环境化学答案.docx

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1、环境化学答案第一章 绪论 4根据环境化学的任务、内容和特点以及其发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课程？ 环境化学的任务、内容、特点：环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的，以化学物质在环境中出现而引起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。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科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支。 环境化学的发展动向：国际上较为重视元素的生物地球化学循环及其相互耦合的研究；重视化学品安全评价；重视臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。我国优先考虑的环境

2、问题中与环境化学密切相关的是：以有机物污染为主的水质污染；以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。 学好这门课的观点：环境化学包含大气、水体和土壤环境化学多个分支学科，研究有害化学物质在大气、水体和土壤环境中的来源、存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法。这就决定了环境化学研究中需要运用现场研究、实验室研究、实验模拟系统研究和计算机模拟研究相结合的系统研究方法，主要以化学方法为主，还要配以物理、生物、地学、气象学等其他学科的方法。因此，要求研究人员具有较广泛的各相关学科的理论知识和实验动手能力。我们在日常学习中应当以开阔的视野

3、，除了环境化学之外，广泛涉猎各相关学科，并注重培养自己的实验操作，如此才可能学好这门课。 5、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征？ 答：环境污染物的类别：环境污染物按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等；按污染物的形态，可分为气体污染物、液体污染物和固体污染物；按污染物的性质，可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物；按污染物在环境中物理、化学性状的变化，可分为一次污染物和二次污染物。 当前世界范围最关注的化学污染物主要是持久性有机污染物，具有致突变、致癌变和致畸变作用的所谓“三致”化学污染物，以及环境内分泌干扰物。 第二章 大气环境化学

4、1大气的主要层次是如何划分的？每个层次具有哪些特点？ 根据温度随海拔高度的变化情况划分的：对流层气温随着海拔高度的增加而降低，大约每上升100m，温度降低0.6、密度大；平流层温度随海拔高度的升高而明显增加、空气没有对流运动，平流运动占优势、空气比对流层稀薄得多、有厚约20km的一层臭氧层；中间层温度随海拔增加迅速降低、空气较稀薄、对流运动非 常激烈；热层空气高度电离、更加稀薄、大气温度随海拔高度增加而迅速增加。 2逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响？ 污染物在大气中的迁移是只有污染物排放出来的污染物由于空气的运动使其传输和分散的过程。迁移过程可使污染物5大气中有哪些重要的吸光物质？其吸光

5、特征是什么？ 7大气中有哪些重要的自由基？其来源如何？ 大气中存在的重要自由基有HO、HO2、R、RO和RO2等。它们的来源如下 HO来源 对于清洁大气而言，O3的光离解是大气中HO的重要来源 对于污染大气，如有HNO2和H2O2存在，它们的光离解也可产生HO 其中HNO2的光离解是大气中HO的重要来源。 HO2的来源 大气中HO2主要来源于醛的光解，尤其是甲醛的光解 任何光解过程只要有H或HCO自由基生成，它们都可与空气中的O2 结合而导致生成HO2。亚硝酸酯和H2O2 的光解也可导致生成HO2 R的来源 大气中存在量最多的烷基是甲基，它的主要来源是乙醛和丙酮的光解 O和HO与烃类发生H摘除

6、反应时也可生成烷基自由基 RO的来源 大气中甲氧基主要来源于甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解 RO2的来源 大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的O2结合而形成的 12.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与特征 1）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 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。）光化学烟雾的形成条件：大气中有氮氧化物和碳氢化合物存在.气温较高有强的阳光照射。这样样在大气中就会发生一系列复杂的反应、生成一些二次污染物，如 O 3 、醛、 PAN

7、 这便形成了光化学污染，也称为光化学烟雾。 2）光化学烟雾在白天生成，傍晚消失。污染高峰出现在中午或稍后 烃和 NO 的最大值发生在早晨交通繁忙时刻，这时 NO 2 浓度很低 。随着太阳辐射的增强， NO 2 、 O 3 的浓度迅速增大，中午时已达到较高浓度，它们的峰值通常比 NO 峰值晚出现 4 5h 。由此可以推断 NO 2 、 O 3 和醛是在日光照射下由大气光化学反应 而产生的，属于二次污染物。早晨由汽车排放出来的尾气是产生这些光化学反应的直接原因。傍晚交通繁忙时刻，虽然仍有较多汽车尾气排放，但由于日光已较弱，不足以引起光化学反应，因而不能产生光化学烟雾现象。 3）产物性质特征：在R及

