环境化学课后习题答案.docx
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环境化学课后习题答案.docx
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环境化学课后习题答案
第一章
1、现今人类面临的重大环境问题有哪些?
答:
臭氧层破坏、全球气候变化、水资源的短缺和污染、固体废弃物的危害以及生物多样性的损伤。
2、环境化学的分支。
环境分析化学、各圈层环境化学、环境工程化学。
3、环境污染物有哪些类别?
当前世界范围普遍关注的污染物有哪些特性?
(1)环境污染物的分类:
a.按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
b.按污染物的形态可分为:
气体污染物、液体污染物、固体污染物
c.按污染物的性质可分为:
化学污染物、物理污染物、生物污染物
d.按人类社会活动不同功能产生的污染物可分为:
工业、农业、交通运输、生活污染等
(2)当前世界范围普遍关注的污染物主要特性是:
持久行有机污染物具有致突变、致癌和致畸作用的所谓“三致”化学污染物,以及环境内分泌干扰物。
4、优先控制污染物及其种类
在众多污染物中被筛选出潜在危害大的作为优先研究和控制的对象,称为优先污染物。
优先控制物包括如下几类:
挥发性卤代烃类、苯系物、氯代苯类、多氯联苯、酚类、硝基苯类、苯胺类、多环芳烃类、酞酸酯类、农药、丙烯腈、亚硝胺类、氰化物、重金属及其化合物。
在“黑名单”中,共有14类,68种优先控制的污染物。
其中优先控制的有毒有机化合物有12类,58种,占总数的85.29%,
第二章
大气层的化学分层
﹤86、匀和层或湍流层86~90、90110、>120、非匀和层、外大气层500以上。
温室气体的种类(举例)
二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、11、12、四氯化碳。
酸沉降化学
酸沉降()是指大气中的酸性物质通过降水,如雨、雪、雾、冰雹等迁移到地表(湿沉降),或酸性物质在气流的作用下直接迁移到地表到地表(干沉降)的过程。
湿沉降()大气中的物质通过降水而落到地面的过程。
干沉降()大气中的污染气体和气溶胶等物质随气流的对流、扩散作用,被地球表面的土壤、水体和植被等吸附去除的过程。
酸雨的界限
西南地区(重庆、贵阳)长江以南、青藏高原以及四川盆地
年均降水<5·6区域占全国面积40%左右
中国致酸物质硫酸盐。
一次颗粒物的天然源、我国灰霾区域
一次颗粒物天然源:
地面扬尘(风吹灰尘)、海浪浪沫、火山爆发喷出物、森林火灾燃烧物、陨星尘及生物界产生的颗粒物,如花粉、袍子等。
我国存在着4个明显的灰霾区:
黄淮海地区、长江河谷、四川盆地、珠江三角洲。
大气颗粒物的粒度模型
可把大气颗粒物表示成三种模结构,即爱根核模板(〈0.05
〉、积聚模(0.05
<<2
)和粗粒子模(>2
)
大气颗粒物的有机组成种类
多环芳香族化合物、芳香族化合物,含氮、氧、硫、磷类化合物,烃基化合物,脂肪族化合物,羰基化合物和卤代化合物。
大气中有哪些重要自由基?
其来源如何?
(1)大气中的重要自由基有:
·,2·,R·,·,2·等自由基,其中以·和2·最为重要。
(2)其来源:
在大气化学中,有机化合物和其它大气组分的光解,是产生自由基的最主要途径和来源。
例如:
a.O3的光解是大气中·的重要来源:
O3+hν→O·+O2O·+H2O→2·
b.2·主要来源于醛的光解:
H2+hν→H·+·H·+O2+M→2·+M·+O2→2·+
c.R·,·,2·等自由基主要来源于各种有机化合物的光解:
3+hν→3·+·+O·→R·+·R·+O2→2·
大气中有哪些重要含氮化合物?
