《环境化学》第二版戴树桂知识点总结共18页1.docx
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《环境化学》第二版戴树桂知识点总结共18页1
环境化学
第一章绪论
1、环境：
环境是指与某一中心事物有关（相适应）的周围客观事物的总和，中心事物是指被研究的对象。
对人类社会而言，环境就是影响人类生存和发展的物质、能量、社会、自然因素的总和。
1972年，联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了人类环境会议，通过了《人类环境宣言》。
2、构成环境的四个自然圈层包括土壤、岩石圈、大气圈和水圈
3、为保护人类生存环境，联合国将每年的4月22定位世界地球日，6月5日定位世界环境日。
4、环境保护的主要对象是由于人类生产、生活活动所引起的次生环境问题，主要包括：
环境污染和生态破环两
个方面。
5、环境问题：
全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象，称为环境问题。
原生环境问题：
自然力引发，也称第一类环境问题，火山喷发、地震、洪灾等。
次生环境问题：
人类生产、生活引起生态破坏和环境污染，反过来危及人类生存和发展的现象，也称第二类环境问题。
目前的环境问题一般都是次生环境问题。
生态破坏：
人类活动直接作用于自然生态系统，造成生态系统的生产能力显著减少和结构显著该变，如草原退化、物种灭绝、水土流失等。
当今世界上最引人注目的几个环境问题温室效应、臭氧空洞、酸雨等是由大气污染所引起的。
6、环境污染:
由于人为因素使环境的构成状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件。
造成环境污染的因素有物理、化学和生物的三个方面，其中化学物质引起的约占80%~90%。
环境污染物定义：
进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物。
污染物的性质和环境化学行为取决于它们的化学结构和在环境中的存在状态。
（五十年代日本出现的痛痛病是由镉Cd污
染水体后引起的；五十年代日本出现的水俣病是由Hg污染水体后引起的）
重要污染物
（1）元素：
Cr,Hg,As,Pb,Cl
（2）无机物:
CO,NOx,SO2,KCN
（3）有机化合物和烃类:
烷烃（饱和）、芳香烃（苯环）、不饱和非芳香烃（不饱和，不带苯环）、多环芳烃
（4）金属有机和准金属有机化合物：
四乙基铅、三丁基锡
（5）含氧有机化合物：
环氧乙烷、醚、醇、醛、酮、酚、有机酸等
（6）有机氮化合物：
胺、腈、硝基苯、三硝基苯（TNT）
（7）有机卤化物：
氯仿（四氯化碳）、PCBs、氯代二恶英、氯代苯酚
（8）有机硫化合物：
硫醇类（甲硫醇）、硫酸二甲酯
（9）有机磷化合物：
有机磷农药、磷酸二甲酯、磷酸三乙酯按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等；按污染物的形态可分为气体污染物、液体污染物和固体废物；按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物。
优先控制污染物：
概念:
基于
有毒化学物的毒性、自然降解的可能性及在水体中出现的概率等因素,从多种有机物中筛选出的优先控制物
7、认识过程：
20世纪60年代人们只把环境问题作为污染来看待，没有认识到生态破坏的问题.；20世纪70
年代1972年联合国，瑞典，斯德哥尔摩“人类环境会议”，将环境污染和生态破坏提升到同一高度看待；20世纪80年代1987年，由挪威首相布伦特兰夫人组建的“联合国世界环境与发展委员会”发表了《我们共同的未来》；20世纪90年代1992年，巴西，里约热内卢，联合国环境与发展大会，强调和正式确立了可持续发展的思想，并形成了当代的环境保护的主导意识。
8、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，称为环境效应。
分为自然环境效应和人为环境效应。
按环境变化的性质划分，
（1）环境物理效应：
由物理作用引起的环境效应即为环境物理效应。
（2）环境化学效应：
在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应即为环境化学效应。
（3）环境生物效应：
环境因素变化
导致生态系统变异而产生的后果即为环境生物效应。
9、污染物的迁移：
污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集、分散和消失的过程。
迁移有机械迁移、物理－化学迁移、生物迁移
污染物转化：
是指污染物在环境中通过物理、化学或生物作用导致存在形态或化学结构转变的过程。
污染物质在环境中的三大转化途径为：
