《环境化学》(A)

一、填空(每空1分)

1、环境问题就是在 工业化 过程中产生的,具体原因包括污染物 排放 与过度开发 资源 ;

2、可持续发展的战略思想就是经济、社会与环境保护 协调 发展,其核心思想就是:经济发展不能超过资源与环境的 承载力 ;

3在大气对流层中污染物易随空气发生 垂直 对流运动,在平流层中污染物易随地球自转发生 水平 运动;

4、逆温层不利于污染物的 传输 。

5、当Γ<Γd时,大气处于 稳定 状态。

6、大气中重要自由基产生于 光 离解。

7、由若干个苯环稠与在一起的化合物称为 多环芳烃 ;

8、在有氮氧化物与碳氢化合物存在于大气中时可能发生光化学烟雾,该反应机制为: 自由基引发 、 自由基转化与增殖 、 自由基氧化NO 、 链终止 ;

9、平流层中的臭氧层能够 吸收紫外线 从而保护生物,维持生态平衡;

10、洛杉矶烟雾也称为 光化学烟雾 。

11、伦敦烟雾也称为 硫酸型烟雾 。

12、当降水的pH值 5、0 时,称为酸雨。

13、可吸入粒子就是指粒径 ﹤10um 的颗粒物;

14、PAN就是指大气中的 过氧乙酰硝酸酯 污染物;

15、水中异养生物利用 自养生物 产生的有机物为能源及材料构成生

命体;

16、导致痛痛病的污染物就是 Cd ;

17、导致水俁病的污染物就是 甲基汞 。

18、腐殖质分子中含有 多元环状 结构,其上联接有 -OH -COOH -CHO 等官能团;

19、非离子型有机物可通过 溶解 作用分配到土壤 有机质 中;

20、pH值在4、5至8、3之间时,水中碳酸的主要形态分别

为 CO2 、 H2CO3 、 HCO3- ;

21、水中无机污染物的迁移转化方式有 吸附 、 凝聚絮凝 、

溶解沉淀 、 配合 、 氧化还原 ;

22、 水中有机污染物的迁移转化方式有 分配 、 水解 、

光解 、 挥发 、 生物降解 ;

23、pE值低表示环境为 有机碳 性环境。

24、标化分配系数就是以 有机碳 为基础表示的分配系数。

25、次生矿物由 物理 分化与 化学 分化而成;

26、氧垂曲线可依次划分为清洁区及 分解区 、 腐败区 、 恢复区 及清洁区

27、在S-P模型中,溶解氧有一个最低值称为 极限溶解氧

28、天然水中的颗粒物聚集的动力学方程分别称为为 异向絮凝 、 同向絮凝 、 差速沉降絮凝 。

29、次生铝硅酸盐由 硅氧四面体 层与 铝氢氧八面体 层构成,它们就是 高岭 石、 蒙脱 石与 伊利 石。

1、已知某土壤有机碳含量为5%,某有机物的辛醇-水分配系数为Kow=4×105,则该有机物在土壤上的分配系数Kp为 1、26×104 (不考虑颗粒粒径大小的影响)

2、气团的稳定性与 密度层结 与 温度层结 两个因素有关。

3、能引起温室气体效应的气体主要有 CO2 、 CH4 、 CO 、 CFCs 。

4、腐殖质中不能被酸与碱提取的部分称为 腐黑物 ,可溶于稀碱但不溶于酸的部分称为 腐殖酸 ,既溶于碱又溶于酸的的部分称为 富黑酸 。

5、土壤就是由气、液、固三相组成的,其中固相可分为 土壤矿物质 与 土壤有机质 ,两者占土壤总量的 90%以上 。

6、土壤及沉积物(底泥)对水中有机物的吸附作用(sorption)包括

表面吸附 与 分配作用 。

7、测定正辛醇-水分配系数的方法有 振荡法 、 产生柱法 与高效液相色谱法。

8、降水中主要的阴离子有 SO42- 、 NO3- 、 Cl- 、 HCO3- 。

9、CFC-11的分子式为 CFCl3 。

二.选择题(共20分,每小题2分)

1、随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率(Γ),对于逆温气层的大气垂直递减率 c 。

a.Γ﹥0 b、 Γ=0 c、 Γ﹤0

2、某一氧化-还原反应体系的标准电极电位0、80,气pEo为 a 。

a.13、55 b、 13、35 c、 13、05 d、12、80

3.测定总磷时,下例 c 组物质均会产生干扰,就是测定结果偏低？

a.亚砷酸盐、Cr(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、亚硝酸盐

b、 砷酸盐、Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、硝酸盐

c、 砷酸盐、Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、亚硝酸盐

d、 亚砷酸盐、Cr(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、硝酸盐

4.五十年代日本出现的痛痛病就是由 d 污染水体后引起的。

a.As b、 Hg c、 Pb d、Cr

5、根据Whittby三模态模型,粒径小于 a um的粒子称为爱根核膜。

a.0、05 b、 0、1 c、 1 d、2

6.在氨氮的测定中,氨与 b 生产黄色的络合物,可在425nm波长下比色测定。

a.盐酸萘乙二胺显色剂 b、 纳氏试剂

c、 混合试剂 d、二磺酸酚试剂

7、重金属从悬浮物或沉积物中重新释放属于二次污染问题,下例 b 原因可能诱发重金属释放。

a.颗粒物聚沉 b、 降低水体的pH值

c、 水流速度加快 d、富营养化加重

8、下例吸附现象属于离子交换吸附的有 a 。

a.土壤胶体吸附碱土金属粒子 b、 土壤颗粒吸附非离子有机化合物

c、 金属水与氧化物吸附过渡金属离子 d、腐殖质吸附非离子型农药

9、下例说法正确的就是 c 。

a.代换性酸度与水解性酸度属于活性酸度

b.潜性酸度就是指土壤胶体吸附的可代换性Al3+

c.土壤潜性酸度往往比活性酸度大得多

10、在一封闭的碳酸体系中加入重碳酸盐,其中, c 不发生变化。

a.总碱度 b、 pH c、 酚酞碱度 d、苛性碱度

二、简答题

1、画图简要说明大气温度层结及其特点、产生的原因。(10分)

