环境化学考试重点.docx

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1、环境化学考试的重点内容第一章1、环境的概念 环境是相对于一定中心事物而言的，与某一中心事物相关的周围事物的集合就称为这一中心事物的环境。2、环境化学的定义 环境化学：是研究潜在的有害化学物质在环境中的存在、化学特性、行为、效应及其控制的化学原理和方法的科学。3、环境化学的研究范围水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学和化学物质的生物和生态效应。4、环境容量：是指一个特定的环境或一个环境单元所能容纳某污染物的最大负荷量。若用Wc表示环境容量，Ws表示规定的环境标准值，B表示环境的背景值。则它们的关系为：WcWsB5、浓缩系数： 生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度与生物生存的环境中该物质的浓度

2、之比，叫该生物的浓缩系数，又叫富集系数或生物积累率，可用下式表示：6、生物半衰期：环境中的污染物进入生物体后，由于生物的代谢作用和排泄作用，使污染物在生物体内的量减少到原有量的一 半所需的时间叫生物半衰期，又叫代谢半衰期：就是C1/2C0时的时间，这类衰减过程多为一级反应，应有： 7、协同作用和拮抗作用：在环境中同时存在两种以上的污染物时，若一种污染物能加强另一种污染物的危害性，这种现象叫污染物的协同作用，又叫相乘作用。与协同作用相反，一种有毒物质的作用被另一种物质抑阻，使其效果相互抵消或减弱的现象，称之为物质间的拮抗作用。第二章1、水质指标 水质即水的质量。水质指标是指水样中除水分子外所含杂

3、质的种类和浓度（数量）。水质指标可以归纳为物理、化学、生物学、放射性等四类指标。2、水质化学指标（1）pH value pH（2）Eh value（ORP） Et（3）Acidity and alkalinity 酸碱度3、水质有机物指标（1）Dissolved oxygen（DO） （2）Chemical oxygen demand（COD）（3）Biochemical oxygen demand（BOD）(4）Total oxygen demand（TOD）（5）Total organic carbon（TOC）4、亨利定律气体的溶解度正比于液体接触该气体的分压力。X(aq)kHXGkH为

4、气体在一定温度下的亨利定律常数（molL-1kpa-1）；XG为气体的分压（kpa）。 【例题1】求在101.325kp下，25时氧气在饱和水中的溶解度。（pH2O饱和3.171kpa，kH1.26 10-5 molL-1kpa-1）解：由于空气中氧气含量约为21，故水中氧气的分压为：pO2（101.3253.171）2120.612kpa代入亨利定律： O2(aq)=kHpO2 =1.2610-520.6122.6010-4molL-1 SM O2(aq)=32.02.6010-48.3210-3 gL-1【例题2】求在101.325kpa下，25时CO2在饱和水中的溶解度。(PH2O饱和3

5、.171kpa，kH3.34 10-4 molL-1kp-1,kCO2=4.4510-7）解：由于空气中CO2含量约为0.03，故水中CO2的分压为：pCO2（101.3253.171）0.03 2.94510-2kpa代入亨利定律：CO2(aq)=kHpCO2=3.3410-42.94510-2 9.8410-6molL-1此为水中溶解的CO2分子的含量，由于CO2溶于水后可以和水发生反应，因此要求CO2在水中的溶解度，还要求出其发生反应的部分。 CO2H2OHCO3- +H+因此溶解于水中二氧化碳总浓度为：9.8410-6 + 2.0910-6 =1.2010-55、Clausius-Cl

