《环境化学》复习422重点Word文档格式.docx
- 文档编号:17255999
- 上传时间:2022-11-29
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:223.78KB
《环境化学》复习422重点Word文档格式.docx
《《环境化学》复习422重点Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《环境化学》复习422重点Word文档格式.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
④硫氧化物(主要指SO2等,用SOx表示);
⑤碳氢化合物(通常包括烷烃、烯烃、芳烃等有机物);
⑥卤化物(主要指氟化氢、氯化氢、氟利昂等)。
⏹污染物的大气化学
*光化学烟雾
光化学烟雾是指各种生产设备(特别是汽车)排出废气中的碳氢化合物和氮氧化合物等一次污染物,在强烈光照(及合适的气象、地理环境)特定条件下,通过一系列复杂的光化学反应生成新的二次污染物,而形成的一种特殊烟雾现象。
**发生光化学反应的必要条件
1.发生光化学反应,首先要有能吸光的物质,不是所有物质具有吸光性能。
在对流层中,大气的基本组分及污染物中NO2、SO2等是吸光物质,N2、H2O、CO、CO2等是不吸光物质。
2.发生光化学反应,还必需有能被反应物分子吸收的光源。
因为特定物质的分子,只能吸收特定波长的光。
⏹**对流层中的光化学反应——光化学烟雾的形成
⏹***自由基与光化(链式)反应
⏹***自由基(radical)的分类与命名
1.theunpaired[single]eletronexistsinthecarbonatomoftheradical
ChineseName
Name
Symbol
烷基(自由基)
alkyl
R·
酰基(自由基)
acyl
羟烷基(自由基)
hydroxyalkyl
HO-R·
2.theunpairedeletronexistsintheoxygenatomoftheradical
烷氧基(自由基)
oxyalkyl
RO·
过氧烷基(自由基)
peroxy(-)alkyl
ROO·
羟基或氢氧基(自由基)
hydroxy(l)
HO·
过氧羟基(自由基)
peroxy(-)hydroxy(l)
HOO·
酰氧基(自由基)
acyloxy
R-COO·
过氧酰基(自由基)
peroxy(-)acyl
R-COOO·
***Example:
⏹***光化学反应与光化学烟雾形成的机理
(一)****光化学反应的普遍性规律
(二)***光化学烟雾的形成
其中关键性反应是:
1NO2的光解导致O3的生成;
2生成了具有活性的自由基,如HO、HO2、RO2等;
HO2和RO2等促进了NO向NO2转化,提供了更多的生成O3的NO2源。
***光化学烟雾形成的主要机制(简化)
可概括用如下反应来描述:
一、引发:
⏹*光化学烟雾的控制对策
(1)控制反应活性高的有机物的排放
(2)控制臭氧的浓度
(3)抑制自由基(施放抑制剂如DEHA:
diethylhydroxylamine)
(C2H5)2NOH+HO→H2O+(C2H5)2NO
**酸雨
由于大气中含有大量的CO2,故正常雨水本身略帶酸性,pH值约为5.6,因此一般是以雨水中的pH值小于5.6称为酸雨。
**温室气体和温室效应
♦二氧化碳的重要性:
强烈吸收由地球返回外空间的红外辐射;
单向过滤器;
♦温室效应(greenhouseeffect):
♦二氧化碳的来源:
矿物燃料的燃烧;
由于植被的减少,降低了植物对二氧化碳的吸收作用
