环境化学作业题解答

1、12第二章第二章 大气环境化学大气环境化学 一、补充作业题一、补充作业题: （思考题）（思考题）1、大气层的结构及温度变化规律：、大气层的结构及温度变化规律：解：（解：（1）对流层：）对流层：018km；气温随高度升高而降低。；气温随高度升高而降低。（2）平流层：）平流层：1850km；平流层下部；平流层下部30 35km以下气温以下气温 变化不大（同温层），变化不大（同温层）， 30 35km以上随高度升高温度增大以上随高度升高温度增大(逆温层逆温层)。 （3）50 80km；气温随高度升高而降低。；气温随高度升高而降低。（4）80 500km；大气温度随高度的增加而升高。；大气温度随高度的

2、增加而升高。32、简述大气中、简述大气中NO、NO2的人为来源和消除途径。的人为来源和消除途径。 N2+ O2H2O解：解：燃料燃烧燃料燃烧 NO、NO2 硝酸和硝酸盐硝酸和硝酸盐3、洛杉玑型烟雾特征、洛杉玑型烟雾特征: 兰色烟雾，强氧化性，具有强刺激性，使大气能见度降低，兰色烟雾，强氧化性，具有强刺激性，使大气能见度降低，在白天生成傍晚消失在白天生成傍晚消失,高峰在中午。高峰在中午。4二、作业题二、作业题 P1451、大气的主要层次是如何划分的、大气的主要层次是如何划分的?每个层次具有哪些特点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。）主要层次划

3、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，O203NO+，O2+NO+，O2+，O+（2）各层次特点：）各层次特点：对流层：对流层：018km；气温随高度升高而降低；有强烈的空气垂直对流；气温随高度升高而降低；有强烈的空气垂直对流；空气密度大（占大气总质量的空气密度大（占大气总质量的3/4和几乎全部的水汽和固体杂质）；天气现和几乎全部的水汽和固体杂质）；天气现象复杂多变。象复杂多变。5平流层：平流层：1850km；平流层下部；平流

4、层下部3035km以下气温变化不大（同温以下气温变化不大（同温层），层），3035km以上随高度升高温度增大以上随高度升高温度增大(逆温层逆温层)；有一；有一20km厚的臭氧厚的臭氧层，可吸收太阳的紫外辐射，并且臭氧分解是放热过程，可导致平流层的层，可吸收太阳的紫外辐射，并且臭氧分解是放热过程，可导致平流层的温度升高；空气稀薄，水气、尘埃的含量极少、透明度好，很少出现天气温度升高；空气稀薄，水气、尘埃的含量极少、透明度好，很少出现天气现象，飞机在平流层低部飞行既平稳又安全；空气的垂直对流运动很小，现象，飞机在平流层低部飞行既平稳又安全；空气的垂直对流运动很小，只随地球自转产生平流运动，污染物进

5、入平流层可遍布全球。只随地球自转产生平流运动，污染物进入平流层可遍布全球。中间层：中间层： 5080km；空气较稀薄；臭氧层消失；温度随海拔高度的增；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；大气的垂直对流强烈。加而迅速降低；大气的垂直对流强烈。热层：热层：80500km；在太阳紫外线照射下空气处于高度电离状态（电；在太阳紫外线照射下空气处于高度电离状态（电离层），能反射无线电波，人类可利用它进行远距离无线电通讯；大气离层），能反射无线电波，人类可利用它进行远距离无线电通讯；大气温度随高度增加而升高；空气更加稀薄，大气质量仅占大气总质量的温度随高度增加而升高；空气更加稀薄，大气质

6、量仅占大气总质量的05。 热层以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线热层以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用与大气温度不同，大气的压力总是随着海拔高度的增加而减小。的作用与大气温度不同，大气的压力总是随着海拔高度的增加而减小。62、逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响、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，温度降低米，温度降低0.6左右。即是说在数千米以下，总是低层左右。即是说在数千米以下，总是低层大气温度高、密度小，高层大气温度低、密度大，显得大

7、气温度高、密度小，高层大气温度低、密度大，显得“头重脚轻头重脚轻”。这种大气层结容易发生上下翻滚即。这种大气层结容易发生上下翻滚即“对流对流”运动，可将近地面层的污染物向高空乃至远方输散，从而运动，可将近地面层的污染物向高空乃至远方输散，从而使城市上空污染程度减轻。因而在通常情况下，城市上空使城市上空污染程度减轻。因而在通常情况下，城市上空为轻度污染，对人体健康影响不大。可是在某些天气条件为轻度污染，对人体健康影响不大。可是在某些天气条件下，一地上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的下，一地上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的反常现象，从而导致大气层结反常现象，从而导致大气层结“脚重

8、头轻脚重头轻”，气家学家称，气家学家称之为之为“逆温逆温”，发生逆温现象的大气层称为，发生逆温现象的大气层称为“逆温层逆温层”。它像一层厚厚的被子罩在我们城乡上空，上下层空气减少它像一层厚厚的被子罩在我们城乡上空，上下层空气减少了流动，近地面层大气污染物了流动，近地面层大气污染物“无路可走无路可走”，只好原地不，只好原地不动，越积越多，空气污染势必加重。动，越积越多，空气污染势必加重。 73、大气中有哪些重要污染物、大气中有哪些重要污染物?说明其主要来源和消除途径。说明其主要来源和消除途径。 大气污染物种类繁多。按物理状态分气态和颗粒污染物；按大气污染物种类繁多。按物理状态分气态和颗粒污染物；