6、apeyron方程其中C1、C2分别为温度T1、T2时气体在水中的溶解浓度；DH是溶解热（J/mol）；R为气体常数：8.314 JK-1mol-1。第三章1. 沉淀过程 沉淀发生通常可分为三个阶段：（1）成核；（2）晶体聚集；（3）晶体生长。2、氧化物和氢氧化物 金属氢氧化物的沉淀溶解平衡可以用化学反应的通式表达： 根据溶度积规则：溶液中金属离子饱和浓度的负对数值与溶液pH值的关系为： 3、硫化物 在饱和水溶液中，H2S浓度总是保持在0.1mol/L，代入上式可得：溶液中促成硫化物沉淀的是S2-，若溶液中存在二价金属离子M2+，则有：M2+ S2-Ksp因此在硫化物和硫化氢均达到饱和的溶液中

7、，可算出溶液中金属离子的饱和浓度为：4、电子活度对于一个氧化还原的半反应， RedOx + ne-假设这一半反应达到平衡时，其平衡常数可以表示为：根据能斯特方程式可得： 又因为 又因为有： 在25时 同样，对于一个包含n个电子转移的氧化还原半反应，其自由能变化可以用下列公式所描述： 【例题1】从pH=7.4的水样中测得Cr() =510-10 mol L-1, Cr() =0.510-10 mol L-1 ,求处于平衡状态时的pe和pe0。已知两种铬形态间转换反应的平衡常数K=1066.1。提示：水中Cr() 和Cr()的形态分别是Cr(OH)2+ 和CrO42-。所发生的反应如下：CrO42

8、- + 6H+ +3e = Cr(OH)2+ + 2H2O CrO42- + 6H+ +3e = Cr(OH)2+ + 2H2O 5、天然水体的氧化还原限度（1）氧化限度 其在标准状态下：故可得到因此，用电子活度表示时，水体的氧化限度为：pe20.75pH 或 pepH20.75 （2）还原限度 从中可以得出，对于H+/H2电对，即天然水体中的还原限度 pepH0【例题2】氧气按下式被还原为水：E0=1.229求pe、pH和pO2三者之间的关系。解：由lgK和E0关系式求得lgK值：又根据半反应方程式，有将以上计算所得值代入，pepH20.81/4lgpO2 对于pe、pH和pO2三者间的上述

9、关系作图，可得右图。 6、金属离子的 pe-pH 图以铁为例，假设水中溶解态的铁总浓度为1.0 10-5 mol/L时，铁体系的pepH图绘制方法如下： Fe3+Fe2+的边界 Fe3+e Fe2+ pe013.5 边界上Fe2+Fe3+时，有 pe13.05 ，体系pe与pH无关，在pepH图上为一条垂直于pe轴的直线。当pe13.05时，Fe3+Fe2+；当pe13.05时，Fe3+Fe2+。 Fe3+Fe(OH)3(s)的边界Fe(OH)3(s)3H+ Fe3+3H2OpH3.17 这又是一条与pe无关，在pepH图上为一条平行于pe轴的直线，当pH3.17时，Fe(OH)3(s)将陆续

10、析出。 Fe2+Fe(OH)3(s)的边界此边界涉及到的氧化还原反应为： Fe(OH)3(s)3H+e Fe2+3H2O 这一反应可 看成下列两反应之和： Fe(OH)3(s)3H+ Fe3+3H2O Fe3+e Fe2+ 在Fe2+1.010-5mol/L时，本边界涉及到的反应达到平衡：这是一条斜率为3，截距为22.56的斜线，斜线的上方为Fe(OH)3(s)的稳定区，下方为Fe2+的稳定区。 Fe2+Fe(OH)2(s)的边界Fe(OH)2 + 2H+ Fe2+ + 2H2O此边界无电子转移，因此与pe无关，在pepH图上为一条平行于pe轴的直线。当pH8.95时，有Fe(OH)2(s)沉

