环境化学复习主要内容

环境化学复习主要内容

绪论部分

1、环境问题：是指包括一切形式的环境恶化或对生物圈的一切不利影响。

2、世界上曾发生过八大公害事件

(1)比利时马斯(Meuse)河谷烟雾事件：SO2

(2)美国洛杉矶光化学烟雾事件

(3)多诺拉烟雾事件： SO2和烟尘。

(4)伦敦烟雾事件

(5)四日市哮喘事件：1955年以来日本四日市石油提炼和工业燃油产生的废气严重污染城市大气。

(6)痛痛病事件：1955～1972年日本富山县内的锌、铅冶炼厂等排放的含镉废水污染稻米。

(7)水俣事件：日本熊本县水俣市，甲基汞鱼。

(8)米糠油事件：1968年3月，日本北九州市爱知县,一带生产米糠油时，混入多氯联苯。

3、环境污染物：进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质

4、环境污染物的类别：

根据化学性质分：元素、无机物、有机化合物、含氧有机化合物、金属有机物、有机氮化合物、有机卤化合物、有机硫化合物、有机磷化合物5、环境效应：自然过程或者人类的生产和生活活动对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化。

6、污染物的迁移方式：机械迁移、物理－化学迁移、生物迁移

7、迁移：污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集、分散和消失的过程。

8、转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。（物质性质的变化）

大气环境化学

1、气温垂直递减率：随高度升高气温的降低率,常用下式表示：

Γ= －式中T——热力学温度，K；z——高度

2、逆温:对流层中气温随高度的增加反而增加的现象。

3、逆温对污染物扩散的影响（见P47）

4、大气稳定度（见P48）

5、干绝热递减率:气块垂直上升时，随外界压力的减少而必然膨胀作功使气块温度下降，反之亦然，其温度的降低值与上升高度的比值以Γd表示。

6、大气的稳定度与干绝热递减率之间的关系对污染物扩散的影响：＞,大气稳定；＜,大气不稳定

=,大气处于平衡状态

7、影响大气污染物迁移的因素：

（1）、风和湍流。风：污染物向下风向的扩散；湍流：向各个方向的扩散；浓度梯度：质量向低浓度的扩散

（2）、天气形势和地理地势产生的逆温现象：山谷风、海陆风、城郊风

（3）、污染源本身的特性(温度、浓度、化学稳定性)