9、按形成过程分一次和二次污染物；按化学组成分含硫、含氮、形成过程分一次和二次污染物；按化学组成分含硫、含氮、含碳和含卤素化合物。含碳和含卤素化合物。（1）含硫化合物）含硫化合物 氧硫化碳氧硫化碳(COS)、二硫化碳、二硫化碳(CS2)、二甲基硫、二甲基硫(CH3)2S、硫、硫化氢化氢(H2S)、二氧化硫、二氧化硫(SO2)、三氧化硫、三氧化硫(S03)、硫酸、硫酸(H2SO4)、亚硫酸盐亚硫酸盐(MS03)和硫酸盐和硫酸盐(MS04)等。等。 S02来源与消除：大气中来源与消除：大气中SO2主要来源于含硫燃料燃烧。燃主要来源于含硫燃料燃烧。燃烧过程硫几乎能够全部转化形成烧过程硫几乎能够全部转化形

10、成S02。通常煤含硫量。通常煤含硫量O.56，石油含硫量，石油含硫量O.53。全世界每年人为来源排入大气。全世界每年人为来源排入大气S02约约14610106 6 t，其中，其中60来自煤燃烧，来自煤燃烧，30来自石油燃来自石油燃烧和炼制过程。大气中烧和炼制过程。大气中S0250转化成硫酸或硫酸根，转化成硫酸或硫酸根，50可以通过干、湿沉降从大气中消除。可以通过干、湿沉降从大气中消除。8（2）含氮化合物）含氮化合物 氧化亚氮氧化亚氮(N2O)、一氧化氮、一氧化氮(NO)和二氧化氮和二氧化氮(NO2)。N2O是低层大气含量是低层大气含量最高的含氮化合物，由于其非常稳定，一般认为其没有明显的污染效

11、应。最高的含氮化合物，由于其非常稳定，一般认为其没有明显的污染效应。 NOX来源与消除：来源与消除：NO和和N02是大气中主要含氮污染物。其人为来源是燃是大气中主要含氮污染物。其人为来源是燃料燃烧。燃烧源分为流动和固定燃烧源。城市大气中料燃烧。燃烧源分为流动和固定燃烧源。城市大气中NOX 2/3来自汽车排来自汽车排放，放，1/3来自固定源排放。燃烧产生的来自固定源排放。燃烧产生的NOX主要是主要是NO，占，占90以上；以上；NO2约占约占O.510。大气中。大气中NOX最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降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。和

12、干沉降从大气中去除，其中湿沉降是最主要的消除方式。（3）含碳化合物）含碳化合物 一氧化碳一氧化碳(CO)、二氧化碳、二氧化碳(CO2)及有机碳氢化合物和含氧烃类如醛、酮、及有机碳氢化合物和含氧烃类如醛、酮、酸等。酸等。CO：是一种毒性极强、无色、无味的气体，也是排放量最大的大气污染：是一种毒性极强、无色、无味的气体，也是排放量最大的大气污染物之一。物之一。9 人为来源：燃料不完全燃烧。全球范围人为来源：燃料不完全燃烧。全球范围CO人为排放约人为排放约(6001250)10 06 6 t/a，其中，其中80是由汽车尾气排放，是由汽车尾气排放，20来自家庭炉灶、工业燃煤锅炉、煤来自家庭炉灶、工业燃

13、煤锅炉、煤气加工等过程。气加工等过程。 天然来源：就全球环境，天然来源也很重要。主要包括：甲烷转化、海天然来源：就全球环境，天然来源也很重要。主要包括：甲烷转化、海水中水中CO挥发、植物排放以及森林火灾和农业废弃物焚烧。其中以甲烷转挥发、植物排放以及森林火灾和农业废弃物焚烧。其中以甲烷转化最为重要。化最为重要。CH4经经 HO自由基氧化可形成自由基氧化可形成CO。 去除：大气中去除：大气中CO可由土壤吸收和与可由土壤吸收和与HO自由基反应去除。后者可去除大自由基反应去除。后者可去除大气中约气中约50的的CO。 CO2：是一种无毒、无味气体，对人体无显著危害作用。但作为一种：是一种无毒、无味气体

14、，对人体无显著危害作用。但作为一种 重要的温室气体，能导致温室效应，引发一系列全球性环境问题。重要的温室气体，能导致温室效应，引发一系列全球性环境问题。来源：人为来源主要来自矿物燃料燃烧，天然来源主要包括海洋脱气、甲来源：人为来源主要来自矿物燃料燃烧，天然来源主要包括海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸，以及腐败作用和燃烧作用。烷转化、动植物呼吸，以及腐败作用和燃烧作用。去除：植物吸收。人类活动大量排放去除：植物吸收。人类活动大量排放C02；砍伐森林、毁灭草原，使地球植；砍伐森林、毁灭草原，使地球植被日趋减少，使植物吸收被日趋减少，使植物吸收CO2数量降低。两者共同作用使大气数量降低。两者共同作用使