11、淀生成。 Fe(OH)2(s)Fe(OH)3(s)的边界Fe(OH)3(s)3H+ Fe3+3H2O K3.2104 Fe(OH)2(s)2H+ Fe2+3H2O K8.01012Fe3+ + e Fe2+ 13.058.94pH4.11pH 第四章1、大气的层次结构目前世界普遍采用的是根据大气温度垂直分布的特征，将大气分为五层: 对流层、平流层、中间层、热层（暖层）和散逸层（外层）。2、大气中的自由基 氢原子转移 RHHO R H2O 自由基结合氧或失去氧 R O2 RO2 RO2 NO RO NO23、光化学定律 根据爱因斯坦公式，1mol分子吸收1mol光子的总能量为：EN0hvN0hc

12、/l1.196105/l（kJmoL-1） N0阿佛加德罗常数 6.021023 ；h普朗克常量 6.6210-34Js ；c光速 3.01010cm/s第五章1、大气污染物的来源 （一）人为来源 1.燃料燃烧 煤、石油、天然气等燃料的燃烧 2.工业排放3.固体废弃物的焚烧4.农业的排放（二）天然来源1. 来自风沙、土壤颗粒的自然尘；2. 来自森林、草原火灾排放的CO、CO2、SOx、NOx、CH等； 3. 来自火山活动排放的SO2、H2S、硫酸盐等颗粒物；4. 来自海浪飞沫的颗粒物（主要为硫酸盐、氯化物）；5. 来自煤田和油田自然逸出的煤气、天然气等。2、大气污染物的汇（一）干沉降 （二）湿

13、沉降（三）化学反应3、NO、NO2和O3的基本光化学循环NO2 NOO K1 OO2 O3 K2 O3NO NO2O2 K3由于O原子活性很高极不稳定，生成的瞬间会马上被消耗掉，即其生成速率等于其消耗的速率。当这些反应体系达到稳态循环时，所有物质浓度保持不变，此时O3的稳态浓度即：稳态时， O3浓度与NO2/NO成正比，设大气中NO和NO2起始浓度分别表示为NO0和NO20，则根据物料守恒规则可得： 由于NO与O3的反应是等计量关系，所以 若假设开始只有NO2，即O30=NO20=0，则上式可化简为：4、光化学烟雾的定义、形成及化学特征定义：参与光化学反应过程的一次污染物和生成的二次污染物的混

14、合物所形成的烟雾污染现象，称光化学烟雾。特征：光化学烟雾的表现特征是烟雾弥漫，大气能见度降低；呈浅蓝色，具有很强的氧化性。光化学烟雾形成的必备条件： NO向NO2的转化（NOx参于）； HC的氧化消耗（烃类参与，尤其烯烃）； O3及其它氧化剂如PAN、HCHO等二次污染物的生成（光照条件）。5、光化学烟雾形成的简单机制污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应，导致O3的生成。大气中CH化合物和HO 的存在，导致醛、酮以及过氧自由基RO2、HO2等的生成。此时过氧自由基引起NO向NO2转化，不需要再消耗O3，反应照样进行。生成的NO2继续光解产生O，导致O3的生成，同时生成的自由基继续与

15、CH化合物反应，形成更多的自由基；如此循环往复，直至NO和CH耗尽为止。在此过程中，O3、醛类、PAN等二次污染物得以积累，最终形成光化学烟雾。6、颗粒物的分类（100mm） 按颗粒物的粒径（1）飘尘：Dp10m的颗粒物；（2）降尘：10 Dp100m之间的颗粒物。按颗粒物的存在形态 固体颗粒、液态颗粒、液固混合颗粒。 例：粉尘 颗粒直径：1 100 mm；物态：固体粒子；烟尘 颗粒直径：0.01 1 mm；物态：固液微粒；烟 颗粒直径： 1 mm；物态：固体微粒；烟雾 颗粒直径： 2 mm；物态：固液颗粒；灰 颗粒直径：1 100 mm；物态：固体；雾 颗粒直径：2 10 mm；物态：液体；

