西南大学《环境化学》复习思考题及答案.docx

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西南大学《环境化学》复习思考题及答案

（0128）《环境化学》复习思考题

一、简述

1、试述当前人类面临的环境问题。

2、引起水体、大气、土壤污染的主要化学物质各有哪些？

3、根据气温垂直分布情况，大气层分为哪五个层次？

4、简述对流层大气的主要组成部分。

5、写出HO自由基与CH4和CO的反应式。

6、在《环境空气质量标准》中列出的环境空气污染物有哪些？

7、汽车尾气中主要含有哪几种污染物质？

8、简述大气污染物在环境中的迁移转化方式。

9、写出低层大气中一些污染物（如NO2、O3、HNO2、H2O2、HCHO和CH3CHO）的光离解反应。

10、分子受光激发后，激发态分子有哪几种主要退激过程？

11、为何海洋表层水的pH值较深层水为高？

写出有关反应方程。

12、天然水的水质指标有哪几类？

13、指出描述水中有机污染物的指标有哪些？

排列出ThOD,BOD5,TOD和CODcr的大小顺序。

14、试分析胶体带电的原因。

15、试述影响污染物在水体中迁移转化的因素。

16、有机物可通过哪些主要方式在水环境中发生迁移转化？

17、试分析土壤中粘土矿物和有机物质能交换阳离子的原因。

18、简述农药在土壤中的环境行为。

19、简述土壤吸附农药的机理。

20、土壤中农药的降解有哪几种方式？

21、Cl2溶于水后产生HClO和ClO-两种形态化学物质，在通氯消毒用水时，两形态物中哪一种会对细菌产生有效触灭作用?

22、细菌的生长繁殖可以分为哪四个阶段？

23、判断下列化合物中哪一种最易生物降解：

CH3（CH2）10CH3、-（CH2）10CH3（表示苯环）、CH3（CH2）10COOH和（CH3）3C（CH2）2COOH？

24、生物降解有哪些基本反应类型？

25、过量施用NH4NO3肥料，对于翻耕情况良好，且富有好氧细菌的土壤的酸度会有什么影响？

26、评价水体富营养化的指标有哪些？

水体富营养化有何危害？

27、提出对水体富营养化问题施行防治的各种对策。

28、什么是光化学烟雾？

光化学烟雾有何危害。

29、试写出臭氧在平流层中的产生和消除的主要反应。

30、说明大气中臭氧层的位置、臭氧的作用，臭氧层变薄或出现空洞的原因（并写出主要的反应式）以及臭氧浓度降低产生的危害。

31、大气中二氧化硫通过哪些途径转化成三氧化硫或硫酸？

32、向烟雾反应器中引入空气、NO、CH3CH=CHCH3，然后用紫外光照射，CH3CH=CHCH3的双键被空气中HO自由基进攻引发光化学反应，随后在与O2、NO等发生反应的情况下，最终产物有NO2,乙醛和PAN（过氧乙酰硝酸酯）等，试说明此光化学烟雾的形成过程，并写出反应式。

33、试用化学反应式说明CO在光化学烟雾中的作用。

34、在燃料燃烧过程中，生成NOx的氮主要来源于燃料中的氮还是空气中的氮气？

35、大气中NOx通过哪些途径转化成硝酸？

36、影响SO2和氮氧化物氧化的因素主要有哪些？

二、计算题

1、废水水样在20oC条件下测得BOD5=200mg/L，求BODu和BOD1。

已知耗氧速率常数k1=0.23/天。

2、有一股20oC的生活污水，其耗氧速率常数k1=0.23/天，求经过3、5、20天后水中有机物的剩余百分数各为多少？

3、在野外测定某池塘水的pH=7.8，温度为25oC（与池塘平衡的大气含O2为21%），该水样在运回实验室过程中，由于在卡车上受阳光照射，发生了光合作用，pH=10.2，水样容器上空O2的含量为40%，温度仍为25oC，假定下列反应控制着水体的氧化还原反应，O2+4H++4e2H2O,pEo=20.75,试计算水样到达实验室时，pE值为多少？