15、大气CO2含量急剧含量急剧增加。增加。10 碳氢化合物：是大气中一重要污染物。大气中以气态形式存在的碳氢碳氢化合物：是大气中一重要污染物。大气中以气态形式存在的碳氢化合物的碳原子数主要为化合物的碳原子数主要为110，包括可挥发性的所有烃类。它们是形成光，包括可挥发性的所有烃类。它们是形成光化学烟雾的主要参与者。其他碳氢化合物大部分以气溶胶形式存在于大气化学烟雾的主要参与者。其他碳氢化合物大部分以气溶胶形式存在于大气中。在大气污染研究中，人们根据烃类化合物在光化学反应过程中活性大中。在大气污染研究中，人们根据烃类化合物在光化学反应过程中活性大小，把烃类化合物分为甲烷小，把烃类化合物分为甲烷(CH

16、4)和非甲烷烃和非甲烷烃(NMHC)两类。两类。甲烷：无色气体，性质稳定。大气中碳氢化合物甲烷：无色气体，性质稳定。大气中碳氢化合物8085是甲烷。它是是甲烷。它是重要温室气体。每个重要温室气体。每个CH4分子导致温室效应能力比分子导致温室效应能力比CO2分子大分子大20倍。倍。CH4来源：人为来源包括燃料燃烧和原油、天然气泄漏；天然来源主要来沼来源：人为来源包括燃料燃烧和原油、天然气泄漏；天然来源主要来沼泽、泥塘、湿冻土带和水稻田底部等环境厌氧细菌的发酵，有机物发生了泽、泥塘、湿冻土带和水稻田底部等环境厌氧细菌的发酵，有机物发生了厌氧分解：厌氧分解： 中国是一个农业大国，其水稻田面积约占全球

17、水稻田面积的中国是一个农业大国，其水稻田面积约占全球水稻田面积的1/3，因而水稻田成，因而水稻田成为中国大气中甲烷的最大的排放源。为中国大气中甲烷的最大的排放源。CH4消除：与大气中消除：与大气中HO自由基反应被消除：自由基反应被消除：11非甲烷烃：来源于煤、石油和植物等。非甲烷烃的种类很多，因来源而异。非甲烷烃：来源于煤、石油和植物等。非甲烷烃的种类很多，因来源而异。天然来源：以植被最重要。植物体向大气释放的化合物达天然来源：以植被最重要。植物体向大气释放的化合物达367种。乙烯是植种。乙烯是植物散发的最简单有机化合物之一，许多植物都能产生乙烯，并释放进大气。物散发的最简单有机化合物之一，许

18、多植物都能产生乙烯，并释放进大气。一般认为，植物散发的大多数烃类属于萜烯类化合物，是非甲烷烃中排放一般认为，植物散发的大多数烃类属于萜烯类化合物，是非甲烷烃中排放量最大的一类化合物。量最大的一类化合物。人为来源：汽油燃烧、焚烧、溶剂蒸发、石油蒸发和运输损耗、废弃物提人为来源：汽油燃烧、焚烧、溶剂蒸发、石油蒸发和运输损耗、废弃物提炼等。炼等。消除途径：光化学反应和自由基反应。消除途径：光化学反应和自由基反应。（4）含卤素化合物）含卤素化合物 有机卤代烃、无机氯化物和氟化物。有机卤代烃对环境影响最为严重，分有机卤代烃、无机氯化物和氟化物。有机卤代烃对环境影响最为严重，分为卤代脂肪烃和卤代芳香烃。为

19、卤代脂肪烃和卤代芳香烃。 简单卤代烃：甲烷衍生物。天然来自于海洋；人为来自于工业化学试剂简单卤代烃：甲烷衍生物。天然来自于海洋；人为来自于工业化学试剂生产使用过程的挥发排放。消除途径是光解反应和自由基反应。生产使用过程的挥发排放。消除途径是光解反应和自由基反应。12氟氯烃类氟氯烃类来源：一氟三氯甲烷来源：一氟三氯甲烷(CFCl3 、CFC-11或或F-11)和二氟二氯甲烷和二氟二氯甲烷(CF2Cl2、CFC-12或或F-12)。作制冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料。作制冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。生产和使用过程进入大气。的泡沫发生剂和消防

20、灭火剂等。生产和使用过程进入大气。消除：在对流层大气中性质非常稳定。能透过波长大于消除：在对流层大气中性质非常稳定。能透过波长大于290 nm辐射，在对辐射，在对流层大气中不发生光解反应；与流层大气中不发生光解反应；与 HO反应为强吸热反应，在对流层中，很反应为强吸热反应，在对流层中，很难被难被 HO氧化；不溶于水，不容易被降水清除。氟氯烃类化合物不易在对氧化；不溶于水，不容易被降水清除。氟氯烃类化合物不易在对流层被去除，在对流层停留时间较长。它们最可能的消除途径是扩散进入流层被去除，在对流层停留时间较长。它们最可能的消除途径是扩散进入平流层。平流层。氟氯烃类化合物既可破坏臭氧层也可导致温室效

21、应。氟氯烃类化合物既可破坏臭氧层也可导致温室效应。1312、说明光化学烟雾现象，解释污染物与产物的日变化曲线，、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。并说明光化学烟雾产物的性质与特征。（1）光化学烟雾现象：主要含有氮氧化物和碳氢化合物等一次性污染物的）光化学烟雾现象：主要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。因最早（染物的混合物所形成的烟雾污染现象称为光化学烟雾。因最早

