《环境化学》第二版戴树桂知识点总结和部分课后习题答案共18页.docx

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《环境化学》第二版戴树桂知识点总结和部分课后习题答案共18页

青岛科技大学2006年研究生入学考试试题（A）

考试科目：

环境化学（答案全部写在答题纸上）

一、填空（每空2分，共40分）

1.循环经济中3R原则的三个英文单词是，，。

2.环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果称为。

3.产生氧化性光化学烟雾的两种主要物质是，。

4.全球变暖问题除CO2外，还应考虑具有温室效应的和的作用。

5.水环境中胶体颗粒的吸附作用大体可分为表面吸附、和。

6.水环境中促成颗粒物相互碰撞产生凝聚作用的三种机理分别是，

，。

7.如果土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为土壤。

8.污染物由土壤向植物体内迁移的方式主要包括和两种。

9.物质在生物作用下经受的化学变化，称为。

10.受氢体如果为细胞内的分子氧，则生物氧化中有机物的氧化类型为，若为非分子氧的化合物就是。

11.毒理学把毒物剂量（浓度）与引起个体生物学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为；

二、回答下列问题（每题6分，共30分）

1.影响大气中污染物质迁移的主要因素是什么？

2.什么是电子活度pE？

它和pH的区别是什么？

3.影响重金属在土壤-植物体系中转移的主要因素是什么？

举例说明。

4.请详细说明污染物质在肌体内有哪些转运过程。

5.1953年发生在日本熊本县的水俣病的致病的烷基汞物质有哪些？

从化合物结构看，有什么特征？

三、下列是光化学烟雾形成的一个简化机制，按序号分别写出哪几个属于引发反应、自由基传递反应和终止反应，在该机制中，控制光化学烟雾形成速率的是哪一类？

（15分）

序号

反应

速率常数（min-1）

1

NO2+hvNO+O

0.533（假设）

2

NO+O3NO2+O2

2.659×10-5

3

RC（O）O2NO2RC（O）O2+NO2

2.143×10-8

4

3.775×10-3

5

2.341×10-2

6

O+O2+MO3+M

2.183×10-11

7

HO2+NONO2+HO

1.214×10-2

8

1.91×10-10

9

1.127×10-2

10

1.127×10-2

11

HO+NO2HNO3

1.613×10-2

12

RC（O）O2+NO2RC（O）O2NO2

6.893×10-2

四、下图是水解速率与pH的关系，Mabey等把水解速率归纳为由酸性或碱性催化和中性过程，因而水解速率可表示为：

在以一种催化为主时，其它两种催化可忽略不计，试证明：

（a）lgKh=lgKA—pH；

（b）lgKh=lgKN；

（c）lgKh=lgKBKW+Ph。

（15分）

式中：

Kh—某一pH值下准一级水解速率常数；

KA、KN、KB—分别为酸性催化、中性过

程和碱性催化的二级反应水解速率常数；

KW—水的离子积；

[c]—反应物浓度。

五、下图是烷烃末端氧化降解过程，把括号内应填的符号或文字按顺序写在答题纸上。

（16分）

六、下面是甲基钴氨素结构式，指出该结构式中错误的地方。

（12分）

二甲基苯并咪唑

七、某城市污水排放量为1.33m3/s,受纳河流的流量为8.50m3/s,流速为3.2km/h。

污水和河水的温度分别为20℃和15℃；BOD5分别为200mg/L和1.0mg/L；溶解氧的饱和度分别为0和90%；又已知20℃时耗氧反应速率常数k1=0.3d-1,复氧速率常数k2=0.7d-1。

求受纳点到极限亏氧点的距离及此处的亏氧量。

（22分）

其它条件：

14℃、15℃、16℃、17℃、20℃时的饱和溶解氧分别为：

10.29、10.07、9.85、9.65、9.07mg/L;

临界亏氧量发生时间的算式：

临界亏氧量的算式：

2011环境化学专业考研试题参考答案

万学海文

一填空题（每空0.6分,共30分）

1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_和苛性碱度_减少_。

2硝化细菌为_化能自养型_型细菌，严格要求_高水平的_氧；反硝化的重要条件是_氧分压较低，为兼_氧。

3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。

4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是_167.4__KJ/mol。

（h=6.626*10-34J.s/光量子,c=2.9979*1010cm/s）

5土壤碱化度为_Na+离子饱和度，其产生过程为_交换性阳离子的水解作用_作用。

6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_。

7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__。

8我国酸雨的关键性离子组分为_SO42-，Ca2+，NH4+__。

9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_。

10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__。

11大气颗粒物的去除过程可分为_干沉降___、_湿沉降_。

12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、氢气和二氧化碳及甲烷__。

13盐基饱和度为100%的土壤，其潜性酸度为__0____。

14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，它是指在吸附过程中，除了化学键的作用，尚有加强的憎水键和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。