♦其他可产生温室效应的气体:
甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、氟氯烃、四氯化碳等。
每种物质的吸热能力不同。
**臭氧层的形成与耗损
♦臭氧层:
平流层,距地面10-50公里范围内,浓度峰值在20-25公里处。
♦作用:
吸收99%以上来自太阳的紫外辐射。
♦受到人为活动干扰、破坏:
超音速飞机、致冷剂、喷雾剂的广泛应用。
***臭氧层形成与耗损的化学反应:
形成:
3O2+hν→2O3
耗损:
1)光解:
O3+hν→O2+O
2)形成的逆反应:
O3+O→2O2(被各种物质引起破坏的共同特征)
上述生成和耗损过程同时存在,正常情况下处于动态平衡。
但由于水蒸气、氮氧化物、氟氯烃等污染物进入平流层,它们能加速臭氧耗损过程,破坏臭氧层的稳定状态。
***氮氧化物的来源及破坏机理
♦来源:
N2O的分解
N2O+O→2NO
NO+O3→NO2+O2
♦破坏机理:
NO+O3→NO2+O2
NO2+O→NO+O2
总反应:
O3+O→2O2
***氢氧自由基的来源及破坏机理
H2O+O→2HO
CH4+O→CH3+HO
H2+O→H+HO
HO+O3→HO2+O2
HO2+O→HO+O2
***ClOx的来源及破坏机理
天然:
海洋生物产生的CH3Cl
CH3Cl+hν→CH3+Cl
人为:
致冷剂
CFCl3+hν→CFCl2+Cl
CF2Cl2+hν→CF2Cl+Cl
Cl+O3→ClO+O2
ClO+O→Cl+O2
O3+O→2O2
第三章水环境化学
*水质污染:
分化学型污染、物理型污染、生物型污染。
**水体污染物的转归
系指污染物在水环境中空间位置的移动和存在形态的变化。
前者表现为量的变化,后者则是质的转化,而且此两种变化常常是互相渗透的。
其具体形式有如下几种
:
(一)迁移
(归)
系指污染物从一点转移到另一点、从一种介质转移到另一介质中的过程。
它包括污染物随水流机械迁移的过程,在重力作用下的沉降过程,污染物被固体颗粒物和胶体物的吸附和凝聚过程,及通过水生生物的吸收、代谢、死亡以及食物链的传递过程。
(二)转化
(转)
主要是指污染物在水环境中所发生的物理、化学、光转化和生物学作用。
1)物理转化
可通过蒸发、渗透、凝聚、吸附以及放射性元素的蜕变等来实现。
2)化学转化
在水环境中比物理转化更为普遍,其过程主要指污染物通过水解、络合、氧化和还原等作用发生分解与转化。
水解可能是有机物(如卤代烃、磷酸酯、氨基甲酸酯等)在水环境中最重要的一种反应,但对于某些有机官能团(如烷烃、多环芳烃等)则是难于水解的。
3)光转化
是指有机化合物在水环境中吸收了阳光辐射波长大于290nm的光能而发生的分解过程。
4)生物转化
主要是指水环境中的污染物通过微生物的参与或是通过生物的代谢作用而实现的。
水环境中的微生物对有机污染物的生物降解起着关键性的作用。
不论是简单的有机物如单糖类,或复杂的有机物如纤维素、木质素,也不论是天然的有机物如石油,或人工新合成的化工产品如农药等,均可在不同条件下为不同微生物所利用、降解以及彻底分解成最简单的无机物。
⏹****胶态有机物的聚集分离(至4.沉淀物网捕机理)
⏹凝聚[凝结](coagulation)
──在胶粒间存在着由范德华力引起的相互吸引作用,也存在着彼此趋近时因双电层发生重叠而引起的排斥作用,由于前一种力较弱而后一种力较强,所以胶粒在常态下不易聚集。
在向胶体溶液加入某种电解质后,可将反离子驱入双电层内,引起双电层压缩和ξ电位降低,从而也减弱了胶粒间的斥力,使粒子得以互相靠拢,范德华力进一步增强,最后达到粒子互相聚集成大粒子的结果,这样的过程就是凝聚。