22、（1940年）在年）在美国洛杉矶首先出现，又称洛杉矶型烟雾。美国洛杉矶首先出现，又称洛杉矶型烟雾。（2）性质与特征：烟雾蓝色；具有强氧化性，能使橡胶开裂；对眼睛、呼）性质与特征：烟雾蓝色；具有强氧化性，能使橡胶开裂；对眼睛、呼吸道等有强烈刺激，并引起头痛、呼吸道疾病恶化，严重可造成死亡；对植吸道等有强烈刺激，并引起头痛、呼吸道疾病恶化，严重可造成死亡；对植物叶子有害，能使大气能见度降低；刺激物浓度峰值出现在中午和午后；污物叶子有害，能使大气能见度降低；刺激物浓度峰值出现在中午和午后；污染区域出现在污染源下风向几十到几百公里的范围内。染区域出现在污染源下风向几十到几百公里的范围内。 (3)日变化

23、曲线：白天生成夜晚消失；染物浓度峰值出现在中午和午后；烃日变化曲线：白天生成夜晚消失；染物浓度峰值出现在中午和午后；烃类和类和NO发生在早上交通高峰时节，此时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，浓度很低；随太阳辐射增强，O3和和NO2浓度逐渐增加，到中午已经较高。一般浓度逐渐增加，到中午已经较高。一般O3 和和NO2浓度峰值比浓度峰值比NO浓度峰浓度峰值晚出现值晚出现4-5小时。小时。推断：推断：O3和和NO2主要是二次污染物。主要是二次污染物。傍晚虽交通繁忙，但日光较弱，不足以引起光化学反应。傍晚虽交通繁忙，但日光较弱，不足以引起光化学反应。1414、何谓有机物的反应

24、活性、何谓有机物的反应活性?如何将有机物按反应活性分类如何将有机物按反应活性分类?(1)有机物的反应活性：有机物的反应活性是指反应难易程度。反应中有些有机物的反应活性：有机物的反应活性是指反应难易程度。反应中有些中间体能增加反应活性。正催化剂能产生容易反应的中间体，改变反应历中间体能增加反应活性。正催化剂能产生容易反应的中间体，改变反应历程，缩短反应时间。程，缩短反应时间。（2）分类：按有机物所含官能团分类：烷、烯、炔、醇、酮、苯、酚、）分类：按有机物所含官能团分类：烷、烯、炔、醇、酮、苯、酚、醚、羧酸、糖等。醚、羧酸、糖等。15、简述大气中、简述大气中S02氧化的几种途径。氧化的几种途径。（

25、1）SO2气相氧化：气相氧化：SO2首先氧化成首先氧化成SO3，随后，随后S03被水吸收成硫酸，形成被水吸收成硫酸，形成酸雨或硫酸烟雾。硫酸与大气中的酸雨或硫酸烟雾。硫酸与大气中的NH4+ +等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。S02的直接光氧化；的直接光氧化； SO2被自由基氧化。被自由基氧化。（2）SO2液相氧化：大气中存在少量水和颗粒物。液相氧化：大气中存在少量水和颗粒物。SO2可溶于大气中液体可溶于大气中液体水，也可被大气颗粒物吸附，并溶解在颗粒物表面所吸附的水中。于是水，也可被大气颗粒物吸附，并溶解在颗粒物表面所吸附的水中。于是SO2便可发生液相反应。便可发生

26、液相反应。S02液相平衡；液相平衡； O3对对SO2氧化；氧化； H2O2对对SO2氧化；氧化；金属离子对金属离子对SO2液相氧化催化作用液相氧化催化作用1519、论述影响酸雨形成的因素。、论述影响酸雨形成的因素。主要影响因素：（主要影响因素：（1）酸性污染物的排放及其转化条件；（）酸性污染物的排放及其转化条件；（2）大气中）大气中NH3的的含量及其对酸性物质的中和性；（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；）大气颗粒物的碱度及其缓冲能力；（4）天气形势的影响。）天气形势的影响。20、什么是大气颗粒物的三模态、什么是大气颗粒物的三模态?如何识别各种粒子模如何识别各种粒

27、子模? 依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系，把大气颗粒物表示成三种模依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系，把大气颗粒物表示成三种模结构：爱根（结构：爱根（Aitken）核模（）核模（Dp0.05m）、积聚模（）、积聚模（0.05mDp 2m）。）。（1）爱根核模主要源于燃烧产生的一次颗粒物以及气体分子通过化学反应）爱根核模主要源于燃烧产生的一次颗粒物以及气体分子通过化学反应均相成核而生成的二次颗粒物。由于其粒径小、数量多、表面积大而很不均相成核而生成的二次颗粒物。由于其粒径小、数量多、表面积大而很不稳定，易于相互碰撞结成大粒子而转入积聚模；也可在大气湍流扩散过程稳定，易于相互碰撞结成大粒子而

28、转入积聚模；也可在大气湍流扩散过程中很快被其他物质或地面吸收而去除。中很快被其他物质或地面吸收而去除。（2）积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚长大。这些粒子多为）积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚长大。这些粒子多为二次污染物，其中硫酸盐占二次污染物，其中硫酸盐占80%以上。它们在大气中不易由扩散或碰撞而以上。它们在大气中不易由扩散或碰撞而去除。积聚模与爱根核模的颗粒物合称细粒子。去除。积聚模与爱根核模的颗粒物合称细粒子。（3）粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬尘、液滴蒸发、）粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一