8、大气组分的源与汇：产生气体的过程称为气体的源，它包括大气中的化学过程、生物活动、火山喷发以及人类活动等，如燃料的燃烧。

由大气中去除气体的过程如化学过程和生物活动、物理过程等就是被去除气体的汇。

八类大气污染物：含硫化合物、含氮化合物、一氧化碳和二氧化碳、碳氢化合物和氢氧化合物、光化学氧化剂、含卤素化合物、颗粒物、放射性物质

10、（1）干沉降：重力沉降，与植物、建筑物或地面(土壤)相碰撞而被捕获(被表面吸附或吸收)的过程，统称为干沉降。

（2）湿沉降：大气中的物质通过降水而落到地面的过程称为湿沉降。被降水湿去除或湿沉降对气体或颗粒物都是最有效的大气净化机制。湿沉降可分为雨除和冲刷

11、大气污染物的汇：干沉降、湿沉降、化学去除

12、（1）SO2来源：大气中SO2主要来自含硫燃料的燃烧及冶金、硫酸制造等工业过程。人为排放的SO2中约有60%来自煤燃烧，30%左右来自石油燃烧和炼制。

（2）危害：SO2是无色、有刺激性气味的气体，它能刺激人的眼睛、损伤呼吸器官、损坏植物叶子、抑制作物生长。

（3）汇：SO2在大气中，尤其在污染大气中易通过光化学氧化、均相氧化、多相催化氧化，最终转变成硫酸或硫酸盐，并通过干沉降或湿沉降(酸雨)的形式降落到地面。

（4）危害：我国酸雨属硫酸型酸雨，即致酸物质主要是。SO2转化成硫酸或硫酸盐，其危害增大。

13、NOx：大气中的NOx主要来自天然过程。

NOx的人为源主要是燃料的燃烧或化工生产过程，其中以工业窑炉、氮肥生产和汽车排放的NOx量最多。城市大气中三分之二的NOx来自汽车尾气等的排放。

大气中的NOx最终转化为硝酸和硝酸盐颗粒，并通过湿沉降和干沉降过程从大气中去除。因此，大气中的光化学烟雾与酸雨之间存在密切的关系。

14、CO2的人为源主要是矿物燃料的燃烧。而它的天然源主要

有： (a) 海洋脱气。海水中CO2量通常比大气圈高60多倍，估计大约有千亿吨的CO2在海洋和大气圈之间不停地交换。(b) 甲烷转化。CH4在平流层中与·OH自由基反应，最终被氧化为CO2。 (c) 动植物呼吸、腐败作用以及生物物质的燃烧。 (d) CO2不仅来源于地表，而且也来源于地球内部。

15、CFCs对大气的主要影响：温室效应和臭氧层破坏

16、臭氧损耗潜势能ODP ：ODP = 单位质量物种引起的O3损耗/ 单位质量CFC-11所引起O3的损耗的比值

17、降尘：粒径大于10μm的颗粒物

悬浮物或称气溶胶：粒径在100 μm以下的颗粒物

飘尘：粒径在10 μm以下的颗粒物。

18、大气中HO和HO2的来源：

（1）HO的来源

清洁大气：O3的光解是OH的重要来源：

O3＋hv →O+O2 O+H2O→2HO

污染大气：

HNO2＋hv →HO+ NO

H2O2+hv →2HO

（2）HO2的来源：

醛的光解，尤其是甲醛;

H2CO＋hv →H+HCO

H+O2+M→HO2+M

HCO+O2→HO2+CO

任何光解过程只要产生H或HCO自由基的，都可以与O2结合而导致

HO2。

亚硝酸酯的光解:

CH3ONO＋hv →CH3O+NO

CH3O+O2 →HO2+H2CO

H2O2的光解:

H2O2+hv →2HO

HO+H2O2 →H2O+HO2

19、乙烷的氧化过程

参与反应的气体：CH3CH3 、OH（O）、O2、NO

(1)摘氢反应 CH3CH3 ＋ · OH→CH3CH2 · ＋H2O

(2)烷基氧化 CH3CH2 · ＋O2→CH3CH2O2 ·

(3)烷基脱碳和NO氧化

CH3CH2 O2 · ＋NO→CH3CH2O · ＋NO2

CH3CH2O · ＋O2→CH3CHO＋HO2 ·

CH3CHO →CH3C(O)O2 · →CH3C(O)O · →CH3 · +CO2

20、（1）光化学烟雾：氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物在阳光照射下发生光化学反应并产生二次污染物，此过程形成的混合烟雾污染现象即为光化学烟雾。

（2）光化学烟雾特征：一般呈蓝色、具有强氧化性、能使橡胶开裂、刺激人的眼睛、伤害植物的叶子、并降低大气能见度、刺激物浓度的高峰出现在中午和午后。

（3）光化学烟雾产生的必要条件：氮氧化物和碳氢化合物

（4）光化学烟雾形成机理

光化学烟雾形成机理可简述如下：清晨大量的碳氢化合物和NO由汽车尾气及其他源排入大气。由于晚间NO氧化的结果，已有少量NO2存在。当日出时，NO2光解离提供原子氧，然后NO2光解反应及一系列次级反应发生，·OH基开始氧化碳氢化合物，并生成一批自由基，它们有效地将NO转化为NO2，使NO2浓度上升，碳氢化合物及NO浓度下降；当NO2达到一定值时，O3开始积累，而自由基与NO2的反应又使NO2的增长受到限制；当NO向NO2转化速率等于自由基与NO2的反应速率时，NO2浓度达到极大，此时O3仍在积累之中；当NO2下降到一定程度时，就影响O3的生成量；当O3的积累与消耗达成平衡时，O3达到极大，光化学烟雾的形成。