静大气在垂直方向上的温度分布称为大气温度层结。可分为:

1 对流层:由于受到地面长波辐射的影响,下热上冷,空气垂直对流运动剧烈,污染物质传输容易

2 平流层:在其上中部有一臭氧层,它吸收来自太阳的紫外线后放出能量,该层上热下冷。污染物不易传输扩散,只能随地球自转而平流而遍布全球

3 中间层:由于平流层中臭氧层放热的影响,下热上冷,空气垂直对流强

热层:由于受太阳辐射的影响,上热下冷。空气稀薄,处于电离状态。

2、简要说明温室效应产生的机理及大气温度升高的原因,京都议定书的目标就是就是么？(10分)

温室效益产生的机理:大气中的温室气体主要就是CO2吸收了来自地面的长波辐射将能量截面于大气中,使地球温度升高

大气温度升高的原因:(1)过度利用化石燃料(2)植被大量减少

京都议定书的目标:限制CO2的排放,特别就是发达国家CO2的排放,以控制大气温度升高

3、试述伦敦烟雾的类型、起因与发生条件。(5分)

气相氧化:

1 直接光氧化

2 被自由基氧化

3 被氧原子氧化

液相氧化

1 被O3氧化

2 被H2O2氧化

金属离子催化氧化

4、.试述水体富营养化产生的机理。(5分)

工业废水及生活污水排放水体,使水中氮磷等营养物增多。引起藻类繁殖,由于死藻在分解时消耗溶解氧,使水质恶化

5、试述DDT的主要特性与在环境中迁移、转化与归趋的主要途径(10分)

答:

①热稳定性高,挥发性小,不溶于水,易溶于有机溶剂与脂肪;

②在植物叶片中积累大,通过食物链进入人体;

③易被土壤胶体吸附,在土壤中移动难;

④可发生生物降解,可分为还原氧化与脱氯化氢,在紫外光的照射下发生光解。与光降解;

6、请叙述腐殖质的分类及其在环境中的作用(10分)

答:腐殖质可分为腐殖酸、富里酸、腐黑物。

在环境中的作用:①对河流中的汞有显著的流出效应②抑制金属从水中沉降③减弱重金属毒性④在给水消毒中产生THMs⑤遇Ca2+ 、Mg2+产生沉淀。

7、写出S-P模型的两个微分方程,并说明每一个变量的意义(10分)

u—K1L

u—K1L+K2(Cs—C)

式中 L—BOD,X—河水流动方向的距离,u—河水平均流速,Ex—离散系数

K1——好氧系数,C—溶解氧,K2—复氧系数,Cs—饱氧溶解氧浓度

8、写出大气平流层中臭氧层吸收太阳辐射紫外线的化学反应式及臭氧层被大气污染物破坏的催化反应式。(10分)

1 O3﹢hv→O﹢O2 O﹢O2﹢M→O3﹢M

2 Y ﹢O3→YO﹢O2

YO﹢O→Y﹢O2

总 O3﹢O→2O2

10、简要说明碳氢化合物在光化学烟雾中所起的作用。

氧化性自由基将NO氧化成NO2,替代了O3使之越积越多,同时产生许多污染物如过氧乙酰硝酸脂。

1. 在“在硝酸盐氮的测定”实验中,试说明氯化物与亚硝酸盐氮如何影响实验结果,怎样去除氯化物与亚硝酸盐氮的干扰？

(1)少量氯化物能引起硝酸盐的损失,使结果偏低; 加入硫酸银使其生成氯化银沉淀,过滤去除,可消除氯化物的干扰

(2) 亚硝酸盐氮含量超过0、2ūg/ml,使结果偏高;加入高锰酸钾将亚硝酸盐氧化成硝酸盐,可消除亚硝酸盐氮的干扰,从测定结果中减去眼硝酸盐的含量即可

2、为什么排放到大气中的CFCs能破坏臭氧层,写出有关化学反应式并举例说明。

因为CFCs可催化O3分解,使O3转变成O2,如F-11(CFCl3)与F-12(CF2Cl2),它们在波长为75-220nm 紫外光照射下会产生Cl

CFCl3+hν→CFCl2+ Cl

CF2Cl2+ hν→CF2Cl+ Cl

光解产生的Cl可破坏O3。其机理为

Cl+ O3→ClO+ O2

ClO+O→Cl+ O2

总反应 O3+O→2 O2

3、试述有机磷农药在土壤中迁移转化的主要过程。

主要过程包括

(1)有机磷农药的非生物降解过程

a 吸附催化水解 b 光降解

(2)有机农药的生物降解

4、影响沉积物中重金属释放的主要因素有哪些？

主要因素有

(1)盐浓度

(2)氧化还原条件

(3)pH值

(4)水中配位剂含量

(5)生物化学过程

三、计算题

1、到达地球表面的太阳辐射最短波长为290nm,问大气中NO2分子在吸收该波长光量子后,能否引起分子中N-O键断裂？已知N-O的键能为3、01×105J/mol,Planck常数为6、626×10-34J、s,光速为3、0×108m/s。(10分)

