環(huán)境化學(xué)課后習(xí)題答案

1、第一章1現(xiàn)今人類面臨的重大環(huán)境問題有哪些？答：臭氧層破壞、全球氣候變化、水資源的短缺和污染、固體廢棄物的危害以及生物多樣性的損傷。2、環(huán)境化學(xué)的分支。環(huán)境分析化學(xué)、各圈層環(huán)境化學(xué)、環(huán)境工程化學(xué)。3、環(huán)境污染物有哪些類別？當(dāng)前世界范圍普遍關(guān)注的污染物有哪些特性？(1) 環(huán)境污染物的分類：a. 按污染物影響的環(huán)境要素可分為：大氣污染物、水體污染物、土壤污染物b. 按污染物的形態(tài)可分為：氣體污染物、液體污染物、固體污染物c. 按污染物的性質(zhì)可分為：化學(xué)污染物、物理污染物、生物污染物d. 按人類社會(huì)活動(dòng)不同功能產(chǎn)生的污染物可分為：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、生活污染等(2) 當(dāng)前世界范圍普遍關(guān)注的污染物主要

2、特性是：持久行有機(jī)污染物具有致突變、致癌和致畸作用的所謂三致”化學(xué)污染物，以及環(huán)境內(nèi)分泌干擾物。4、優(yōu)先控制污染物及其種類在眾多污染物中被篩選出潛在危害大的作為優(yōu)先研究和控制的對(duì)象，稱為優(yōu)先污染物。優(yōu)先控制物包括如下幾類：揮發(fā)性鹵代烴類、苯系物、氯代苯類、多氯聯(lián)苯、酚類、硝基苯類、苯胺類、多環(huán)芳烴類、酞酸酯類、農(nóng)藥、丙烯腈、亞硝胺類、氰化物、重金屬及其化合物。12類，58種，在 黑名單”中，共有14類，68種優(yōu)先控制的污染物。其中優(yōu)先控制的有毒有機(jī)化合物有 占總數(shù)的85.29%, 第二章大氣層的化學(xué)分層< 86 km、勻和層或湍流層 8690km、90km、110km、. 120km、非

3、勻和層、外大氣層500km以上。溫室氣體的種類(舉例).氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、CFC 11、CFC 12、四氯化碳。酸沉降化學(xué)酸沉降(acid deposition)是指大氣中的酸性物質(zhì)通過降水，如雨、雪、霧、冰雹等遷移到地表(濕沉降),或酸性物質(zhì)在氣流的作用下直接遷移到地表到地表(干沉降)的過程。濕沉降(wet deposition)大氣中的物質(zhì)通過降水而落到地面的過程。干沉降(dry deposition)大氣中的污染氣體和氣溶膠等物質(zhì)隨氣流的對(duì)流、擴(kuò)散作用，被地球表面的土壤、水體和植被等吸附去除的過程。酸雨的界限西南地區(qū)(重慶、貴陽)-長(zhǎng)江以南、青藏高原以及四川盆地-年

4、均降水pH<5 6區(qū)域占全國(guó)面積 40%左右中國(guó)-致酸物質(zhì)-硫酸鹽。一次顆粒物的天然源、我國(guó)灰霾區(qū)域一次顆粒物天然源：地面揚(yáng)塵(風(fēng)吹灰塵)、海浪浪沫、火山爆發(fā)噴出物、森林火災(zāi)燃燒物、隕星塵及生物界產(chǎn)生的顆粒物，如花粉、袍子等。我國(guó)存在著4個(gè)明顯的灰霾區(qū)：黃淮海地區(qū)、長(zhǎng)江河谷、四川盆地、珠江三角洲。大氣顆粒物的粒度模型可把大氣顆粒物表示成三種模結(jié)構(gòu)，即愛根核模板(Dp 0.05 Am積聚模(0.05Pm<Dp<2 Am )和粗粒子模(Dp>2 Jm)大氣顆粒物的有機(jī)組成種類多環(huán)芳香族化合物、芳香族化合物，含氮、氧、硫、磷類化合物，烴基化合物，脂肪族化合物，羰基 化合物和鹵