化学转化、光化学转化和生物转化。
10、环境化学研究特点：
（1）以微观研究宏观：
从原子、分子水平，研究宏观环境圈层中环境现象和变化机制；
（2）研究对象复杂：
既有人为来源的也有天然来源的，处于环境开放体系内，多种环境因素同时相互作用，其研究需要多学科的结合。
（3）物质水平低：
mg/kg（ppm,10-6）、ug/kg（ppb,10-9）
11、根据环境化学的任务、内容和特点以及发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课？
环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特征、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。
环境化学以化学物质在环境中出现而引起环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新型科学。
其内容主要涉及：
有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态，潜在有害物质的来源，他们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效用的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。
环境化学的特点是要从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。
目前，国界上较为重视元素（尤其是碳、氮、硫和磷）的生物地球化学循环及其相互偶合的研究；重视化学品安全评价、臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。
当前我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是：
以有机物污染为主的水质污染、以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废物和城市垃圾对水题和土壤的污染。
第二章大气环境化学
1、大气成分：
按浓度分成三大类：
（1）主要成分，浓度在1%以上量级，包括氮（N2），氧（02）和氩（Ar）;
（2）微量成分（也称次要成分），浓度在Ippmv到1%之间，包括二氧化碳（C02），水汽（H20），甲烷（CH4）,氦（He）,氖（Ne），氟（Kr）等；（3）痕量成分，浓度在1ppmv以下，主要有氢（H2）,臭氧（03），氙（Xe）,—氧化二氮（N2O），氧化氮（N0），二氧化氮（N02），氨气（NH3），二氧化硫（S02）,一氧化碳（C0）以及气溶胶等等。
此外，还有一些大气中本来没有的，
纯属人为产生的污染成分，它们目前在大气中的浓度多为pptv的量级，如氟氯烃类化合物（常记为CFCs）等。
2、大气层的结构：
对流层、平流层、中间层、热层、逸散层对流层特性：
由于对流层大气的重要热源来自于地面长波辐射，因此离地面越近气温越高；离地面越远气温则越
低。
在对流层中，高度每增加100m，气温降低0.6C。
云雨的主要发生层，赤道厚两极薄。
平流层特征：
在平流层内，
大气温度上热下冷，空气难以发生垂直对流运动，只能随地球自转产生平流运动，平流层气体状态非常稳定。
在平流层内，进入的污染物因平流运动形成一薄层而遍布全球。
中间层特征：
在中间层中，由于层内热源仅来自下部的平流层，因而气温随高度增加而降低，温度垂直分布特征与对流层相似；由于下热上冷，空气垂直运动强烈。
热层特征：
在热层中，温度随高度增加迅速上升。
热层空气极稀薄，在太阳紫外线和宇宙射线辐射下，空气处于高度电离状态，该层也可以称为电离层。
逸散层：
800km以上高空；空气稀薄，密度几乎与太空相同；空气分子受地球引力极小，所以气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去。
3、逆温由于过程的不同，可分为近地面的逆温、自由大气逆温。
近地面的逆温：
辐射逆温、平流逆温、融雪逆温、地形逆温
自由大气逆温：
乱流逆温、下沉逆温、锋面逆温逆温的危害：
在对流层中，由于低层空气受热不均，能够使气体发生垂直对流运动，致使对流层上下空气发生交换。
通过垂直对流运动，污染源排放的污染物能够被输送到远方，并由于分散作用而使污染物浓度降低。
逆温现象经常发生在较低气层中，这时气层稳定性特强，对于大气中垂直运动的发展起着阻碍作用，对大气垂直流动形成巨大障碍，地面气流不易上升，使地面污染源排放出来的污染物难以借气流上升而扩散。
4、气团的稳定性与密度层结和温度层结两个因素有关。
5、大气污染源：
自然因素：
火山喷发：
排放出SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物；森林火灾：
