高等环境化学期末复习题.docx
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高等环境化学期末复习题
高等环境化学期末复习题
一、名词解释
1环境污染:
因人为因素使环境质量下降并扰乱和破坏了生态系统和人们正常生产、生活的现象,称为环境污染。
2环境化学:
环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的一门科学。
3高等环境化学:
高等环境化学是一门从化学机理和控制原理方面来研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应的一门科学。
4化学有害物质:
化学有害物质包括废气、废水和固废等三废,如SO2、COD、SS、城市生活垃圾和污水处理池残余底泥等
5迁移:
环境污染物在环境中所产生的空间位移及其所引起的富集、分散、消失等过程均称为污染物的迁移(如沉淀、分解,吸附等物理过程)。
6转化(1-7后):
污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用使其形态或性质产生变化的过程称为污染物的转化(如化学反应,氧化还原生物降解化学过程等)。
7固氮、硝化、反硝化(1-33):
①固氮:
是将气态氮转化为离子形式;②硝化反应:
由氨根离子转化为硝酸盐;③反硝化:
由硝酸盐经亚硝酸盐转化为氮气的过程;
8二噁英(1-41):
二噁英(Dioxin),是由多氯二苯并二二噁英(PCDDs,75种异构体)和多氯二苯并呋喃(PCDFs,135种异构体)组成的210种异构体含氧杂环氯代芳烃类化合物。
9伦敦烟雾:
硫酸烟雾也称“伦敦烟雾”,于1952年12月英国伦敦首次发现,当时因家庭和工厂烟囱排放的大量SO2,加之地面低温(<4℃)潮湿多雾,上面出现逆温层使其聚积在低层大气中,难以扩散,形成很浓的硫酸烟雾,导致一个晚上窒息死亡600多人。
即50年代的著名伦敦烟雾事件。
10洛杉矶烟雾:
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的PAN、O3等强氧化性二次污染物,这种由一次污染物和二次污染物所形成的混合烟雾称为光化学烟雾。
1943年首次出现在美国洛杉矶,又称洛杉矶烟雾。
11大气稳定度:
空气受到垂直方向扰动后,大气层结(温度和湿度的垂直分布)使该空气团具有返回或远离原来平衡位置的趋势和程度。
12絮凝:
是在废水中加入高分子混凝药剂,高分子混凝药剂溶解后,会形成高分子聚合物。
这种高聚物的结构是线型结构,引异性电荷相吸作用,线的一端拉着一个微小粒子,另一端拉着另一个微小粒子,在相距较远两个粒子之间起着粘结架桥的作用,使得微粒逐渐变大,最终形成大颗粒的絮凝体(俗称矾花),加速颗粒沉降。
13凝聚:
在废水中投加带正离子的混凝药剂,大量正离子在胶体粒子(大部分胶粒带负电荷)之间的存在以消除胶体粒子之间的静电排斥,从而使微粒聚结,这种通过投加正离子电解质的方法,使得胶体微粒相互聚结的过程称为凝聚。
14混凝:
凝聚与絮凝结合在一起使用的过程为混凝过程。
15生物放大:
指在同一食物链上的高营养级生物,通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质,使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。
16生物积累:
指生物从周围环境(水、土壤、大气)和食物链蓄积某种元素或难降解物质,使其在有机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。
17生物富集:
指生物通过非吞食方式,从周围环境(水、土壤、大气)蓄积某种元素或难降解的物质,使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。