8、RCO寿命期内可使多个no转化为no2.这种自由基传递过程提供了使no向no2转化的条件，而no2既起链引发作用，又起链终止作用，最终胜出pan，hno3和硝酸酯等稳定产物 14何为有机物的反应活性？如何将有机物按反应活性分类？ 1） 表示某有机物通过反应生成产物的能力 2） 依据有机物与HO反应的速率来将有机物的反应活性进行分类 20什么是大气颗粒物的三模态？如何识别各种粒子模？ Whitby等人依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模。按这个模型，可把大气颗粒物表示成三种模结构，即爱根核模、积聚模和粗粒子模。 爱根核模主要源于燃烧产生的一次颗粒物以及气体分子通过化学反

9、应均相成核而生成的二次颗粒物。由于它们的粒径小、数量多、表面积大而很不稳定，易于相互碰撞结成大粒子而转入积聚模。也可在大气湍流扩散过程中很快被其他物质或地面吸收而去除。 积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚长大。这些粒子多为二次污染物，其中硫酸盐占80%以上。它们在大气中不易由扩散或碰撞而去除。积聚模与爱根核模的颗粒物合称细粒子。 粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒物所构成，因此它的组成与地面土壤十分相近，主要靠干沉降和湿沉降过程而去除。 21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 23，何为温室效应和温室气

10、体？ 大气中的的CO2等气体能吸收地球表面反射的12001630nm的红外光谱，并把能量截留于大气之中，从而使大气温度升高的现象称为温室效应。温室气体： 主要有二氧化碳、甲烷、氧化二氮、CFCs等. 24.说明臭氧层破坏的原因和机理 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HOx，NOx和ClOx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 Cl + O3 ClO + O2

11、 ClO + BrO Cl + Br + O2 Br + O3 BrO + O2 b. HOx 自由基的氯链反应机理 (3分) HO + O3 HO2 + O2 ClO + HO2 HOCl + O2 HOCl + h Cl + HO c. NOx的破坏作用 (2分) NO + O3 NO2 + O2 NO2 + O NO + O2 d. ClO二聚体链反应机理 (2分) ClO + ClO + M Cl2O2 + M Cl2O2 + h Cl + ClOO ClOO + M Cl + O2 + M 第三章 水环境化学 1、 向一含有碳酸的水体加入重碳酸盐，问：总酸度、总碱度、无机酸度、酚酞碱

12、度和CO2酸度，是增加、减少还是不变。 8请叙述水中主要有机和无机污染物的分布和存在形态。 9什么叫优先污染物？我国优先控制污染物包括哪几类？ 10请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？ 11什么是表面吸附作用,离子交换吸附作用和专属吸附作用 并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别. (1)表面吸附:由于胶体表面具有巨大的比表面和表面能,因此固液界面存在表面吸附作用.胶体表面积越大,吸附作用越强.(2)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

13、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.(3)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点荷改变符号,还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上. (4)水合氧化物对金属离子的专属吸附与非金属吸附的区别如下表所示. 20请叙述腐殖质的分类及其在环境中的作用。 22请叙述有机配体对重金属迁移的影响。 影响颗粒物对重金属吸附能力；影响重金属化合物的溶解度 23什么是电子活度pE，以及它和pH的区别。 35请叙述有机物在水环境中的迁移,转化存在哪些重要过程. (1)负载过程:污水排放速率,大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然

