中科院环境化学考研资料总结.docx

中科院环境化学考研资料总结.docx

《中科院环境化学考研资料总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中科院环境化学考研资料总结.docx（56页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

中科院环境化学考研资料总结

环境化学考研

第一章绪论

环境污染：

由于人为因素使环境的组成和状态发生转变，环境素养下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和正常条件

1972年瑞典斯德哥尔摩会议《人类环境宣言》污染问题+资源枯竭问题

1987年4月《咱们一起的以后》将经济进展与环境爱惜结合起来

1992年6月巴西里约召开《里约环境与进展宣言》《21世纪议程》环境爱惜和经济社会和谐进展

环境科学要紧运用自然科学和社会科学有关学科的理论、技术和方式来研究环境问题

环境化学在化学科学的传统理论和方式的基础上进展起来的是以化学物质在环境中显现而引发的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科

要紧研究有害物质在环境介质中的存在、化学特点行为和效应及其操纵的化学原理和方式。

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转变机制；

（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，多种环境因素同时彼此作用，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）

地球环境系统自然环境系统（大气圈水圈岩石圈）

生态环境系统（生物圈）人类圈

地球化学循环：

内生的循环：

包括地球表面下的各类岩石

外生的循环：

包括地球表面上的水圈生物圈大气圈

交集：

沉积物土壤

环境污染物：

进入环境后使环境的正常组成和性质直接或间接有害于人类的转变的物质

环境污染物的分类：

大气水体土壤；气体液体固体；化学生物物理

环境污染物的来源：

工业（资源的过量开采、化学元素在生态系统超量循环、能源水资源消耗利用、生产进程中产生三废、数量大、成份复杂、毒性强）

农业（农药、化肥、农业机械等工业品）

交通运输（噪声、燃料燃烧产物、有毒有害物的泄漏、清洗扬尘、污水）

生活排放三废

化学污染物：

元素、无机物、有机化合物和烃类、金属有机和准金属有机化合物、含氧有机化合物、有机氮化物、有机卤化物、有机硫化物、有机磷化物

环境效应自然进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致使环境系统的结构和功能发生转变成为环境效应

环境物理效应：

噪声光污染电磁辐射污染地面沉降热岛效应温室效应

环境化学效应：

各类环境因素阻碍下物质发生化学反映产生的环境效应

环境生物效应：

环境因素转变致使生态系统变异而产生的后果即为环境生物效应

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发的富集分和消失的进程（机械迁移物理化学迁移生物迁移）

污染物的转化：

污染物在环境中通过物理化学或生物作用改变存在形态或转变成另一种物质的进程（化学转化物理转化生物转化）

第二章大气环境化学

大气组成氮气氧气氩二氧化碳水

大气分层：

对流层<10-16气温随海拔高度增加而降低、密度大、空气具有强烈的对流运动

平流层10-16-5030-35千米以下温度转变不大30-35千米以上温度随海拔高度的升高而明显增加、大气稳固、空气没有对流运动、空气稀薄很少显现天气现象大气透明度高、在15-60千米范围内有20千米厚的臭氧层

中间层50-80温度随海拔升高迅速降低垂直运动相当强烈

热层80-500温度随海拔升高迅速升高空气出于电离状态

逃逸层>500

大气污染物人类活动（包括生产活动和生活活动）及自然界不断地向大气排放各类各样的物质这些物质在大气中会存在必然的时刻在大气中某种物质的含量超过正常水平而对人类和生态环境产生不良阻碍时就组成了大气污染物