水样pE的变化值为多少？

4、某水体中Fe2+为56mg/L，Fe3+为56g/L，试求水体的pE值。

Fe3++eFe2+pEo=13.2

5、氧气按下式还原为水：

1/4O2+H++e1/2H2O,（Eo=1.229V）。

求pE、pH和Po2三者的关系式。

6、假设可使纯空气与25℃纯水达到平衡，那么，在这种水中CO2的浓度为多少？

此时，水中的氢离子浓度（[H+]）和pH值是多少？

（已知干燥空气中CO2占体积的0.035%，水在25℃时蒸汽压为0.0313大气压，而25℃时CO2的亨利常数KHA是3.3810-2摩尔·升-1·大气压-1。

）

7、用0.02mol/LHCl滴定100mL水样以测定其碱度。

酚酞指示剂变色时，耗用了3.00mLHCl，再滴定至甲基橙指示剂变色时，又用去12.00mLHCl，求酚酞碱度、总碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的值（以mg/LCaCO3计值）

8、总碱度为2.0010-3mol[H+]/L，温度为250C的天然水，pH值为7.00，试计算水样中CO2、HCO3-和CO32-的浓度值？

（已知Ka1=4.4510-7,Ka2=4.6910-11）

9、某温度为250C的天然水，碱度为1.0010-3mol[H+]/L，pH值为7.00，其表层经光合反应（HCO3+H2O+h{CH2O}+OH+O2）后pH值增至10.00,求此过程前后水中CO2、HCO3和CO32的浓度值以及总无机碳浓度的变化值（CT），并计算经光合作用后产生的生物量为多少？

（已知Ka1=4.45107,Ka2=4.691011）

10、已知NO2和SO2的离解能依次为301.0千焦/摩和564.0千焦/摩，分别相当于多少纳米的光能？

11、到达地球表面的太阳辐射最短波长为290nm，问大气中SO2分子在吸收该波长光量子后，能否引起分子中S-O键断裂？

（已知SO2的离解能为564.0千焦/摩；普朗克常数h=6.62610-34焦秒）

12、汽车排气中含1.5%（体积分数）一氧化碳，这相当于以“mg/m3”为单位的浓度值是多少？

（以250C和1.013105Pa条件下计）？

13、O3分解的一级反应为O3（g）→O2（g）+O（g）,25oC时的反应速率常数为k=310-26s-1,计算O3的半减期及O3浓度减少10%所需时间。

14、大流量空气颗粒物采样器中过滤膜重量为10.00g，经过24小时采样后，增重至10.10g，在采样开始和结束时的空气流速分别为1.8和1.0m3/min,求采样点空气中的颗粒物浓度。