18致癌:
致癌指体细胞不受控制的生长
19致畸:
环境污染等因素干扰胚胎正常发育,导致先天性畸形的现象。
20致突变:
污染物或其他环境因素引起水生生物细胞发育非自然突然变化的现象。
21毒物:
凡进入人体后,干扰或破坏机体的正常生理功能,并引起暂时性或持久性的病理损害,甚至危及生命的物质均较为毒物。
大多数环境污染物都是毒物。
22环境修复:
指采取人为或自然过程,使环境介质中的污染物去除或无害化,使受污染场址恢复原有功能的技术。
二、简答题
1、环境化学的核心是什么,举出典型例子说明之。
答:
环境化学的核心是研究污染物在环境中的迁移和转化。
例:
电渡废水中大量存在有毒的Cr(VI),我们处理此类污水时,首先将此含Cr(VI)的污水导入反应釜,并向反应釜中加入Fe屑进行还原反应,还原反应完毕后通过加石灰水调pH=8(弱碱性),将还原反应后生成的Cr3+沉淀为Cr(OH)3↓,进行回收利用,最后达到去除水中有毒的Cr(VI)的目的。
这也是污染物迁移转化的典型例子。
2、环境主要污染物有哪些,各举出一典型例子说明之。
(1-21后)
答:
①重金属:
电渡废水中大量存在有毒的Cr(VI),我们处理此类污水时,首先将此含Cr(VI)的污水导入反应釜,并向反应釜中加入Fe屑进行还原反应,还原反应完毕后通过加石灰水调pH=8(弱碱性),将还原反应后生成的Cr3+沉淀为Cr(OH)3↓,进行回收利用,最后达到去除水中有毒的Cr(VI)的目的。
这也是污染物迁移转化的典型例子。
②营养元素:
水中的N、P、C、O和微量元素如Fe、Mn、Zn是湖泊等水体中生物的必需元素。
营养元素丰富的水体通过光合作用,产生大量的水生植物生命体。
③:
有机污染物:
如POPs,PCB等
3、简述处理工业电镀废水中铬的基本工艺路线和原理(1-25)
答:
电渡废水中大量存在有毒的Cr(VI),我们处理此类污水时,首先将此含Cr(VI)的污水导入反应釜,并向反应釜中加入Fe屑进行还原反应,还原反应完毕后通过加石灰水调pH=8(弱碱性),将还原反应后生成的Cr3+沉淀为Cr(OH)3↓,进行回收利用,最后达到去除水中有毒的Cr(VI)的目的。
这也是污染物迁移转化的典型例子。
4、简述水体富营养化定义机基本特征(1-29,3-52)
答:
水体富营养化(watereutrophication):
当水中营养物质C(CO2)、N(NO3-)、P(HPO42-、PO43-)及微量元素(如Fe)等大量存在时,会使水中藻类生物旺盛繁殖,当死藻在水中分解时需消耗大量水中溶解氧,使水体缺氧导致鱼类等水生物大量死亡,此现象称为水体富营养化。
水体富营养化5大特征:
①营养元素超标:
C(BOD=CO2)、N、P、Fe,都有可能成为制限因子;
②藻类疯长;
③藻类尸体分解引起水体溶氧下降,水体发臭;
④水生生物(尤其是鱼类)死亡;
⑤绿藻和硅藻变成蓝藻、藻毒素。
5、写出水体富营养化的总反应式,并简述该反应的重要意义(1-30)
答:
水体营养化3个等级:
TP<10mg/m3为贫营养;
TP=10~20mg/m3为中营养;
TP>20mg/m3或0.02mg/L为富营养。
106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H++(微量元素和能量)
P
=C106H263O110N16P+138O2,(P=photosynthesis,R=respiration,参考P-151)
R
这是世界上最大的化学反应,即植物的光化学反应或光合作用,也是无机变有机或
有机变无机的最大化学反应,也是碳循环和氧循环的典型例证,左边CO2是死藻在氧
的作用下呼出产生的,还有部分CO2是水底沉积还原物呼吸产生和大气吸入。
6、环境中最常见最大量的污染物是什么?