29、次颗粒物所构成，因此它的组成与地面土海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒物所构成，因此它的组成与地面土壤十分相近，主要靠干沉降和湿沉降过程去除。壤十分相近，主要靠干沉降和湿沉降过程去除。1623何谓温室效应和温室气体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，这些组用在某些方面类似温室的玻璃房顶，因

30、此这种现象被称为温室效应，这些组分被称为为温室气体。分被称为为温室气体。 主要温室气体有二氧化碳（主要温室气体有二氧化碳（CO2）、甲烷（）、甲烷（CH4）、二氧化氮（）、二氧化氮（NO2）、）、氯氟烷烃（氯氟烷烃（CFCs）等。八十年代研究表明，人为排放各种温室气体对温室）等。八十年代研究表明，人为排放各种温室气体对温室效应所起作用比例不同，其中二氧化碳效应所起作用比例不同，其中二氧化碳55，氯氟烷烃，氯氟烷烃24，甲烷，甲烷15，二氧化氮二氧化氮6。二氧化碳大量增加是造成温室效应加剧的主要原因。二氧化碳大量增加是造成温室效应加剧的主要原因。24说明臭氧层破坏的原因和机理。说明臭氧层破坏的原

31、因和机理。 人为排放到大气中的污染物人为排放到大气中的污染物Y（NOX、HOX、ClOX），作为催化活性物种，），作为催化活性物种，直接参与破坏直接参与破坏O3的化学反应：的化学反应：23OYOOY2OYOYO总反应总反应232OOO光解产生的光解产生的Cl 破坏破坏O3 ：223OClOClOOClOOCl总反应总反应232OOO17第三章第三章 水环境化学水环境化学 一、补充作业题一、补充作业题:1、试计算、试计算PH=6.5时水中时水中Fe()可能存在各种形态的离子浓度。可能存在各种形态的离子浓度。解；解； 在中性水体中各形态存在如下平衡在中性水体中各形态存在如下平衡: 3FeHOHFe

32、OHFe)(223432109 .8)(CFeHOHFeHOHFeOHOHFe)()(222HOHFeOHFe2)(222372322109 . 4)()(CFeHOHFeHOHFeOHFe2)(224222332324221023. 1)(CFeHOHFe18如果考虑到存在固体如果考虑到存在固体 Fe(OH)Fe(OH)3 3(S)(S)，则，则 OHFeHsOHFe23333)()(332333101 . 9)(/ / HCFeCHCFe一、天然水的基本特征一、天然水的基本特征当当 pH = pH = 6.5 时时, ,LmolFe/101 . 9)100 . 1 (101 . 95 .1

33、635 . 633将这一数据代入上面的方程中，即可得到其它各形态的浓度：将这一数据代入上面的方程中，即可得到其它各形态的浓度： Fe(OH)Fe(OH)2+2+ = 8.1 = 8.1101013 13 mol.Lmol.L-1-1 Fe(OH)Fe(OH)2 2+ + = 4.5 = 4.510109.5 9.5 mol.Lmol.L-1-1 FeFe2 2(OH)(OH)2 24+4+ =1.02 =1.02101021 21 mol.Lmol.L-1-1192、试计算、试计算25水中水中CO2和和O2的浓度（的浓度（ mg/L）。已知）。已知CO2和和O2的亨利常数为的亨利常数为3.14

34、10-4和和1.2610-8，在干大气中所占的，在干大气中所占的分数为分数为3.1410-4和和0.2095。解；（解；（1 1）氧在水中的溶解度）氧在水中的溶解度P(OP(O2 2) ) = (1.0130-0.03167)= (1.0130-0.03167)10105 50.2095 = 2.0560.2095 = 2.05610104 4（PaPa）OO2 2(aq) = K(aq) = KH HPoPo2 2=1.26=1.261010-8-82.0562.05610104 4 = 2.6= 2.61010-4 -4 mol.Lmol.L-1-1氧的分子量氧的分子量3232，溶解度，溶

35、解度 8.32 mg/L8.32 mg/L (DO)(DO)（2）CO2在水中的溶解度在水中的溶解度 P(COP(CO2 2) ) = (1.0130-0.03167)= (1.0130-0.03167)10105 53.143.141010-4 -4 = 30.8= 30.8（PaPa） COCO2 2(aq) = K(aq) = KH HP PCO2CO2=1.03=1.031010-5-5mol/Lmol/LCOCO2 2的分子量的分子量4444，溶解度，溶解度0.453 mg/L0.453 mg/L 203、试论述天然水碳酸平衡体系（思考题）、试论述天然水碳酸平衡体系（思考题） 在水生

36、生物体之间的生物化学转化中，在水生生物体之间的生物化学转化中，CO2占有独特的位置，同时对调占有独特的位置，同时对调节天然水节天然水pH值也起着重要作用。水体中可能存在的碳酸组分：值也起着重要作用。水体中可能存在的碳酸组分：CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 ( H2CO3= = H2CO3 + + CO2) 水体中可能存在的碳酸平衡：水体中可能存在的碳酸平衡：设设H2CO3总浓度为总浓度为 CT： CT = H2CO3 + HCO3- + CO32-3*321HCOHCOHK*3231COHHCOHK2332COHHCOK3232HCOCOHK 23*32221COHCOHKK*32