排
放出CO、CO2、SO2、NO2；自然尘（风砂、土壤尘）；海浪飞沫：
颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐。
人为因素：
工厂企业废气排放；交通运输：
飞机、机动车、轮船尾气；燃油燃煤（农村炉灶）；农业活动（农药喷洒）。
6、大气中有哪些重要污染物及分类定义：
大气污染物是指由于人类的活动或是自然过程所直接排入大气或在大气中新转化生成的对人或环境产生有害影响的物质。
城市中影响健康的主要大气污染物是二氧化硫（及进一步氧化产物三氧化硫、硫酸盐）、悬浮颗粒物（烟雾、灰尘、PM10、PM2.5、PM1.0）、氮氧化物、一氧化碳、挥发性有机化合物（碳氢化合物和氧化物）、臭氧、铅和其
他有毒金属。
分类：
大气污染物按存在形式分可分为气态污染物和颗粒态污染物；大气污染物按形成过程又可以分为一次污染物和二次污染物。
一次污染物：
是指由污染源直接排入大气环境中且在大气中物理和化学性质均未发生变化的污染物，又称为原发性污染物：
二次污染物：
指由一次污染物与大气中已有成分或几种污染物之间经过一系列的化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物，又称为继发性污染物。
7、重要污染物来源及消除途径二氧化硫：
燃烧。
降水清除：
雨除、冲刷；气相或液相氧化成硫酸盐；土壤：
微生物降解、物理和化学反应、吸收；植被：
表面吸收、消化摄取；海洋、河流：
吸收
硫化氢：
火山喷射、海水浪花、生物活动等。
氧化为二氧化硫（写去除反应）臭氧：
在植被、土壤、雪和海洋表面上的化学反应氮氧化物：
燃烧、尾气排放。
土壤：
化学反应；植被：
吸收、消化摄取；气相或液相化学反应
一氧化碳：
不完全燃烧。
平流层：
与0H自由基反应；土壤：
微生物活动；二氧化碳植被：
光合作用，吸收；海
洋：
吸收
甲烷：
燃烧、泄露、发酵。
土壤：
微生物活动；植被：
化学反应、细菌活动；对流层及平流层：
化学反应
碳氢化合物：
向颗粒物转化；土壤：
微生物活动；植被：
吸收、消化摄取
8、影响大气污染物迁移的因素
由染源排到大气中的污染物的迁移主要受到空气的机械运动、由天气形势和地理地势造成的逆温现象以及污染物本身的特性。
9、基本气象要素：
气温、气压、湿度、风、云量
10、燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关
11、CFC-11和Halon1211d分子式分别为CFCI3和CF2CIBr
12、大气中的CH4主要来自煤、石油、天然气的排放。
13、大气中有哪些重要自由基？
其来源如何？
（产生：
热裂解法、光解法、氧化还原法）
大气中主要自由基有：
HO、HO2、R、R02
・
H0的来源：
①03的光解：
03+hr0+02
0+H202H0
■►-
2HN02的光解：
HN02+hrH0+N0
►
3H202的光解：
H202+hr2H0
清洁大气中H0.来源是03，污染大气来源是HN03和H20。
H02的来源：
①主要来自醛特别是甲醛的光解
■
H2C0+hrH+HC0
►
H+02+MH02+M
HC0+02+MH02+C0+M
F-
②亚硝酸酯的光解：
CH30N0+hrCH30+N0
»
CH30+02H02+H2C0
③H202的光解：
H202+hr
2H0
HO+H2O2
HO2+H2O
R的来源：
RH+O
R+HO
RH+HO
R+H2O
CH3的来源：
CH3CHO的光解CH3CHO+hr
CH3+CHO
CH3COCH3的光解CH3COCH3
CH3+CH3CO
CH3O的来源：
甲基亚硝酸酯的光解CH3ONO+hrCH3O+NO
甲基硝酸酯的光解CH3ONO2+hrCH3O+NO2
RO2的来源：
R+O2RO2
14、叙述大气中NO转化为NO2的各种途径。
①NO+O3NO2+O2
②HO+RHR+H2O
R+O2RO2
NO+RO2NO2+RO
RO+O2R'CHO+HO2（R'比R少一个C原子）
NO+HO2NO2+HO
15、氮循环主要通过同化、氨化、硝化和反硝化等四个生物化学过程完成。
16、分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应称光化学反应，大气光化学反应分为初级过程和次级
过程。
（光化学第一定律）当激发态分子的能量足够使分子内的化学键断裂，即光子的能量大于化学键时才能引起光离
解反应。
其次，为使分子产生有效的光化学反应，光还必须被所作用的分子吸收，即分子对某特定波长的光要有特征
吸收光谱，才能产生光化学反应。
（光化学第二定律）光被分子吸收的过程是单光子过程，由于电子激发态分子的寿
命＜10-8s，在如此短的时间内，辐射强度比较弱的情况下，只可能单光子过程，再吸收第二个光子的几率很小。
17、大气中重要吸光物质的光离解