一次污染物直接从污染源排放的污染物质一氧化碳二氧化硫一氧化氮

二次污染物由一次污染物通过化学反映行程的污染物质臭氧、硫酸盐颗粒物

SO2来源与排除人为来源：

含硫燃料燃烧

去路：

50%转化为硫酸或硫酸根50%通过干湿沉降从大气中排除

含硫化合物天然来源火山喷射海水浪花和生物活动

H2S来源：

动植物机体的腐臭COSCS2与HO·反映

去路：

HO·+H2S―>H2O+·SH

N2O底层大气中含量最高的含氮化合物土壤中的NO3—经细菌脱氮作用产生

NOX燃料燃烧最终转化为硝酸和硝酸盐经干湿沉降从大气中去除

燃料燃烧进程中阻碍NOX形成因素：

燃料温度、空燃比

富燃料空气与燃料组成的混合物中的空气的量少于化学计量的量

含碳化合物

CO人为源：

燃料不完全燃烧时产生

天然源：

甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物的排放、和丛林火灾和农业废弃物的燃烧

去除：

土壤吸收与HO·自由基的反映

危害：

阻碍体内氧气输送、令人体缺氧窒息、适量的CO可增进NO向NO2转化

增进臭氧的积存、可通过消耗HO·使甲烷积存而间接致使温室效应的发生

CO2人为源矿物燃料的燃烧进程

天然源：

海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸、和腐败作用和燃烧作用

危害：

进入海洋使海水变酸、进入生物圈、停留在大气圈

人为源产生的CO2阻碍最大的为大气圈本身表现为全世界气候的阻碍

排除：

对流层CH4+HO·―>CH3·+H2O

平流层CH4+Cl·―>CH3·+HCl

甲烷主若是厌氧细菌的发酵进程如沼泽、泥塘、湿冻土带、水稻田底部、家畜反刍白蚁的墓冢

非甲烷烃（NMHC）来源：

煤石油植物等

天然源：

植被最重要植物排放萜烯类化合物、其余为微生物、丛林火灾、动物排泄物和火山喷发

人为源：

汽油燃烧燃烧、溶剂蒸发、石油蒸发和运输损耗、废弃物提炼等

去除：

通过化学反映或转化为有机气溶胶去除最要紧反映与HO·自由基的反映

含卤素化合物：

高级的卤代烃以气溶胶的形式存在，含两个或两个以下碳原子的卤代烃要紧以气态形式存在

简单卤代烃甲烷衍生物CH3BrCH3I与HO·反映要紧来自于海洋CHCl3CH3Cl3CCl4要紧来自于人为源通过与HO·反映转化为HCl去除

氟氯烃类：

制冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂、消防灭火剂F11F12

排除对流层中很稳固难溶于水进入平流层

危害进入平流程后致使温室效应又能够破坏臭氧层

大气中污染物的迁移指由污染源排放出来的污染物由于空气的运动使其传输和分散的进程

近地面层的逆温：

辐射逆温、平流逆温、融雪逆温、地形逆温

自由大气的逆温：

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互换。

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。

逆温现象常常发生在较低气层中，这时气层稳固性特强，关于大气中垂直运动的进展起着阻碍作用，对大气垂直流动形成庞大障碍，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。

气团的稳固性与密度层结和温度层结两个因素有关。

大气稳固度：

指大气的稳固程度或大气中某一高度上的奇快在垂直方向上相对稳固的程度

阻碍大气污染物迁移的因素：

风（海路风、城郊风、山谷风）湍流浓度梯度

污染物的转化污染物在大气中通过化学反映如光解、氧化还原、酸碱中和和聚合反映转化成无毒的物质或转化为毒性更大的物质

自由基：

游离基指由于共价键均裂而生成的带有未成对电子的碎片

光化学反映分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反映称光化学反映，

低级反映：

化学物种吸收光量子生成激发态物种随后激发态A发生如下反映：

辐射跃迁碰撞时或分解成新物种与其他分子作用生成新物种

次级反映指低级反映中反映物生成物之间进一步发生的反映

量子产率：

化学物种吸收光量子后所产生的光物理进程或光化学进程相对速度量子产率=i进程产生激发态分子数量/吸收光子数量

光化学第必然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发光离解反映。

第二，为使分子产生有效的光化学反映，光还必需被所作用的分子吸收，即分子对某特定波长的光要有特点吸收光谱，才能产生光化学反映。

光化学第二定律光被分子吸收的进程是单光子进程，由于电子激发态分子的寿命<10-8s，在如此短的时刻内，辐射强度比较弱的情形下，只可能单光子进程，再吸收第二个光子的概率很小。

