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环境化学课后习题答案

第一章

一、现今人类面临的重大环境问题有哪些?

答:

臭氧层破坏、全世界气候转变、水资源的欠缺和污染、固体废弃物的危害和生物多样性的损伤。

二、环境化学的分支。

环境分析化学、各圈层环境化学、环境工程化学。

3、环境污染物有哪些类别?

当前世界范围普遍关注的污染物有哪些特性?

(1)环境污染物的分类:

a.按污染物影响的环境要素可分为:

大气污染物、水体污染物、土壤污染物

b.按污染物的形态可分为:

气体污染物、液体污染物、固体污染物

c.按污染物的性质可分为:

化学污染物、物理污染物、生物污染物

d.按人类社会活动不同功能产生的污染物可分为:

工业、农业、交通运输、生活污染等

(2)当前世界范围普遍关注的污染物主要特性是:

持久行有机污染物具有致突变、致癌和致畸作用的所谓“三致”化学污染物,和环境内分泌干扰物。

4、优先控制污染物及其种类

在众多污染物中被挑选出潜在危害大的作为优先研究和控制的对象,称为优先污染物。

优先控制物包括如下几类:

挥发性卤代烃类、苯系物、氯代苯类、多氯联苯、酚类、硝基苯类、苯胺类、多环芳烃类、酞酸酯类、农药、丙烯腈、亚硝胺类、氰化物、重金属及其化合物。

在“黑名单”中,共有14类,68种优先控制的污染物。

其中优先控制的有毒有机化合物有12类,58种,占总数的%,

第二章

大气层的化学分层

﹤86km、匀和层或湍流层86~90km、90km110km、120km、非匀和层、外大气层500km以上。

温室气体的种类(举例)

二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、CFC1一、CFC1二、四氯化碳。

酸沉降化学

酸沉降(aciddeposition)是指大气中的酸性物质通过降水,如雨、雪、雾、冰雹等迁移到地表(湿沉降),或酸性物质在气流的作用下直接迁移到地表到地表(干沉降)的进程。

湿沉降(wetdeposition)大气中的物质通过降水而落到地面的进程。

干沉降(drydeposition)大气中的污染气体和气溶胶等物质随气流的对流、扩散作用,被地球表面的土壤、水体和植被等吸附去除的进程。

酸雨的界限

西南地域(重庆、贵阳)---长江以南、青藏高原和四川盆地

---年均降水pH<5·6区域占全国面积40%左右

中国---致酸物质----硫酸盐。

一次颗粒物的天然源、我国灰霾区域

一次颗粒物天然源:

地面扬尘(风吹尘埃)、海浪浪沫、火山暴发喷出物、丛林火灾燃烧物、陨星尘及生物界产生的颗粒物,如花粉、袍子等。

我国存在着4个明显的灰霾区:

黄淮海地域、长江河谷、四川盆地、珠江三角洲。

大气颗粒物的粒度模型

可把大气颗粒物表示成三种模结构,即爱根核模板(Dp〈

〉、积聚模(

)和粗粒子模(Dp>2

大气颗粒物的有机组成种类

多环芳香族化合物、芳香族化合物,含氮、氧、硫、磷类化合物,烃基化合物,脂肪族化合物,羰基化合物和卤代化合物。

大气中有哪些重要自由基?

其来源如何?

(1)大气中的重要自由基有:

HO·,HO2·,R·,RO·,RO2·等自由基,其中以HO·和HO2·最为重要。

(2)其来源:

在大气化学中,有机化合物和其它大气组分的光解,是产生自由基的最主要途径和来源。

例如:

a.O3的光解是大气中HO·的重要来源:

O3+hν→O·+O2O·+H2O→2HO·

b.HO2·主要来源于醛的光解:

H2CO+hν→H·+HCO·H·+O2+M→HO2·+MHCO·+O2→HO2·+CO

c.R·,RO·,RO2·等自由基主要来源于各类有机化合物的光解:

CH3CHO+hν→CH3·+HCO·RH+O·→R·+HO·R·+O2→RO2·

大气中有哪些重要含氮化合物?

说明它们的天然来源及对环境的污染。

(1)大气中存在的含量比较高的含氮化合物主如果氮氧化物,包括氧化亚氮(N2O),一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。

(2)N2O是低层大气中含量最高的含氮化合物,主要来自于天然源,即土壤中硝酸盐经细菌的脱氮作用而产生。

由于在低层大气中N2O超级稳固,是停留时刻最长的氮氧化物,一般以为其没有明显的污染效应。

NO和NO2是大气中主要的含氮污染物,合称为NOx,它们主要来自于人为来源,即化石燃料的燃烧。

城市大气中的NOx有2/3来自汽车等流动燃烧源的排放,1/3来自固定燃烧源的排放。

NOx是致使大气光化学污染和酸雨的重要污染物质。

大气中有哪些重要的碳氢化合物?