5、代化合物。大氣中有哪些重要自由基？其來源如何？(1) 大氣中的重要自由基有：HO，HO2-, R- , RO-, RO2-等自由基，其中以 HO和HO2最為重要。(2) 其來源：在大氣化學(xué)中，有機(jī)化合物和其它大氣組分的光解，是產(chǎn)生自由基的最主要途徑和來源。 例如：a. 03的光解是大氣中 HO的重要來源：03 + h v t O-+ 02O- + H2O 宀 2HO-b. HO2 主要來源于醛的光解：H2CO + h v t H + HCO H - + O2 + M t HO2- + MHCO- + O2 t HO2- + COc. R , RO-, RO2-等自由基主要來源于各種有機(jī)化合物的

6、光解：CH3CHO + h v t CH3 + HCO RH + O t r+ HO R-+ O2 t RO2-大氣中有哪些重要含氮化合物？說明它們的天然來源及對(duì)環(huán)境的污染。(1) 大氣中存在的含量比較高的含氮化合物主要是氮氧化物，包括氧化亞氮(N2O), 氧化氮(NO) 和二氧化氮(NO2 )。(2) N2O是低層大氣中含量最高的含氮化合物，主要來自于天然源，即土壤中硝酸鹽經(jīng)細(xì)菌的脫氮作用而產(chǎn)生。由于在低層大氣中N2O非常穩(wěn)定，是停留時(shí)間最長(zhǎng)的氮氧化物，一般認(rèn)為其沒有明顯的污染效應(yīng)。NO和NO2是大氣中主要的含氮污染物，合稱為NOx，它們主要來自于人為來源，即化石燃料的燃燒。城市大氣中的 N

7、Ox有2/3來自汽車等流動(dòng)燃燒源的排放，1/3來自固定燃燒源的排放。NOx是導(dǎo)致大氣光化學(xué)污染和酸雨的重要污染物質(zhì)。大氣中有哪些重要的碳?xì)浠衔?？它們可發(fā)生哪些重要的光化學(xué)反應(yīng)。(1) 大氣中以氣態(tài)形式存在的碳?xì)浠衔?，主要是碳原子?shù)1-10的碳?xì)浠衔?，包括可揮發(fā)性的所有烴類。重要的碳?xì)浠衔锇ㄍ闊N、烯烴、芳香烴等。(2) 它們可發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)，主要是與活性的自由基之間的反應(yīng)：a. 烷烴可與大氣中的 HO和O 發(fā)生氫原子摘除反應(yīng)；e. g. RH + HO t r-+ H2O RH + O t r-+ HO b. 烯烴與HO主要發(fā)生加成反應(yīng)，如乙烯和丙烯，也可以發(fā)生氫原子摘除反應(yīng)；c.

8、環(huán)烴的氧化；d. 多環(huán)芳烴在濕的氣溶膠中可發(fā)生光氧化反應(yīng)，生成環(huán)內(nèi)氧橋化合物；e. 飽和烴的衍生物，如醚、醇、酮和醛類，它們?cè)诖髿庵械姆磻?yīng)主要是是與HO發(fā)生氫原子摘除反應(yīng)。11、說明光化學(xué)煙霧現(xiàn)象，解釋污染物與產(chǎn)物的日變化曲線，并說明光化學(xué)煙霧產(chǎn)物的性質(zhì)和特征。 答：(1)光化學(xué)煙霧現(xiàn)象：含有氮氧化物和碳?xì)浠衔锏纫淮挝廴疚锏拇髿?，在陽光照射下發(fā)生光化學(xué)反 應(yīng)而產(chǎn)生二次污染物，這種由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象，稱為光化學(xué)煙霧 現(xiàn)象。（ 2）從光化學(xué)煙霧日變化曲線可以看出，烴和NO 的體積分?jǐn)?shù)在早晨達(dá)到峰值，是由于交通高峰期，汽車尾氣大量排放造成的；隨著太陽輻射的增強(qiáng)，在

9、日光照射下由大氣光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的NO2 、O3 和醛類等二次污染物的量也大幅增加，并在午后左右達(dá)到峰值，要比NO峰值晚出現(xiàn)4-5 h。傍晚交通高峰期，雖然任有較多汽車尾氣排放一次污染物，但由于日光已較弱，不足以引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，因而NO2、O3 和醛類也不會(huì)再增加。（3）光化學(xué)煙霧的生成以臭氧為主，還包括醛類、過氧乙酰硝酸酯（PAN）、H2O2 和細(xì)粒子氣溶膠等污染物，是具有強(qiáng)氧化性的氣團(tuán)；煙霧通常呈藍(lán)色，能使橡膠開裂，刺激人的眼睛，傷害植物的葉子，并使 大氣能見度降低，對(duì)環(huán)境危害極大。12、說明烴類在光化學(xué)煙霧形成過程中的重要作用 在光化學(xué)煙霧形成的過程中，自由基反應(yīng)占主導(dǎo)地位，并且是鏈?zhǔn)降?/p>