（1）O2、N2的光离解
O2hOON2hNN
N2的光离解限于臭氧层以上
⑵O3的光离解3hOO2
（3）NO2的光离解
NO2hNOOOO2MO3
据称是大气中唯一已知O3的人为来源
（4）HNO2、HNO3的光解
初级过程
HNO2hHONO
HNO2hHNO2
次级过程
HONOHNO2
HOHNO2H2ONO2
HONO2HNO3
（5）甲醛的光离解
初级过程HCHOhHHCO
HCHOhH2CO
对流层中由于有O2的存在，可进一步反应
CO
HO2HO2HCOO2HO2
醛类光解是氢过氧自由基（H02•）的主要来源
（6）卤代烃的光解
如果有一种以上的卤素，则断裂的是最弱的键。
CH3－F>CH3－H>CH3－Cl>CH3－Br>CH3－I
18、含有NOx和CH化合物等一次污染物的大气，在阳光的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。
（控制：
控制反应活性高的有机物的排放；
控制臭氧的浓度）
特征：
蓝色烟雾，强氧化性，具有强刺激性，使大气能见度降低，在白天生成傍晚消失，高峰在中午。
光化学烟雾形成的简单机制
光化学烟雾形成反应是一个链反应，链的引发主要是NO2的光解。
引发反谢。
2hNOO
OO2MO3M
NOO3NO2O2
自由基传递:
碳氢化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因:
RH
HO
O2RO2
H2O
RCHO
HO
°2RC
OO2
H2O
RCHO
h
2°2RO2
HO2
CO
HO2
NO
NO2HO
RO2
NO
5NO2
RO
RCO
O2
NONO2
RO2
CO2
过氧酰基
终止：
HONO2HNO3
RCOO2NO2RCOO2NO2
RCOO2NO2RCOO2NO2
19、说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。
烷烃可与大气中的HO和O发生摘氢反应。
■
RH+HOR+H2O
RH+OR+HO
—
R+02RO2
A
RO2+NORO+NO2
RO+O2R'CHO+HO2
RO+NO2RONO2
—
另夕卜：
RO2+HO2ROOH+O2
—
ROOH+hrRO+HO
稀烃可与HO发生加成反应，从而生成带有羟基的自由基。
它可与空气中的O2结合成相应的过氧自由基，由于它
有强氧化性，可将NO氧化成NO2,自身分解为一个醛和CH2OH。
如乙烯和丙稀。
CH=CH+HOCH2CH2OH
CH3CH=CH2
CH3CHCH2OH+CH
3CH（OH）CH2
CH2CH2OH+O2
CH2（O2）CH2OH
CH2（O2）CH2OH+
NO
CH2（O）CH2OH+NO2
CH2（O）CH2OHCH2O+CH2OH
■
CH2（O）CH2OH+O2HCOCH2OH+HO2
CH2OH+O2H2CO+HO2
稀烃还可与O3发生反应，生成二元自由基，该自由基氧化性强，可氧化NO和SO2等生成相应的醛和酮。
光化
学反应的链引发反应主要是NO2的光解，而烷烃和稀烃均能使NO转化为NO2,因此烃类物质在光化学反应中占有很重要的地位。
20、硫酸烟雾型污染：
由于煤燃烧而排放出来的SO2颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。
SO2转化为SO3的氧化反应主要靠雾滴中锰、铁、氨的催化作用而加速，硫酸烟雾型污染属于还原性混合
物，称还原性烟雾。
SO2滴的催化氧化速度与金属离子浓度、PH、温度有关。
21、硫酸烟雾（伦敦型烟雾）与光化学烟雾（洛杉矶烟雾）的比较：
硫酸烟雾是还原型烟雾，发现较早，已出现多次，燃煤产生，冬季，低温高湿度弱光照，白天夜间连续；光化学烟雾是氧化型烟雾，发现较晚，汽车尾气，夏秋
季，高温低湿度强光照，白天。
22、二氧化硫的氧化：
直接光氧化、被自由基氧化、被氧原子氧化
23、酸雨：
雨水的pH值约为5.6，可看作未受污染的大气降水的pH背景值，并作为判断酸雨的界限。
影响酸雨形成的因素主要有：
酸性污染物的排放及其转化条件。
大气中NH3的含量及其对酸性物质的中和性。
大气颗粒物的碱度及其缓冲能力。
天气形势的影响。
降水的化学组成：
大气中固定成分、无机物、有机物、光化学反应物、不容物。
酸雨化学组成：
硫酸硝酸钙离子。
锰铜矾催化。
24、酸雨的主要成分是什么？
其产生的主要机制？
酸雨的主要危害有哪些？
如何控制？
酸雨中含有多种无机酸和有机酸，主要是硫酸和硝酸。
酸雨多成于化石燃料的燃烧：
⑴STH2SO4S+O2（点燃）=S02
S02+H20=H2SO3（亚硫酸）
2H2SO3+O2=2H2SO4（硫酸）
总的化学反应方程式：
S+O2（点燃）=SO22SO2+2H2O+O2=2H2SO4
⑵氮的氧化物溶于水形成酸：
a.NOTHNO3（硝酸）