(5)光化学烟雾的控制对策：控制活性高的有机物的排放和控制臭氧的浓度

21、（1）雨除：在云内，云滴相互碰并或与气溶胶粒子碰并，同时吸收大气气体污染物，在云内部发生化学反应，这个过程叫污染物的云内清除或雨除

（2）冲刷：在雨滴下落过程中，雨滴冲刷着所经过空气的气体和溶胶，雨滴内部也会发生化学反应，这个过程叫污染物的云下清除或冲刷22、（1）酸雨的形成过程

（2）我国西南煤中含硫量高，并且很少经脱硫处理，就直接用作燃料燃烧，SO2排放量很高。大气中NH3很少且土壤中的颗粒物呈酸性，因此这些地方经常出现酸雨。而北京地区的土壤颗粒物呈碱性且大气含有

较多的NH3，故能起到中和作用。

（3）酸雨的危害:

a、对土壤生态的危害

b、对水生生态的危害

c、对植物的危害

d、对材料和古迹的影响

e、对人体健康的影响

23、总悬浮颗粒物TSP：颗粒直径多在100um以下，以<10um为最多

飘尘 PM10：其粒径主要<10um

降尘：其粒径主要>10um

可吸入颗粒物：Dp<10um

24、大气颗粒物的三种模态：爱根核模、积聚模、粗粒子模

25、富集因子法：EF=

当EF<10时，颗粒物主要来自土壤和岩石；

当EF在10～10000之间时，则是被富集了，与人为因素有关

26、温室效应的定义、主要的温室气体有哪些及其影响：

（1）大气中CO2和水汽吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留与大气中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应

（2）主要的温室气体：CO2、CH4、N2O、CFCs

（3）温室效应的影响：

i) 气候转变：‘全球变暖’ii) 海平面升高

对人类生活潜在影响

i) 经济的影响ii) 农业的影响iii) 海洋生态的影响iv) 水循环的影响

还会对季节和水分的分配产生影响：北半球冬季将缩短，并更冷更湿，而夏季则变长且更干更热，亚热带地区则将更干，而热带地区则更湿27、对臭氧层损耗的物质有：NOx、CFCs

水环境化学

1、水循环：自然界的水不仅受地球引力作用沿着地壳倾斜方向流动，而且由于水在太阳能和地球表面热能的作用下发生形态变化，蒸发的水分随着气流运行而转移，遇冷凝结成云或以降水形式到达地面，到达地表的水又重新蒸发、凝结、降落，这个周而复始的过程，

2、影响水循环的作用有三个基本因素：(1)水的物理性质决定了水的循环成为可能；(2)太阳辐射是水循环的源动力；(3)循环路线的结构和性质，特别是地表循环途径的结构和性质，如地质地貌、土壤和生物等的类型和性质，它不但影响降水的分布和输送，而且还影响下渗及输水道的特性。

3、水体：在水污染化学中，水体指河流、湖泊、沼泽、水库、地下

水、冰川、海洋等贮水体的总称。

4、天然水体中的主要阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+等，主要阴离子有Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-等，这八种离子可占水中溶解固体总量的95%～99%以上。

海水中又以Na+与Cl-离子含量占优势，河水中以Ca2+、HCO3-离子含量占优势。

陆地水中下列成分的含量顺序一般为HCO3- ＞SO42- ＞Cl-，Ca2+ ＞Na+ ＞Mg2+ ，

海水中相应的含量顺序为Cl- ＞SO42- ＞HCO3-，Na+ ＞Mg2+ ＞Ca2+。

5、（1）水体污染(water body pollution)：主要是由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。

（2）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。

6、水体中的污染物的种类：耗氧污染物、致病污染物、合成有机物、植物营养物、无机物及矿物质、由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物、放射性物质、热污染

7、水体富营养化：当大量氮、磷植物营养物质排入水体后，促使某些生物(如藻类)急剧繁殖生长，生长周期变短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物所分解，不断产生硫化氢等气体，使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物的大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把生物所需的氮、磷等营养物质释放到水中，供新的一代藻类等生物利用。常用氮、磷含量，生产率(O2)及叶绿素-α作为水体富营养化程度的指标。防治富营养化，必须控制进入水体的氮、磷含量。