37、23221COHCOHKK分配系数：分配系数：233*32*32320COHCOCOHCOHCCOHT2211*3223*3231111HKKHKCOHCOCOHHCO212112222112211KKHKHHHKKHKHH233*32331COHCOCOHHCOCHCOT1111213233*32HKKHHCOCOHCOCOH21121211111KKHKHHKHKKHHKHK同理同理: 233*3223232COHCOCOHCOCCOT1123323*32COHCOCOCOH112212KHKKH2121221KKHKHKK见见P1 5 7 表表34211220KKHKHH211211KK

38、HKHHK21212212KKHKHKK由此可计算不同由此可计算不同pH值下的各组分的含量并作图见值下的各组分的含量并作图见P15222由此可计算不同由此可计算不同pH值下的各组分的含量并作图见值下的各组分的含量并作图见P152TCCOH0*32TCHCO13TCCO223 实际应为开放体系：考虑到实际应为开放体系：考虑到CO2在气液相之间的平衡在气液相之间的平衡H2CO O3 不变。不变。根据亨利定律：根据亨利定律：*3222COHOHCO2*32COHpKCOHTCCOH0*3200*322COHTPKCOHC2210113COHCOHTPKHKPKCHCO2222102223COHCOH

39、TPKHKKPKCCO4、 现有四个水样，各取现有四个水样，各取100ml，分别用，分别用0.0200 mol/L (1/2H2SO4)滴定结果列于下表，试判断水样中各存在何种碱度？滴定结果列于下表，试判断水样中各存在何种碱度？各为多少（以各为多少（以CaCO3 mg/L表示）。表示）。 水样水样测定消耗测定消耗H2SO4溶液体积溶液体积/ ml以酚酞为指示剂（以酚酞为指示剂（P）甲基橙为指示剂（甲基橙为指示剂（T）ABCD10.0014.008.20015.5038.608.4012.70解：解：A A： 甲基橙碱度甲基橙碱度 = (C= (C H2SO4 H2SO4V V H2SO4 H2

40、SO4M M 0.5CaCO0.5CaCO3 10103 3 ） / V/ V水样水样 = =（0.0200.02015.5015.5050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 155 mg/L(CaCO = 155 mg/L(CaCO3 ) ) OHOH- - 碱度碱度 = (C= (C H2SO4 H2SO4V V H2SO4 H2SO4M M 0.5CaCO0.5CaCO3 10103 3 ） / V/ V水样水样 = =（0.0200.0204.54.550 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 45 mg/L(CaCO = 45 mg/L(CaCO3 ) )

41、 酚酞碱度酚酞碱度 = (C= (C H2SO4 H2SO4V V H2SO4 H2SO4M M 0.5CaCO0.5CaCO3 10103 3 ） / V/ V水样水样 = =（0.0200.02010.0010.00505010103 3 ）/ 100/ 100 = 100 mg/L(CaCO = 100 mg/L(CaCO3 ) ) CO32- 碱度碱度= (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 )/ V )/ V水样水样 = =（0.0200.02011.0011.0050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 110 mg/L(CaCO = 1

42、10 mg/L(CaCO3 ) ) 酚酞酚酞 碱度碱度= (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 )/ V )/ V水样水样 = =（0.0200.02014.0014.0050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 140 mg/L(CaCO = 140 mg/L(CaCO3 ) ) 甲基橙碱度甲基橙碱度= (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 )/ V )/ V水样水样 = =（0.0200.02038.6038.6050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 386 mg/L(CaCO = 386 mg/L

43、(CaCO3 ) ) B:B: CO32- 碱度碱度 = (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 )/ V )/ V水样水样 = =（0.0200.02028.0028.0050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 280 mg/L(CaCO = 280 mg/L(CaCO3 ) ) HCO3- 碱度碱度= (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 )/ V )/ V水样水样 = =（0.0200.02010.6010.6050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 106 mg/L(CaCO = 106 mg/L

44、(CaCO3 ) ) C:C: 酚酞碱度酚酞碱度 = (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 ）/ V/ V水样水样 = =（0.0200.0208.208.2050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 82 mg/L(CaCO = 82 mg/L(CaCO3 ) ) 甲基橙甲基橙 碱度碱度 = (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 ）/ V/ V水样水样 = =（0.0200.0208.408.4050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 84 mg/L(CaCO = 84 mg/L(CaCO3 ) ) 酚

45、酞碱度酚酞碱度 = (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 )/ V)/ V水样水样 = =（0.0200.0200.000.0050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 0 mg/L(CaCO = 0 mg/L(CaCO3 ) )D D：甲基橙碱度甲基橙碱度 = (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 )/ V)/ V水样水样 = =（0.0200.02012.7012.7050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 127 mg/L(CaCO = 127 mg/L(CaCO3 ) ) HCO3- 碱度碱度 =

46、 (C H2SO4V H2SO4M 0.5CaCO3 10103 3 )/ V )/ V水样水样 = =（0.0200.02012.7012.7050 50 10103 3 ）/ 100/ 100 = 127 mg/L(CaCO = 127 mg/L(CaCO3 ) )各种碱度用标准酸滴定时可起下列反应：各种碱度用标准酸滴定时可起下列反应： 氢氧化物氢氧化物 OH-+H+=H2O 碳酸盐碳酸盐 CO32-+H+=HCO3- 重碳酸盐重碳酸盐 HCO3-+H+=H2O+CO229二、作业题二、作业题 P2604、在一个、在一个pH为为6.5，碱度为，碱度为1.6 mmolL的水体中，若加入碳酸的