2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO
总的化学反应方程式：
4NO++2H2O+3O2=4HNO3
b.NO2THNO3
总的化学反应方程式：
4NO2+2H2O+O2=4HNO3危害：
酸雨可以直接使大片森林死亡，农作物枯萎；也会使土壤酸化，抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗与土壤离子结合的钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化；还可使湖泊、河流酸化，并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中，毒害鱼类；加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程；可能危及人体健康。
煤脱硫技术2、优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。
3、改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫
和氮氧化物的排放量。
4、对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。
5.开发新能源，如太阳能，风能，
核能，可燃冰等，
25、CO2象温室的玻璃一样，允许太阳光中可见光照射到地面，并阻止地面重新辐射的红外光返回外空间，CO2
起单向过滤器作用，大气中CO2吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留于大气中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。
能引起温室效应的气体称温室气体。
有二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、四氯化碳和氟氯烃CFC11，CFC12等都是温室气体。
26、温室效应机理及危害？
由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。
温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳等温室气体进入大气造成的。
二氧化碳等温室气体具有吸热和隔热的功能。
它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。
它会带来以下列几种严重恶果：
1）地球上的病虫害增加；2）海平面上升；3）气候反常，海洋风暴增多；4）土地干旱，沙漠化面积增大。
27、为加强世界范围内温室气体的控制，1997年12月世界一百四十多个国家和地区通过的京都议定书协议于05年2月16日正式生效。
28、消耗臭氧层物质（ODP）既有天然源，又有人工源。
其人工源主要包括：
哈龙、氟利昂、氟氯烃等物质臭氧层破坏的化学机理:
平流层02光解，
臭氧层形成：
（平流层中氮氧化物来源：
一氧化二氮的氧化、超音速和亚音速飞机的排放、宇宙射线的分解，还有
H0x.CI0x.）
02hv20（243nm）
20202M203M
导致臭氧层破坏的催化反应过程：
YO3YOO2
YOOYO2
O3O2O2
总反应
Y-直接参加破坏03的催化活性物种，包括NOx、HOx•、CIOx•等
29、大气：
各种固体或液体均匀地分散在空气中形成的一个庞大的分散体系，也是气溶胶体系。
气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物（分散性、凝聚性、形成气溶胶性）。
颗粒物的去除途径：
干沉降、湿沉降
干沉降：
指颗粒物在重力作用下的沉降，或与其它物体碰撞后发生的沉降。
湿沉降：
是指通过降雨、降雪等降水过程而使大气颗粒物发生沉降的过程。
其是去除大气颗粒物和痕量气态污染物的有效方法。
湿沉降包括雨除和冲刷两种机制。
大气颗粒物的分类：
总悬浮颗粒物（TSP）:
粒径一般在100mm以下。
飘尘：
长期漂浮在大气中、粒径小于
10mm的悬浮物，又称为可吸入粒子。
降尘：
粒径大于10微米以上的、由于重力作用能沉降下来的微粒。
可吸入粒子小于10mm。
30、大气颗粒物（分为无机颗粒物和有机颗粒物）的三模态：
根据大气颗粒物按表面积与粒径分布的关系得到了
三种不同类型的粒度模，并用它来解释大气颗粒物的来源与归宿。
爱根核模（Dp<0.05呵）积聚模（0.05ym（im）粗粒子模（Dp>2m）
31、颗粒物的表面性质：
成核作用、粘合、吸着
成核作用：
过饱和蒸汽在颗粒物表面凝结成液滴。
粘合：
粒子彼此相
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