（0128）《环境化学》复习思考题答案

一、简述

37、试述当前人类面临的环境问题。

（答：

（1）大气污染；

（2）臭氧层破坏；（3）酸雨侵袭；（4）资源污染；（5）土地荒漠化；（6）绿色屏障锐减；（7）垃圾大量积留；（8物种濒危；（9）人口激增；（10）温室效应等。

）

38、引起水体、大气、土壤污染的主要化学物质各有哪些？

（答：

引起水体污染的主要化学物质\以下几类：

（1）有害金属或准金属；

（2）有害阴离子；（3）过量营养物质；（4）有机物；（5）放射性物质等。

引起大气污染的主要化学物质主要有：

SOx、NOx、COx、反应性烃、Pb及其有机物等。

引起土壤污染的主要化学物质主要是：

农药、肥料和重金属等。

）

39、根据气温垂直分布情况，大气层分为哪五个层次？

（答：

对流层、平流层、中间层、热层和外逸层。

）

40、简述对流层大气的主要组成部分。

（答：

对流层大气有四个重要的组成部分：

（1）干空气的气体混合物；

（2）水；（3）大气气溶胶；（4）活性自由基。

）

41、写出HO自由基与CH4和CO的反应式。

（答：

HO+CH4H2O+CH3,HO+COCO2+H）

42、在《环境空气质量标准》中列出的环境空气污染物有哪些？

（答：

有二氧化硫、总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、苯并[a]芘、铅、氟化物。

）

43、汽车尾气中主要含有哪几种污染物质？

（答：

CO、氮氧化物，碳氢化合物）

44、简述大气污染物在环境中的迁移转化方式。

（答：

（1）扩散；

（2）干沉积；（3）湿沉积；（4）大气光化学反应等）

45、写出低层大气中一些污染物（如NO2、O3、HNO2、H2O2、HCHO和CH3CHO）的光离解反应。

（答：

（1）NO2+hNO+O;

（2）O3+hO（3P）+O2;O3+hO（1D）+O2;（3）HNO2+hNO+HO;（4）H2O2+h2HO;（5）HCHO+hHCO+H;HCHO+hCO+H2;（6）CH3CHO+hCH3+CHO）

46、分子受光激发后，激发态分子有哪几种主要退激过程？

（答：

设基态分子为A，吸收光能后转变为激发态分子A*，激发态分子A*有如下四种主要退激过程：

（1）光解离反应：

A*B1+B2+

（2）与其它分子反应：

A*+ED1+D2+

（3）辐射跃迁：

A*A+h（产生荧光或磷光）

（4）碰撞失活：

A*+MA+M

47、为何海洋表层水的pH值较深层水为高？

写出有关反应方程。

（答：

浮游生物的光合作用过程产生OH；HCO3+H2O+h{CH2O}+OH+O2）

48、天然水的水质指标有哪几类？

（答：

有以下四类：

（1）物理指标；

（2）化学指标；（3）生物指标；（4）放射性指标。

）

49、指出描述水中有机污染物的指标有哪些？

排列出ThOD,BOD5,TOD和CODcr的大小顺序。

（答：

对于水中耗氧有机物，通常采用下列非专一性参数来作为其指标：

（1）生物化学需氧量（BOD）；

（2）化学需氧量（COD）；（3）总需氧量（TOD）；（4）总有机碳量（TOC）；ThOD>TOD>CODcr>BOD5）

50、试分析胶体带电的原因。

（答：

胶体表面电离或质子化、胶体表面结合或吸附某些离子、同晶替代。

）

51、试述影响污染物在水体中迁移转化的因素。

（答：

概括起来有三类：

（1）物理因素；

（2）化学因素；（3）生物因素。

具体的迁移转化过程主要有：

沉积、吸附、水解和光分解、配合、氧化还原、生物降解等）

52、有机物可通过哪些主要方式在水环境中发生迁移转化？

（答：

有机物在水环境中的迁移转化作用主要有：

（1）在固相（悬浮物或底泥）-水体系中的分配作用；

（2）从水中转入大气的挥发作用；（3）在水中的水解作用；（4）在光照条件下的光解作用；（5）在微生物作用下的生物降解作用。

）

53、试分析土壤中粘土矿物和有机物质能交换阳离子的原因。

（答：

（1）对粘土矿物：

A：

同晶替代。

B：

电离，如高岭土H或OH电离。

（2）对有机物：

是因为带有羧酸根基团和其它碱性基团。

）

54、简述控制农药在土壤中环境行为的主要因素。

（答：

控制农药在土壤中环境行为的主要因素有以下三个方面：

（1）吸附；

（2）迁移；（3）降解。

）

55、简述土壤吸附农药的机理。

（答：

（1）静电引力；

（2）范德华引力；（3）氢键力；（4）配位键。

）

56、土壤中农药的降解有哪几种方式？

（答：

化学降解、光化学降解、生物降解）

57、Cl2溶于水后产生HClO和ClO-两种形态化学物质，在通氯消毒用水时，两形态物中哪一种会对细菌产生有效触灭作用?