解:E=N0×3、0×108=6、85×10-19J

E’=NE=6、02×1023×6、85×10-19

=4、12×105

E’>3、01×105 J/mol

故可引起N—O键断裂。

2、设大气压力为1、0130×105Pa(25℃),空气中水蒸气的分压为0、03167×105Pa(25℃),氧溶于水的亨利常数为1、26×108,计算氧气在水中的溶解度。(10分)

解:PO2=(1、01325-0、03167)×105×0、21

=0、2056×105(pa)

O2(aq)=KH×PO2=1、26×105×0、2056×10-8

=2、6×10-4(mol/l)

O2(aq)= 2、6×10-4×32×1000

=8、32(mg/l)

3、 具有2、00×10-3mol/L碱度的水,pH为7、0, 请计算[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]的浓度各就是多少？已知下表数据:

(10分)

解:当pH = 7、00时,CO3-的浓度与 HCO3-的浓度相比可以忽略,查表pH = 7、00时, α= 1、224,

则[HCO3-] = [碱度] = 2、00×10-3mol/l/l。

[H+] = [OH-] = 10-7 mol/l。

[HCO3※] = [H+][HCO3-]/K1 = 1、00×10-7×2、00×10-3/(4、55×10-7) = 4、49×10-4mol/l。

[CO3-] = K2[HCO3-]/[H+] = 4、69×10-11×2、00×10-3/(1、00×10-7) = 9、38×10-7 mol/l。

4、在厌氧消化池中,与pH值7、0的水接触的气体含65％的CH4与35％的CO2,已知 , pE0=2、87,请计算pE与Eh(10分)

解pE=pE0+1/n lg([反应物]/[生成物])

=2、87+lgPCO20、125[H+]/PCH40、125

=2、87+lg 0、350、125×10-7/0、650、125

=2、87+lg 0、877×10-7/0、948

=2、87+lg 0、925—7=—4、16

Eh=0、059pE=-4、16×0、059=—0、246

5、一个有毒化合物排入至pH＝8、4,T＝25℃的水体中,90％的有毒化合物被悬浮物所吸着,已知酸性水解速率常数Ka=0,碱性水解速率常数Kb=4、9×10-7L/(d、mol), 中性水解速率常数Kn=1、6d－1、请计算化合物的水解速率常数。(5分)

解:Kh =[Kn+w(Ka[H+]+ Kb[OH-])]

=1、6+0、1(0+4、9×10-7×10-5、6)

=1、6d-1

6、用Langmuir方程描述悬浮物对溶质的吸附作用,假设溶液平衡浓度为3、0×10-3mol/L,溶液中每克悬浮固体吸附溶质为0、5×10-3mol/L,当平衡浓度降至1、0×10-3mol/L时,每克吸附剂吸附溶质为0、25×10-3mol/L,问每克吸附剂可以吸附溶质的吸附限量就是多少？(5分)

解:G=

0、5×10-3= (1)

0、25×10-3= (2)

2=×

2A+6、0×10-3=3、0(A+1、0×10-3)

2A+6、0×10-3=3、0A+3、0×10-3

A=3、0×10-3

G0=1、0×10-3(mol/L·g)

1、 在一个pH为7、0,总碱度为1、6mmol/L的水体中,如加入碳酸钠使其碱化,问需加多少mmol/L的碳酸钠才能使水体pH上升至8、0？如用NaOH强碱进行碱化,又需加多少碱？(pH=7、0时,α0=0、1834,α1=0、8162,α2=3、828×10-4,α=1、224;pH=8、0时,α0=0、02188,α1=0、9736,α2=4、566×10-3,α=1、018)(本小题10分)

解:总碱度＝KW/ [H+] + CT(α1 + 2α2) - [H+]

CT＝{[总碱度] + [H+] - [OH-]}

令α＝

当pH在5～9范围内、[碱度]≥10-3mol/L时, [H+]、[OH-]项可以忽略不计,得到简化式:CT＝α[碱度]

当pH＝7、0时,α1＝0、8162,α2＝3、828×10-4,则α＝1、224,CT ＝α[碱度]＝1、9584mmol/L

若加入碳酸钠将水的pH升至8、0,此时CT值与碱度值均有变化。设加入的碳酸钠量为Δ[CO32-],则有

CT + Δ[CO32-]＝α′｛[碱度] + 2Δ[CO32-]｝

解得,Δ[CO32-]＝1、9248 mmol/L

若加入氢氧化钠将水的pH升至8、0,其CT值并不变化,可得:

碱度增加值就就是应加入的氢氧化钠强碱量:

Δ[OH-]＝1、9248－1、6＝0、3248 mmol/L

2、含镉废水通入H2S达到饱与并调pH值为8、0,请计算水中剩余镉离子浓度(已知CdS的溶度积为7、9×10-27,H2S离解常数K1=8、9×10-8,K2=1、3×10-15,饱与水溶液中)。(本小题7分)

解:H2S→H++HS- Ka1=［H+］［HS-］/［H2S］ ［HS-］= Ka1［H2S］/［H+］

HS-→H++S2- Ka2=［H+］［S2-］/［HS-］=［H+］2［S2-］/ Ka1［H2S］

［S2-］= Ka1* Ka2［H2S］/［H+］2=8、9×10-8×1、3×10-15×0、1/(10-8)2=1、157×10-7mol/l

CdS→Cd2++S2- Ksp= ［Cd2+］［S2-］

［Cd2+］= Ksp/［S2-］=7、9×10-27/1、157×10-7=6、8×10-20 mol/l

3.一个有毒化合物排入至pH＝8、4,T＝25℃的水体中,90％的有毒化合物被悬浮物所吸着,已知酸性水解速率常数Ka=0,碱性水解速率常数Kb=4、9×10-7L/(d、mol), 中性水解速率常数Kn=1、6d－1、请计算化合物的水解速率常数。(6分)