8、有毒污染物分类：(1)重金属。(2)无机阴离子，主要是、、离子。

(3)有机农药、多氯联苯。(4)致癌物质。致癌物质大体分三类：稠环芳香烃(PAHs)，如3，4-苯并芘等；杂环化合物，如黄曲霉素等；芳香胺类，如甲、乙苯胺，联苯胺等。(5)一般有机物质。如酚类化合物就有2000多种，最简单的是苯酚，均为高毒性物质；腈类化合物也有毒性，其中丙烯腈的环境影响最为注目。

9、水体污染对人体健康的影响：

（1）引起急性和慢性中毒。水俣病、痛痛病。

（2）致癌作用。

（3）发生以水为媒介的传染病。伤寒、痢疾、肠炎、霍乱等；肠道内常见病毒如脊髓灰质类病毒、柯萨奇病毒、传染性肝炎病毒等，皆可通过水体污染引起相应的传染病。

10、在封闭体系下，［H2CO3*］、［HCO3-］、［CO32-］随溶液pH 的变化而变化，但是CT是不变的；加入CO2，总碱度不会变化

在开放体系下，［HCO3-］、［CO32-］和CT是随pH的变化而变化的，但是［H2CO3*］由于和大气保持平衡而成为定值。

11、水的碱度的表示指标：

总碱度＝[OH-]＋[HCO3-]＋2[CO32-]－[H+]

酚酞碱度＝[OH-] +[CO32-] －[H2CO3]－[H+]

苛性碱度＝[OH-]－[HCO3-]－2[H2CO3]－[H+]

12、影响重金属在水中迁移转化的主要因素：

（1）水体的pH；

（2）悬浮物或胶体物质对重金属离子的吸附；

（3）无机、有机络合剂的种类及浓度；

（4）重金属元素或其他化合物的氧化态及水体的氧化还原条件；（5）微生物的作用。

13、有机污染程度的指标：常见的指标有：溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、总有机碳和总需氧量。

14、（1）溶解氧即在一定温度和压力下，水中溶解氧的含量，是水质的重要指标之一。

（2）生化需氧量(BOD)：水体中微生物分解有机物的过程中消耗水中的溶解氧量称为生化需氧量，通常用BOD表示，其单位为mg(O2)/L。

（3）化学需氧量(COD)：水体中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化过程中所消耗氧化剂的量，以每升水样消耗氧的毫克数表示，通常称为COD，其单位为mg(O2)/L。

重铬酸钾法COD＞BOD5＞高锰酸钾法COD

15、有机物的迁移转化途径：

1 （1）以气态挥发介入大气（2）通过微生物、化学或光化学作用等降解为无害物；（3）溶解在水中；（4）被水中悬浮颗粒物、沉积物吸附从水相转入底泥；（5）水中有机污染物还可被水生生物富集，也可通过直接饮用或经由食物链的富集而归宿于人体。

16、极限浓度是指维持微生物生长的最低有机化合物浓度。

17、水体中重金属迁移转化的途径：沉淀溶解、氧化还原、配合作用、胶体形成、吸附解吸、甲基化作用和生物富集

18、请解释需氧有机物分解与溶解氧平衡模式图

0点处排入污水后，BOD急剧上升，径流向下，由于降解作用，使BOD

逐渐下降并逐步恢复到原来的水平。而0点前未受污染河水的正常溶解

氧值为8 mg/L，由于污水排入，有机物分解耗氧，溶解氧逐步下降，经2.5 d，流程30英里后DO降到最低点，以后逐步回升，并恢复到污水排入前的溶解氧值。当污水从0点排入时，由于水体含有DO，故COD并没有达到最大值，而是逐渐上升，当DO降低到最低值时，COD达到最大值；此后，DO逐渐上升，COD逐渐下降，并恢复到污水排入前的水

平。

根据需氧有机物分解与溶解氧平衡模式图可把河流分为清洁区、水质恶化区、恢复区和洁净区。

19、分配作用主要是指在水：沉积物(悬浮颗粒物)体系中，沉积物(悬浮颗粒物)中有机质对有机化合物的溶解。

20、六六六：六六六较DDT容易降解，其降解同样是通过光化学、化学及生化反应等途径。

（1）六六六的光化降解：一般情况下六六六不易直接吸收光子而发生

光化反应，但当水体中存在某些物质（如苯胺、芳酚等芳香化合物，X －、S2O32-等无机阴离子）时，这些物质的分子或离子能在光的激发下发生光化反应，产生某种还原性活性中间体，如水合电子（eaq-），而eaq-可以进一步与六六六分子反应，使六六六像直接接受光能一样，发