它们可发生哪些重要的光化学反映。

(1)大气中以气态形式存在的碳氢化合物,主如果碳原子数1-10的碳氢化合物,包括可挥发性的所有烃类。

重要的碳氢化合物包括烷烃、烯烃、芳香烃等。

(2)它们可发生的光化学反映,主如果与活性的自由基之间的反映:

a.烷烃可与大气中的HO·和O·发生氢原子摘除反映;

.RH+HO·→R·+H2ORH+O·→R·+HO·

b.烯烃与HO·主要发生加成反映,如乙烯和丙烯,也能够发生氢原子摘除反映;

c.环烃的氧化;

d.多环芳烃在湿的气溶胶中可发生光氧化反映,生成环内氧桥化合物;

e.饱和烃的衍生物,如醚、醇、酮和醛类,它们在大气中的反映主如果是与HO·发生氢原子摘除反映。

1一、说明光化学烟雾现象,解释污染物与产物的日转变曲线,并说明光化学烟雾产物的性质和特征。

答:

(1)光化学烟雾现象:

含有氮氧化物和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映而产生二次污染物,这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象,称为光化学烟雾现象。

(2)从光化学烟雾日转变曲线能够看出,烃和NO的体积分数在早晨达到峰值,是由于交通顶峰期,汽车尾气大量排放造成的;随着太阳辐射的增强,在日光照射下由大气光化学反映而产生的NO二、O3和醛类等二次污染物的量也大幅增加,并在午后左右达到峰值,要比NO峰值晚出现4-5h。

傍晚交通顶峰期,虽然任有较多汽车尾气排放一次污染物,但由于日光已较弱,不足以引发光化学反映,因此NO二、O3和醛类也不会再增加。

(3)光化学烟雾的生成以臭氧为主,还包括醛类、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、H2O2和细粒子气溶胶等污染物,是具有强氧化性的气团;烟雾通常呈蓝色,能使橡胶开裂,刺激人的眼睛,伤害植物的叶子,并使大气能见度降低,对环境危害极大。

1二、说明烃类在光化学烟雾形成进程中的重要作用

在光化学烟雾形成的进程中,自由基反映占主导地位,而且是链式的反映。

烃类的存在,是自由基转化和增殖的重要载体和增进反映物,是链式反映的重要参与者。

例如:

(5分)

RH+O·→R·+HO·

RH+HO·→R·+H2O

H·+O2+M→HO2·+M

R·+O2→RO2·

RCO·+O2→R(CO)O2·(反映式各1分)

13、说明臭氧层破坏的原因和机理。

(1)臭氧层破坏的原因:

由于人类活动的影响,水蒸气、氮氧化物、氟氯烃等污染物进入了平流层,在平流层形成了HOx·,NOx·和ClOx·等活性基团,从而加速了臭氧的消除进程,破坏了臭氧层的稳固状态。

这些活性基团在加速臭氧层破坏的进程中能够起到催化剂的作用。

(2)臭氧层破坏的机理:

a.氯和溴的协同作用

Cl·+O3→ClO·+O2ClO·+BrO·→Cl·+Br·+O2Br·+O3→BrO·+O2

b.HOx·自由基的氯链反映机理(3分)

HO·+O3→HO2·+O2ClO·+HO2·→HOCl+O2HOCl+hν→Cl·+HO·

c.NOx的破坏作用(2分)

NO+O3→NO2+O2NO2+O·→NO+O2

d.ClO·二聚体链反映机理(2分)

ClO·+ClO·+M→Cl2O2·+MCl2O2·+hν→Cl·+ClOO·ClOO·+M→Cl·+O2+M

14、简述大气中SO2氧化的几种途径。

(1)二氧化硫的气相氧化:

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对SO2的氧化

b.H2O2对SO2的氧化

c.金属离子对SO2液相氧化的催化作用

1五、说明酸雨形成的原因。

(1)大气中的SO2和NOx经氧化后,溶于水形成H2SO4、HNO3和HNO2等酸性物质;其它气态或固态物质进入大气,对降水的pH也有影响。

(2)酸雨中,H2SO4约占60~65%,它主要来源于火山暴发的大量硫化物和悬浮物、自然水域表面释放的酸性化合物,和人为燃烧产生的硫氧化合物。

(3)酸雨中,HNO3和HNO2约占30%,主要来源于汽车尾气排放和人为燃烧产生的NOx,和大气中的N2通过雷电而转化成的NOx,另外土壤中的NO3-通过还原等作用也可生成NOx。