最毒的污染物是什么,并举一例说明之(1-41)
答:
环境中最常见最大量的污染物是有机污染物:
如有机卤化合物,迄今为止,PCBs和PCTs的产量超过100万吨,这些物质广泛用作蜡、打印用墨、油漆和颜料,以及电容器绝缘液、变压器散热剂、液压机液体、传热液体、润滑油、增塑剂、阻燃剂等。
这些物质在生产、储存时,尤其在处置地都能进入环境。
虽然PCBs和PCTs在很多国家已经禁止或严格限制生产和使用,但是它们在环境中仍然无处不在。
最毒的污染物是二噁英:
二噁英(Dioxin),是由多氯二苯并二二噁英(PCDDs,75种异构体)和多氯二苯并呋喃(PCDFs,135种异构体)组成的210种异构体含氧杂环氯代芳烃类化合物。
其中含有1-3个氯原子的被认为无明显毒性;含4-8个氯原子的有毒,而2,3,7,8-四氯代二苯-并-对二噁英(2,3,7,8-TCDD)是迄今为止人类已知的毒性最强的污染物,被国际癌症研究中心列为人类一级致癌物;其毒性是砒霜的900倍,氰化钾的1000倍,只要一盎司(28.35克),就可以杀死100万人。
因此,它是目前环境污染物研究和防治的重点。
7、简述大气的主要组成和主要层结是什么?
其中哪个组成是大气污染的主要来源?
哪些大气层结对我们最重要,为什么?
(2-3后)
答:
大气的主要组成:
恒定组分(N2、O2、Ar其他惰性气体等),可变组分(水和CO2)以及痕量不定组分(H2、CH4、CO、SO2、NH3、N2O、NO2、O3等)。
痕量不定组分为大气主要污染源,是我们研究和防治的重点。
主要层结:
A、对流层:
高度、温度、对流、密度、3/4总质量,污染物集中
B、平流层:
臭氧。
C、中间层
D、电离层
A和B最重要。
8,用光化学反应或热反应原理解释为什么大气中氮气比氧气浓度大、氮氧化物以一氧化氮为主、硫氧化物以二氧化硫为主、含氮酸以正硝酸为主?
(第二章PPT)
答:
9、何为温室效应?
应如何控制?
(2-145、146)
答:
温室效应:
大气中的CO2、CH4等温室气体吸收了太阳光辐射地球后反射出来的那部分红外光(波长在1200nm~1630nm),将其能量截留于地表大气之中,从而使大气温度略有升高,这种现象称为温室效应。
减少温室效应的两大途径:
①发展低碳经济、发展新能源、减少二氧化碳等温室气体的排放;
②大力植树造林、扩大植被、吸收和减少大气中的二氧化碳。
10、为什么说一氧化碳也是一种温室气体?
(2-19)
答:
CO本身也是一种温室气体,可以导、以及致温室效应;大气中CO的增加,将导致大气中HO自由基减少,这使得可与HO自由基反应的物种如甲烷得以积聚。
甲烷是一种温室气体,可吸收太阳光谱的红外部分。
因此,一氧化碳还可以通过消耗HO自由基转化成CO2、以及使烷量积累而间接的导致温室效应的发生。
11、用光化学原理解释发生光化学反应的必备条件是什么?
(第二章PPT)
答:
光化学第一定律:
光子的能量大于化学键能时,且分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱才能引起光离解反应。
光量子能量和化学键之间的对应关系:
E=h=hc/λ
式中:
E——光量子能量;
h——普朗克常数,6.626×10-34j·s/光量子
c——光速,2.979×1010cm/s
1mol分子吸收的总能量为:
E=N0h
式中:
N0——阿伏加德罗常数,6.022×1023。
λ=400nm,E=299.1kJ/mol
λ=700nm,E=170.9kJ/mol(可见光范围)
通常化学键的健能大于167.4kJ/mol,所以波长大于700nm的光就不能引起光化学降解。
12、何谓逆温层?
它有哪些特点和危害?
(2-39-41)
答:
一般情况下,在低层大气中,气温是随高度的增加而降低的。
但有时在某些层次可能出现相反的情况,气温随高度的增加而升高,这种现象称为逆温。
出现逆温现象的大气层称为逆温层。
在逆温层中,较暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面,形成一种极其稳定的空气层,就象一个锅盖一样,笼罩在近地层的上空,严重地阻碍着空气的对流运动,由于这种原因,近地层空气中的水汽、烟尘以及各种有害气体,上天无路,入地无门,只有飘浮在逆温层下面的空气层中,有利于云雾的形成,而降低了能见度,给交通运输带来麻烦,更严重的是,使空气中的污染物不能及时扩散开去,加重大气污染,给人们的生命财产带来危害。
近代世界上所发生的重大公害事件中,就有一半以上与逆温层的影响有关。
13、影响污染物在大气中扩散的三个因素是什么?