（答：

HClO）

58、细菌的生长繁殖可以分为哪四个阶段？

（答：

诱导期、对数生长阶段、生长率下降阶段、内源呼吸阶段）

59、判断下列化合物中哪一种最易生物降解：

CH3（CH2）10CH3、-（CH2）10CH3（表示苯环）、CH3（CH2）10COOH和（CH3）3C（CH2）2COOH？

（答：

CH3（CH2）10COOH）

60、生物降解有哪些基本反应类型？

（答：

氧化、还原、水解、脱水、脱氢、脱氨基、脱羧基、脱卤、脱卤化氢等。

）

61、过量施用NH4NO3肥料，对于翻耕情况良好，且富有好氧细菌的土壤的酸度会有什么影响？

（答：

酸度增加。

因为好氧细菌在有氧的情况下将NH4+氧化为NO3-时会产生H+。

）

62、评价水体富营养化的指标有哪些？

水体富营养化有何危害？

（答：

评价水体富营养化的指标有：

总磷，总氮，叶绿素a，透明度,BOD5和CODcr等。

水体富营养化的危害主要表现在以下几个方面：

（1）消耗水体的DO；

（2）向水体释放有毒物质；（3）破坏水体生态平衡；（4）使水味腥臭难闻；（5）降低水的透明度；（6）增加制水成本；（7）使湖泊死亡，水体消失。

）

63、提出对水体富营养化问题施行防治的各种对策。

（答：

（1）废水深度处理；

（2）排水改道引流；（3）改变水体的水文参数；（4）不用含磷洗涤剂；（5）使用化学药剂或引入病毒杀藻；（6）打捞藻类；（7）人工曝气；（8）疏浚底泥；（9）引水稀释等）

64、什么是光化学烟雾？

光化学烟雾有何危害。

（答：

大气中的NOx和碳氢化合物等一次污染物，受太阳紫外线照射，发生一系列复杂的光化学反应，产生一些氧化性很强的二次污染物（如臭氧、PAN等），这种一次污染物和生成的二次污染物的混合物形成的烟雾称为光化学烟雾。

光化学烟雾有何危害：

（1）危害人体健康；

（2）伤害植物叶片；（3）降低大气能见度；（4）影响材料质量：

使橡胶开裂等。

65、试写出臭氧在平流层中的产生和消除的主要反应。

（答：

臭氧在平流层中的产生和消除都是通过光化学过程进行的，其中的主要反应有：

（1）O2+h2O；

（2）O+O2+MO3+M*;（3）O3+hO+O2；（4）O3+O2O2）

66、说明大气中臭氧层的位置、臭氧的作用，臭氧层变薄或出现空洞的原因（并写出主要的反应式）以及臭氧浓度降低产生的危害。

（答：

位置：

平流层中。

作用：

阻止过量的紫外线到达地球表面；使平流层中温度上升。

原因：

氟氯烃、氮氧化物、HO的破坏作用;火山爆发对臭氧的影响;大气中氧气的过度消耗.危害：

（1）影响人体健康,

（2）影响陆生植物;（3）破坏水生生态系统;（4）对材料的影响）

67、大气中二氧化硫通过哪些途径转化成三氧化硫或硫酸？

（答：

SO2在大气中通过以下三类反应途径转化：

（1）均一气相氧化反应：

对流层中的SO2直接光氧化或被大气中的HO、HO2、RO2等氧化；

（2）在水溶液中的氧化反应：

SO2可溶于云、雾、水滴中，然后被O2、O3、H2O2、HO、HO2等所氧化；在过渡金属离子（如Mn2+、Fe3+等）催化下被氧化。

（3）在固体粒子表面的氧化反应：

SO2吸附在颗粒物表面后再化学氧化。

）

68、向烟雾反应器中引入空气、NO、RCH=CHR′（如CH3CH=CHCH3），然后用紫外光照射，CH3CH=CHCH3的双键被空气中HO自由基进攻引发光化学反应，随后在与O2、NO等发生反应的情况下，最终产物有NO2,乙醛和PAN（过氧乙酰硝酸酯）等，试说明此光化学烟雾的形成过程，并写出反应式。

