晚消失；污染物高峰出现在中午或稍后。烃类和NO发生在早上交通高峰时节，此时NO2浓度很低；随太阳辐射增强， O3和NO2浓度逐渐增加，到中午已经较高。它们峰值比NO浓 度峰值晚出现4-5小时。 推断：O3和NO2，醛是二次污染物。傍晚虽交通繁忙，但日光较弱，不足以引起光化学反应。 13说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。烃类 化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因:RH + O R + HORH + HO R + H2OH + O2 HO2R + O2 RO2RCO + O2 RC(O)OO17. 说明酸雨形成的原因。 酸雨现象是大气化学过程和大气物理过程的综合效应.酸雨中含有多种无机酸和有机酸,其中绝大部分是硫酸和硝酸.从污染源排放出来的SO2和NOx是形成酸雨的主要起始物。大气中的SO2和NOx经氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亚硝酸，这是造成降水ph降低的主要原因。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。21. 说明大气颗粒物的化学组成以及污染物对大气颗粒物组成的影响。 大气颗粒物主要包括离子成分,痕量元素成分和有机成分. 大气颗粒物多数是由气态一次污染物通过凝聚过程转化而来的。如硫酸及硫酸盐颗粒物主要是由污染源排出的SO2氧化后，溶于水而形成硫酸，硫酸再与大气中的NH3化合而生成(NH4)2SO4颗粒物。硫酸也可与大气中其他金属离子化合生成各种硫酸盐颗粒物23何谓温室效应和温室气体? 大气中的某些微量组分，能使太阳的短波辐射透过，加热地面；而地面增 温后所放出的热辐射，却被这些组分吸收，使大气增温。由于这些组分的作 用在某些方面类似温室的玻璃房顶，因此这种现象被称为温室效应，这些组 分被称为为温室气体。 主要温室气体有二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、二氧化氮（NO2）、 氯氟烷烃（CFCs）等。第三章 水环境化学一、请讨论封闭和开放体系碳酸平衡之间的区别。比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，H2CO3*、HCO3-、CO32-等可随pH值变化而改变，但总的碳酸量CT始终不变。而对于开放体系来说，CT、HCO3-、CO32-均随pH值改变而变化，但H2CO3*总保持与大气相平衡的固定数值。四、请叙述水中主要有机和无机污染的分布和存在形态答：(1)有机污染物 农药：主要为有机氯和有机磷农药；多氯联苯(PCBs)：卤代脂肪烃：二氯溴甲烷； 醚类：双-(氯甲基)醚；单环芳香族化合物：氯苯；苯酚类和甲酚类： 酞酸酯类：双-(2-甲基-已基)酞酯；多环芳烃类(PAH)： 亚硝胺和其他化合物：2-甲基亚硝胺 (2)金属污染物 镉：Cd2+；汞：水体中汞以Hg2+、Hg（OH）2、CH3Hg+、CH3Hg(OH)、CH3HgCl、C6H5Hg+为主要形态；铅：天然水中铅主要以Pb2+状态存在；砷：天然水中砷可以H3AsO3、H2AsO3-、H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-、AsO43-等形态存在铬：主要以Cr3、CrO2-、CrO42-、Cr2O72-四种离子形态存在。五、pE电位的高低与氧化还原体系的关系？水环境中纵向来看，水表面和水深处pE电位的是高还是低？各处于什么体系（氧化或还原）？对于多价态的化合物来说，高价态和低价态各处于什么体系，对应水环境中的哪个位置?pE电位低时，电子浓度高，体系给出电子的倾向强，属于还原体系；反之，电位高，电子浓度低，体系给出电子的倾向弱，属于氧化体系。水表面pE电位高，属于氧化体系；水深处pE电位低，属于还原体系。高价态化合物处于氧化体系，位于水表面；低价态化合物处于还原体系，位于水深处。六、什么叫优先污染物？我国优先控制污染物包括哪几类？优先污染物在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象，称为优先污染物。 我国优先控制污染物包括挥发性卤代烃类、苯系物、氯代苯类、多氯联苯、酚类、硝基本类、苯胺类、多环芳烃类、酞酸酯类、农药、丙烯腈、亚硝胺类、氰化物、重金属及其化合物。七、请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？ 答：天然水体中存在以下几类颗粒物：矿物微粒和粘土矿物；金属水合氧化物；腐殖质；水体悬浮沉积物；其他：藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴等。