环境化学第二版课后习题重点完整版Word文档格式.docx
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中间层温度随海拔增加迅速降低、空气较稀薄、对流运动非常激烈;
热层空气高度电离、更加稀薄、大气温度随海拔高度增加而迅速增加。
2逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响?
污染物在大气中的迁移是只有污染物排放出来的污染物由于空气的运动使其传输和分散的过程。
迁移过程可使污染物浓度降低。
逆温现象经常发现在较低气层中这时大气稳定性强对于大气中垂直运动的发展起着阻碍作用。
逆温会使上下层空气温差减小使他们之间减少对流从而使空气减少运动污染物漂浮在大气上空没有空气的运动污染物难以扩散使得空气中的污染物长期存在不利于污染物迁移
3.大气中有哪些重要污染物?
说明其主要来源和消除途径。
环境中的大气污染物种类很多,若按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类;
若按形成过程则可分为一次污染物和二次污染物。
按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。
主要按照化学组成讨论大气中的气态污染物主要来源和消除途径如下:
(1)含硫化合物
大气中的含硫化合物主要包括:
氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS2)、二甲基硫(CH3)2S、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、硫酸(H2SO4)、亚硫酸盐(MSO3)和硫酸盐(MSO4)等。
大气中的SO2(就大城市及其周围地区来说)主要来源于含硫燃料的燃烧。
大气中的SO2约有50%会转化形成H2SO4或SO42-,另外50%可以通过干、湿沉降从大气中消除。
H2S主要来自动植物机体的腐烂,即主要由植物机体中的硫酸盐经微生物的厌氧活动还原产生。
大气中H2S主要的去除反应为:
HO+H2S→H2O+SH。
(2)含氮化合物
大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮(N2O)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。
主要讨论一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),用通式NOx表示。
NO和NO2是大气中主要的含氮污染物,它们的人为来源主要是燃料的燃烧。
大气中的NOx最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除。
其中湿沉降是最主要的消除方式。
(3)含碳化合物
大气中含碳化合物主要包括:
一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)以及有机的碳氢化合物(HC)和含氧烃类,如醛、酮、酸等。
CO的天然来源主要包括甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物的排放以及森林火灾和农业废弃物焚烧,其中以甲烷的转化最为重要。
CO的人为来源主要是在燃料不完全燃烧时产生的。
大气中的CO可由以下两种途径去除:
土壤吸收(土壤中生活的细菌能将CO代谢为CO2和CH4);
与HO自由基反应被氧化为CO2。
CO2的人为来源主要是来自于矿物燃料的燃烧过程。
天然来源主要包括海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸和腐败作用以及燃烧作用等。
甲烷既可以由天然源产生,也可以由人为源产生。
除了燃烧过程和原油以及天然气的泄漏之外,产生甲烷的机制都是厌氧细菌的发酵过程。
反刍动物以及蚂蚁等的呼吸过程也可产生甲烷。
甲烷在大气中主要是通过与HO自由基反应被消除:
CH4+HO→CH3+H2O。
(4)含卤素化合物
大气中的含卤素化合物主要是指有机的卤代烃和无机的氯化物和氟化物。
大气中常见的卤代烃以甲烷的衍生物,如甲基氯(CH3Cl)、甲基溴(CH3Br)和甲基碘(CH3I)。
它们主要由天然过程产生,主要来自于海洋。
CH3Cl和CH3Br在对流层大气中,可以和HO自由基反应。
而CH3I在对流层大气中,主要是在太阳光作用下发生光解,产生原子碘(I)。
许多卤代烃是重要的化学溶剂,也是有机合成工业的重要原料和中间体,如三氯甲烷(CHCl3)、三氯乙烷(CH3CCl3)、四氯化碳(CCl4)和氯乙烯(C2H3Cl)等均可通过生产和使用过程挥发进入大气,成为大气中常见的污染物。
它们主要是来自于人为源。
在对流层中,三氯甲烷和氯乙烯等可通过与HO自由基反应,转化为HCl,然后经降水而被去除。
氟氯烃类中较受关注的是一氟三氯甲烷(CFC-11或F-11)和二氟二氯甲烷(CFC-12或F-12)。
它们可以用做致冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。
大气中的氟氯烃类主要是通过它们的生产和使用过程进入大气的。
由人类活动排放到对流层大气中的氟氯烃类化合物,不易在对流层被去除,它们在对流层的停留时间较长,最可能的消除途径就是扩散进入平流层。
4影响大气中污染物迁移的主要因素是什么?
1)风和大气湍流的影响:
风可使污染物向下风向扩散湍流可使污染物向各个方向扩散浓度梯度可使污染物发生质量扩散其中风和湍流起主导作用。
2)天气形势和地理形势的影响
天气形势是指大范围气压分布的状况。
①逆温现象,如:
高压区形成下沉逆温加重局部污染。
②地理地势——局地环流、海陆风:
白天——海风:
(海上吹向大陆),夜间——陆风:
(陆地吹向海洋)、城郊风:
热岛效应,形成烟幕,导致市区大气污染加剧、山谷风:
白天——谷风(沿山坡的上升气流),夜间——山风(山坡上的冷空气沿坡下滑),山谷风转换时往往造成严重的空气污染。
总:
风和大气湍流越强污染源排出的污染物越易散开降低局部污染。
而逆温和局地环流加重了局部污染
5大气中有哪些重要的吸光物质?