⏹絮凝(flocculation)
──借助于外来的架桥物质(大多是高分子聚合电解质,如天然的淀粉、多糖、蛋白质和人工合成的聚丙烯酸胺类化合物等)使胶粒聚集的过程。
絮凝后的粒子间结合较为松散。
⏹聚集[俗称混凝]
凝聚(Coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程;
絮凝(Flocculation)则指胶体脱稳后(或由于高分子物质的吸附架桥作用)聚结成大颗粒絮体的过程;
聚集则包括凝聚与絮凝两种过程。
⏹胶体的双电层结构
通常将胶核与吸附层合在一起称胶粒,胶粒再与扩散层组成胶团。
由于胶核表面所吸附的离子总比吸附层里的反离子多,所以胶粒是带电的,而胶团是电中性的。
胶核表面(固液界面)上的离子和反离子之间形成的电位称总电位,即
电位,而胶核在滑动时所具有的电位(在滑动面上)是ξ电位。
胶体的双电层与ξ电位如图1-2所示。
总电位测不出来,也没有实用意义,而ξ电位可由电泳或电渗速度计算出来,在水处理的研究中ξ电位具有重要的意义。
⏹胶团的结构
例1.三氯化铁水解而得
◆胶体的稳定性源于:
(l)胶体的动力稳定性
(2)胶体的带电稳定性(3)溶剂化作用
◆不同电解质的凝聚能力:
高价>
低价
混凝[即聚集]机理
◆1.双电层压缩机理
当两个胶粒互相接近时,由于扩散层厚度减小,ξ电位降低,因此它们互相排斥的力就减小了,也就是溶液中离子浓度高的胶粒间斥力比离子浓度低的要小。
胶粒间的吸力不受水相组成的影响,但由于扩散层减薄,它们相撞时的距离就减小了,这样相互间的吸力就大了。
由图2-1(b)、(c)可见其排斥与吸引的合力由斥力为主变成以吸力为主(排斥势能消失了),胶粒得以迅速凝聚。
◆2.吸附电中和作用机理
是指由于胶粒表面对离子等异号电荷有强烈的吸附作用,中和了胶粒表面的部分电荷,减少了静电斥力,因而容易与其他颗粒接近聚沉。
例如,用Na+与十二烷基铵离子(C12H25NH3+)去除带负电荷的碘化银溶液造成的浊度,可发现Na+过量投加不会造成胶粒再稳,而有机胺离子则不然,超过一定投量时能使胶粒发生再稳现象,说明胶粒吸附了过多的有机胺反离子,使原来带的负电荷转变成带正电荷。
◆3.吸附架桥作用机理
当高聚合物与胶粒接触时,基团能与胶粒表面产生特殊的反应而互相吸附,而高聚合物分子的其余部分则伸展在溶液中可以与另一个表面有空位的胶粒吸附,这样聚合物就起了架桥连接的作用,从而使胶粒凝聚为大的絮凝体。
采用这个机理可解释非离子型或带同电号的离子型高分子絮凝剂能得到好的絮凝效果的现象。
◆4.沉淀物网捕机理
当金属盐(如硫酸铝或氯化铁)或金属氧化物(如石灰)作凝聚剂时,当投加量大得足以迅速生成沉淀物(如金属氢氧化物Al(OH)3,Fe(OH)3,Mg(OH)2或金属碳酸盐CaCO3)时,水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕。
⏹****絮凝剂[混凝剂]的基本性质
(1)铝盐的水解过程
1)水解反应:
铝盐投加水中,铝离子不是以Al3+存在,而是主要以[Al(H2O)6]3+(当pH值<
3时),即水合铝络合离子状态存在。
当pH值>
3时,随着pH值升高,水合铝络离子就会发生配位水分子离解(即水解过程),生成各种羟基铝离子;
pH值再升高,水解逐级进行,从单核单羟基水解成单核三羟基。
这个过程反应如下:
2)缩聚反应:
除了水解反应外,溶液中还存在竞争反应―缩聚反应。
当pH值>4时,羟基铝离子增加,各离子的羟基之间可发生架桥连接(羟基架桥)产生多核羟基络合物,也即高分子缩聚反应,例如:
生成物[Al2(OH)2(H2O)8]4+还可进一步被羟基架桥生成[Al3(OH)4(H2O)10]5+。
与此同时,生成的多核聚合物还会继续水解。
所以水解与缩聚两种反应交错进行,最终产生聚合度极大的中性氢氧化铝。
(2)铝盐和铁盐的混凝特性
铝盐和铁盐的水解产物兼有凝聚与絮凝作用的特性,归纳起来,在水处理混凝过程中投加铝盐与铁盐后就发生金属离子水解和聚合反应过程。
此时,水中胶粒能强烈吸附水解与聚合反应的各种产物。
被吸附的带正电荷的多核络离子能够压缩双电层、降低ξ电位,使胶粒间最大排斥势能降低,从而使胶粒脱稳,这些都属凝聚作用。
但如一个多核聚合物为两个或两个以上的胶粒所共同吸附,则这个聚合物就能将两个或多个胶粒粘结架桥,这些属于絮凝作用,絮凝作用的扩大就逐步形成絮凝体(也称矾花),从而完成整个混凝过程。
在整个过程中,凝聚作用几乎在瞬间完成,所以当混凝剂投入水中后就需激烈搅拌以便带电聚合物能迅速与全部胶体颗粒接触(所谓快速混合),以后脱稳胶粒相互粘结,同时高聚合物的吸附架桥作用也进行着,混凝剂最终形成的聚合度很大的多核羟基络合物将使混凝过程加速,絮凝体由小变大,这时为使其便于长大且又不致破碎,就要求搅拌强度从大至小逐渐减弱,这就是水处理中絮凝反应工艺对水力条件的要求。
****从铝盐的混凝特性出发,简述铝盐的净水过程及操作要领(写出相关的反应式)。
答:
在水处理混凝过程中投加铝盐后就发生金属离子水解和聚合反应过程。
相关的反应为:
水解反应:
缩聚反应:
被吸附的带正电荷的多核络离子能够压缩双电层、降低ξ电位,使胶粒间最大排斥势能降低,从而使胶粒脱稳(凝聚作用)。
随后一个多核聚合铝可为两个或多个胶粒粘结架桥,在此絮凝作用下逐步形成絮凝体(矾花),从而完成整个混凝过程。
在整个过程中,凝聚作用几乎瞬间完成,所以当铝盐投入水中后就需激烈搅拌以便能迅速与全部胶体颗粒接触,以后脱稳胶粒相互粘结,同时多核羟基铝的聚合反应与其与胶体的吸附架桥作用也进行着,最终形成的聚合度很大的多核羟基聚合铝将使混凝过程加速,絮凝体由小变大,这时为使其便于长大且又不致破碎,就要求搅拌强度从大至小逐渐减弱。
⏹**有机高分子混凝剂
根据所带电荷的情况,高分子絮凝剂可分为阳离子型、阴离子型和非离子型三大类。
第四章土壤环境化学
**土壤圈的基本特征
土壤圈就是岩石圈最外面一层的疏松部分,其最显著的特征,一是它能够提供植物生长所需的营养条件(水分和养分)和环境条件(温度和透气);
二是其内部有生物栖息。
(1)土壤的组成
1)成分土壤是矿物质、有机质和活的有机体以及水分和空气等的混合体。
按重量计,矿物质占到固相部分(土壤干重)的90~95%或更多,有机质约占1~10%
2)土壤质地土壤中的固体颗粒的粒度级配或粒度组合称为土壤的机械组成,又称土壤质地。
根据土壤的机械组成可对土壤进行分类。
我国的土壤质地分类为砂土、壤土和粘土三个级别。
土壤的质地是影响土壤肥力高低、可耕性好坏以及污染物容量大小的基本因素之一。
***土壤的胶体性质与吸附性、酸碱性
1、土壤胶体的类型和基本性质
土壤胶体的基本性质:
土壤胶体如粘粒、腐殖酸分子等不仅有巨大的表面积,而且由于粘粒矿物的层状结构和腐殖质的网状多孔结构还有很大的内表面积。
土壤胶体的具有带电性,其电荷根据稳定性可分为永久电荷和可变电荷。
胶体一般以两种状态存在,一种是均匀地分散在水等介质中,称为溶胶,另一种是在相互凝结聚合在一起,称为凝胶。
2、土壤的吸附性
土壤胶体不仅表面积很大,而且带有大量电荷,因而具有强大的吸附能力。
2.1吸附的分类
1)按吸附的机理和作用力的性质可将土壤的吸附性能分为机械吸附、物理吸附、化学吸附、物理化学吸附和生物吸附5种类型;