（光化学烟雾的形成由以下几类反应构成：

（1）O3的生成反应；

（2）NO向NO2的转化；（3）碳氢化合物等的氧化生成活性氧自由基；（4）PAN和HNO3的生成。

69、试用化学反应式说明CO在光化学烟雾中的作用。

（答：

①光化学烟雾中若无CO存在，则O3+NO→NO2+O2②若有CO参加时，则　　　　CO+HO→CO2+H　　　H+O2+M→HO2+M　　　HO2+NO→NO2+HO　　可见，有CO时，使03的消耗减少，使03积累，显然使光化学烟雾更严重。

）

70、在燃料燃烧过程中，生成NOx的氮主要来源于燃料中的氮还是空气中的氮气？

（答：

空气中的氮气）

71、大气中NOx通过哪些途径转化成硝酸？

（（答：

NOx在大气中通过以下三类反应途径转化：

（1）均一气相氧化反应：

对流层中的NOx直接光氧化或被大气中的O3、HO、HO2、RO2等氧化；

（2）在水相中的氧化反应；（3）在固体表面的吸附和氧化：

NOx吸附在颗粒物表面后再化学氧化。

）

72、影响SO2和氮氧化物氧化的因素主要有哪些？

（（答：

温度、光照、pH、湿度、催化剂种类、水滴中其他组分等）

二、计算题

1.废水水样在20oC条件下测得BOD5=200mg/L，求BODu和BOD1。

已知耗氧速率k1=0.23/天。

解：

（1）BODu=BOD5/（1e5k1）

=200/（1e50.23）

=293（mg/L）

（2）BOD1=BODu（1ek1）

=293（（1e10.23）

=60（mg/L）

答：

BODu和BOD1分别为293mg/L和60mg/L。

2.有一股20oC的生活污水，其耗氧速率k1=0.23/天，求经过3，5，20天后水中有机物的剩余百分数各为多少？

解：

Lt=Loek1t

Lt/Lo=ek1t

（1）L3/Lo=ek13=50%

（2）L5/Lo=ek15=31.6%

（3）L20/Lo=ek120=1.0%.

答：

经过3,5,20天后水中有机物量的剩余百分数各为50%,31.6%,1.0%.

3.在野外测定某池塘水的pH=7.8，温度为25oC（与池塘平衡的大气含O2为21%），该水样在运回实验室过程中，由于在卡车上受阳光照射，发生了光合作用，pH=10.2，水样容器上空O2的含量为40%，温度仍为25oC，假定下列反应控制着水体的氧化还原反应，O2+4H++4e2H2O,pEo=20.75,试计算水样到达实验室时，pE值为多少？

水样pE的变化值为多少？

解：

（1）在采样前的pE值：

pE=pEo+1/4lg（PO2[H+]4）

=12.78

（因为是在常压下，所以PO2=0.21atm）

（2）带回实验室时的pE值：

pE=pEo+1/4lgPO2[H+]4

=10.45

水样pE的变化值为:

12.78-10.45=2.33

答：

水样达到实验室时，pE值为10.45，水样pE的变化值为2.33。

4.某水体中Fe2+为56mg/L，Fe3+为56g/L，试求水体的pE值。

Fe3++eFe2+pEo=13.2

解：

已知：

[Fe2+]=56mg/L=5.6104μg/L,[Fe3+]=56μg/L

由Fe3++eFe2+有：

pE=pE+lg

=13.2+lg

=10.2

答：

水体的pE值为10.2。

5.氧气按下式还原为水：

1/4O2+H++e1/2H2O,（Eo=1.229V）。

求pE、pH和Po2三者的关系式。

解：

1/4O2+H++e1/2H2O

pE=pE0+logPO21/4[H+]

=16.921.229+1/4logPO2pH

=20.8+1/4logPO2pH

答：

pE、pH和Po2三者的关系式为pE=20.8+1/4logPO2pH.