14、水体均将直接影响污染物在水中的浓度. (2)形态过程: 酸碱平衡:天然水中pH决定着有机酸或碱以中性态存在的分数,因而影响挥发及其他作用. 吸着作用:疏水有机化合物吸着至悬浮物上,由于悬浮物质的迁移而影响它们以后的归趋. (3)迁移过程: 沉淀-溶解作用:污染物的溶解度范围可限制污染物在迁移,转化过程中的可利用性或者实质上改变其迁移速率. 对流作用:水力流动可迁移溶解的或者被悬浮物吸附的污染物进入或排出特定的水生生态系统. 挥发作用:有机污染物可能从水体进入大气,因而减少其在水中的浓度. 沉积作用:污染物被吸附沉积于水体底部或从底部沉积物中解吸,均可改变污染物的浓度. (4)转化过程: 生物降

15、解作用:微生物代谢污染物并在代谢过程中改变它们的毒性. 光解作用:污染物对光的吸收有可能导致影响它们毒性的化学反应的发生. 水解作用:一个化合物与水作用通常产生较小的,简单的有机产物. 氧化还原作用:涉及减少或增加电子在内的有机污染物以及金属的反应都强烈地影响环境参数. (5)生物累积过程: 生物浓缩作用:通过可能的手段如通过鱼鳃的吸附作用,将有机污染物摄取至生物体. 生物放大作用:高营养级生物以消耗摄取有机毒物进入生物体低营养级生物为食物,使生物体中有机毒物的浓度随营养级的提高而增大.请叙述有机物水环境归趋模式的基本原理。 第四章 土壤环境化学 1土壤由哪些主要成分？它们对土壤的性质与作用有

16、哪些影响？ 1) 土壤矿物质：其是土壤的主要组成部分，占土壤固体总质量的90%，是土壤的骨骼和植物营养元素的重要供给来源，分为原生矿物质与次生矿物质。原生矿物质主要有硅酸盐矿物，氧化物类矿物，硫化物好磷酸盐类矿物。次生矿物质主要有高岭石、蒙脱石、伊利石类，很多重要的物理化学过程和性质都和土壤所含黏土矿物种类和数量有关。 2) 土壤有机质：一般占土壤固相总质量的10%以下，是土壤的重要组成部分，是土壤形成的重要标志，在土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面有重要作用。 3) 4) 土壤水分：是植物营养的主要来源，也是进入土壤的各种污染物向其他环境圈层迁移的的媒介。 土壤中的空气：土壤空气使土

17、壤具有疏松的结构。 根据土壤中H的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。 活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。 潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H和Al。当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H浓度，使土壤pH值降低。 南方土壤中岩石或成土母质的晶格被不同程度破坏，导致晶格中Al释放出来，变成代换性Al，增加了土壤的潜性酸度，在一定条件下转化为土壤活性酸度，表现为pH值减小，酸度偏高。 3土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。 土壤缓冲性能包括土壤

18、溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能： 土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液中H2CO3、H3PO4、H4SiO4、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类具有缓冲作用。以碳酸及其钠盐为例说明。向土壤加入盐酸，碳酸钠与它生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。 Na2CO3 + 2HClH2CO3 + Ca(OH)22NaCl + H2CO3 CaCO3 + 2H2O 当加入Ca(OH)2时，碳酸与它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土壤碱度的变化范围。 土壤中的某些有机酸是两性物质，具有缓冲作用， 土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。 4.什么是盐基饱和度

19、？它对土壤性质有何影响？ 盐基饱和度：在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数成为土壤的盐基饱和度。盐基饱和度越高，土壤对酸的缓冲能力越大；土壤的盐基饱和度越低，土壤对碱的缓冲能力越大。 5.试比较土壤阳、阴离子交换吸附的主要作用原理与特点？ 阳离子交换吸附作用原理：以离子价为为依据，受质量作用定律支配，土壤胶体吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子进行等价交换。 阳离子交换吸附作用特点：1离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。 2同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。 3土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序：Fe3+3+3+3+2什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用它们

20、二者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。 AlHBa3+2+SrCa2+2+Mg2+CsRbNH4KNaLi +阴离子交换吸附作用原理：带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子进行交换。 阴离子交换吸附作用特点：土壤阴离子与胶体微粒或溶液中的阳离子形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。 各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下：F草酸根柠檬酸根硅酸根CH3COOSCNCl 6.土壤中重金属向植物迁移的主要方式及影响因素有哪些？ 土壤中重金属向植物迁移的主要方式为跨膜吸收，影响因素主要有土壤的理化性质、重金属种类、浓度及在土壤中的存在形态，植物种类、生长发育期，复合污染，施肥等。 7植物对重金属污染产生耐

