《環(huán)境化學》教案

1、環(huán)境化學教案環(huán)境化學課堂教學主要包括四大部分：第一部分為緒論，介紹當前人類面臨的環(huán)境問題，環(huán)境科學的形成和發(fā)展，環(huán)境化學的研究內(nèi)容和發(fā)展方向，化學污染物及其在多介質(zhì)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為。第二部分為大氣污染化學，主要介紹大氣的結(jié)構、組成和性質(zhì)，大氣中主要污染物及其遷移，光化學反應基礎，溫室效應、酸沉降、臭氧層破壞、光化學煙霧等重要的大氣污染化學問題及其形成機理，氣溶膠化學，室內(nèi)空氣污染及健康風險，大氣污染的防治對策。第三部分為水污染化學，主要介紹天然水的基本特征，水中重要化學污染物的存在形態(tài)及分布，污染物在水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的基本原理及水質(zhì)模型；重點介紹重金屬在水環(huán)境中沉淀-溶解、氧化-還原、吸附

2、-解吸、絮凝-沉降、配合作用、生物轉(zhuǎn)化等遷移轉(zhuǎn)化過程的基本原理及影響因素，有機污染物在水環(huán)境中揮發(fā)、吸附、化學與生物降解等遷移轉(zhuǎn)化和多介質(zhì)環(huán)境過程的基本原理、影響因素及其模型。第四部分為土壤污染化學，介紹土壤的組成和基本性質(zhì)，化學污染物在土壤-植物體系中的遷移、作用機理及影響因素，土壤中氮磷污染及遷移轉(zhuǎn)化，重點介紹土壤中重金屬和有機農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化行為及生物生態(tài)效應，土壤中溫室氣體的形成及釋放機理，土壤污染防治與修復等。通過本課程的學習，使學生掌握環(huán)境化學的基本知識、基本原理和基本技能，為從事環(huán)境保護和環(huán)境科學研究工作奠定基礎。第一章 緒論重點要求：1、了解環(huán)境化學的內(nèi)容、作用及其地位。 2、了

3、解環(huán)境化學各分支學科的發(fā)展動向。 3、掌握環(huán)境污染物和化學污染物的分類及主要組成。 4、環(huán)境效應的基本概念。 5、環(huán)境污染物在環(huán)境各圈層的遷移轉(zhuǎn)化過程（了解）。第一節(jié) 環(huán)境化學一、環(huán)境問題環(huán)境污染可持續(xù)發(fā)展二、環(huán)境化學環(huán)境化學的概念環(huán)境化學的任務；內(nèi)容及特點環(huán)境化學的發(fā)展動向環(huán)境分析化學各圈層環(huán)境化學環(huán)境工程化學第二節(jié) 環(huán)境污染物一、環(huán)境污染物的類別1、人類社會不同功能產(chǎn)生的污染物工業(yè)農(nóng)業(yè)交通運輸生活2、化學污染物元素無機物有機化合物和烴類金屬有機和準金屬有機化合物含氧有機化合物有機氮化合物有機鹵化合物有機硫化合物有機磷化合物二、環(huán)境效應及其影響因素1、環(huán)境物理效應2、環(huán)境化學效應3、環(huán)境生物

4、效應三、環(huán)境污染物在環(huán)境各圈的遷移轉(zhuǎn)化過程簡介污染物的遷移與轉(zhuǎn)化遷移方式轉(zhuǎn)化方式污染物在多介質(zhì)中的遷移、轉(zhuǎn)化和循環(huán)舉例：大氣水土壤第二章 大氣環(huán)境化學重點要求：1、了解大氣層結(jié)構及大氣污染物遷移的主要因素。 2、光化學煙霧的形成過程和機理。 3、硫酸型煙霧的形成過程和機理。 4、酸雨及其化學組成。 5、大氣顆粒物及其組成。 6、溫室氣體和溫室效應。 7、臭氧層的形成與耗損。第一節(jié) 大氣中污染物的轉(zhuǎn)移一、大氣溫度層結(jié)出示大圖：圖1 大氣溫度的垂直分布圖2 大氣密度的垂直分布大氣垂直遞減率二、輻射逆溫層三、絕熱過程與干絕熱過程四、大氣穩(wěn)定度五、影響大氣污染物遷移的因素風和大氣湍流的影響天氣形勢和地