16、霭 颗粒直径：大于40 mm；物态：液体；霾 颗粒直径： 1 mm；物态：固体、液滴；7、累积分布 是指单位体积空气中大于（或小于）某一规定粒径粒子的数目（或体积）与总数目（或总体积）之百分比。8、颗粒物的三模态分布爱根核模（Dp 0.05mm） 积聚模（0.05m Dp 2.0mm）粒模（Dp2.0 mm）9、大气中的放射性核素 （一）放射性衰变. 衰变类型A . a 衰变B . b 衰变C . g 衰变D. 核裂变 E. 核聚变、衰变规律样品在单位时间内衰变的原子数和放射性物质中存在的放射性原子的数目成正比。如果某一个放射性物质内放射性核的原子数目为N，则在t时间内N的变化率为：对上式求积

17、分可得： N0是当t00时，样品中产生放射性核的原子数，t为经过的时间。 当N/N01/2时，求得t是相当于该放射性元素衰变一半所需要的时间，称为半衰期，用T1/2 表示。【例题】从某处遗物古书卷取出的小块纸片，测得其中14C /12C 的比值为现在活植物体内比值的0.795倍，试估测这些古书卷的年龄。（已知14C的T1/25720a，假定空气中14C /12C 的比例历年不变）。解：根据半衰期公式算出其一级反应速率常数 l 例：一个放射性元素由于事故排放而污染水体，其样品放射性计数为24500计数/分，20天后取样计数为9500计数/分，问放射性核素的半衰期是多少？解：根据10、酸沉降 是指

18、大气中的酸性物质通过干、湿沉降两种途径迁移到地表的过程。干沉降 是指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。湿沉降 指大气中的物质通过降水而落到地面的过程。降水去除或湿沉降对气体和颗粒物都是最有效的大气净化机制。湿沉降有两类：雨除 和冲刷例：已知 pH2O饱和3.171kpa，KH3.34 10-4 molL-1kp-1, ka1（H2CO3）=4.4510-7解：由于空气中CO2含量约为0.03，故水中CO2的分压为：pCO2（101.3253.171）0.032.94510-2kpa代入亨利定律：CO2(aq)KHpCO23.34

19、10-42.94510-29.8410-6molL-1CO2H2OHCO3- +H+因此 pH5.6711、纯氧机制：（1）O3的消耗O3 + hn（l 325nm） O2 + O O + O3 2O2（2）O3的生成天然源O2 + hn（l 240nm） 2O O + O2 O3人为来源NO2 + hv NO + O （l 420 nm） O + O2 O3 当臭氧的生成和消耗的速率相同时，臭氧的浓度保持恒定（动态平衡）。12、催化机制：假设可催化臭氧分解的物质为Y，则有如下反应：Y + O3 YO + O2 YO + O Y + O2O3 + O 2O2 Y NOX （NO， NO2）；H

20、OX （HO， HO2）；ClOX（Cl， ClO）第六章1、土壤胶体电荷如何产生的？（带电原因） 同晶置换 表面分子解离 断键 吸附离子2、离子交换 （致酸、盐基）土壤胶体所吸附的离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换，称为离子交换。包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。土壤的可交换性阳离子有两类：一类是致酸离子，包括Al3+、H+；另一类是盐基离子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。 当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达到吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤。当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子时，则这种土壤为盐基不饱和土壤。土壤交换性阳离

21、子中盐基离子所占的百分数称土壤盐基饱和度3、土壤环境容量定义 土壤环境单元允许承纳的污染物质的最大数量或负荷量。在不使土壤生态系统的结构和功能受到损害的条件下，土壤中所能承纳污染物的最大数量。4、氮的迁移转化- 有机氮的矿化和无机氮的生物固定 (1)有机氮 氨【矿（氨）化作用】 分两步进行：蛋白质经酶水解为多肽、二肽 氨基酸；氨基酸经微生物脱胺基，释放NH3 和 生成有机酸、醇、醛。(2)无机氮 有机氮【固定作用】矿化和生物固定作用两个过程同步进行，都是微生物活动的结果，因此，能量、氮源、温度、pH值等影响其相对强度。5、氮磷含量与水体富营养化的成因（1）氮磷关系（2）叶绿素a与湖泊氮、磷的相

