环境化学重点知识点速记版

环境化学重点知识点速记版环境化学是研究有害化学物质在环境介质中的来源、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。本速记版旨在帮助快速回顾核心内容，强化记忆，适用于复习与知识梳理。一、环境化学基本概念与理论基础1.环境化学定义：研究化学物质在环境中的迁移、转化、归趋及其与生态系统相互作用的学科。核心在于探究化学污染物的环境行为及其产生的影响。2.环境污染物：进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质。*分类：按形态（气体、液体、固体）；按性质（无机、有机、放射性等）；按来源（天然、人为）。3.环境效应：环境物理效应、环境化学效应（如酸雨、光化学烟雾）、环境生物效应。4.环境化学基本原理：*物质循环：碳循环、氮循环、磷循环、硫循环等，污染物可参与并干扰这些循环。*化学平衡：酸碱平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原平衡、配合平衡在环境介质中的应用。*化学动力学：研究污染物转化速率和反应机制，影响因素包括浓度、温度、催化剂（如水体中的颗粒物、大气中的自由基）。*毒性效应：剂量-效应关系、生物富集、生物放大、生物转化。二、环境中污染物的来源与迁移转化1.污染物的来源：*自然源：火山喷发、森林火灾、岩石风化、生物代谢等。*人为源：工业三废（废水、废气、废渣）、农业面源（化肥、农药、畜禽养殖）、生活污染、交通运输等。2.污染物的迁移：污染物在环境中发生的空间位置的移动及其所引起的富集、分散和消失的过程。*主要过程：机械迁移（水、气、重力）、物理化学迁移（最重要，如吸附-解吸、溶解-沉淀、挥发-溶解、氧化-还原、配合）、生物迁移（生物吸收、代谢、排泄、食物链传递）。3.污染物的转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物作用改变形态或转变为另一种物质的过程。*物理转化：蒸发、凝聚、吸附、放射性衰变等。*化学转化：氧化还原、水解、光解（直接光解、敏化光解、氧化光解）、配合、聚合等。*光解：太阳辐射是主要驱动力，产生自由基，引发链式反应。*氧化还原：决定污染物的价态、溶解度和毒性（如Cr(VI)与Cr(III)，As(V)与As(III)）。*生物转化：通过生物酶的作用，将污染物转化为其他物质（如微生物降解有机物）。三、主要环境圈层的化学问题1.大气环境化学：*大气主要层次：对流层（主要污染物所在层）、平流层（臭氧层）。*大气污染物：*一次污染物：直接排放的，如SO₂、NOₓ、CO、VOCs、颗粒物（TSP、PM₁₀、PM₂.₅）。*二次污染物：一次污染物在大气中反应生成的，如O₃、H₂SO₄、HNO₃、硫酸盐、硝酸盐气溶胶、光化学烟雾。*重要大气化学问题：*光化学烟雾：以NOₓ和VOCs为前体物，在阳光照射下发生光化学反应生成O₃、PAN等强氧化剂。特征：蓝色烟雾，刺激性。*酸雨：pH值小于5.6的降水。主要由SO₂和NOₓ转化为H₂SO₄和HNO₃引起。危害生态系统、材料。*臭氧层破坏：主要由CFCs等物质引起，催化O₃分解。2.水环境化学：*天然水的组成与性质：常量离子（K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻、HCO₃⁻、CO₃²⁻）、溶解气体（O₂、CO₂）、pH值、pE值（氧化还原电位，表征水体氧化还原状态）。*水体富营养化：N、P等营养物质过量输入，导致藻类疯长，溶解氧下降，水质恶化。*水中典型污染物：重金属（Hg、Cd、Pb、Cr、As等）、有机物（农药、多环芳烃PAHs、多氯联苯PCBs、酚类、石油类）、营养盐。*重金属在水体中的迁移转化：溶解-沉淀、吸附-解吸、氧化还原、配合作用、生物甲基化（如Hg→甲基汞）。3.土壤环境化学：*土壤的组成：矿物质、有机质、水分、空气、生物。*土壤的性质：土壤胶体（巨大比表面积和表面电荷，吸附作用强）、土壤pH、土壤Eh、土壤孔隙度与通气性。*土壤重金属污染：来源（污水灌溉、化肥农药、大气沉降、固体废弃物）。迁移转化受土壤pH、Eh、有机质、黏土矿物影响。生物有效性是关键。*土壤有机物污染：农药（有机氯、有机磷、氨基甲酸酯类）、石油烃、PAHs等。吸附和降解是主要过程。四、典型污染物及其生态与健康效应1.重金属：*Hg：来源（燃煤、工业废水）。形态（无机Hg²⁺、甲基Hg、乙基Hg）。甲基汞毒性大，易通过食物链富集，导致水俣病。*Cd：来源（冶炼、电镀、磷肥）。“痛痛病”元凶，损伤肾脏、骨骼。*Pb：来源（汽车尾气、涂料、蓄电池）。损害神经系统、造血系统，尤其对儿童智力发育影响大。*Cr：Cr(VI)毒性远大于Cr(III)，强氧化性，致癌。Cr(III)是人体必需微量元素。*As：类金属。无机砷毒性大，致癌。2.持久性有机污染物（POPs）：*特点：持久性、生物累积性、远距离迁移性、高毒性。*举例：DDT、PCBs、PAHs、二噁英类。*危害：内分泌干扰、生殖发育毒性、致癌、致突变。3.新兴污染物：如药品和个人护理品（PPCPs）、内分泌干扰物（EDCs）、微塑料等，其环境风险日益受到关注。五、环境化学研究方法与技术1.样品采集与前处理：代表性、无污染是关键。前处理方法（萃取、消解、净化等）。2.化学分析方法：*经典化学分析：重量法、容量法。*仪器分析：光谱法（原子吸收、原子发射、紫外-可见、红外、荧光）、色谱法（气相色谱GC、高效液相色谱HPLC）、联用技术（GC-MS、LC-MS）、电化学分析法等。3.实验室模拟与现场监测：模拟污染物在环境中的迁移转化过程；现场布点监测，获取真实环境数据。4.模型模拟：利用数学模型预测污染物的环境行为和归趋。六、环境化学发展趋势与展望*关注新兴污染物的环境行为与风险。*复合污染及其联合效应研究。*微观界面过程与机制研究。*环境化学与生态毒理学、环境工程学等学科的交叉融合。*绿色化学