5、理地勢的影響第二節(jié) 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化一、光化學反應基礎1、光化學反應過程什么是光化學反應？初級過程： A + h A*次級過程：舉例： HCl + h H + Cl H + HCl H2 + Cl Cl + Cl Cl22、量子產(chǎn)率（不做介紹）3、大氣中重要吸光物質(zhì)的光離解：（1）氧分子和氮分子的光離解O2 + h O + ON2 + h N + N（2）臭氧的光離解O3 + h O + O2（3）NO2的光離解 NO2 + h NO + O（4）亞硝酸和硝酸的光離解HNO2 + h HO + NOHNO2 + h H + NO2HNO3 + h HO + NO2（5）二氧化硫?qū)獾奈誗O

6、2 + h SO2*（6）甲醛的光離解H2CO + h H + HCOH2CO + h H2 + CO（7）鹵代烴的光離解CH3X + h CH3 + X二、大氣中重要自由基的來源1、大氣中HO和HO2自由基的濃度2、大氣中HO和HO2自由基的來源：HO來源一： O3 + h O + O2O + H2O 2HOHO來源二： HNO2 + h HO + NO H2O2 + h 2HOHO2的來源： H2CO + h H + HCO H + O2 + M HO2 + M HCO + O2 HO2 + CO3、R、RO和RO2等自由基的來源大氣中存在最多的烷基是甲基，主要來源是：CH3CHO + h

7、 CH3 + HCOCH3COCH3 + h CH3 + CH3CO烷基自由基：RH + O R + HORH + HO R + H2O甲氧基： CH3ONO + h CH3O + NO CH3ONO2 + h CH3O + NO2過氧烷基： R + O2 RO2三、氮氧化物的轉(zhuǎn)化1、大氣中的含氮化合物2、氮氧化合物和空氣混合體系中的光化學反應 NO2 + h NO + O O + O2 + M O3 + M O3 + NO NO2 +O23、氮氧化物的氣相轉(zhuǎn)化（1）NO 的氧化 NO + O3 NO2 + O2 NO + RO2 NO2 + RO NO + HO2 NO2 + HO NO +

8、 HO HNO2 NO + RO RONO（2）NO2的轉(zhuǎn)化NO2 + HO HNO3NO2 + O3 NO3 + O2NO2 + NO3 N2O5（3）PANCH3CO + O2 CH3COOOCH3COOO + NO2 CH3COOONO24、氮氧化物的液相轉(zhuǎn)化（補充內(nèi)容）四、碳氫化合物的轉(zhuǎn)化1、大氣中主要的碳氫化合物2、碳氫化合物在大氣中的反應（1）烷烴的反應 RH + HO R + H2O RH + O R + HO（2）烯烴的反應 與HO發(fā)生加成反應和氫原子摘除反應五、光化學煙霧現(xiàn)象1、什么是光化學煙霧（1）光化學煙霧的日變化曲線出示大圖：光化學煙霧日變化曲線（2）煙霧箱模擬曲線2、

9、光化學煙霧形成的簡化機制引發(fā)反應： NO2 + h NO + O O + O2 + M O3 + M NO + O3 NO2 + O2自由基傳遞反應： RH + HO RO2 + H2O RCHO + HO RC（O）O2 + H2O RCHO + h RO2 + HO2 + CO HO2 + NO NO2 + HO RO2 + NO NO2 + RCHO + HO2 RC（O）O2 + NO NO2 + RO2 +CO2終止反應： HO + NO2 HNO3 RC（O）O2 + NO2 RC（O）O2NO2 RC（O）O2NO2 RC（O）O2 + NO23、光化學煙霧的控制對策六、硫氧化物