大气中重要吸光物质的光解

O2+hv―>O·+O·λ<240nmN2+hv―>N·+N·λ<120nm

O·+O2+M―>O3+M平流层中O3的要紧来源O·要紧排除进程

O3+hv―>O·+O2λ<290nm

NO2+hv―>NO+O·λ<420nmO·+O2+M―>O3+M大气中唯一已知的O3的人为来源

HNO2+hv―>HO·+NO或H·+NO2200-400nm

HNO3+hv―>HO·+NO2120-335nm

SO2+hv―>SO2*240-400nm

HCHO+hv―>H·+HCO·或H2+CO240-360nmH·+O2―>HO2·醛类光解为HO2·重要来源之一

CH3X+hv―>CH3·+X·近紫外光

大气中重要自由基的来源

HO·来源清洁大气O3+hv——O·+O2O·+H2O——2HO·

污染大气HNO2+hv——HO·+NOH2O2+hv——2HO·

HO2·来源

醛基光解（以甲醛为主）H2CO+hv——H·+HCO·

H·+O2+M——HO2·+MHCO·+O2——HO2·+CO

亚硝酸脂光解CH3ONO+hv——CH3O·+NOCH3O·+O2——HO2·+H2CO

H2O2光解H2O2+hv——2HO·HO·+H2O2——HO2·+H2O

CO存在HO·+CO——CO2+H·H·+O2——HO2·

R·来源CH3CHO+hv——CH3·+HCO·CH3COCH3+hv——CH3·+CH3CO·

RH+O·——R·+HO·HO·+RH——R·+H2O

CH3O·来源CH3ONO+hv——CH3O·+NOCH3ONO2+hv——CH3O·+NO2

RO2·来源R·+O2——RO2·

NOX转化阳光照射含有NONO2的空气时NO2+hv——NO+O·O·+O2+M——O3+MO3+NO——NO2+O2

NO氧化O3RO2·HO2·

NO+O3——NO2+O2RO·+O2——R＇CHO+HO2·HO2·+NO——HO·+NO2

R·+O2——RO2·RO2·+NO——RO·+NO2

HO·+NO——HNO2RO·+NO——RONO

NO2转化NO2+HO·——HNO3NO2+O3——NO3+O2NO2+NO3——N2O5

PANCH3CHO+hv——CH3CO·+H·

CH3CO·+O2——CH3C（O）OO·CH3C（O）OO·+NO2——CH3C（O）OONO2

碳氢化合物的转化

烷烃RH+HO·——R·+H2ORH+O·——R·+HO·R·+O2——RO2·

RH+NO3——R·+HNO3夜间HNO3要紧来源

烯烃

CH2=CH2+HO·——·CH2CH2OHCH3CH2CH=CH2+HO·——·CH（CH3）CH=CH2+H2O

O3+CH2=CH2——·H2CO+H2·COO·

H2·COO·分解为CO2+H2CO+H2OCO2+2H·HCOOHCO2+2HO2·

环烃氧化

单环芳烃

多环芳烃

醚醇酮醛类似于R·CH3OCH3+HO·——CH3OCH2·+H2O

光化学烟雾含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物的大气在阳光照射下发生化学反映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形成的烟雾污染现象成为光化学烟雾为氧化烟雾

光化学烟雾特点烟雾呈蓝色、具有强氧化性、能使橡胶开裂、刺激人的眼睛、损害植物叶子、大气能见度降低

形成条件大气中有氮氧化物和碳氢化合物的存在、大气温度较低、有强的阳光照射

操纵计谋操纵反映活性高的有机物的排放、操纵臭氧浓度

光化学烟雾的机制

链引发NO2+hv→NO+O·O·+O2+M→O3+MO3+NO→NO2+O2

链增加（自由基传递图略）

RH·+HO·+O2→RO2·+H2O

RO2+NO+O2→NO2+R＇CHO+HO2·

RCHO+hv+2O2——RO2·+HO2·+CO

HO2·+NO——HO·+NO2RC（O）O2·+NO+O2——NO2+RO2·+CO2

链终止NO2+HO·——HNO3CH3C（O）OO·+NO2——CH3C（O）OONO2

CH3C（O）OONO2——CH3C（O）OO·+NO2

硫氧化物的转化及硫酸烟雾污染

SO2的气相转化SO2第一氧化成SO3，SO3被水吸收而生成硫酸，形成硫酸或硫酸烟雾，硫酸与大气中的氨根等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶

SO2的直接光氧化

SO2+hv（290-340nm）==1SO2SO2+hv（340-400nm）==3SO2

1SO2+M——3SO2+M3SO2+M——SO4——SO3+O·SO4+SO2——2SO3

SO2自由基氧化

HO·+SO2—M—HOSO2—O2—HO2·+SO3SO3+H2O——H2SO4

CH3CH·OO·——CH3CHOHO2·——HO·CH3O2·——CH3O·

CH3（CO）O2·——CH3（CO）O·

SO2被O氧化

NO2+hv——NO+O·O·+O2+M——O3+M

SO2+O·——SO3

SO2液相氧化

SO2+H2O————H++HSO3-——H++SO32-

O3对SO2氧化污染空气O3溶于大气中的水中

O3+SO2H2O——2H++SO42-+O2

HSO3-——HSO4-SO32-——SO42-

H2O2对SO2的氧化PH（0—8）酸性越强反映越快

HSO3-+H2O2——SO2OOH-+H2OSO2OOH-+H+——H2SO4

Mn（Ⅱ）催化氧化

Mn2++SO2——MnSO22+2MnSO22++O2——2MnSO32+MnSO32++H2O——Mn2++H2SO4

氧化途径298K下PH<5以H2O2为主PH>5以O3为主

硫酸烟雾要紧由于燃煤而排放出来的二氧化硫，颗粒物和由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象还原性烟雾