解:已知 Ka = 0, [H+] = 10-8、4 Kn = 1、6 Kb = 4、9×10-7

Kh = Ka[H+] + Kn + KbKw/[H+] = 0 + 1、6 + 4、9×10-7×10-5、6 = 1、6 (d-1)

T1/2=0、693/Kh=0、693/1、6=0、43d

2011环境化学专业考研测试题及答案

　　一、名词解释



　　1气温垂直递减率:



　　气温随高度的变化通常以气温垂直递减率(Г)表示,即每垂直升高100m,气温的变化值:



　　



　　T－绝对温度,K;Z－高度。



　　2光化学反应:光化学反应:一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子所引发的反应,称为光化学反应。



　　3吸附等温线:在恒温等条件下,吸附量Q与吸附物平衡浓度c的关系曲线称为吸附等温线,其相应的数学方程式称为吸附等温式。适用于水体颗粒物对污染物的吸附等温式有Henry型、弗莱特利希(Freundlich)与朗格缪尔(Langmuir)三种等温式。

　　4盐基饱与度:盐基饱与度(％)＝交换性盐基总量/阳离子交换量X100％

　　5生物放大:同一食物链上的高营养级生物,通过吞噬低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质,使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象

　　6天然水的碱度:指水中能与强酸发生中与作用的全部物质,亦即能接受质子H+的物质总量。

　　7Kow:辛醇-水分配系数,既化学物质在辛醇中浓度与在水中浓度的比例。

　　8标化分配系数:表示有机毒物在沉积物(或土壤)与水之间的分配系数,以有机碳为基础。Koc=Kp/Xoc。

　　二、回答下列问题

　　1过氧自由基HO2?的主要来源有哪些？

　　HO2?的主要来源就是大气中甲醛(HCHO)的光分解:

　　HCHO+ hν→H?+HC?O

　　H?+O2→HO2?

　　HC?O+O2→CO+HO2?

　　2简述大气污染物的汇的机制

　　重力沉降,与植物、建筑物或地面(土壤)相碰撞而被捕获(被表面吸附或吸收)的过程,统称为干沉降。

　　大气中的物质通过降水而落到地面的过程称为湿沉降。

　　污染物在大气中通过化学反应生成其她气体或粒子而使原污染物在大气中消失的过程,称为化学去除

　　3简述环境污染物的三致作用。

　　三致作用定义;



　　致突变作用;

　　致癌作用;

　　致畸作用。

　　4简述土壤的缓冲性能及其原理。

　　答:定义:土壤缓冲性能就是指土壤具有缓与其酸碱度发生激烈变化的能力,它可以保持土壤反应的相对稳定,为植物生长与土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境。

　　溶液的缓冲作用:

　　无机酸(碳酸等)+有机酸(腐殖酸、其她)

　　酸酸与碱

　　胶体的缓冲作用:

　　对酸的缓冲作用:胶体-M+HCl胶体-H+MCl

　　对碱的缓冲作用:胶体-H+MOH胶体-M+H2O

　　Al离子对碱的缓冲作用:

　　5水中有机污染程度的指标就是什么？并分别加以说明。

　　答:水体中有机污染物的种类繁多、组成复杂,现代分析技术难以分别测定它们的含量。因此,只能利用它们共同的特点,用一些指标间接反映水体中有机物的污染程度。

　　常见的指标有:溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、总有机碳与总需氧量。

　　6简要回答河流中的泥沙对重金属的迁移转化的影响,并举例加以说明。

　　答:(1)河流泥沙中主要有蒙脱石、高岭石、伊利石等,其中粒径小于50μm的占82%;研究表明,泥沙的粒径越小,比表面越大,吸附重金属的量也越大;当重金属浓度不变时,随着河流泥沙量增大,对重金属的吸附量增大;河流泥沙对重金属离子的吸附符合弗莱特利希等温线;

　　(2)泥沙对重金属离子的吸附量随pH的升高而增大;河水pH8、3左右,重金属离子在此条件下有不同程度的水解、沉淀、配合与被悬浮物吸附,控制了河水中可溶性重金属离子的浓度;

　　(3)泥沙中有机质含量随季节而变化,悬浮物中有机质大于沉积物中有机质的含量,泥沙中重金属的吸附量与有机质的含量呈正相关;重金属在河水、悬浮物、沉积物中的分配比就是:悬浮物大于沉积物,而沉积物与悬浮物远远大于河水中重金属含量。

　　由此可见,河流中泥沙对重金属的迁移转化有很大的影响。

　　三、计算题

　　有如下两个单体系,其中一个就是Cu2+、Cu+(pE0=5、82,[Cu2+]=10-5mol/L,[Cu+]=10-4mol/L),另一个就是Fe3+、Fe2+(pE0=13、05,[Fe3+]=10-3mol/L,Fe2+=0、1mol/L)。如果各取1升,将其成为一个混合体系,并假定Fe3+被Cu+还原完全,试计算哪个体系就是决定电位？