生化学键的断裂而降解。有人根据动力学稳定态处理方法得出六六六的光化学反应为一级反应，并指出光化学反应的速率常数K与水体中给电

子物质的浓度成正比；K与水体中其他能结合电子物质的浓度成反比，

这些结合电子的物质（如Cu2+、Zn2+、溶解氧、H3O+）等的存在能降低六六六的光化学反应速率。所以水体中有溶解氧存在时,六六六的光

化学降解速率极慢。

（2）六六六的化学降解：有人认为六六六化学降解的产物为四氯环己烯、五氯环己烯，降解时均需脱除HCl，因此在碱性介质中六六六易降解，而在酸性介质中六六六比较稳定。

（3）六六六的生化降解：在六六六的降解中，微生物对其降解起着决

定性作用。γ-六六六可经脱氯化氢形成γ-五氯环己烯，也可以在厌氧条

件下转化为α，β，δ-六六六异构体，在水中完全迅速地降解。实验结果表明，微生物存在下，六六六浸水2个月后，四种异构体基本消失。

土壤环境化学

1、土壤的基本环境功能

（1）培育植物：植物挺立生长的支持体;为植物生长提供水、空气和养分

（2）推动物质循环：土壤是地球表层中介入元素循环的一个重要圈

层，由岩石风化产生的所有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:土壤是大气和地下水之间的缓冲地区。

（4）防止灾害：土壤蓄水量大，可防止洪水发生。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：土壤具有极大比表面和催化活性，对外来污染物有一定的自净能力。

2、土壤环境容量：土壤所允许承纳污染物质的最大数量;或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。

3、土壤污染源:

(1) 化肥和农药残留；

(2) 废物(废渣、污水和垃圾等)的处理场所；

(3) 大气或水体中的污染物质的迁移、转化，进入土壤，使土壤随之亦遭受污染；

(4)在自然界中某些元素的富集中心或矿床周围，形成自然扩散晕，使附近土壤中的元素的含量超出一般土壤的含量范围。

4、污染物由土壤向植物体内迁移的方式:被动转移和主动转移

5、植物对重金属的耐受机制：

（1）植物的根系通过改变根际化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子跨膜吸收。

（2）重金属与植物的细胞壁的结合

（3）酶系统的作用耐性植物在受到重金属的污染后，

几种酶的活性依然可以保持，而非耐性植物的酶活性会降低。

（4）形成了重金属硫蛋白或植物络合素

6、农药在土壤中的环境行为:吸附、迁移和降解

7、毒物：进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学的变化，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。

8、效应：毒理学把毒物剂量与引起个体生物学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为效应。

反应：把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。

10、半数有效剂量(ED50):毒物引起一群受试生物的半数产生同一毒作用所需的毒物剂量和毒物浓度

半数有效剂量或半数有效浓度，若以死亡率作为毒作用的观察指标，则称为半数致死剂量(LD50)或半数致死浓度(LC50)。

11、毒作用的生物化学机制:

(1)酶活性的抑制。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，从而有可能导致机体的损害。

(2)致突变作用

(3)致癌作用

(4)致畸作用

计算题：

例一、某水体的pH为8.00，碱度为1.0×10-3 mol/L,试计算各种形态物质的浓度。

[HCO3-]＝碱度＝ 1.0×10-3 mol/L（见P153）

[OH-]＝1.0×10-6 mol/L

[H2CO3]＝[HCO3-][H+]/K1

[CO32-]＝ K2[HCO3-]/[H+]

某水体的pH为10.00，碱度仍为1.0×10-3 mol/L,试计算各种形态物质的浓度。（见P154）

碱度＝[OH-]＋2[CO32-]＋[HCO3-]

10-3 ＝10-4＋2 *0.469[HCO3-] ＋[HCO3-]

[CO32-]=0.469[HCO3-]

例二、若一个天然水的pH为7.0，碱度为1.4mmol/L，求需要加入多少酸才能把pH降到6.0?（答案见P156）

例三（见P217）