47、水体中，若加入碳酸钠使其碱化，问每升中需加多少的碳酸钠才能使水体钠使其碱化，问每升中需加多少的碳酸钠才能使水体pH上升至上升至8.O。若用。若用NaOH强碱进行碱化，每升中需加多少碱强碱进行碱化，每升中需加多少碱?(1.07 （2.160）mmol，1.08 mmo1)解：总碱度解：总碱度 = HCO3- + 2CO32- + OH- H+)2(21HOHCT总碱度)2()2(2121总碱度总碱度OHHCT查表查表 3-43-4（P P157157）1 1 =0.5845, =0.5845, 2 2 =8.669 =8.6691010-5-5LmmolCT/7371.2)25845.0(6 .

48、1)2(221总碱度加碳酸钠使加碳酸钠使pH = 8.0pH = 8.0，而，而C CT T变为变为2.737+x2.737+x1 1。查表查表 3-43-4（P P157157）pH=8pH=8， 1 1 =0.9736, =0.9736, 2 2 =4.566 =4.5661010-3-330LmmolCT/6896.29827.02.737)(9827.0)x2.737()20.9736(x)2.737()2(1221总碱度碱度增加值就是应加入的碳酸钠量：碱度增加值就是应加入的碳酸钠量：总碱度增加值总碱度增加值=2.6896-1.6=1.0896mmol/L即即X1=1.0896mmol

49、/LLmmolCT/6896.29827.02.737)()20.9736(2.737)()2(221总碱度碱度增加值就是应加入的氢氧化钠量：碱度增加值就是应加入的氢氧化钠量：总碱度增加值总碱度增加值=2.6896-1.6=1.0896mmol/L当加氢氧化钠使当加氢氧化钠使pH = 8.0pH = 8.0，而，而C CT T不变为不变为2.7372.737。查表查表 3-43-4（P P157157）pH=8pH=8， 1 1 =0.9736, =0.9736, 2 2 =4.566 =4.5661010-3-3Lmmol /760.39827.0)0896.12.737(9827.0)x2

50、.737(2总碱度总碱度增加值总碱度增加值=3.760-1.6=2.160mmol/L即即X2=2.160mmol/L317、溶解溶解1.OO1.OO1010-4-4mol/Lmol/L的的Fe(N0Fe(N03 3) )3 3于于1 L1 L具有防止发生固体具有防止发生固体Fe(OH)Fe(OH)3 3沉淀作用所需最小沉淀作用所需最小HH+ + 的水中。假定溶液中仅形成的水中。假定溶液中仅形成Fe(OH)Fe(OH)2 2+ +和和Fe(OH)Fe(OH)+2+2而没有形成而没有形成FeFe2 2(OH)(OH)2 2+4+4。请计算平衡时该溶。请计算平衡时该溶液中液中FeFe+3+3 ，F

51、e(OH)Fe(OH)2+2+ ，Fe(OH)Fe(OH)2 2+ + ，HH+ + 和和pH pH 。(Fe(OH)(Fe(OH)2 2+ +=8.47(=8.47(3.533.53) )1010-6-6 mol/L mol/L，Fe(OH)Fe(OH)2+2+=2.29(=2.29(2.122.12) )1010-5 -5 mol/Lmol/L，FeFe3+3+=6.24(=6.24(7.857.85) )1010-5-5mol/Lmol/L， HH+ +=3.33.3 1010-3-3mol/Lmol/L，pH=pH=2.722.72) )32解：解：OHFeOHFe3)(33spKOH

52、Fe33LmolFeKOHsp/1003. 3101079. 21234393LmolOHKHw/103 . 31003. 31031214pH = 2.72HOHFeOHFe)(223 (10(10-4-4X X） X 3.3 X 3.3 1010-3-3432109 . 8)(CFeHOHFe109 . 8)(342HFeOHFe33344103 . 3)10(109 . 8XXLmolX/1012. 25解得HOHFeOHOHFe)()(222242()5.510()Fe OHHFe OHC 63542421053. 3103 . 31012. 2105 . 5105 . 5)(HOHF

53、eOHFeHOHFeOHFe2)(222372322109 . 4)()(CFeHOHFe5723672231085. 7109 . 4103 . 31053. 3109 . 4)(HOHFeFe3417、含镉废水通入、含镉废水通入H2S达到饱和并调达到饱和并调pH为为8.0，请算出水中剩余，请算出水中剩余镉离子浓度（已知镉离子浓度（已知CdS的溶度积为的溶度积为7.9 91010-27-27） （ Cd2+ = =6.8 81010-20-20 mol/L mol/L）解：解： 根据：根据： H2S = 2H+ + S2-222211016. 122SHSHaaCCCKK当当H H2 2S