生成条件多发生在冬季气温较低湿度较高日光较弱的气象条件

酸性降水（湿沉降）指通过降水如雨雾冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面的进程

干沉降大气中酸性物质在气流的作用下直接迁移到地面的进程

酸沉降包括干沉降和湿沉降

降水PH饱和CO2与纯水的平稳

降水的化学组成包括大气中固定气体成份无机物（土壤衍生矿物离子、海洋盐类离子、气体转化物、人类排放源）有机物光化学反映产物不溶物（土壤粒子、燃烧排放尘粒中的不能溶于水部份）

降水的离子成份：

SO42-NO3-Cl-NH4+Ca2+H+（酸性降水中特有的HCO3-Na+K+Mg2+）酸指标SO42-碱指标NH4+Ca2+

降水中SO42-来源岩石矿物风化作用土壤中有机物动植物和废弃物的分解燃料燃烧排放出的颗粒物和二氧化硫

NOX来源NO3-部份来自于人为排放源排放的NOX和尘粒另一部份有空气放电产生的NOX

NH4+来源生物腐败及土壤海洋挥发等天然放射源排放的NH3

有机弱酸（甲酸乙酸）对降水酸度奉献为15-35%在偏远地域占要紧部份60%以上

金属元素主若是人为源产生城乡不同专门大

中和剂：

飞灰中氧化钙土壤中的碳酸钙天然源和人为源排放的NH3

阻碍酸雨形成的因素酸性污染物的排放及其转化条件（SO2排放量气温湿度）大气中的NH3（土壤中含氮肥料挥发风沙扬尘）颗粒物酸度及其缓冲能力（所含金属可催化SO2氧化对酸起中和作用）天气形式阻碍（气象和地形是不是有利于污染物的扩散）

酸雨危害：

酸雨能够直接使大片丛林死亡，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，迫害鱼类；加速建筑物和文物古迹的侵蚀和风化进程；可能危及人体健康。