　　解:有两个单体系

　　Cu2++e===Cu+pE0=5、82

　　当[Cu2+]=10-5mol/L,[Cu+]=10-4mol/L时,

　　pECu2+/Cu+=4、82

　　Fe3++e=Fe2+ pE0=13、05

　　当[Fe3+]=10-3mol/L,Fe2+=0、1mol/L时,

　　pEFe3+/Fe2+=11、05

　　如果各取1升,将其成为一个混合体系,并假定Fe3+被Cu+还原完全,则有

　　[Fe3+]=(10-3-10-4)/2=4、5×10-4mol/L

　　[Fe2+]=(10-1+10-4)/2=5、005×10-2mol/L

　　混合体系的电位为:

　　pE混合=pEFe3+/Fe2+=pE0Fe3+/Fe2++lg[Fe3+]/[Fe2+]

　　=(13、05+lg4、5×10-4/5、005×10-2=11、00

　　由上可知,混合体系的pE处在铜单体系与铁单体系电位之间,并与含量较高的铁单体系的电位相近。所以铁体系为决定电位。

　　四、分析论述题

　　1.某市一家铅锌冶炼厂的含铅废水经化学处理后排入水体中,排污口水中铅的含量为0、3～0、4mg/L,而在下流500m处水中铅的含量只有3～4μg/L,试分析其原因？

　　(1)含铅废水的稀释、扩散;

　　(2)水体中胶体物质对重金属的吸附作用:

　　无机胶体:

　　次生黏土矿物;铁、铝、硅、锰等水合氧化物;

　　有机胶体:蛋白质、腐殖质。

　　(3)氧化－还原转化:各价态之间的相互转化;

　　(4)溶解与沉淀反应:

　　(5)配合反应:无机配体:OH-Cl-CO32-HCO3-F-S2-

　　有机配体:氨基酸、糖、腐殖酸

　　生活废水中的洗涤剂、清洁剂、NTA、EDTA、农药等

　　(6)生物甲基化作用、

　　(7)生物富集作用

　　2.确定酸雨pH界限的依据就是什麽？

　　(1)酸雨就是最常见酸性降水,酸性降水就是指通过降水,如雨、雪、雾、冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面的过程。这种降水过程称湿沉降。

　　(2)降水pH主要推导方程式。

　　(3)多年来国际上一直把pH值为5、6作为判断酸雨的界限,pH值小于5、6的降雨称为酸雨。

　　(4)通过对降水多年观察,对pH值为5、6作为酸性降水的界限以及判别人为污染界限有了不同观点,主要因为:

　　a,在清洁大气中,除有CO2外还存在各种酸、碱性气态与气溶胶物质,它们通过成云与降水冲刷进入雨水中,降水酸度就是各物质综合作用的结果;

　　b,硝酸与硫酸并不都就是人为源;天然源产生的SO2等都可进入雨水;

　　c,空气中碱性物质中与用,使得空气中酸性污染严重的地区并不表现出来酸

　　d,其她离子污染严重的降水并不一定表现强酸性。

　　3.下图就是C3H6、NO、空气(O2、N2)混合物经紫外线照射后的时间成分关系图。从图中可知,随NO与C3H6等初始反应物的氧化消耗,NO2与醛量增加;当NO耗尽时,NO2出现最大值。此后,随着NO2的消耗(浓度下降),O3与其她氧化剂如过氧乙酰硝酸酯(PAN)产生了。试利用大气环境化学原理分析可能发生的环境现象,并阐述其机制。







　　答:光化学烟雾:汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物(HC)与氮氧化物(NOx)等

　　一次污染物在阳光中紫外线照射下发生光化学反应生成一些氧化性很强的O3、醛类、

　　PAN、HNO3等二次污染物。人们把参与光化学反应过程的一次污染物与二次污染物的混合物(其中有气体与颗粒物)所形成的烟雾,称为光化学烟雾。

　　可以认为上述反应就是大大简化了的光化学烟雾形成的基本反应。1986年Seinfeld用12个化学反应概括了光化学烟雾形成的整个过程:

　　引发反应:NO2+hν→NO+O

　　O+O2+M→O3+M

　　NO+O3→NO2+O2

　　链传递反应:RH+?OH→RO2?+H2O

　　RCHO+?OH→RC(O)O2?+H2O

　　RCHO+hν→RO2?+HO2?+CO

　　HO2?+NO→NO2+?OH

　　RO2?+NO→NO2+R′CHO+HO2?

　　RC(O)O2?+NO→NO2+RO2?+CO2

　　终止反应:?OH+NO2→HNO3

　　RC(O)O2?+NO2→RC(O)O2NO2

　　RC(O)O2NO2→RC(O)O2?+NO2

参考答案

一 填空题(每空0、6分,共30分)

15  向某一含碳酸的水体加入重碳酸盐,总酸度_增加_、无机酸度_减少_、CO2酸度_不变_、总碱度_增加_、酚酞碱度_不变_与苛性碱度_减少_。

16  硝化细菌为_化能自养型_型细菌,严格要求_高水平的_氧;反硝化的重要条件就是_氧分压较低,为兼_氧。

17  水环境中污染物的光解过程可分为__直接光解_ 、 _敏化光解 、 _氧化反应_ 三类。

18  光子能量公式为_E=hc/λ_ ,通常波长大于_700__nm的光就不能引起光化学离解,此时对应的化学键能就是_167、4__KJ/mol。(h = 6、626*10-34J、s/光量子, c = 2、9979*1010cm/s)