10、反應(yīng)。烴類的存在，是自由基 轉(zhuǎn)化和增殖的重要載體和促進(jìn)反應(yīng)物，是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要參與者。例如：（5分）RH + O t R-+ HO -RH + HO - t R. + H2OH - + O2 + M t HO2 - + MR- + O2 t RO2-RCO- + O2 t R（CO）O2 （反應(yīng)式各 1 分）1 3、說明臭氧層破壞的原因和機(jī)理。（1）臭氧層破壞的原因：由于人類活動(dòng)的影響，水蒸氣、氮氧化物、氟氯烴等污染物進(jìn)入了平流層， 在平流層形成了 HOx，NOx-和ClOx-等活性基團(tuán)，從而加速了臭氧的消除過程，破壞了臭氧層的穩(wěn)定狀 態(tài)。這些活性基團(tuán)在加速臭氧層破壞的過程中可以起到催化劑的作

11、用。（2）臭氧層破壞的機(jī)理：a. 氯和溴的協(xié)同作用Cl - + O3 t ClO - + O2ClO - + BrO t Cl + Br + O2Br - + O3 t BrO - + O2b. HOx 自由基的氯鏈反應(yīng)機(jī)理 （3分）HO - + O3 t HO2 - + O2 ClO - + HO2 - t HOCl + O2 HOCl + h v t Cl + HO -c. NOx的破壞作用 （2分）NO + O3 t NO2 + O2NO2 + O t NO + O2d. ClO 二聚體鏈反應(yīng)機(jī)理 （2 分）ClO + ClO + M t Cl2O2 + M Cl2O2 + hv tCl

12、 + ClOO ClOO + M t Cl + O2 + M 14、 簡(jiǎn)述大氣中 SO2 氧化的幾種途徑。（1）二氧化硫的氣相氧化：a. SO2 的直接光氧化b. SO2 被 HO 等活性自由基氧化（2）二氧化硫的液相氧化：a. O3 對(duì) SO2 的氧化b. H2O2 對(duì) SO2 的氧化c. 金屬離子對(duì) SO2 液相氧化的催化作用1 5、說明酸雨形成的原因。（1） 大氣中的 SO2 和 NOx 經(jīng)氧化后， 溶于水形成 H2SO4、HNO3 和 HNO2 等酸性物質(zhì)；其它氣態(tài)或固態(tài) 物質(zhì)進(jìn)入大氣，對(duì)降水的 pH 也有影響。（2） 酸雨中， H2SO4 約占 6065%，它主要來源于火山爆發(fā)的大量

13、硫化物和懸浮物、自然水域表面釋放的 酸性化合物，以及人為燃燒產(chǎn)生的硫氧化合物。（3）酸雨中， HNO3 和 HNO2 約占 30%，主要來源于汽車尾氣排放和人為燃燒產(chǎn)生的NOx ，以及大氣中的N2 經(jīng)過雷電而轉(zhuǎn)化成的 NOx ，此外土壤中的 NO3- 通過還原等作用也可生成NOx。（ 4）酸雨中，鹽酸約占 5%，主要來源于一些化工廠和焚燒垃圾，以及礦物燃料燃燒而產(chǎn)生的HCl 氣體。（ 5）酸雨中，有機(jī)酸約占 2%，主要來源于人為燃燒產(chǎn)生的碳氧化合物，以及天然源的一些植物和森林排 放等。16、說明大氣顆粒物的化學(xué)組成以及污染物對(duì)大氣顆粒物組成的影響。 大氣顆粒物按照組成，可分為兩大類。一般將只含