其吸光特征是什么?
6.太阳发射光谱和地面测得的太阳光谱有何不同?
为什么?
太阳辐射的光谱包括红外线、可见光和紫外线等,其经过大气层被削弱了约一半,其中紫外线和红外线被极大的削弱所剩无几,但可见光却几乎都能到达地表,其比重也由47%上升到92%。
即光谱分布就不同了。
7.大气中有哪些重要的自由基?
其来源如何?
大气中存在的重要自由基有HO、HO2、R(烷基)、RO(烷氧基)和RO2(过氧烷基)等。
它们的来源如下:
(1)HO来源
对于清洁大气而言,O3的光离解是大气中HO的重要来源:
对于污染大气,如有HNO2和H2O2存在,它们的光离解也可产生HO:
其中HNO2的光离解是大气中HO的重要来源。
(2)HO2的来源
大气中HO2主要来源于醛的光解,尤其是甲醛的光解:
任何光解过程只要有H或HCO自由基生成,它们都可与空气中的O2结合而导致生成HO2。
亚硝酸酯和H2O2的光解也可导致生成HO2:
如体系中有CO存在:
(3)R的来源
大气中存在量最多的烷基是甲基,它的主要来源是乙醛和丙酮的光解:
这两个反应除生成CH3外,还生成两个羰基自由基HCO和CH3CO。
O和HO与烃类发生H摘除反应时也可生成烷基自由基:
(4)RO的来源
大气中甲氧基主要来源于甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解:
(5)RO2的来源
大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的O2结合而形成的:
8.大气中有哪些重要的含氮化合物?
说明它们的天然来源和人为来源及对环境的污染
9.叙述大气中NO转化为NO2的各种途径
10.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应?
甲烷、石油烃、萜类和芳香烃等都是大气中重要的碳氢化合物。
它们可参与许多光化学反应过程。
(1)烷烃的反应:
与HO、O发生H摘除反应,生成R氧化成RO2与NO反应
RH+OH→R+H2O
RH+O→R+HO
R+O2→RO2
RO2+NO→RO+NO2
(2)烯烃的反应:
与OH主要发生加成、脱氢或形成二元自由基
加成:
RCH=CH2+OH→RCH(OH)CH2
RCH(OH)CH2+O2→RCH(OH)CH2O2
RCH(OH)CH2O2+NO→RCH(OH)CH2O+NO2
脱氢:
RCH=CH2+HO→RCHCH2+H2O
生成二元自由基:
二元自由基能量很高,可进一步分解为两个自由基以及一些稳定产物。
另外,它可氧化NO和SO2等:
R1R2COO+NO→R1R2CO+NO2
R1R2COO+SO2→R1R2CO+SO3
(3)环烃的氧化:
以环己烷为例
(4)芳香烃的氧化
(a)单环芳烃:
主要是与HO发生加成反应和氢原子摘除反应。
生成的自由基可与NO2反应,生成硝基甲苯:
加成反应生成的自由基也可与O2作用,经氢原子摘除反应,生成HO2和甲酚:
生成过氧自由基:
(b)多环芳烃:
蒽的氧化可转变为相应的醌
它可转变为相应的醌:
(5)醚、醇、酮、醛的反应
它们在大气中的反应主要是与HO发生氢原子摘除反应:
CH3OCH3+HO→CH3OCH2+H2O
CH3CH2OH+HO→CH3CHOH+H2O
CH3COCH3+HO→CH3COCH2+H2O
CH3CHO+HO→CH3CO+H2O
上述四种反应所生成的自由基在有O2存在下均可生成过氧自由基,与RO2有相类似的氧化作用。
11.碳氢化合物参与的光化学反应对各种自由基的形成有什么贡献?
OH+RH—H2O+R
M+R+O2-RO2+M
RO2+NO-RO+NO2
RO2+O2-HO2+羰基化合物
RH为碳氢化合物
12.说明光化学烟雾现象,解释污染物与产物的日变化曲线,并说明光化学烟雾产物的性质与特征
1)光化学烟雾:
含有氮氧化物和碳氢化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。
)光化学烟雾的形成条件:
大气中有氮氧化物和碳氢化合物存在.气温较高有强的阳光照射。
这样样在大气中就会发生一系列复杂的反应、生成一些二次污染物,如O3、醛、PAN
这便形成了光化学污染,也称为光化学烟雾。
2)光化学烟雾在白天生成,傍晚消失。
污染高峰出现在中午或稍后
烃和NO的最大值发生在早晨交通繁忙时刻,这时NO2浓度很低。
随着太阳辐射的增强,NO2、O3的浓度迅速增大,中午时已达到较高浓度,它们的峰值通常比NO峰值晚出现4-5h。
由此可以推断NO2、O3和醛是在日光照射下由大气光化学反应而产生的,属于二次污染物。
早晨由汽车排放出来的尾气是产生这些光化学反应的直接原因。
傍晚交通繁忙时刻,虽然仍有较多汽车尾气排放,但由于日光已较弱,不足以引起光化学反应,因而不能产生光化学烟雾现象。
3)产物性质特征:
在R及RCO·
寿命期内可使多个no转化为no2.这种自由基传递过程提供了使no向no2转化的条件,而no2既起链引发作用,又起链终止作用,最终胜出pan,hno3和硝酸酯等稳定产物
13.说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。
光化学烟雾形成过程是由多种自由基参与的
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