八、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。（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。（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。（4）水合氧化物对金属离子的专属吸附与非金属吸附的区别如下表所示。项目专属吸附非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配位离子反离子吸附时所发生的反应配位体交换阳离子交换发生吸附时要求体系的pH值任意值零电位点吸附发生的位置内层扩散层对表面电荷的影响负电荷减少，正电荷增加无动力学与可逆性慢，部分不可逆快，可逆九、什么是富营养化和氮磷比？富营养化是指生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，鱼类及其他生物大量死亡的现象。氮磷比是总氮和总磷的比值，通常用来判断水体的富营养化状况。当N/P值大于100时，属贫营养湖泊状况。当N/P值小于10时，则认为属富营养状况。十、有机物在水中的溶解度和辛醇-水分配系数的关系？有机物在水中的溶解度越大，辛醇-水分配系数越小。反之，有机物在水中的溶解度越小，辛醇-水分配系数越大。十一、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。（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。十二、请叙述有机物在水环境中的迁移、转化存在哪些重要过程。有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等过程进行迁移转化。第四章 土壤环境化学一、土壤有哪些主要成分？它们对土壤的性质和作用有哪些影响？1)土壤矿物质：是土壤的主要组成部分，是土壤的骨骼和植物营养元素的重要供给来源。2)土壤有机质：是土壤的重要组成部分，是土壤形成的重要标志，在土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面有重要作用。3)土壤水分：是植物营养的主要来源，也是进入土壤的各种污染物向其他环境圈层迁移的的媒介。4)土壤中的空气：使土壤具有疏松的结构。二、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。（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。三、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：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（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为盐基离子）：对碱缓冲：四、什么是盐基饱和度？它对土壤性质有何影响？盐基饱和度：在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤的盐基饱和度。盐基饱和度越高，土壤对酸的缓冲能力越大；土壤的盐基饱和度越低，土壤对碱的缓冲能力越大。五、试比较土壤阳离子交换吸附的主要作用原理与特点？原理：以离子价为依据，受质量作用定律支配，土壤胶体吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子进行等价交换。特点：1离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。2同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。3土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序：Fe3+Al3+H+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+六、比较DDT和林丹在环境中的迁移、转化与归趋的主要途径与特点。DDT和林丹迁移转化、归趋的主要途径与特点比较如下表所示：迁移转化、归趋途径特点DDT1）在土壤中移动不明显，易被吸附2）通过根系渗入植物体3）在土壤中按还原、氧化和脱氯化氢等机理被微生物降解4）光解1） 不溶于水，高亲脂性，易通过食物链放大，积累性强2）挥发性小，持久性高3）在缺氧和高温时降解速度快4）南方水田里DDT降解快于北方林丹1）从土壤和空气转入水体2）挥发而进入大气3）在土壤生物体内积累4）植物积累1） 易溶于水2） 挥发性强，持久性低3） 在生物体内积累性较DDT低七、试述有机磷农药在环境中的主要转化途径，并举例说明其原理。