21、性作用的主要机制是什么？ 不同种类的植物对重金属的耐性不同，同种植物由于其分布和生长的环境各异可能表现出对某种重金属有明显的耐性。 植物根系通过改变根系化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子的跨膜吸收。 重金属与植物的细胞壁结合，而不能进入细胞质影响细胞代谢活动，使植物对重金属表现出耐性。 酶系统的作用。耐性植物中酶活性在重金属含量增加时仍能维持正常水平，此外在耐性植物中还发现另一些酶可被激活，从而使耐性植物在受重金属污染时保持正常代谢过程。 形成重金属硫蛋白或植物络合素，使重金属以不具生物活性的无毒螯合物形式存在，降低了重金-属离子活性，从而减轻或解除其毒害作用。 8举例说明影响农药在土壤

22、中进行扩散和质体流动的因素有哪些？ 影响农药在土壤中扩散的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度、温度及农药本身的性质等： 土壤水分含量：研究表明林丹的汽态和非汽态扩散情况随土壤水分含量增加而变化。 吸附：土壤对农药的吸附改变了其扩散的情况，如土壤对2,4-D的化学吸附，使其有效扩散系数降低了，两者呈负相关关系。 土壤紧实度：土壤紧实度对农药的扩散的情况有影响是因为对于以蒸汽形式进行扩散的化合物来说，增加紧实度就降低了土壤孔隙率，扩散系数就自然降低了。如二溴乙烷、林丹等农药在土壤中的扩散系数随紧实度增加而降低。 温度：温度增高的总效应是使扩散系数增大。 气流速度：气流速度可直接或间接地影响农药的

23、挥发。如果空气的相对湿度不是100%，那么增加气流就促进土壤表面水分含量降低，可以使农药蒸汽更快地离开土壤表面，同时使农药蒸汽向土壤表面运动的速度加快。 农药种类：不同农药的扩散行为不同。如有机磷农药乐果和乙拌磷在Broadbalk粉砂壤土中的扩散行为就是不同的。 影响农药在土壤中质体流动的因素有农药与土壤的吸附、土壤种类和农药种类等。 农药与土壤吸附：非草隆、灭草隆、敌草隆、草不隆四种农药吸附最强者移动最困难，反之亦然。 土壤种类：土壤有机质含量增加，农药在土壤中渗透深度减小；增加土壤中粘土矿物的含量，农药的渗透深度也减小。 农药种类：不同农药在土壤中通过质体流动转移的深度不同。如林丹和DD

24、T。 9比较DDT和林丹在环境中的迁移、转化与归趋的主要途径与特点。 DDT和林丹迁移转化、归趋主要途径与特点比较如下表所示： 迁移转化、归趋途径 1）在土壤中移动不明显，易被吸附 2）通过根系渗入植物体 DDT 3）在土壤中按还原、氧化和脱氯化氢等机理被微生物降解 4）光解 1）从土壤和空气转入水体 林丹 2）挥发而进入大气 3）在土壤生物体内积累 4）植物积累 特点 1） 不溶于水，高亲脂性，易通过食物链放大，积累性强 2）挥发性小，持久性高 3）在缺氧和高温时降解速度快 4）南方水田里DDT降解快于北方 1） 易溶于水 2） 挥发性强，持久性低 3） 在生物体内积累性较DDT低 10试述

25、有机磷农药在环境中的主要转化途径，并举例说明其原理。 有机磷农药在环境中转化途径有非生物降解和生物降解。 有机磷农药的非生物降解 吸附催化水解：吸附催化水解是有机磷农药在土壤中降解的主要途径。 光降解：有机磷农药可发生光降解反应。 有机磷农药的生物降解 有机磷农药在土壤中被微生物降解是它们转化的另一条重要途径。化学农药对土壤微生物有抑制作用。同时，土壤微生物也会利用有机农药为能源，在体内酶或分泌酶的作用下，使农药发生降解作用，彻底分解为CO2和H2O。 第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性 3.比较下列各对化合物中微生物降解的快慢，指出所依据的定性判别规律。 NO2，OH苯酚降解快于硝基苯