19  土壤碱化度为_ Na+离子饱与度,其产生过程为 _交换性阳离子的水解作用_ 作用 。

20  受氢体包括_分子氧__ 、 _有机物转化的中间产物__ 、 _某些无机含氧化合物_ 。

21  有机磷农药的降解途径一般有_吸附催化水解_、_生物降解_、_光降解__。

22  我国酸雨的关键性离子组分为_ SO42-,Ca2+,NH4+__。

23  毒作用的生物化学机制包括_酶活性的抑制_ 、 _致突变作用_ 、 _致癌作用_ 、 _致畸作用_。

24  有毒有机物的生物转化反应的主要类型有_氧化_ 、 _还原_ 、 _水解_ 、_结合__。

25  大气颗粒物的去除过程可分为_干沉降___ 、 _湿沉降_。

26  含碳化合物的厌氧分解过程中,在_产酸_细菌的作用下,生成_有机酸、醇等__中间产物,然后在_产氢菌、产乙酸菌及产甲烷细菌_细菌的作用下,生成_乙酸、甲酸、氢气与二氧化碳及甲烷__。

27  盐基饱与度为100%的土壤,其潜性酸度为__0____。

28  丙酮酸在有氧条件下,通过__辅酶A __辅酶,转化为_乙酰辅酶A _,然后与_草酰乙酸_反应生成_柠檬酸__,进入_三羧酸_循环过程。

16 物质通过生物膜的方式有_膜孔过滤_ 、 _被动扩散 、 _被动易化扩散_ 、 _主动转运_ 、_胞吞或胞饮_。

17导致臭氧层耗损的典型物质有   NOx,HOx,ClOx,CFCs   。

二 名词解释(每题2分,共18分)

专属吸附:专属吸附现象就是用来解释吸附过程中表面电荷改变符号,甚至使离子化合物吸附在同号电荷表面的现象,它就是指在吸附过程中,除了化学键的作用,尚有加强的憎水键与范德华力或氢键在起作用。

共代谢: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。

β氧化途径:饱与脂肪酸与辅酶A结合,形成脂酰辅酶A,羧基的β位上的碳原子经历脱氢-加羟-羰基化等氧化过程,然后与辅酶A结合,形成乙酰辅酶A与少两个碳原子的脂酰辅酶A的过程,如下例:

大气颗粒物的三模态:依据空气动力学直径Dp来分,爱根(Aitken)核模(Dp<0、05μm)、积聚模( 0、05μm 2μm)

DLVO理论:DLVO理论把范得华吸引力与扩散层排斥力考虑为仅有的作用因素,它适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中,而且假设颗粒的粒度均等、球体形状的理想状态。这种颗粒在溶液中进行热运动,其平均功能为3KT/2,两颗粒在相互作用接近时产生几种作用力,即多分子范得华力、静电排斥力与水化膜阻力。总的综合作用位能为:

                      VT=VR+VA

      式中:VA——由范得华力所产生的位能;

               VR——由静电排斥力所产生的位能;

生物浓缩系数(BCF): BCF = Cb/Ce

                Cb:某种元素或难降解物质在机体中的浓度;

                Ce:某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。

电子活度:pE就是平衡状态(假想)的电子活度,它衡量溶液接收或迁移电子的相对趋势,在还原性很强的溶液中,其趋势就是给出电子。pE越小,电子的浓度越高,体系提供电子的倾向就越强; pE越大,电子的浓度越低,体系接受电子的倾向就越强;      

积累稳定常数:络合反应中,逐级反应的稳定常数的乘积,表示所包括的逐级反应加与后的效果。    

光量子产率:化学物种吸收光量子后,进行光化学反应的光子占吸收总光子数之比,称为光量子产率Φ;Φ = 生成或破坏给定物种的摩尔数/体系吸收光子的摩尔数。

三 公式推导(每题6分,共12分)

1 推导水的氧化-还原限度,即电子活度(pE)与pH关系图中水的稳定区域界限。并计算在氧饱与时天然水体的电子活度(pE),相应的氧化反应的pE0 = + 20、75。

反应的pE0 = + 20、75。

水的氧化限度

水的还原限度:

                pE0=0、00

氧饱与时,水中 0、21*105Pa,将[H+]=10-7代入氧化限度式,得,

2  分析封闭体系与开放体系中CaCO3(s)在纯水中溶解时水体的pH 计算式的差异。

四 简答题(每题4分,共16分)

1    大气中丙烯与HO∙、O3的反应特征过程。(将加成、抽氢、二元自由基等特征表示出即可得满分)

2    简述汞的微生物转化过程中辅酶的作用。

微生物参与汞形态转化的主要途径就是汞的甲基化作用。

辅酶为甲基钴氨素,此辅酶把负甲基离子传递给汞离子形成甲基汞,本身变为水合钴氨素,后者由于其中的钴被辅酶FADH2还原,并失去水而转变为五个氮配位的一价钴氨素,最后,辅酶甲基四叶氢酸将正甲基离子转于五配位钴氨素,并从其一价钴上取得二个电子,以负甲基离子与之络合,完成甲基钴氨素的再生,使汞的甲基化能够顺利进行。

3    举例说明有些气体在水中的实际溶解量可以远高于亨利定律计算结果的原因。

举溶解后发生离解反应的气体,如CO2、SO2。这些气体在液相中的分子形态可以与气相分压之间遵守亨利定律;但液相中的分子形态可以离解成离子形态,并建立平衡,增加了气体在水中的溶解量。

4  简述光化学烟雾产生的条件、机理与过程

条件:有引起光化学反应的紫外线;有烃类特别就是烯烃的存在;有NOx参加;大气湿度低;强的阳光照射。

机理与过程:

     A、 污染空气中NO2的光解就是光化学烟雾形成 的起始反应。

     B、 碳氢化合物、HO· 、O等自由基与O3氧化,导致醛、酮醇、酸等产物以及重要的中间产物－RO2· 、HO2· 、 RCO·等自由基生成。

     C、 过氧自由基引起NO向NO2转化,并导致O3与PAN等生成。

在光化学污染区,烃与NO的最大值发生在早晨交通繁忙时刻,这时NO2的浓度很低;随着太阳辐射的增强,NO2的浓度增大,在十点左右达到最大;此后,O3与醛类的浓度迅速增大,中午已达到较高浓度,它们的峰值通常比NO峰值晚出4-5h。

五 计算题(每题10分,共10分)

若有水A,pH为7、5,其碱度为5、38mmol、L-1,水B的pH为9、0,碱度为0、70mmol、L-1,若这两种水以V1:V2的体积比混合,问混合后pH的表达式方程(有关H+的方程)。(pH为7、5时:α0 = 0、06626、α1 = 0、9324、α2 = 0、001383、α = 1、069;pH为9、0时:α0 = 0、002142、α1 = 0、9532、α2 = 0、04470、α = 0、9592)

解:

[总碱度] = CT(α1 +α2) + Kw/[H+] –[H+]

CT = [1/(α1 +2α2)]{[总碱度] + [H+] –[OH-]}

令 α = 1/(α1 +2α2)

当pH值在5-9范围内,[总碱度]≧1、0mmol/L时,[H+] 、[OH-]项可以忽略不计,CT值与总碱度之间存在简化关系:

                           CT =α [总碱度]

依据题意,这两种水以V1:V2的体积比混合时,总碱度与碳酸盐总量不变

[总碱度]混合 = (V1[总碱度] pH=7、5 + V2 [总碱度] pH=9、0)/( V1+ V2)

CT混合= (V1CT pH=7、5  + V2CT pH=7、5)/( V1+ V2)

表示出[总碱度]混合 与CT混合

[总碱度]混合 = CT混合(α1混合+α2混合) + Kw/[H+]混合–[H+]混合

将α1混合与α2混合用H+的方程表示,即最终的表达式也就可以表示出来。

另一种考虑:如果该体系比较单纯,主要就是以碳酸类组分为主,则可以考虑用电荷平衡(电中性原理)来计算,譬如体系混合后:

[无机阳离子] + [H+]混合 = [HCO3-]混合+ 2[CO32-]混合+[OH-]混合 = CT混合(α1混合+2α2混合) + Kw/[H+]混合

这里,[无机阳离子]实际上为混合后的碱度。

六 综合题(每题7分,共14分)

1 讨论水体颗粒的分配、吸附、絮凝作用的特征与区别。

分配作用:水溶液中,土壤有机质对有机化合物的溶解作用,而且在溶质的整个溶解范围内,吸附等温线都就是线性的,与表面吸附位无关,只与有机化合物的溶解度相关,因而放出的吸附热量小。

吸附作用:在非极性有机溶剂中,土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用活干土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用,其吸附等温线就是非线性的,并且存在着竞争吸附,同时,在吸附过程中往往要放出大量的热来补偿反应中熵的损失。

絮凝作用:胶体颗粒的聚集叫凝聚或絮凝作用。主要涉及双电层的库仑作用力、多分子范德华力、水化膜阻力及空间位阻等作用。一般自然界颗粒聚集主要为异体絮凝作用,作用方式与机制很复杂。

区别:相互作用对象不同,涉及环境化学机理不同,产生效果不同,即它们涉及的污染物的环境化学行为也有不同之处。(同学需要具体分析一下)

在目前的环境化学研究中,絮体也可以作为一种颗粒物而发生吸附或分配作用。

2 讨论pc-pH图、pc-pE图、pE-pH图的含义、画法以及区别。

pc-pH图:描述水环境物质浓度随pH的变化,可以瞧出在不同pH值下水环境中物质的浓度情况;一般就是针对某一在不同pH下可以互相转化的系列物质,列出每一种成分与pH值的关系式,然后按照这些方程式画图。在涉及沉淀反应时可以确定沉淀区域及其边界。

pc-pE图:描述水环境物质浓度随pE的变化,可以瞧出在不同pE值下水环境中物质的浓度情况;一般就是针对某一在不同pE下可以互相转化(发生氧化还原反应)的系列物质,列出每一种成分与pE值的关系式,然后按照这些方程式画图。

pE-pH图:描述水环境中溶液的pE值随pH的变化,可以瞧出在不同pH值下溶液的pE(即氧化还原状态)情况;一般就是针对某一在不同pE下可以互相转化(发生氧化还原反应)的系列物质,保持总浓度一定,列出每一种成分的pE与pH值的关系式,然后按照这些方程式画图,就会出现不同氧化还原区域及其边界。此图为优势区域图。

区别:参数关系不同,针对反应不同,含义不同,使用范围与限制条件不同。(同学需要具体分析一下)

一、填空(20分,每空1分)

1、 造成环境污染的因素有物理、化学与生物的三方面,其中化学物质引起的约占 80%~90% 。

2、 污染物在环境中的迁移主要有 机械迁移 、 物理-化学迁移 与 生物迁移 三种方式。

3、 天然水中的总酸度= [HCO3-] +2 [H2CO3*] + [H+] - [HO-]。

4、 大气的扩散能力主要受 风 、 湍流 与浓度梯度的影响。

5、 一般通过湿沉降过程去除大气中颗粒物的量约占总量的 80%~90% ,而干沉降只有 10%~20 。

6、 水环境中胶体颗粒物的吸附作用有 表面吸附 、 离子交换吸附 与专属吸附。

7、 无机污染物进入水体后,主要通过沉淀-溶解、 氧化还原 、 配合作用 、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行迁移转化。