有机磷农药在环境中转化途径有非生物降解和生物降解。（1）有机磷农药的非生物降解吸附催化水解：如地亚农等硫代硫酸酯的水解反应如下光降解：如辛硫磷在253.7nm的紫外光下照射30小时，其光解产物如下（2）有机磷农药的生物降解如马拉硫磷被绿色木霉和假单胞菌两种土壤微生物以不同方式降解，其反应如下：一、 请谈谈你对毒生姜事件的认识？根据环境化学的相关知识，你认为该如何处理毒生姜事件？你对该事件的处理有何建议？1 事件概述：2013年5月4日，央视和国内外各大媒体曝光，山东潍坊峡山区生姜种植户，在内销的生姜种植时使用一种叫“神农丹”的剧毒农药，但在外销的生姜却实行严格监管。2 危害：土壤和水体污染：扩散：扩散是由于热运动能引起分子的不规则运动而使物质分子发生转移的过程。不规则的分子运动使分子不均匀地分布在系统中，因而引起分子浓度由浓度高的地方向浓度低的地方迁移运动。扩散既能以气态发生，也能以非气态发生。神农丹农药播撒后，既能挥发到气相的移动引起大气污染，又可以在土壤溶液中或者吸附在土粒上扩散转移造成土壤污染。质体流动：同时，若在春播过程中降雨在农田表面形成地表径流，将会使神农丹农药流动转移进入水体或者渗透进入地下水造成水体污染。生物污染：生物积累，就是生物从周围环境和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。神农丹能够被植物全身吸收，毒素在植物体内累积，之后通过食物链进入人体。如果经常食用，轻者会引起肠胃功能紊乱，出现腹痛、头晕等症状，重者将导致人体相关器官组织慢性衰竭。若长期食用，严重的会影响人的肝肾功能。3 治理措施：在种植毒生姜的区域全部翻种花生。植物不同部位对毒物的吸收程度不同，一般来说，根叶茎花、果、籽实。姜是根，对神农丹的吸收累积量大，而花生是籽实，相对来说积累量较少；而且花生的生长周期要长于生姜，因此到收获时神农丹的残留量可以达到规定标准。此外，翻种花生可以大面积实现，也可以尽量减轻农民的损失。4 修复建议：微生物修复：土地耕作法。土地耕作法就是对污染土壤进行耕犁处理。在处理过程中施加肥料、灌溉、施加石灰，从而保证生物降解在土壤的各个层面上都能发生。化学氧化技术：高锰酸钾法。用高锰酸钾做氧化剂，把有毒污染物氧化为无毒的化合物。高锰酸钾是土壤成分一部分，不会产生二次污染；且具有较高的氧化还原电位，氧化能力强；常温下为固体，运输存储方便。过氧化氢技术。此外，也可选用过氧化氢为氧化剂。过氧化氢作为氧化剂，其分解产物为水和二氧化碳，不产生二次污染，是一种绿色氧化剂而且在酸碱溶液中均为强氧化剂。二、 结合环境化学的相关知识，谈谈你对我国矿山尾矿排放的现状与处置的有效途径的看法？现象概述：尾矿属选矿后的废弃物，目前年排放量占工业固体废弃物的40左右。据统计，我国堆积尾矿总量达50余亿t，且每年以45亿t排放量递增。尾矿除极小部分被利用外，目前绝大部分存放在地表尾矿库中。由于尾矿库堆料超过库容、超龄服役，或遇山洪暴雨，或设计不合理，安全措施不到位等原因，可能会引起塌陷、滑坡，造成尾矿库溃坝。每次尾矿事故不仅造成人员伤亡和环境污染，而且在经济上也造成巨大损失，在社会上影响极坏。危害：土壤污染：由于尾矿直接携带超标的重金属、硫、砷等污染物质及残存的选矿药剂，尾矿地表堆存会导致重金属在土壤-植物体系中发生迁移转化，容易直接造成环境污染。影响重金属迁移转化的主要因素如下：1) pH: pH的大小显著影响土壤中重金属的存在形态和土壤对重金属的吸附量。土壤胶体一般带负电荷，而重金属大多以阳离子形式存在，故土壤pH越低，重金属被解吸得越多，其活动性就越强。2) 土壤质地：一般来说，质地黏重的土壤对重金属的吸附力强，降低了重金属的迁移转化能力。3) 土壤的氧化还原电位：一般来说，在还原条件下，很多重金属易产生难溶性的硫化物，而在氧化条件下，溶解态和交换态含量增加。4) 土壤中有机质含量：土壤中有机质含量影响土壤颗粒对重金属的吸附能力和重金属的存在形态，有机质含量较高的土壤对重金属的吸附能力高于有机质含量低的土壤。大气污染：粒径极细的尾矿干燥后会随风飘扬形成飘尘，产生大气污染；水体和生物污染：尾矿风化过程中可形成溶于水的化合物或重金属离子，经地表水或地下水严重污染周围水系及土壤，危害人体健康，影响农作物、森林、禽畜和鱼类的生长和繁殖。如矿山尾矿中含有的硫铁矿，其风化或以化学作用形成酸性废水，严重危害森林、农田、人类和动物的生长。解决途径植物修复技术：植物提取：植物提取是利用重金属超积累植物从土壤中提取一种或几种重金属，并将其转移、储存到地上部分，随后收割地上部分并集中处理，连续种植这种植物，即可使土壤中重金属含量降低到可接受的水平。