10、的轉(zhuǎn)化及硫酸煙霧型污染1、二氧化硫的氣相氧化（1）SO2的直接光氧化SO2 + O2 SO4 SO3 + O或 SO2 + SO4 2SO3（2）SO2被自由基氧化 SO2與HO的反應 HO + SO2 HOSO2 HOSO2 + O2 HO2 + SO3 SO3+ H2O H2SO4 與其他自由基反應 CH3CHOO + SO2 CH3CHO + SO3 HO2 + SO2 HO + SO3 CH3O2 + SO2 CH3O + SO32、二氧化硫的液相氧化3、硫酸煙霧型污染七、酸性降水1、降水的pH2、降水pH的背景值3、降水的化學組成（1）降水的組成大氣中固定氣體成分無機物有機物光化學反

11、應產(chǎn)物不溶物（2）降水中的離子成分4、酸雨的化學組成 SO2 + O SO3 SO3 + H2O H2SO4 SO2 + H2O H2SO3 HSO3 + O H2SO4 NO + O NO2 2NO2 + H2O HNO3 + HNO25、影響酸雨形成的因素（1）酸性污染物的排放及其轉(zhuǎn)化條件（2）大氣中的氨（3）顆粒物酸度及其緩沖能力（4）天氣形勢的影響八、大氣顆粒物1、顆粒物的粒度及表面性質(zhì)（1）顆粒物的粒度分布總懸浮顆粒物飄塵降塵可吸入粒子（2）大氣顆粒物的三模態(tài)2、大氣顆粒物的化學組成（1）無機顆粒物（2）有機顆粒物3、大氣顆粒物的去除過程（1）干沉降（2）濕沉降九、溫室氣體和溫室效應

12、十、臭氧層的形成與耗損1、臭氧層形成與耗損的化學反應生成： 3O2 + h 2O3消耗： O3 + h O2 + O O3 + O 2O22、南極的臭氧洞現(xiàn)象第三章 水環(huán)境化學水環(huán)境化學是研究物質(zhì)在天然水體中的存在形態(tài)、反應機制、遷移和轉(zhuǎn)化、歸趨規(guī)律與化學行為及其對生態(tài)環(huán)境的影響。它是環(huán)境化學的重要組成部分，這些研究將為水污染控制和水資源的保護提供科學依據(jù)。主要內(nèi)容：1、天然水基本特征。 2、水中重要污染物存在形態(tài)及分布。 3、水中無機物的遷移轉(zhuǎn)化。 4、水中有機物的遷移轉(zhuǎn)化。重點內(nèi)容：1、天然水的碳酸平衡。 2、水中顆粒物的聚集。 3、溶解沉淀、氧化還原、配合作用的基本原理。 4、分配作用、

13、揮發(fā)作用、水解作用、光解作用、生物降解的原理。難點內(nèi)容：1、天然水碳酸平衡的計算。 2、絮凝原理的理解。 3、pE-pH圖的獲得和理解。 4、揮發(fā)作用的雙膜理論。第一節(jié) 天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài)一、天然水體的基本特征1、天然水的組成（1）天然水中的主要離子組成（2）水中的金屬離子（3）氣體在水中的溶解性亨利定律（4）水生生物2、天然水的性質(zhì)（1）碳酸平衡CO2 + H2O = H2CO3H2CO3 = HCO3 + H+HCO3- = CO32- + H+（2）天然水中的堿度和酸度總堿度 = HCO3- + 2CO32- + OH- H+總酸度 = H+ + HCO3- + 2H2C

14、O3 - OH- 二、水中污染物的分布和存在形態(tài)1、有機污染物（1）農(nóng)藥（2）多氯聯(lián)苯（3）鹵代脂肪烴（4）醚類（5）單環(huán)芳香族化合物（6）苯酚類和甲酚類（7）酞酸酯類（8）多環(huán)芳烴（9）亞硝胺和其他化合物2、金屬污染物鎘 汞 鉛 砷 鉻 銅 鋅 鉈 鎳 鈹?shù)诙?jié) 水中無機污染物的遷移轉(zhuǎn)化一、顆粒物與水之間的遷移1、水中顆粒物的類別（1）礦物微粒和黏土礦物（2）金屬水合化合物（3）腐殖質(zhì)（4）水體懸浮沉積物（5）其他2、水環(huán)境中顆粒物的吸附作用（1）吸附等溫線和等溫式H 型等溫線F型等溫線L型等溫線（2）氧化物表面吸附的配合模式3、沉積物中重金屬的釋放 誘發(fā)釋放的因素：鹽濃度升高氧化還原條件的