氧化途径：

饱和脂肪酸与辅酶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和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（0.05μm2μm）

DLVO理论：

DLVO理论把范得华吸引力和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、静电排斥力和水化膜阻力。

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和后的效果。

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；=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。

并计算在氧饱和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

氧饱和时，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和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、机理和过程

条件：

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

机理和过程：

A.污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。

B.碳氢化合物、HO·、O等自由基和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和PAN等生成。

在光化学污染区，烃和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和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：

0=0.06626、1=0.9324、2=0.001383、=1.069；pH为9.0时：

0=0.002142、1=0.9532、2=0.04470、=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，总碱度和碳酸盐总量不变

[总碱度]混合=（V1[总碱度]pH=7.5+V2[总碱度]pH=9.0）/（V1+V2）

CT混合=（V1CTpH=7.5+V2CTpH=7.5）/（V1+V2）

表示出[总碱度]混合和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混合和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，作用方式和机制很复杂。

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，可以看出在不同pH值下水环境中物质的浓度情况；一般是针对某一在不同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，可以看出在不同pE值下水环境中物质的浓度情况；一般是针对某一在不同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，可以看出在不同pH值下溶液的pE（即氧化还原状态）情况；一般是针对某一在不同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，使用范围和限制条件不同。

（同学需要具体分析一下）

2011环境化学专业考研试题及答案

来源：

万学教育

　　一、名词解释

　　1PTS2环境效应3标化分配系数（）　4放射性活度　5有害废物　6土壤盐基饱和度　7阈剂量（浓度）

　　8Bioaccumulation

　　二、简答题

　　1什么是环境问题?

请简述当今人类面临的环境问题。

　　2Describethemajorsoilcomponentsandtheirsignificancesinenvironmentalchemistry

　　3什么是毒物的联合作用及其主要分为哪几类?

　　4大气中有哪些重要的吸光物质，其吸光特征是什么?

　　5叙述大气中含氮化合物、含卤素化合物的源和汇。

　　6为什么水体pH较低时，鱼体内积累的甲基汞含量较高?

　　三、应用环境化学原理分析下列问题

　　1下图是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和C3H6等初始反应物的氧化消耗，NO2和醛量增加;当NO耗尽时，NO2出现最大值。

此后，随着NO2的消耗（浓度下降），O3和其他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。

　　2假设你的朋友在深圳某燃煤火力发电厂附近投资了一个果园种植项目，但是产量一直不好，初步检测发现土壤呈明显酸性，收获的产品重金属含量过高，请你用所学的环境化学相关知识为你的朋友解释出现这些现象的可能原因。

　　32005年11月13日位于吉林省吉林市的中石油吉化公司双苯厂爆炸后造成松花江水体污染。

为了确保哈尔滨市生产、生活用水安全，哈尔滨市政府决定于2005年11月23日零时起，关闭松花江哈尔滨段取水口，停止向市区供水，（该取水口位于爆炸现场下游）。

11月24日国家环保总局宣布该水体污染物主要为苯、苯胺和硝基苯，并确定为重大环境污染事件。

试应用环境化学原理分析该现象。

　　参考答案

　　一、名词解释

　　1PTS：

（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累积、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。

　　2环境效应：

自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称之为环境效应。

　　3标化分配系数（）：

为了在类型各异组分复杂的沉积物或土壤中找到表征吸着的常数，引入标化分配系数。

，其中为分配系数，为沉积物中有机碳的质量分数。

　　4放射性活度：

核衰变速率（-dN/dt）是表示核素放射性强弱的基本物理量，通常称为放射性活度，符合为A。

A=A0e-lt

　　5有害废物：

是固体废物中危害较大的一类废物。

是能对人体健康和环境造成现实危害或潜在危害的废物。

　　6土壤盐基饱和度：

土壤盐基饱和度：

在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度。

　　7阈剂量（浓度）：

是指长期暴露在毒物下，会引起机体受损害的最低剂量（浓度）。

　　8Bioaccumulation：

是生物从周围环境（水、土壤、大气）和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。

　　二、简答题

　　1什么是环境问题?