14、無機(jī)成分的顆粒物稱為無機(jī)顆粒物，而將含有有機(jī)成分的顆粒物稱作有機(jī)顆粒物。（ 1）無機(jī)顆粒物：天然來源的無機(jī)顆粒物，如揚(yáng)塵的成分主要是該地區(qū)的土壤粒子?；鹕奖l(fā)所噴出的 火山灰，除主要由硅和氧組成的巖石粉末外，還含有一些如鋅、銻、硒、錳和鐵等金屬元素的化合物。海 鹽濺末所釋放出來的顆粒物，其成分主要有氯化鈉粒子，硫酸鹽粒子，還會(huì)含有一些鎂的化合物。人為源釋放出來的無機(jī)顆粒物，如動(dòng)力發(fā)電廠由于燃煤及石油而排放出來的顆粒物，其成分除大量的煙塵 外，還含有鈹、鎳、釩等的化合物。市政焚燒爐會(huì)排放出含有砷、鈹、鎘、鉻、銅、鐵、汞、鎂、錳、鎳、 鉛、銻、鈦、釩和鋅等的化合物。汽車尾氣中則含有大量的鉛。（ 2

15、）有機(jī)顆粒物：有機(jī)顆粒物種類繁多，結(jié)構(gòu)也極其復(fù)雜。已檢測(cè)到的主要有烷烴、烯烴、芳烴和多環(huán) 芳烴等各種烴類。另外還有少量的亞硝胺、氮雜環(huán)類、環(huán)酮、酮類、酚類和有機(jī)酸等。（ 3）大氣顆粒物多數(shù)是由氣態(tài)一次污染物通過凝聚過程轉(zhuǎn)化而來的。如硫酸及硫酸鹽顆粒物主要是由污 染源排出的 SO2 氧化后，溶于水而形成硫酸，硫酸再與大氣中的 NH3 化合而生成 （NH4）2SO4 顆粒物。硫 酸也可與大氣中其他金屬離子化合生成各種硫酸鹽顆粒物。17、顆粒物在人體內(nèi)的沉積作用。（1）碰撞作用：530 m粒徑的顆粒-鼻咽部和支氣管上部沉降（2）沉降作用： 15 m 粒徑的顆粒 -支氣管部位沉降（3）擴(kuò)散作用：粒徑小

16、于 0.1 m的顆粒-肺區(qū)沉積18、大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的種類、存在狀態(tài)以及危害性如何？種類：一般以苯環(huán)數(shù)命名，如苯并a蒽，苯并a芘（BaP）,苯并e危，苯并j熒蒽和茚并1,2,3-cd芘等等。存在狀態(tài)：環(huán)少的易于以氣態(tài)形式存在,環(huán)多的則存在于固相顆粒物中。危害性： 它們能與大氣中的臭氧、 氮氧化物等相互作用, 而形成二次污染物, 這些二次污染物從毒理學(xué)、 病理學(xué)上已被證明,具有直接的致癌和致突變的作用。19、氣體濃度換算 第三章天然水中常見的離子天然水中常見的八大離子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和 SO42-（占天然水中離子總量的9599% ）。水體中污染

17、物的種類、有機(jī)物污染物的分類 美國(guó)科學(xué)家把水體污染物分為八類：耗氧污染物；致病污染物；合成有機(jī)物；植物營(yíng)養(yǎng)物；無機(jī)及礦物質(zhì)；由土壤、巖石沖刷下來得沉積物；放射性物質(zhì)；熱污染 有機(jī)污染物種類：農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、鹵代脂肪烴、醚類、單環(huán)芳香族化合物、苯酚類和甲酚類、酞酸酯類和多環(huán)芳烴類。水體的自凈作用水體自凈 （self-purification of water body） 廣義的是指受污染的水體由于物理、化學(xué)、生物等方面的作用， 使污染物濃度逐漸降低，經(jīng)一段時(shí)間后恢復(fù)到受污染前的狀態(tài)；狹義的是指水體中微生物氧化分解有機(jī)污 染物而使水質(zhì)凈化的作用。水體自凈機(jī)理包括沉淀、稀釋、混合等物理過程，氧化還原

18、、分解化合、吸附凝聚等化學(xué)和物理化學(xué)過 程以及生物化學(xué)過程。各種過程可同時(shí)發(fā)生、相互影響。包括：物理自凈、化學(xué)自凈、生物自凈。水體環(huán)境中無機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化無機(jī)污染物通過沉淀 -溶解、氧化 -還原、配合作用、膠體形成、吸附 -解吸等一系列物理、化學(xué)作用進(jìn) 行遷移轉(zhuǎn)化，參與和干擾各種環(huán)境化學(xué)過程和物質(zhì)循環(huán)過程，最終以一種或多種形態(tài)長(zhǎng)期存留在環(huán)境中， 形成永久性的潛在危害。沉淀過程的三個(gè)階段沉淀分三個(gè)階段：成核作用：晶體生長(zhǎng)：晶核聚集：水體有機(jī)污染程度的指標(biāo)五天生化需氧量 （BOD5） 、化學(xué)需氧量（ COD）水體中，有機(jī)物的化學(xué)降解反應(yīng)和生化降解反應(yīng)水中污染物的運(yùn)動(dòng)過程。 是污染物在海水中通過稀