其中哪个因素是我们环境规划时的重要参考?
(2-47)
答:
影响污染物在大气中扩散的三个因素:
风:
气块规则运动时水平方向速度分量,使污染物向下风向扩散;
湍流:
使污染物向各个方向扩散;
浓度梯度:
使污染物发生质量扩散。
三种作用中风和湍流起主导作用。
尤其是风向及风力。
。
重要参考
14、何谓光化学第一定律?
分子发生光化学反应的2个重要条件是什么?
为什么?
(2-70、71)
答:
光化学第一定律:
光子的能量大于化学键能时,且分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱才能引起光离解反应。
光量子能量和化学键之间的对应关系:
E=h=hc/λ
式中:
E——光量子能量;
h——普朗克常数,6.626×10-34j·s/光量子
c——光速,2.979×1010cm/s
1mol分子吸收的总能量为:
E=N0h
式中:
N0——阿伏加德罗常数,6.022×1023。
λ=400nm,E=299.1kJ/mol
λ=700nm,E=170.9kJ/mol(可见光范围)
通常化学键的健能大于167.4kJ/mol,所以波长大于700nm的光就不能引起光化学降解。
15、用大气中氯化氢的光化学反应来说明光化学反应的两大过程及其特点。
(2-67-69)
答:
HCl+h→H·+Cl·————————初级过程
H·+HCl→H2+Cl·
Cl·+Cl·→Cl2次级过程
初级过程包括化学物质吸收光量子形成激发态物种,
次级过程:
指在初级过程中反应物、生成物之间进一步发生的反应。
16、NOx的组成是什么?
它们分别对臭氧的作用如何?
其中,哪个组分是臭氧的主要人为来源、哪个组分是破坏臭氧层的主要杀手?
分别用光化学反应式表示。
(2-79,90)
答:
NOx主要有:
一氧化氮(N0)和二氧化氮(NO2)等。
NO2是城市大气中重要的吸光物质,在低层大气中可以吸收全
部来自太阳的紫外光和部分可见光。
NO2吸收λ<420nm的光(NO2次要和不稳定的原因)。
此光化学反应为:
NO2+h→NO+O•
O•+O2+M→O3+M
这是大气中O3已知的唯一人为来源。
而 NO+O3→NO2+O2
因NO浓度远高于NO2,故消耗O3的速度远大于形成O3的速度
因此,NO、NO2与O3的化学循环是大气光化学过程的基础和NOX破坏O3层主要依据
17、何谓光化学烟雾?
它的形成特点、主要危害、总反应及主要反应机理是怎样的。
(2-110后)
答:
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的PAN、O3等强氧化性二次污染物,这种由一次污染物和二次污染物所形成的混合烟雾称为光化学烟雾。
生成特点:
白天生成,傍晚消失,污染高峰在中午或稍后。
危害:
1943年首次出现在美国洛杉矶,蓝色烟雾,氧化性强、能使橡胶开裂,刺激人的眼睛,伤害植物的叶子,并使大气能见度降低。
生成光化学烟雾的总反应如下:
h
HC+NOXPAN+O3+醛、酮、有机酸+
高活性自由基(HO2、RO2、RCO)
(以氧化剂PAN为主的光化学烟雾)
机理在2-113
光化学烟雾的形成机理
NO2+hv→NO+O
引发反应:
O+O2+M→O3
O3+NO→NO2+O2
RH+O→R+HO
RH+HO→RO2+H2O
自由基传递反应:
RCHO+HO→RC(O)O2+H2O
RCHO+hv→RO2+HO2+CO
HO2+NO→NO2+HO
RO2+NO→NO2+R’CHO+HO2
RC(O)O2+NO→NO2+RO2+CO2
HO+NO2→HNO3
终止反应RC(O)O2+NO2→RC(O)O2NO2
RC(O)O2NO2→RC(O)O2+NO2
18,天然水中主要有哪些离子组成?