54、S为饱和溶液时：为饱和溶液时： H2S=0.1mol/LHH+ + 2 2SS2-2-=1.16=1.161010-22-220.1=1.160.1=1.161010-23-23 = K = K/ /SPSP22HKSsp根据：根据： MeS = Me2+ + S2-22SMeKsp)/(108 . 61016. 1)10(109 . 71 . 020232827212222LmolKKHKKHKSKMespspspSP3526、在厌氧消化池中和、在厌氧消化池中和pH=7.0的水接触的气体含的水接触的气体含65的的CH4和和35的的CO2，请计算，请计算p和和Eh 。已知。已知CO2的的 。(

55、p=- 4.16，Eh=-O. 25 V)87.2p解：解：OHCHeHCO24241818187. 2pRelg10dOxnpp16. 4703. 087. 2lg87. 28/18/142CHCOpHp059. 0Ep VpEh25. 0)16. 4(059. 0059. 0 说明厌氧水体电子浓度较高，给电子倾向大。说明厌氧水体电子浓度较高，给电子倾向大。36第四章第四章 土壤环境化学土壤环境化学 1、土壤有哪些主要成分？它们对土壤性质与作用有哪些影响？、土壤有哪些主要成分？它们对土壤性质与作用有哪些影响？答：（1）主要成分：土壤矿物质、土壤有机质、水分和空气。（2）成分对土壤性质与作用的

56、影响：）成分对土壤性质与作用的影响：土壤矿物质：由岩石经物理和化学风化产生，主要由土壤矿物质：由岩石经物理和化学风化产生，主要由O、Si、Al、 Fe、C、Ca、K、Na、Mg、Ti、N、S、P等组成，构成等组成，构成土壤骨骼。土壤骨骼。土壤有机质：土壤中含碳有机物的总称，是土壤形成的主要土壤有机质：土壤中含碳有机物的总称，是土壤形成的主要标志，土壤肥力的表现。主要来源于动植物和微生物残体。标志，土壤肥力的表现。主要来源于动植物和微生物残体。水分：土壤孔隙中的水分，分吸着水和内聚水（或毛细管水分：土壤孔隙中的水分，分吸着水和内聚水（或毛细管水）。它既是植物营养物的来源，又是污染物向其他圈层迁移

57、水）。它既是植物营养物的来源，又是污染物向其他圈层迁移的媒介的媒介 。空气：存在于土粒间隙之间，湿度高于空气，具有不连续性，空气：存在于土粒间隙之间，湿度高于空气，具有不连续性，O2含量较低，含量较低，CO2含量较高，含有一定量的还原性气体（含量较高，含有一定量的还原性气体（H2S、NH3、H2、CH4）、厌氧细菌和污染物的气体。）、厌氧细菌和污染物的气体。372、什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用两者的关系讨论我、什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用两者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。国南方土壤酸度偏高的原因。解：（解：（1）活性酸度：土壤溶液中氢离子浓度直接反映出来的）活性酸度：土

58、壤溶液中氢离子浓度直接反映出来的酸度，用酸度，用pH值表示（描述土壤性质时表示作土壤值表示（描述土壤性质时表示作土壤pH值）。值）。（2）潜性酸度：由土壤胶体吸附可代换性）潜性酸度：由土壤胶体吸附可代换性H+ 、 Al3+ 离子构成。离子构成。 H+ 、Al3+等致酸离子只有通过离子交换才能产生等致酸离子只有通过离子交换才能产生H+显酸性，吸显酸性，吸附状态是不显酸性的。附状态是不显酸性的。（3）我国南方土壤酸度偏高的原因：）我国南方土壤酸度偏高的原因：活性酸度与潜性酸度是存在于同一平衡体系的两种酸度，二者活性酸度与潜性酸度是存在于同一平衡体系的两种酸度，二者可以相互转换，一定条件下可处于暂时

59、平衡。活性酸度是土壤可以相互转换，一定条件下可处于暂时平衡。活性酸度是土壤酸度的现实表现，土壤胶体是酸度的现实表现，土壤胶体是H+ 、 Al3+的储存库，因此潜性的储存库，因此潜性酸度是活性酸度的储备。一般情况下，潜性酸度远大于活性酸酸度是活性酸度的储备。一般情况下，潜性酸度远大于活性酸度。二者之比在沙土中达度。二者之比在沙土中达1000，有机质丰富的粘土中高达上万，有机质丰富的粘土中高达上万倍。我国北方土壤偏砂性，南方土壤偏粘性，含有大量的潜性倍。我国北方土壤偏砂性，南方土壤偏粘性，含有大量的潜性酸度，其缓冲作用能保持酸性偏高。酸度，其缓冲作用能保持酸性偏高。389、比较、比较DDT和林丹在

60、环境中迁移转化与归趋主要途径与特点。和林丹在环境中迁移转化与归趋主要途径与特点。解：（解：（1）DDT：DDTDDT是是2020世纪世纪7O7O年代中期以前全世界最常用的年代中期以前全世界最常用的杀虫剂。杀虫剂。DDTDDT挥发性小，不溶于水，易溶于有机溶剂和脂肪。在挥发性小，不溶于水，易溶于有机溶剂和脂肪。在土壤中易被土壤胶体吸附，移动不明显。它可通过植物根际渗土壤中易被土壤胶体吸附，移动不明显。它可通过植物根际渗入植物体内，在叶片中积累量最大，在果实中较少。入植物体内，在叶片中积累量最大，在果实中较少。DDTDDT是持久是持久性农药，分解很慢。性农药，分解很慢。DDTDDT可通过食物链进入