操纵酸雨的全然方法是减少二氧化硫和氮氧化物的排放。

目前世界上减少二氧化硫排放量的要紧方法有：

一、原煤脱硫技术二、优先利用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。

3、改良燃煤技术，减少燃煤进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，

温室效应大气中的二氧化碳吸收了地面辐射出来的红外光能把能量截留在大气当中从而使得大气温度升高这种现象称为温室效应

温室气体能够引发温室效应的气体称为温室气体

温室效应的危害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。

为增强世界范围内温室气体的操纵，1997年12月世界一百四十多个国家和地域通过的京都议定书协议于05年2月16日正式生效。

CO2气体夏日低冬季高北半球受温室效应阻碍更为严峻高纬度高于低纬度

臭氧层的形成与破坏

臭氧层的形成

O2+hv——2O·O·+O3+M——O3+MO·+O3——2O2

人为活动的阻碍（平流层）

NOX来源N2O的氧化N2O来自于土壤硝酸盐脱氮和铵盐硝化、为NONO2的要紧天然来源

超音速和亚音速飞机的排放宇宙射线的分解

N2——2N·N·+O2——NO+O·N·+O3——NO+O2

NO+O3——NO2+O2NO2+O·——NO+O2平流层中上部

NO2——NO+O·O·+O2+M——O3+M底部

排除被下沉的气流带到对流层随降水排除、顶层紫外线作用下发生光解

HOX·40km以下HO2·40km以上H·HO·

来源甲烷水蒸气氢气和激发态原子氧的反映生成H·HO·

催化反映高平流层

H·+O3——·OH+O2·OH+O·——H·+O2

·OH+O3——HO2·+O2HO2·+O·——·OH+O2

低平流层

·OH+O3——HO2·+O2HO2·+O3——·OH+2O2

排除自由基复合反映

2HO2·——H2O2+O22·OH——H2O2·OH+HO2·——H2O+O2

与NOX反映

·OH+NO2+M——HONO2+M·OH+HONO2——H2O+NO

ClOX来源甲基氯光解（天然的海洋生物产生）CH3Cl——CH3+Cl·

氟氯甲烷光解CFCl3——·CFCl2+Cl·

氟氯甲烷与激发态氧原子反映O（1D）+CFnCl4-n——ClO·+CFnCl3-n

催化反映

Cl·+O3——ClO·+O2ClO·+O·——Cl·+O2

排除

Cl·+CH4——HCl+CH3·Cl·+HO2·——HCl+O2

彼此作用产生产物将基团贮存起来HONO2（HO·NO2）HO2NO2（HO2·NO2）

ClNO2（Cl·+NO2）N2O5（NO2+NO3）HOCl（HO2·+ClO·）

H2O2（HO2·+HO2·）HCl（Cl·+CH4）

臭氧空洞形成机理

（1）Cl·+O3——ClO·+O2ClO·+BrO·——Cl·+Br·+O2

Br·+O3——Br·+O2

（2）HO·+O3——HO2·+O2Cl·+O3——ClO·+O2

ClO·+HO2·——HOCl+O2

HOCl+hv——Cl·+HO·

（3）Cl·+O3——ClO·+O2ClO·+ClO·——Cl2O2

Cl2O2——Cl·+ClOO·ClOO·——Cl·+O2·

大气：

各类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。

大气颗粒物：

气溶胶体系中分散的各类粒子称为大气颗粒物（分散性、凝聚性、形成气溶胶性）。

来源:

天然源地面扬尘海浪溅出飞沫火山灰丛林火灾宇宙陨星尘植物的花粉孢子

人为来源：

煤烟飞灰工业生产进程中排放出来的原料或产品微粒汽车排放出来的化合物

排除：

干沉降指颗粒物在重力作用下沉降或与其他物体碰撞后发生沉降

湿沉降通过降雨降雪等是颗粒物从大气中去除的进程分雨除和冲洗两种机制

雨除指一些细颗粒物可作为形成云的凝结核成为云滴的中心冲洗是云下面降雨时，雨滴对颗粒物的惯性碰撞或扩散吸附使其出去的进程

粒度颗粒物离子直径的大小

总悬浮颗粒物用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所搜集到的颗粒物的总质量

飘尘可在大气中长期漂浮的悬浮物为飘尘PM10

降尘能用采样罐搜集到的大气颗粒物

可吸入粒子易于通过呼吸进程进入呼吸道的粒子PM10

三种形态爱根核模（Dp<）积聚模（2um）

颗粒物的表面性质：

成核作用、粘合、吸着

成核作用指过饱和蒸汽在颗粒物表面形成液滴的现象

黏合和凝聚粒子能够彼此像雾牢牢地黏合或在固体表面上黏合是小颗粒形成较大凝聚体并最终达到沉降粒径的进程

吸着：

气体或蒸汽吸附在颗粒物表面（Adsorption）。

无机颗粒物氯化钠粒子硫酸盐粒子含镁化合物

PAH由假设干个苯环彼此稠合在一路或是假设干个苯环和戊二烯稠合在一路的化合物

来源存在于燃料和植物中较高级的烷烃在高温下分解而行成

要紧来源土壤扬尘海洋气溶胶汽车尾气

危害为人类活动释放污染物的要紧载体携带有大量重金属和有机污染物可吸附在肺壁上并渗透进入组织深部

放射性核素衰变类型α衰变β衰变γ衰变电子俘获

来源：

陆动气体放射性核素、宇宙射线、核武器、核电站、燃料的排放物

第三章水环境化学

天然水中要紧例子K+Na+Ca2+Mg2+HCO3-NO3-Cl-SO42-

总含盐量（TDS）TDS=[K+Na+Ca2+Mg2+]+[HCO3-Cl-SO42-]

藻类的生成和分解106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+（+痕量元素和能量）——C106H263O110N16P+138O2

生产率水体生产生物体的能力限制因素P（有时CO2）

自养生物利用太阳能或化学能量把简单无生命的无机物元素引进复杂的生命分子中即组成生命体

异样生物利用自养生物产生的有机物作为能源及合称它自身生命的原始物质

水体富营养化在高生产率的水中藻类生产旺盛，死藻的分解引发水中溶解氧水平降低，这种情形通常被称为富营养化

生物所需的氮磷等营养物质大量进入湖泊河口海湾等缓流水体引发藻类及其它浮游生物迅速繁衍，水体溶解氧量下降，鱼类及其他生物大量死亡现象N/P小于10富营养现象N/P大于100贫营养湖泊

特点营养盐浓度普遍高叶绿素a含量相当高透明度地下BOD5大于CODMn浮游植物以蓝藻为主沉积物中氮磷浓度高

水体富营养化操纵方法：

1操纵外源性营养物质输入①制订营养物质排放标准和水质标准.②依照湖泊水环境磷容量,实施总量操纵.③实施截污工程或引排污染源④合理利用土地,最大限制地减少土壤侵蚀,水土流失与肥料流失.

2减少内源性营养物质负荷①生物性方法：

是指利用水生生物吸收利用氮,磷元素进行代谢活动这一自然进程达到去除水体中氮,磷营养物质目的的