(4)酸雨中,盐酸约占5%,主要来源于一些化工厂和焚烧垃圾,和矿物燃料燃烧而产生的HCl气体。

(5)酸雨中,有机酸约占2%,主要来源于人为燃烧产生的碳氧化合物,和天然源的一些植物和丛林排放等。

1六、说明大气颗粒物的化学组成和污染物对大气颗粒物组成的影响。

大气颗粒物依照组成,可分为两大类。

一般将只含无机成份的颗粒物称为无机颗粒物,而将含有有机成份的颗粒物称作有机颗粒物。

(1)无机颗粒物:

天然来源的无机颗粒物,如扬尘的成份主如果该地域的土壤粒子。

火山暴发所喷出的火山灰,除主要由硅和氧组成的岩石粉末外,还含有一些如锌、锑、硒、锰和铁等金属元素的化合物。

海盐溅末所释放出来的颗粒物,其成份主要有氯化钠粒子,硫酸盐粒子,还会含有一些镁的化合物。

人为源释放出来的无机颗粒物,如动力发电厂由于燃煤及石油而排放出来的颗粒物,其成份除大量的烟尘外,还含有铍、镍、釩等的化合物。

市政焚烧炉会排放出含有砷、铍、镉、铬、铜、铁、汞、镁、锰、镍、铅、锑、钛、釩和锌等的化合物。

汽车尾气中则含有大量的铅。

(2)有机颗粒物:

有机颗粒物种类繁多,结构也极为复杂。

已检测到的主要有烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃等各类烃类。

另外还有少量的亚硝胺、氮杂环类、环酮、酮类、酚类和有机酸等。

(3)大气颗粒物多数是由气态一次污染物通过凝聚进程转化而来的。

如硫酸及硫酸盐颗粒物主如果由污染源排出的SO2氧化后,溶于水而形成硫酸,硫酸再与大气中的NH3化合而生成(NH4)2SO4颗粒物。

硫酸也可与大气中其他金属离子化合生成各类硫酸盐颗粒物。

17、颗粒物在人体内的沉积作用。

(1)碰撞作用:

530m粒径的颗粒---鼻咽部和支气管上部沉降

(2)沉降作用:

15m粒径的颗粒---支气管部位沉降

(3)扩散作用:

粒径小于m的颗粒---肺区沉积

1八、大气颗粒物中多环芳烃的种类、存在状态和危害性如何?

种类:

一般以苯环数命名,如苯并[a]蒽,苯并[a]芘(BaP),苯并[e]苊,苯并[j]荧蒽和茚并[1,2,3-cd]芘等等。

存在状态:

环少的易于以气态形式存在,环多的则存在于固相颗粒物中。

危害性:

它们能与大气中的臭氧、氮氧化物等彼此作用,而形成二次污染物,这些二次污染物从毒理学、病理学上已被证明,具有直接的致癌和致突变的作用。

1九、气体浓度换算

第三章

天然水中常见的离子

天然水中常见的八大离子:

K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-(占天然水中离子总量的95~99%)。

水体中污染物的种类、有机物污染物的分类

美国科学家把水体污染物分为八类:

耗氧污染物;致病污染物;合成有机物;植物营养物;无机及矿物质;由土壤、岩石冲洗下来得沉积物;放射性物质;热污染

有机污染物种类:

农药、多氯联苯、卤代脂肪烃、醚类、单环芳香族化合物、苯酚类和甲酚类、酞酸酯类和多环芳烃类。

水体的自净作用

水体自净(self-purificationofwaterbody)广义的是指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用,使污染物浓度逐渐降低,经一段时刻后恢复到受污染前的状态;狭义的是指水体中微生物氧化分解有机污染物而使水质净化的作用。

 

水体自净机理包括沉淀、稀释、混合等物理进程,氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学和物理化学进程和生物化学进程。

各类进程可同时发生、彼此影响。

包括:

物理自净、化学自净、生物自净。

水体环境中无机污染物的迁移转化

无机污染物通过沉淀-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,参与和干扰各类环境化学进程和物质循环进程,最终以一种或多种形态长期存留在环境中,形成永久性的潜在危害。

沉淀进程的三个阶段

沉淀分三个阶段:

成核作用:

晶体生长:

晶核聚集:

水体有机污染程度的指标

五天生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)

水体中,有机物的化学降解反映和生化降解反映

水中污染物的运动进程。

是污染物在海水中通过稀释、扩散、生物活动等引发污染物空间位置的移动;是污染物在海洋中的转化进程,包括化学、物理化学、水化学和生物化学的作用;是污染物在海水中的停留进程;为污染物在海洋中的富集进程.

何为POPs?

何为PTS?