其特征如何?
(3-12,13)
答:
主要离子(八大离子):
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-
19,简述水中水中溶解氧Do2的意义及主要来源;(3-17)
答:
水中Do2是测定河流、湖泊中生物特性的首要和关键指标,也是好氧或厌氧微生物法处理污水的重要控制指标。
当Do2低时,可导致大量水生生物死亡及水体富营养化;当溶解氧浓度大时可杀灭水中许多厌氧细菌、提高水生生物的存活率或好氧菌降解COD的能力。
水中Do2主要来自大气中的氧,其次来自白天藻类光合作用放出的氧。
20,简述人工湿地处理有机物水的作用原理和特点;(3-18后)
答:
当污水流过湿地床的过程中,植物的根系以及湿地填料首先通过拦截、吸附、共沉降等作用使SS等污染物从污水中去除。
溶解性有机物在湿地床停留的过程中,由于植物根系释放的氧气使得填料中局部地区处在好氧状态,而根系没有到达的地方则处在厌氧状态,这样就类似于多个A/O工艺的联合。
随着时间的推移和污水在湿地床中的流动,植物根际微生物对有机物进行降解;同时填料上生成的生物膜对污染物也进行降解。
特点到时候忽悠吧。
。
总可以想出来一些的。
。
21、简述水中颗粒物的三种吸附作用(3-61、62)
答:
表面吸附:
胶体表面具有巨大的比表面和表面能,胶体表面积越大,吸附作用越强。
离子交换吸附:
环境中大部分胶体带负电荷,容易吸附各种阳离子。
胶体每吸附一部分阳离子,同时也放出等量的其他阳离子,这种作用称为离子交换吸附作用,属于物理化学吸附。
该反应是可逆反应,不受温度影响,交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂的性质有关。
专属吸附:
指在吸附过程中,除了化学键作用外,尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。
该作用不但可以使表面电荷改变符号,还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。
22,水中颗粒物一般有几种聚集方式?
各作用特点如何?
答:
水中颗粒物的5种聚集形式,最重要第3、4种
(1)压缩双电层凝聚;专属吸附凝聚;
(2)胶体相互凝聚;“边对面”凝聚;
(3)无机高分子絮凝;絮团卷扫絮凝;
(4)第二极小值絮凝;聚合物粘结架桥凝聚;
(5)颗粒层吸附絮凝;生物絮凝;
23、简述有机污染物在水中的迁移与转化作用(3-120,122)
答:
吸附作用
迁移:
生物富集
挥发作用
水解作用
转化光解作用
生物降解作用
典型例子:
POPs的迁移转化。
24,简述Fenton试剂及其作用(3-151后)
答:
Fenton试剂是由H202与Fe2+混合得到的一种强氧化剂,特别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。
由于具有反应迅速、温度和压力等反应条件缓和且无二次污染等优点,近30年来,其在工业废水处理中的应用越来越受到国内外的广泛重视。
Fenton试剂中的H202在Fe2+催化作用下能产生2种氧化性极强的氢氧自由基(HO·、HO2·),从而引发自由基链反应、加快有机物和还原性物质的氧化。
25,目前去除水中有机污染物的最主要的方法是什么?
为什么?
其原理如何?
影响因素如何?
(3-178后)
答:
生物降解,原因和原理如下:
A、水中有机物可以通过微生物的作用,逐步氧化降解为无机物。
即微生物在氧的作用下吃掉有机污染物、代谢出二氧化碳和水,氧越多微生物活性越高、代谢能力越强、降解越充分,反应式如下:
微生物
{CH2O}+O2 CO2+H2O
B、水中有机物有氧分解产物为CO2、H2O、SO42-、NO3-等,不会引起水质恶化;而缺氧分解产物为NH3、H2S(水臭原因)、CH4,将会使水质恶化。
影响因素:
1,有机污染物性质和结构
2,微生物种类
3,金属离子及其含量
4,水体pH值
5,水体温度
6,水中溶解氧(DO2)
26、常见的有机农药有哪些类?