(其中,物理化学吸附是指土壤溶液中的离子通过静电引力吸附在胶体微粒的表面上,被吸附的离子可以被其它的离子替代而重新进入土壤溶液中的现象。
)
2)按照吸附的离子种类可分为阳离子吸附和阴离子吸附。
阳离子吸附:
土壤胶体一般都带负电,所以吸附的离子主要是阳离子。
当土壤胶体吸附的阳离子都为盐基离子时,土壤呈盐基饱和状态,这种土壤称为盐基饱和土壤。
如果土壤胶体所吸附的阳离子部分为盐基离子,部分为H+和Al3+时,这种土壤胶体呈盐基不饱和状态,称为盐基不饱和土壤。
阴离子吸附:
土壤胶体一般带负电,但两性胶体如含水氧化铝、铁在土壤pH较低时,也会带正电荷从而吸附阴离子。
2.3土壤离子交换作用的特点
交换反应是可逆的,交换反应是等当量进行的,交换反应受质量作用定律的支配。
土壤的离子吸附作用是指土壤胶体颗粒通过把溶液中的离子吸附在胶体微粒的表面上的作用,具体来说是在扩散层,分为阳离子吸附和阴离子吸附
土壤的离子交换作用是指土壤溶液中的离子将胶体上吸附的离子代换下来的作用,分为阳离子和阴离子交换作用,主要是阳离子交换作用。
3、土壤的酸碱性
3.1土壤酸的类型和性质土壤呈酸性一方面与土壤溶液中的H+浓度有关,而主要取决于土壤胶体上吸附的致酸离子数量。
因此土壤酸可分为两种:
活性酸和潜在酸。
活性酸是指土壤溶液中存在的氢离子,其大小一般都用氢离子浓度或活度的负对数来表示,即pH值来表示。
潜在酸是指土壤胶体上吸附的H+和Al3+,这些致酸离子只有在通过离子的交换作用进入土壤溶液时,才显出酸性,是土壤酸性的潜在来源,一般用交换性[或水解性]酸度表示。
3.2土壤的缓冲作用土壤的缓冲作用是指土壤对酸碱物质加入的抵抗能力,即向土壤中加入少量的酸碱物质,其pH值并不发生明显的变化。
土壤之所以具有缓冲能力,一是由于土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸、有机酸等弱酸及其盐类,二是由于土壤胶体上离子的吸附与交换作用,土壤胶体上吸附的盐基离子能通过交换作用被解吸,从而对进入土壤中的酸性离子起中和作用;
而胶体上吸附的H+和Al3+离子又对碱性物质起缓冲作用。
一般把土壤溶液改变一个pH单位所需要的酸量或碱量,叫做土壤的缓冲容量,可用酸碱滴定方法来测定。
**主要的农药类型人工合成的化学农药,按化学组成可以分为有机氯、有机磷、有机汞、有机砷、氨基甲酸酯类等制剂;
按药用功能分除了上述药剂外,还包括除草剂(除莠剂)。
1、有机氯类农药该类农药大部分是含有一个或几个苯环的氯素衍生物。
最主要的品种是DDT和六六六。
有机氯类农药的特点是:
化学性质稳定,在环境中残留时间长,短期内不易分解,易溶于脂肪中,并在脂肪中蓄积,长期使用是造成环境污染的最主要农药类型。
目前许多国家都已禁止使用,我国已于1985年全部禁止生产和使用。
2、有机磷类农药含磷,有的还含硫、氮元素,其大部分是磷酸酯类或酰胺类化合物。
一般剧毒,但较易分解,在环境中残留时间短,在动植物体内,因受酶的作用,磷酸酯进行分解不易蓄积,因此常被认为是较安全的一种农药。
但有机磷农药对昆虫哺乳类动物均可呈现毒性,破坏神经细胞分泌乙酰胆碱,阻碍刺激的传送机能等生理作用,使之致死。
所以,在短期内有机磷类农药的环境污染毒性仍是不可忽视的。
3、氨基甲酸酯类农药该类农药均具有苯基-N-烷基甲酸酯的结构,它与有机磷农药一样,具有抗胆碱酯酶作用,中毒症状也相同,但中毒机理有差别。
在环境中易分解,在动物体内也能迅速代谢,而代谢产物的毒性多数低于本身毒性,因此属于低残留的农药。
4、除草剂(除莠剂)除草剂具有选择性,只能杀伤杂草,而不伤害作物。