26、，根据取代规律，在芳香族化合物中羟基取代基加快其降解，硝基取代基减缓其降解。 CH3 (CH2)5CH3 ，CH3CH2CH3 庚烷降解快于丙烷，根据链长规律，在一定范围内，碳链越长，降解越快。 SO3NaCH3CH(CH2)3CH3前者降解快于后者，根据链分支规律，在烷基苯磺酸盐中，分支程度越大，降解越慢。 7.试说明化学物质致突变、致癌和抑制酶活性的生物化学作用机理。 致突变作用机理：致突变性是指生物体中细胞的遗传性质在受到外源性化学毒物低剂量的影响和损伤时，以不连续的跳跃形式发生了突然的变异。致突变作用发生在一般体细胞时，则不具有遗传性质，而是使细胞发生不正常的分裂和增生，其结果表现为癌

27、的形成。致突变作用如影响生殖细胞而使之产生突变时，就有可能产生遗传特性的改变而影响下一代，即将这种变化传递给子细胞，使之具有新的遗传特性。 致癌作用机理：致癌是体细胞不受控制的生长。其机理一般分两个阶段：第一是引发阶段，即致癌物与DNA反应，引起基因突变，导致遗传密码改变。第二是促长阶段，主要是突变细胞改变了遗传信息的表达，增殖成为肿瘤，其中恶性肿瘤还会向机体其他部位扩展。 抑制酶活性作用机理：毒物进入机体后，一方面在酶催化下进行代谢转化，另一方面也可干扰酶的正常作用，包括酶的活性、数量等，从而导致机体的损害。在干扰酶的作用中最常见的是对酶活性的抑制。其一是有机化合物与酶的共价结合，这种结合往

28、往是通过酶活性内羟基来进行的；其二是重金属离子与含硫基的酶强烈结合，这种可逆非竞争性的结合可使酶失去活性；某些金属取代金属酶中的不同金属，活性便受到抑制。 9.在水体底泥中有下图所示反应发生，填写图中有关光分解反应中所缺的化学式或辅酶简式。图中的转化对汞的毒性有何影响？ +途中化学式和辅酶简式：Hg；HgCl2；CH4；NADH；NAD；HCl；NADH + H；+CH4；HCl；NADH + H；HCl；CH4；C2H6；Hg 可溶性无机汞在生物体内一般容易排泄，而烷基汞具有高脂溶性，且在生物体内分解速度缓慢，因而其毒性比可溶性无机汞化合物大10到100倍。图中所示的氯化甲基汞变成金属汞的转

29、化过程，是微生物以还原作用转化汞的主要途径，是降低毒性的过程。 第六章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应 +5、根据多环芳烃形成的基本原理，分析讨论多环芳烃产生与污染的来源有哪些。 形成基本原理：简单烃类和芳烃在高温热解过程中可形成大量的多环芳烃.如乙炔和柰等热解形成多环芳烃。 产生于污染来源： 天然来源：在人类出现以前自然界就已存在多环芳烃(PAH)，陆地、水生植物、微生物的生物合成；森林、草源的天然火灾；火山活动等构成了PAH的天然本底值。 人为来源：家用炉灶排放的烟气；烟草焦油；食品油炸、炒、烘烤、熏等加工过程产生PAH。 6、表面活性剂有哪些类型？它对环境与人体健康有何危害？ 类型：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂。 对环境与人体健康的危害：洗涤剂中大量聚磷酸盐增净剂，是环境水体富营养化的重要原因；表面活性剂可足进水体石油和多氯联苯等不溶性有机物的乳化、分散，增加废水处理困难；阳离子表面活性剂具有一定杀菌能力，当浓度达到一定量时能破坏水体微生物的群落和人体健康；洗涤剂对油性物质有很强的溶解能力，能破坏鱼的味觉器官，使鱼类丧失避开毒物和觅食的能力。