15、變化降低pH增加水中配合劑的含量二、水中顆粒物的聚集1、膠體顆粒物凝聚的基本原理和方式2、膠體顆粒絮凝動力學三、溶解和沉淀1、氧化物和氫氧化物 Me（OH）n（s） = Men+ + nOH- Ksp = Men+OH-n Men+ = Ksp/OH-n = KspH+n/Kwn Pc = Ksp npKw + npH2、硫化物 H2S = H+ + HS- HS = H+ + S2- H2S = 2H+ + S2- K12 = K1K2 如溶液中存在二價金屬離子Me2+，則有： Me2+S2- = Ksp3、碳酸鹽4、水溶液中不同固相的穩(wěn)定性四、氧化-還原1、電子活度和氧化還原電位 pE =

16、 pE0 + 1/n lg（反應物/生成物）2、天然水體的pE-pH圖3、天然水的pE和決定電位4、無機氮氧化物的氧化還原轉(zhuǎn)化5、無機鐵的氧化還原轉(zhuǎn)化6、水中有機物的氧化五、配合作用1、配合物在溶液中的穩(wěn)定性2、羥基對重金屬離子的配合作用3、氯離子對重金屬的配合作用4、腐殖質(zhì)的配合作用5、有機配體對重金屬遷移的影響第三節(jié) 水中有機污染物的遷移轉(zhuǎn)化一、分配作用1、分配理論2、標化分配系數(shù)3、生物濃縮因子二、揮發(fā)作用1、亨利定律2、揮發(fā)作用的雙膜理論三、水解作用四、光解作用五、生物降解作用第四節(jié) 水質(zhì)模型一、氧平衡模型二、湖泊富營養(yǎng)化預測模型三、有毒有機污染物的歸趨模型第四章 土壤環(huán)境化學重點要求

17、：1、了解土壤的組成與性質(zhì)，土壤的粒級與質(zhì)地分組特征。2、了解污染物在土壤植物體系中遷移的特點、因素、機制。3、農(nóng)藥在土壤中遷移的特點、因素、機制。4、主要農(nóng)藥在土壤中的轉(zhuǎn)歸與效應。第一節(jié) 土壤的組成與性質(zhì)一、土壤的組成土壤由固體、液體和氣體組成1、土壤礦物質(zhì)（1）原生礦物（2）次生礦物2、土壤有機質(zhì)3、土壤水分4、土壤中的空氣二、土壤的粒級分組與質(zhì)地分組1、土壤礦物質(zhì)的粒級劃分2、各粒級的主要礦物成分和理化特性（1）石塊和石礫（2）沙礫（3）粘粒（4）粉粒3、土壤質(zhì)地分類及其特性三、土壤吸附性1、土壤膠體的性質(zhì)（1）土壤膠體具有巨大的比表面和表面能（2）土壤膠體的電性（3）土壤膠體的凝聚性和分散性2、土壤膠體的離子交換吸附（1）土壤膠體的陽離子交換吸附影響吸附的因素：電荷數(shù)、離子半徑及水化程度（2）土壤膠體的陰離子交換吸附四、土壤酸堿性1、土壤酸度（1）活性酸度（2）潛性酸度2、土壤堿度3、土壤的緩沖性能（1）土壤溶液的緩沖作用（2）土壤膠體的緩沖作用對酸的緩沖作用對堿的緩沖作用鋁離子對堿的緩沖作用五、土壤的氧化還原性第二節(jié) 污染物在土壤植物體系中的遷移及其機制一、污染物在土壤植物體系中的遷移1、污染物由土壤向植物體遷移的方式2、影響重金屬在土壤-植物體系中轉(zhuǎn)移的因素（1）植物種類（2）土壤種類（3）重金屬形態(tài)（4）重金屬在植物體內(nèi)的遷移能力二、植物對重金屬污染產(chǎn)生耐性的