最常用的除草剂有些能除灭许多阔叶草,但对许多狭叶草则无害,是一种调解物质;
有的则是非选择性的对药剂接触到的植物都可杀死,如五氯酸钠。
有的品种只对药剂接触到的部分发生作用,药剂在植物体内不转移,不传导。
大多数除草剂在环境中会被逐渐分解,对哺乳动物的生化过程无干扰,对人、畜毒性不大,也未发现在人畜体内累积。
***土壤中农药的迁移转化────土壤对农药的吸附
土壤是一个由无机胶体、有机胶体以及有机-无机胶体所组成的胶体体系,其具有较强的吸附性能。
在酸性土壤下,土壤胶体带正电荷,在碱性条件下,则带负电荷。
进入土壤的化学农药可以通过物理吸附、化学吸附、氢键结合和配位价键结合等形式吸附在土壤颗粒表面。
农药被土壤吸附后,移动性和生理毒性随之发生变化。
所以土壤对农药的吸附作用,在某种意义上就是土壤对农药的净化。
但这种净化作用是有限度的,土壤胶体的种类和数量,胶体的阳离子组成,化学农药的物质成分和性质等都直接药性到土壤对农药的吸附能力,吸附能力越强,农药在土壤中的有效行越低,则净化效果越好。
影响土壤吸附能力的主要因素有:
1)土壤胶体;
2)胶体的阳离子组成;
3)农药性质;
4)土壤pH
第五章生物体内污染物质的运动过程及毒性
生物转运
**一、生物转运的概念外来化合物在机体的吸收、分布和代谢过程,统称为生物转运。
***二、生物转运机理
外来化合物在体内的生物转运主要通过下列机理(即物质通过生物膜的方式):
㈠简单扩散(即被动扩散)
外来化合物在体内的扩散是依其浓度梯度差决定物质的扩散方向,即由生物膜的分子浓度较高的一侧向浓度较低的一侧扩散,当两侧达到动态平衡时,扩散即中止。
简单扩散过程,不需要消耗能量,外来化合物与膜不发生化学反应,生物膜不具有主动性,只相当于物理过程,故称为简单扩散。
简单扩散是外来化合物在体内生物转运的主要机理。
一般,脂/水分配系数越大,分子越小,或在体液pH条件下解离越少的物质,扩散系数越大,越容易扩散通过生物膜。
㈡(膜孔)滤过
滤过是外来化合物透过生物膜上亲水性孔道的过程。
大量的水可借助渗透压梯度和液体静压作用通过孔道进入细胞。
外来化合物可以水作为载体,随之而被动转运。
㈢主动转运
外来化合物透过生物膜由低浓度处向高浓度处移动的过程。
其主要特点是:
①可逆浓度梯度转运,故消耗一定的代谢能量;
②转运过程需要载体参加。
载体往往是生物膜上的蛋白质;
③载体既然是生物膜的组成成分,所以有一定的容量;
当化合物浓度达到一定程度时,载体可以饱和,转运即达到极限;
④主动转运有一定的选择性;
⑤如果两种化合物基本结构相似,在生物转运过程中又需要同一转运系统,两种化合物之间可出现竞争,并产生竞争抑制。
㈣被动易化扩散(也称为载体扩散或促进扩散)
不易溶于脂质的外来化合物,利用载体由高浓度向低浓度处移动的过程。
由于不能逆浓度递度由低浓度处向高浓度处移动,所以不消耗代谢能量。
由于利用载体,生物膜具有一定主动性或选择性,但又不能逆浓度梯度,故又属于扩散性质,也可称为被动易化扩散或促进扩散。
水溶性葡萄糖由胃肠道进入血液、由血浆进入红细胞并由血液进入神经组织都是通过载体扩散。
㈤胞饮和吞噬
液体或固体外来化合物被伸出的生物膜包围,然后将被包围的液滴或较大颗粒并入细胞内,达到转运的目的,前者称为胞饮,后者称为吞噬。
机体内外来异物的消除,例如白细胞吞噬微生物,肝脏网状内皮细胞对有毒异物的消除
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 环境化学 环境 化学 复习 422 重点
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)