请简述当今人类面临的环境问题。

　　答：

指环境受到破坏而引起的后果，或是引起环境破坏的原因。

　　大气污染;臭氧层破坏;酸雨侵袭;水体污染与水资源短缺;土地荒漠化;绿色屏障锐减;物种减少;海洋污染;固体废物污染;人口激增;全球变暖

　　2Describethemajorsoilcomponentsandtheirsignificancesinenvironmentalchemistry

　　土壤由固、液、气三相物质组成。

固相包括土壤矿物质和有机质，占土壤总重量的90%～95%，占体积的50%左右。

液相指土壤水份及所含的可溶物，也称土壤溶液，占土壤体积的20%～30%。

气相指土壤空气，占土壤体积的20%～30%。

土壤中还有数量众多的细菌和微生物。

因此，土壤是一个以固相为主的不均质多相体系，三相物质互相联系、制约，构成一个有机整体。

土壤中与土壤污染化学行为关系密切的组分主要是矿物质、有机质和微生物。

次生矿物是岩石经历化学风化形成的新矿物，其粒径较小，大部分以黏粒和胶体（粒径小于0.002mm）分散状态存在。

许多次生矿物具有活动的晶格、强的吸附和离子交换能力，吸水后膨胀，有明显的胶体特征。

次生矿物是构成土壤的最主要组成部分，对土壤中无机污染物的行为和归宿影响很大。

腐殖质对土壤中有机、无机污染物的吸附、络合或螯合作用。

土壤水分是植物吸收养料的主要媒介,细孔隙比例大的土壤，往往通气条件较差。

在这类土壤中，水分占优势，土壤空气的含量和组成不适于植物的最佳生长。

　　3什么是毒物的联合作用及其主要分为哪几类?

　　Independent:

1+1=1+1.Eachchemicalactsindividually

　　Additive:

1+1=2.Thecombinedeffectofthechemicalsisequaltothesumofeachchemicalactingindependently

　　Antagonistic:

1+1<2.Twochemicals,whentogether,interferewitheachother'sactions

　　Synergistic:

1+1>2.Thecombinedeffectoftwochemicalsismuchgreaterthanthesumoftheeffectofeachagentactingindependently

　　Potentiating（enhancing）:

1+0>2.Onesubstancewhichdoesnothaveatoxiceffectonacertainorgansystem,whenincombinationwithanotherchemical,makesthetoxiceffectgreater.

　　4大气中有哪些重要的吸光物质，其吸光特征是什么?

　　答：

大气组分如N2、O2、O3、H2O和CO2等能吸收一定波长的太阳辐射。

波长小于290nm的太阳辐射被N2、O2、O3分子吸收，并使其解离。

故波长小于290nm的太阳辐射不能到达地面，而800～2000nm的长波辐射则几乎都被水分子和二氧化碳所吸收。

因此，只有波长为300～800nm的可见光能透过大气到达地面，这部分约占太阳光总能量的41%。

　　5叙述大气中含氮化合物、含卤素化合物的源和汇。

　　种类：

大气中重要的含氮化合物有N2O、NO、NO2、NH3、HNO2、HNO3和氨盐;

　　其中NO和NO2统称为总氮氧化物，是大气中最重要的污染物之一，它能参与酸雨及光化学烟雾的形成，而N2O是温室气体。

　　来源

　　氧化亚氮（N2O）：

氧化亚氮是无色气体，主要来自天然源，由土壤中的硝酸盐经细菌脱氮作用产生：

　　NO3-+2H2+H+→1/2N2O+5/2H2O

　　N2O的人为源主要是燃料燃烧和含氮化肥的施用。

　　转化：

　　N2O的化学活性差，在低层大气中被认为是非污染性气体，但它能吸收地面辐射，是主要的温室气体之一。

　　N2O难溶于水，寿命又长，可传输到平流层，发生光解作用：

　　N2O+hν→N2+O

　　N2O+O→N2+O2

　　N2O+O→2NO

　　最后一个反应是平流层中NO的天然源，而NO对臭氧层有破坏作用。

　　天然源：

　　氮氧化物（NOx）：

大气中的NOx主要来自天然过程，如生物源、闪电均可产生NOx。

　　自然界的氮循环每年向大气释放NO约4.30×108t，约占总排放量的90%，人类活动排放的NO仅占10%。

NO2是由NO氧化生成的，每年约产生5.3×107t。

　　人为源：

　　NOx的人为源主要是燃料的燃烧或化工生产过程，其中以工业窑炉、氮肥生产和汽车排放的NOx量最多。

据估算，城市大气中三分之二的NOx来自汽车尾气等的排放。

一般条件下，大气中的氮和氧不能直接化合为氮的氧化物，只有在温度高于1200℃时，氮才能与氧结合生成NO：

　　N2+O2→2NO

　　种类

　　大气中卤代烃包括卤代脂肪烃和卤代芳烃，其中多氯联苯（PCB）及有机氯农药（如DDT、六六六）等高级卤代烃以气溶胶形式存在，而含两个或两个以下碳原子的卤代烃呈气态。

　　氯氟烃类（CFCs）：

对环境影响最大，需特别引起关注的卤代烃是氯氟烃类。

　　来源

　　CFCs主要被用作冰箱和空调的制冷剂，隔热用和家用泡沫塑料的发泡剂，电子元器件和精密零件的清洗剂等。

　　转化

　　排入对流层的