持久性迫害污染物(PersistentToxicSubstances,PTS):

是指一类具有很强的毒性,在环境中难降解,可远距离传输,并随食物链在动物和人体中积累、放大,具有内分泌干扰特性的污染物,包括POPs和某些重金属污染物。

POPs是英文PersistentOrganic Pollutants的缩写,中文名称为“持久性有机污染物”,它是一类具有环境持久性、生物积累性、长距离迁移能力和高生物毒性的特殊污染物。

请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物。

天然水中存在五大类的颗粒物:

(1)矿物微粒和粘土矿物

(2)金属水合氧化物

(3)腐殖质

(4)水体悬浮沉积物

(5)其他:

如病毒、细菌、藻类、表面活性剂、油滴等。

请叙述水中颗粒物能够哪些方式进行聚集。

由电介质促成的聚集--凝聚:

(1)紧缩双电层凝聚

(2)专属吸附凝聚(3)胶体彼此凝聚

由聚合物促成的聚集--絮凝:

(1)“边对面”絮凝

(2)第二极小值絮凝(3)聚合物粘结架桥絮凝(4)无机高分子的絮凝(5)絮团卷扫絮凝(6)颗粒层吸附絮凝(7)生物絮凝

絮凝剂的种类

无机盐类:

三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝

有机高分子类:

聚丙烯酰胺

生物絮凝剂:

概念、挑选进程、研究状况

13、亨利定律常数。

Chapter4

土壤的性能。

(1)培育植物:

植物生长支持体、植物生长提供水、空气和养分

(2)推动物质循环:

由岩石风化产生的物质都有可能进入大气和水系,又可能通过地球化学循环归入土壤。

(3)保留水资源:

大气和地下水之间的缓冲地域。

(4)避免灾害:

避免洪水发生。

土壤植物又可避免风雨侵蚀、水土流失或土壤荒漠化趋向,并兼有防风、消音等作用。

(5)自净能力:

具有极大比表面和催化活性,土壤中水、空气、微生物等都能使污染物降解。

土壤有哪些主要成份?

它们对土壤的性质与作用有哪些影响?

土壤是由固体、液体和气体三相一路组成的多相体系。

1)土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。

a.土壤矿物质是组成土壤的大体物质,约占土壤固体部份总质量的90%以上,有土壤骨骼之称。

土壤矿物质的组成和性质直接影响土壤的物理性质和化学性质。

土壤矿物质是植物营养元素的重要供给源,按其成因可分为原生矿物质和次生矿物质。

b.土壤有机质是泛指土壤中来源于生命的物质。

动植物、微生物残体和施入的有机肥料是土壤有机质的主要来源。

土壤有机质的含量与土壤肥力水平紧密相关,对土壤性状、作物生长和化肥的施用影响专门大。

2)土壤水分是土壤的重要组成部份,主要来自大气降水和浇灌。

另外,空气水蒸气遇冷凝结成为土壤水分。

土壤水分既是植物养分的主要来源,也是进入土壤的各类污染物向其他环境圈层迁移的媒介。

3)土壤空气组成与大气大体相似,不同在于土壤空气存在于彼此隔离的土壤孔隙中,是不持续的体系,另外土壤空气中二氧化碳含量比大气中高得多。

土壤空气对作物种子发芽、根系发育、微生物活动及养分转化都有极大的影响。

土壤中重金属向植物体内转移的主要方式及其影响因素有哪些?

土壤污染物通过植物根系根毛细胞的作用积累于植物茎、叶和果实部份。

影响重金属在土壤-植物体系中转移的因素:

(1)植物种类;

(2)土壤种类;(3)重金属形态;(4)重金属在植物体内的迁移能力

农药在土壤中的环境行为有哪些方面?

(1)被土壤胶粒及有机质吸附

(2)被作物及杂草吸收

(3)随地表水径流或向深层土壤淋溶

(4)向大气扩散、光解

(5)被土壤化学降解或微生物降解

(土壤吸附是致使农药在土壤中残留污染的主要行为)

第五章

污染物在机体内的运动进程。

污染物质在机体内的运动进程---吸收、散布、排泄和生物转化

吸收、散布和排泄称为转运。

排泄与生物转化称为消除。

生物浓缩系数的物理意义。

能够反映污染物质在机体中的生物富集、放大和积累程度。

污染物质毒性的联合作用。

(1)协同作用---联合作用的毒性,大于其中各个毒物成份单独作用毒性的总和

(2)相加作用---联合作用的毒性,等于其中各毒物成份单独作用毒性的总和

(3)独立作用---独立作用的毒性低于相加作用

(4)拮抗作用---联合作用的毒性,小于其中各毒物成份单独作用毒性的总和

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