8、 一般天然水环境中,决定电位的的物质就是 溶解氧 ,而在有机物累积的厌氧环境中,决定电位的物质就是 有机物 。

9、 土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度,其中,活性酸度就是土壤中 氢离子浓度 的直接反映,而潜性酸度就是指土壤胶体吸附的可代换性H+与 Al3+ 。

10、 pH的大小显著影响土壤中重金属的 存在形态 与土壤对重金属的 吸附量 。

二、选择题(10分,每小题1分)

1、属于环境化学效应的就是_____C_______。

A热岛效应 B温室效应 C土壤的盐碱化 D噪声

2、五十年代日本出现的痛痛病就是由___A___污染水体后引起的。

A Cd B Hg C Pb D As

3、五十年代日本出现的水俣病就是由___B___污染水体后引起的。

A Cd B Hg C Pb D As

4、由污染源排放到大气中的污染物在迁移过程中受到___A、B、C、D 的影响。

A风 B湍流 C天气形式 D地理地势

5、大气中HO自由基的来源有__ A、C、D __的光离解。

A O3 B H2CO C H2O2 D HNO2

6、烷烃与大气中的HO自由基发生氢原子摘除反应,生成___B、C____。

A RO B R自由基 C H2O D HO2

7、酸雨就是指pH___C___的雨、雪或其它形式的降水。

A <6、0 B <7、0 C <5、6 D <5、0

8、在土壤中,下列离子____C____的交换吸附能力最强。

A Ca2+ B Na+ C Fe3+ D H+

9、气溶胶中粒径____D____μm的颗粒,称为飘尘。

A >10 B <5 C >15 D <10

10、以下__ A、B、C、D __因素可以诱发重金属从沉积物中释放出来。

A 盐度升高 B pH降低 C 增加水中配合剂的含量 D 改变氧化还原条件

三、名词解释(20分,每小题4分)

1、 环境污染:就是指由于人为因素使环境的构成或状态发生变化,环境素质下降,从而扰乱与破坏了生态系统与人们的正常生活与生产条件。或者,环境污染就是指有害物质对大气、水质、土壤与动植物的污染,并达到致害的程度,生物界的生态系统遭到不适当的干扰与破坏,不可再生资源被滥采滥用,以及因固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射性等造成对环境的损害。

2、 光化学烟雾:含有氮氧化物与碳氢化合物等一次污染物的大气,在阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物,这种由一次污染物与二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象。

、,

3、 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与控制对象,称之为优先污染物。

4、分配系数:颗粒物从水中吸着有机物的量,与颗粒物中有机质的含量密切相关,而有机化合物在土壤有机质与水中含量的比值称为分配系数(Kp)。

4、 土壤阳离子交换量:每千克干土中所含全部阳离子总量,称阳离子交换量,以(cmol/kg土)表示。

四、简述题(20分,每小题10分)

1、试述酸雨的主要成分与成因,写出有关化学反应式。

答:酸雨中含有多种无机酸与有机酸,其中绝大部分就是硫酸与硝酸,多数情况下以硫酸为主,从污染源排放出来的SO2与NOx就是形成酸雨的主要起始物(3分),其形成过程为

(4分)

大气中的SO2与NOx经氧化后溶于水形成硫酸、硝酸与亚硝酸,这就是造成降水pH降低的主要原因。除此之外,还有许多气态或固体物质进入大气对降水的pH也会有影响。降水的酸度就是大气中酸性物质与碱性物质发生酸碱中与反应后平衡的结果。如果降水中酸量大于碱量,就会形成酸雨。 (3分)

2、影响农药在土壤中进行扩散的因素有哪些？举例说明。

答:(1)土壤水分的含量:Shearer 等对林丹在粉砂壤土中的扩散研究表明:干燥土壤中无扩散;含水4% 总扩散系数与气态扩散系数最大;含水4-20%气态扩散>50%;含水>30% 非气态扩散系数最大;含水<4% 随水分的增加,两种扩散系数都增加;含水>4% 随水分的增加,总扩散系数下降;含水4-16% 随水分的增加,非气体扩散系数下降;含水>16% 随水分的增加,非气体扩散系数增加。(2分)(2)土壤吸附的影响:吸附作用就是农药与土壤固相之间相互作用的主要过程,直接影响其她过程的发生。如土壤对除草剂2,4－D的化学吸附,使其有效扩散系数降低。(2分)(3)土壤的紧实度:就是影响土壤孔隙率与界面性质的参数,紧实度高,土壤的充气孔隙率降低,扩散系数也降低。(2分)(4)温度:温度升高,有机物的蒸汽密度升高,总的效应就是扩散系数增大,如林丹的扩散系数随温度的升高而呈指数增大。(2分)(5)气流速度(1分)(6)农药种类(1分)。

五、计算题:(30分,每小题10分)

1、 若有水A,pH为7、0,其碱度为6、0mmol/L,水B的pH为8、5,碱度为1、0mmol/L,若以等体积混合,问混合后的pH就是多少？

2、 在厌氧消化池中与pH=7、0的水接触的气体含65%的CH4与35%的CO2,请计算pE与Eh。

(3分)

(4分)

(3分)

3、 某水体中含有300mg/L的悬浮颗粒物,其中80%为细颗粒(d<50μm),有机碳含量为8%,其余的粗颗粒有机碳含量为4%。已知苯并[α]芘的Kow为106。请计算该有机物的分配系数。

(4分)

(3分)

5、 (3分

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