目前在用的农药有哪些、其毒性特点如何?
防治农药污染的基本途径有哪些?
各举一典型事例说明之。
(4-103-113)
答:
常见的有机农药有:
除草剂、杀虫剂、杀菌剂等。
1、有机氯农药:
DDT
a.化学性质稳定
b.持久性高
c.高亲脂性,易通过食物链放大。
2、有机磷农药:
易降解毒性大;多为磷酸的酯类和酰胺类化合物
降解途径:
a.吸附催化水解:
有机磷农药在土壤中降解的主动途径
b.光解c.生物降解
3、氨基甲酸酯类农药:
呋喃丹。
4、拟除虫菊脂
5、除草剂——阿特拉津(Atrazine)
防治农药污染的基本方法和途径:
①禁产禁售禁用有机氯农药;寻找能有效降解POPs的微生物或吸收POPs的植物,对被POPs污染的土壤进行生物修复;
②慎用或限用化学农药,开发和使用新型生物农药或环保型农药;
③食用前用含有生物活性酶的果蔬清洗剂洗除农作物表面残留农药;
④开发和使用有病虫害防治功能的转基因作物或对病虫害有抗性的作物,尽量不用化学农药。
27,何谓酶?
它有何特点?
人体中毒的主要原因是什么?
(5-16,17,112)
答:
酶(enzyme):
一种由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。
a、催化专一性高。
一种酶只能对一种底物或一类底物起催化作用,生成一定的代谢产物。
b、酶催化效率高。
一般酶催化反应的速率比化学催化剂高107~1013倍。
c、酶催化需要温和的外界条件,如常温、常压、接近中性的酸碱度。
28,简述毒物的毒性及其检测标准(5-110,111)
答:
毒物的毒性与其进入生物体的量有着直接的关系,一般以小白鼠经口吸入半数致死量LD50表示;单位;mg(毒物)/kg(小白鼠)
毒物的毒性级别LD50值(mg/kg)
剧毒≤10
高毒11~100
中等毒性101~1000
低毒1001~10000
微毒>10000
29,简述环境中4种重要重金属污染物的毒性及其变化规律(6-3后)
简述环境中常见的4种有机污染物有哪些?
其中哪类毒性最大、最难控制?
为什么?
(6-36后)
重金属:
Hg:
甲基汞能与许多有机配位体基团结合,如-SH、-OH、-COOH、-NH2、-C-S-C-等。
所以甲基汞非常容易和蛋白质、氨基酸类物质起作用。
由于烷基汞具有高脂溶性,且它在生物体内分解速度缓慢(其分解半衰期约为70d),因此烷基汞比可溶性无机汞化合物的毒性大10一100倍。
水生生物富集烷基汞比富集非烷基汞的能力大很多。
一般鱼类对氯化甲基汞的浓缩系数是3000,甲壳类则为100—l00000。
与其他金属相比,汞的重要特点是能以零价的形式存在于大气、土壤和天然水中,这是因为汞具有很高的电离势,故转化为离子的倾向小于其他金属。
汞在环境中的迁移、转化与环境(特别是水环境)的电位和pH值有关。
从图可以看出,液态汞和某些无机汞化合物,在较宽的pH和电位条件下,是稳定的。
一般有机汞的挥发性大于无机汞,有机汞中又以甲基汞和苯基汞的挥发性最大。
无机汞中以碘化汞挥发性最大,硫化汞最小。
气相汞的最后归趋是进入土壤和海底沉积层。
Cd:
镉和汞一样,是人体不需要的元素。
许多植物如水稻、小麦等对镉的富集能力很强,使镉及其化合物能通过食物链进入人体,镉的生物半衰期长,从体内排出的速度十分缓慢,容易在体内的肾脏、肝脏等部位积聚、对人体的肾脏、肝脏、骨骼、血液系统等都有较大的损害作用,还能破坏人体的新陈代谢功能。
特点:
迁移性较大,易络合,络合基团受水化学条件影响较大在氧化性淡水体中,主要以Cd2+形式存在;在海水中主要以CdClx2-
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