说明它们的天然来源及对环境的污染。
(1)大气中存在的含量比较高的含氮化合物主要是氮氧化物,包括氧化亚氮(N2O),一氧化氮()和二氧化氮
(2)。
(2)N2O是低层大气中含量最高的含氮化合物,主要来自于天然源,即土壤中硝酸盐经细菌的脱氮作用而产生。
由于在低层大气中N2O非常稳定,是停留时间最长的氮氧化物,一般认为其没有明显的污染效应。
和2是大气中主要的含氮污染物,合称为,它们主要来自于人为来源,即化石燃料的燃烧。
城市大气中的有2/3来自汽车等流动燃烧源的排放,1/3来自固定燃烧源的排放。
是导致大气光化学污染和酸雨的重要污染物质。
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。
(1)大气中以气态形式存在的碳氢化合物,主要是碳原子数1-10的碳氢化合物,包括可挥发性的所有烃类。
重要的碳氢化合物包括烷烃、烯烃、芳香烃等。
(2)它们可发生的光化学反应,主要是与活性的自由基之间的反应:
a.烷烃可与大气中的·和O·发生氢原子摘除反应;
.+·→R·+H2O+O·→R·+·
b.烯烃与·主要发生加成反应,如乙烯和丙烯,也可以发生氢原子摘除反应;
c.环烃的氧化;
d.多环芳烃在湿的气溶胶中可发生光氧化反应,生成环内氧桥化合物;
e.饱和烃的衍生物,如醚、醇、酮和醛类,它们在大气中的反应主要是是与·发生氢原子摘除反应。
11、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和特征。
答:
(1)光化学烟雾现象:
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,称为光化学烟雾现象。
(2)从光化学烟雾日变化曲线可以看出,烃和的体积分数在早晨达到峰值,是由于交通高峰期,汽车尾气大量排放造成的;随着太阳辐射的增强,在日光照射下由大气光化学反应而产生的2、O3和醛类等二次污染物的量也大幅增加,并在午后左右达到峰值,要比峰值晚出现4-5h。
傍晚交通高峰期,虽然任有较多汽车尾气排放一次污染物,但由于日光已较弱,不足以引发光化学反应,因而2、O3和醛类也不会再增加。
(3)光化学烟雾的生成以臭氧为主,还包括醛类、过氧乙酰硝酸酯()、H2O2和细粒子气溶胶等污染物,是具有强氧化性的气团;烟雾通常呈蓝色,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,对环境危害极大。
12、说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用
在光化学烟雾形成的过程中,自由基反应占主导地位,并且是链式的反应。
烃类的存在,是自由基转化和增殖的重要载体和促进反应物,是链式反应的重要参与者。
例如:
(5分)
+O·→R·+·
+·→R·+H2O
H·+O2+M→2·+M
R·+O2→2·
·+O2→R()O2·(反应式各1分)
13、说明臭氧层破坏的原因和机理。
(1)臭氧层破坏的原因:
由于人类活动的影响,水蒸气、氮氧化物、氟氯烃等污染物进入了平流层,在平流层形成了·,·和·等活性基团,从而加速了臭氧的消除过程,破坏了臭氧层的稳定状态。
这些活性基团在加速臭氧层破坏的过程中可以起到催化剂的作用。
(2)臭氧层破坏的机理:
a.氯和溴的协同作用
·+O3→·+O2·+·→·+·+O2·+O3→·+O2
b.·自由基的氯链反应机理(3分)
·+O3→2·+O2·+2·→+O2+hν→·+·
c.的破坏作用(2分)
+O3→2+O22+O·→+O2
d.·二聚体链反应机理(2分)
·+·+M→2O2·+M2O2·+hν→·+··+M→·+O2+M
14、简述大气中2氧化的几种途径。
(1)二氧化硫的气相氧化:
a.2的直接光氧化
b.2被·等活性自由基氧化
(2)二氧化硫的液相氧化:
a.O3对2的氧化
b.H2O2对2的氧化
c.金属离子对2液相氧化的催化作用
15、说明酸雨形成的原因。
(1)大气中的2和经氧化后,溶于水形成H24、3和2等酸性物质;其它气态或固态物质进入大气,对降水的也有影响。
(2)酸雨中,H24约占60~65%,它主要来源于火山爆发的大量硫化物和悬浮物、自然水域表面释放的酸性化合物,以及人为燃烧产生的硫氧化合物。
(3)酸雨中,3和2约占30%,主要来源于汽车尾气排放和人为燃烧产生的,以及大气中的N2经过雷电而转化成的,此外土壤中的3-通过还原等作用也可生成。