6.假设可使纯空气与25℃纯水达到平衡，那么，在这种水中CO2的浓度为多少？

此时，水中的氢离子浓度（[H+]）是多少？

pH值是多少？

（已知干燥空气中CO2占体积的0.035%，水在25℃时蒸汽压为0.0313大气压，而25℃时CO2的亨利常数KHA是3.38×10-2摩尔·升-1·大气压-1。

）

解：

PCO2=（1.0000大气压0.0313大气压）×3.5×10-4

　　　　　=3.39×10-4大气压

[CO2]=KHAPco2

　=3.38×10-2摩尔·升-1·大气压-1×3.39×10-4大气压

=1.146×10-5（mol/L）

•CO2+H2OH++HCO3-Ka1=4.45×10-7

[H+]=[HCO3-]=[CO2]×Ka1）1/2

（1.146×10-5×4.45×10-7）1/2

=2.25×10-6（mol/L）

pH=5.6

7.用0.02mol/LHCl滴定100mL水样以测定其碱度。

酚酞指示剂变色时，耗用了3.00mLHCl，再滴定至甲基橙指示剂变色时，又用去12.00mLHCl，求酚酞碱度、总碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的值（以mg/LCaCO3计值）（答案：

30,150,60,90mg/L）

8.总碱度为2.0010-3mol[H+]/L，温度为250C的天然水，pH值为7.00，试计算水样中CO2、HCO3-和CO32-的浓度值？

（已知Ka1=4.4510-7,Ka2=4.6910-11）

解：

（1）因为pH=7.00,所以

[HCO3-]=总碱度=2.0010-3（mol/L）

（2）根据Ka1=[H+][HCO3-]/[CO2],得

[CO2]=2.2510-4（mol/L）

（3）根据Ka2=[H+][CO32-]/[HCO3-],得

[CO32-]=9.3810-7（mol/L）

答：

水样中CO2、HCO3-和CO32-的浓度分别为：

2.2510-4mol/L，2.0010-3mol/L和9.3810-7mol/L。

9.某温度为250C的天然水，碱度为1.0010-3mol[H+]/L，pH值为7.00，其表层经光合反应（HCO3+H2O+h{CH2O}+OH+O2）后pH值增至10.00,求此过程前后水中CO2、HCO3和CO32的浓度值以及总无机碳浓度的变化值（CT），并计算经光合作用后产生的生物量为多少？

（已知Ka1=4.45107,Ka2=4.691011）

解：

pH=7.0，总碱度[Alk]=1.00×10-3（mol[H+]/L）,[CO2]、[HCO3]和[CO32]及总无机碳浓度分别为：

pH=10.0，总碱度[Alk]=1.00×10-3（mol[H+]/L）,[CO2]、[HCO3]和[CO32]、总无机碳浓度CT、经光合作用后产生的生物量分别为：

10.

已知SO2的离解能为564.0千焦/摩，相当于多少纳米的光能？

解：

根据Einstein能量公式，E=NAh=NAhc/λ

　　式中：

λ——光子波长;　h——普朗克常数（6.626×10-34焦/秒·摩）;

C——光速（2.9979×1010cm/s）；NA——阿伏加德罗常数（6.022×1023/摩尔）

则一摩尔的分子吸收1mol光子的总能量为：

E=（6.022×1023×6.626×10-34×2.9979×1010×107）/λ

=1.1962×108

/λ　（焦/摩）

当E=564.0千焦/摩时，λ=212nm.

答：

相当于212nm的光能。

11.到达地球表面的太阳辐射最短波长为290nm，问大气中SO2分子在吸收该波长光量子后，能否引起分子中S-O键断裂？

（已知SO2的离解能为564.0千焦/摩；普朗克常数h=6.62610-34焦秒）

解：

根据Einstein能量公式，E=NAh=