22、关性（3）透明度和叶绿素a、磷的关系6、固体废物的最终处置方法有两类：一是陆地处置；堆存法 土地填埋法二是海洋处置。 海洋倾倒 远洋焚烧 第七章1、汞污染的危害所有无机汞化合物（HgS 除外），都是有毒性的。有机汞比无机汞毒性更大，烷基汞中以甲基汞毒性最大。2、镉污染的危害镉主要通过消化道吸收进入人体，进入人体的镉，一部分与血红蛋白结合，一部分与低分子金属巯基蛋白结合，然后随血液分布到内脏器官，最后主要蓄积于肾和肝中。 镉中毒症状主要表现为动脉硬化。此外，食入过多的镉，可使镉进入骨质取代部分钙（脱钙）导致骨骼软化、变形、骨折（日本镉米事件），此外，镉还有致突变、致癌和致畸作用以及引起高血压、肺

23、气肿等病症的危害。“痛痛病”3、砷污染的危害高浓度的砷对植物有一定毒性。三价砷毒性远远高于五价砷，4、有机卤化物：1968年发生的日本米糠油事件使上千人受到影响，米糠油中有40多种三六氯代PCDF。5、表面活性剂的分类 阴离子表面活性剂；阳离子表面活性剂；两性表面活性剂；非离子表面活性剂。6、环境激素 定义一种存在于生物机体之外、具有与生物内分泌激素作用类似，从而引起生物体内分泌紊乱的物质，又称环境荷尔蒙。7、生态系统组成 生态系统不论大小，都有生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量四种成分组成。8、食物链食物网各种生物按其食物关系排列的链状顺序称为食物链。生态系统中，一般有两类食物链：捕

24、食食物链 草蝗虫地鼠蛇老鹰而形成的食物链 ，称捕食食物链。 碎屑食物链 动植物尸体寄生植物虾（蟹）小鱼大鱼食鱼的鸟类，这条食物链称碎屑食物链。 同一种生物可能捕食多种生物，或者同一种生物可能被多种生物捕食，从而使各条食物链彼此交错，形成网状，就叫做食物网。食物链彼此交错连结，形成一个网状结构，便构成食物网。9、营养级与生态金字塔 由于食物链中每一个环节都为后面的环节提供了营养，所以我们把每一个环节称为一个营养级。 能量通过营养级逐级减少，所以如果把通过各营养级的能量流量，由低到高画成图，就成为一个金字塔形，称为能量锥体或金字塔10、生态系统中的能量流动是单向的，通过各个营养级的能量是逐级减少的

25、。原因？（1）各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量（自然死亡）；（2）各营养级的同化率也不是百分之百的，总有一部分变成排泄物而留于环境中，被分解生物所利用；（3）各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部分能量，这部分能量变成热能而耗散掉。11、生物浓缩、生物积累和生物放大三个概念、联系、区别（1）污染物的生物浓缩定义指生物机体从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。（2）污染物的生物积累 定义指生物在其整个代谢活跃期通过吸收、吸附或吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解的化合物，以致随着生长发育，浓缩

26、系数不断增大的现象，又称生物学积累。（3）污染物的生物放大 定义在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象，又称生物学放大。（4）生物浓缩、生物积累和生物放大三个概念，既有联系，又有区别。生物浓缩指生物机体通过对环境中某元素或难分解化合物的浓缩，使这种物质在生物体内的浓度超过环境中浓度的现象；生物积累指同一生物个体在其整个代谢活跃期的不同阶段，机体内来自环境的某元素或难分解化合物的浓缩系数不断增加的现象；生物放大指在同一食物链上，高位营养级生物机体内来自环境的元素或难分解化合物的浓缩系数比低位营养级生物增加的现象。