(4)酸雨中,盐酸约占5%,主要来源于一些化工厂和焚烧垃圾,以及矿物燃料燃烧而产生的气体。
(5)酸雨中,有机酸约占2%,主要来源于人为燃烧产生的碳氧化合物,以及天然源的一些植物和森林排放等。
16、说明大气颗粒物的化学组成以及污染物对大气颗粒物组成的影响。
大气颗粒物按照组成,可分为两大类。
一般将只含无机成分的颗粒物称为无机颗粒物,而将含有有机成分的颗粒物称作有机颗粒物。
(1)无机颗粒物:
天然来源的无机颗粒物,如扬尘的成分主要是该地区的土壤粒子。
火山爆发所喷出的火山灰,除主要由硅和氧组成的岩石粉末外,还含有一些如锌、锑、硒、锰和铁等金属元素的化合物。
海盐溅末所释放出来的颗粒物,其成分主要有氯化钠粒子,硫酸盐粒子,还会含有一些镁的化合物。
人为源释放出来的无机颗粒物,如动力发电厂由于燃煤及石油而排放出来的颗粒物,其成分除大量的烟尘外,还含有铍、镍、釩等的化合物。
市政焚烧炉会排放出含有砷、铍、镉、铬、铜、铁、汞、镁、锰、镍、铅、锑、钛、釩和锌等的化合物。
汽车尾气中则含有大量的铅。
(2)有机颗粒物:
有机颗粒物种类繁多,结构也极其复杂。
已检测到的主要有烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃等各种烃类。
另外还有少量的亚硝胺、氮杂环类、环酮、酮类、酚类和有机酸等。
(3)大气颗粒物多数是由气态一次污染物通过凝聚过程转化而来的。
如硫酸及硫酸盐颗粒物主要是由污染源排出的2氧化后,溶于水而形成硫酸,硫酸再与大气中的3化合而生成(4)24颗粒物。
硫酸也可与大气中其他金属离子化合生成各种硫酸盐颗粒物。
17、颗粒物在人体内的沉积作用。
(1)碰撞作用:
5~30mm粒径的颗粒鼻咽部和支气管上部沉降
(2)沉降作用:
1~5mm粒径的颗粒支气管部位沉降
(3)扩散作用:
粒径小于0.1mm的颗粒肺区沉积
18、大气颗粒物中多环芳烃的种类、存在状态以及危害性如何?
种类:
一般以苯环数命名,如苯并[a]蒽,苯并[a]芘(),苯并[e]苊,苯并[j]荧蒽和茚并[1,2,3]芘等等。
存在状态:
环少的易于以气态形式存在,环多的则存在于固相颗粒物中。
危害性:
它们能与大气中的臭氧、氮氧化物等相互作用,而形成二次污染物,这些二次污染物从毒理学、病理学上已被证明,具有直接的致癌和致突变的作用。
19、气体浓度换算
第三章
天然水中常见的离子
天然水中常见的八大离子:
、、2+、2+、3-、3-、和42-(占天然水中离子总量的95~99%)。
水体中污染物的种类、有机物污染物的分类
美国科学家把水体污染物分为八类:
耗氧污染物;致病污染物;合成有机物;植物营养物;无机及矿物质;由土壤、岩石冲刷下来得沉积物;放射性物质;热污染
有机污染物种类:
农药、多氯联苯、卤代脂肪烃、醚类、单环芳香族化合物、苯酚类和甲酚类、酞酸酯类和多环芳烃类。
水体的自净作用
水体自净()广义的是指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用,使污染物浓度逐渐降低,经一段时间后恢复到受污染前的状态;狭义的是指水体中微生物氧化分解有机污染物而使水质净化的作用。
水体自净机理包括沉淀、稀释、混合等物理过程,氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学和物理化学过程以及生物化学过程。
各种过程可同时发生、相互影响。
包括:
物理自净、化学自净、生物自净。
水体环境中无机污染物的迁移转化
无机污染物通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理、化学作用进行迁移转化,参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程,最终以一种或多种形态长期存留在环境中,形成永久性的潜在危害。
沉淀过程的三个阶段
沉淀分三个阶段:
成核作用:
晶体生长:
晶核聚集:
水体有机污染程度的指标
五天生化需氧量(5)、化学需氧量()
水体中,有机物的化学降解反应和生化降解反应
水中污染物的运动过程。
是污染物在海水中通过稀释、扩散、生物活动等引起污染物空间位置的移动;是污染物在海洋中的转化过程,包括化学、物理化学、水化学和生物化学的作用;是污染物在海水中的停留过程;为污染物在海洋中的富集过程.
何为?
何为?