19、釋、擴(kuò)散、生物活動(dòng)等引起污染物空間位置的移動(dòng)；是污染物在海洋中的轉(zhuǎn) 化過程，包括化學(xué)、物理化學(xué)、水化學(xué)和生物化學(xué)的作用；是污染物在海水中的停留過程；為污染物在海 洋中的富集過程 .何為POPs?何為PTS?持久性毒害污染物（Persistent Toxic Substances, PTS）:是指一類具有很強(qiáng)的毒性，在環(huán)境中難降解，可遠(yuǎn)距離傳輸，并隨食物鏈在動(dòng)物和人體中累積、放大，具有內(nèi)分泌干擾特性的污染物，包括POPs 和某些重金屬污染物。POPs 是英文 PersistentOrganic Pollutants 的縮寫，中文名稱為 “持久性有機(jī)污染物 ”，它是一類具有環(huán) 境持久性、生物累積性

20、、長(zhǎng)距離遷移能力和高生物毒性的特殊污染物。請(qǐng)敘述天然水體中存在哪幾類顆粒物。天然水中存在五大類的顆粒物：（ 1）礦物微粒和黏土礦物（ 2）金屬水合氧化物（ 3）腐殖質(zhì)（ 4）水體懸浮沉積物（ 5）其他：如病毒、細(xì)菌、藻類、表面活性劑、油滴等。請(qǐng)敘述水中顆粒物可以哪些方式進(jìn)行聚集。由電介質(zhì)促成的聚集 -凝聚： （ 1）壓縮雙電層凝聚（ 2）專屬吸附凝聚（ 3）膠體相互凝聚由聚合物促成的聚集 -絮凝：（1） “邊對(duì)面 ”絮凝（2）第二極小值絮凝（3）聚合物粘結(jié)架橋絮凝（ 4）無機(jī)高分子的絮凝（ 5）絮團(tuán)卷掃絮凝（ 6）顆粒層吸附絮凝（ 7）生物絮凝絮凝劑的種類聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁無機(jī)鹽類：三氯化

21、鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、 有機(jī)高分子類：聚丙烯酰胺 生物絮凝劑：定義、篩選過程、研究狀況13、亨利定律常數(shù)。Chapter 4土壤的機(jī)能 。（ 1）培育植物： 植物生長(zhǎng)支持體、植物生長(zhǎng)提供水、空氣和養(yǎng)分（ 2）推動(dòng)物質(zhì)循環(huán)：由巖石風(fēng)化產(chǎn)生的物質(zhì)都有可能進(jìn)入大氣和水系，又可能通過地球化學(xué)循環(huán)歸入土 壤。（3）保存水資源：大氣和地下水之間的緩沖地區(qū)。（ 4）防止災(zāi)害： 防止洪水發(fā)生。 土壤植物又可防止風(fēng)雨侵蝕、 水土流失或土壤荒漠化趨向， 并兼有防風(fēng)、 消音等作用。（5）自凈能力：具有極大比表面和催化活性，土壤中水、空氣、微生物等都能使污染物降解。 土壤有哪些主要成分？它們對(duì)土壤的性質(zhì)與作用有哪些影響？土壤是由固體、液體和氣體三相共同組成的多相體系。1）土壤固相包括土壤礦物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)。a. 土壤礦物質(zhì)是組成土壤的基本物質(zhì)， 約占土壤固體部分總質(zhì)量的 90%以上， 有土壤骨骼之稱。 土壤礦物 質(zhì)的組成和性質(zhì)直接影響土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。土壤礦物質(zhì)是植物營(yíng) 養(yǎng)元素的重要供給源，按 其成因可分為原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)。b. 土壤有機(jī)質(zhì)是泛指土壤中來源于生命的物質(zhì)。 動(dòng)植物、 微生物殘?bào)w和施入的有機(jī)肥料是土壤有機(jī)質(zhì)的主 要來源。土壤有