持久性毒害污染物(,):
是指一类具有很强的毒性,在环境中难降解,可远距离传输,并随食物链在动物和人体中累积、放大,具有内分泌干扰特性的污染物,包括和某些重金属污染物。
是英文 的缩写,中文名称为“持久性有机污染物”,它是一类具有环境持久性、生物累积性、长距离迁移能力和高生物毒性的特殊污染物。
请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物。
天然水中存在五大类的颗粒物:
(1)矿物微粒和黏土矿物
(2)金属水合氧化物
(3)腐殖质
(4)水体悬浮沉积物
(5)其他:
如病毒、细菌、藻类、表面活性剂、油滴等。
请叙述水中颗粒物可以哪些方式进行聚集。
由电介质促成的聚集凝聚:
(1)压缩双电层凝聚
(2)专属吸附凝聚(3)胶体相互凝聚
由聚合物促成的聚集絮凝:
(1)“边对面”絮凝
(2)第二极小值絮凝(3)聚合物粘结架桥絮凝(4)无机高分子的絮凝(5)絮团卷扫絮凝(6)颗粒层吸附絮凝(7)生物絮凝
絮凝剂的种类
无机盐类:
三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝
有机高分子类:
聚丙烯酰胺
生物絮凝剂:
定义、筛选过程、研究状况
13、亨利定律常数。
4
土壤的机能。
(1)培育植物:
植物生长支持体、植物生长提供水、空气和养分
(2)推动物质循环:
由岩石风化产生的物质都有可能进入大气和水系,又可能通过地球化学循环归入土壤。
(3)保存水资源:
大气和地下水之间的缓冲地区。
(4)防止灾害:
防止洪水发生。
土壤植物又可防止风雨侵蚀、水土流失或土壤荒漠化趋向,并兼有防风、消音等作用。
(5)自净能力:
具有极大比表面和催化活性,土壤中水、空气、微生物等都能使污染物降解。
土壤有哪些主要成分?
它们对土壤的性质与作用有哪些影响?
土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。
1)土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。
a.土壤矿物质是组成土壤的基本物质,约占土壤固体部分总质量的90%以上,有土壤骨骼之称。
土壤矿物质的组成和性质直接影响土壤的物理性质和化学性质。
土壤矿物质是植物营养元素的重要供给源,按其成因可分为原生矿物质和次生矿物质。
b.土壤有机质是泛指土壤中来源于生命的物质。
动植物、微生物残体和施入的有机肥料是土壤有机质的主要来源。
土壤有机质的含量与土壤肥力水平密切相关,对土壤性状、作物生长和化肥的施用影响很大。
2)土壤水分是土壤的重要组成部分,主要来自大气降水和灌溉。
此外,空气水蒸气遇冷凝结成为土壤水分。
土壤水分既是植物养分的主要来源,也是进入土壤的各种污染物向其他环境圈层迁移的媒介。
3)土壤空气组成与大气基本相似,差异在于土壤空气存在于相互隔离的土壤孔隙中,是不连续的体系,另外土壤空气中二氧化碳含量比大气中高得多。
土壤空气对作物种子发芽、根系发育、微生物活动及养分转化都有极大的影响。
土壤中重金属向植物体内转移的主要方式及其影响因素有哪些?
土壤污染物通过植物根系根毛细胞的作用积累于植物茎、叶和果实部分。
影响重金属在土壤-植物体系中转移的因素:
(1)植物种类;
(2)土壤种类;(3)重金属形态;(4)重金属在植物体内的迁移能力
农药在土壤中的环境行为有哪些方面?
(1)被土壤胶粒及有机质吸附
(2)被作物及杂草吸收
(3)随地表水径流或向深层土壤淋溶
(4)向大气扩散、光解
(5)被土壤化学降解或微生物降解
(土壤吸附是导致农药在土壤中残留污染的主要行为)
第五章
污染物在机体内的运动过程。
污染物质在机体内的运动过程吸收、分布、排泄和生物转化
吸收、分布和排泄称为转运。
排泄与生物转化称为消除。
生物浓缩系数的物理意义。
可以反映污染物质在机体中的生物富集、放大和积累程度。
污染物质毒性的联合作用。
(1)协同作用联合作用的毒性,大于其中各个毒物成分单独作用毒性的总和
(2)相加作用联合作用的毒性,等于其中各毒物成分单独作用毒性的总和
(3)独立作用独立作用的毒性低于相加作用
(4)拮抗作用联合作用的毒性,小于其中各毒物成分单独作用毒性的总和
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