【环境化学】第2.3章 大气环境化学——3.9 温室效应和温室气体
《环境化学》课件第二章-2
稳定性： C2H5 > (CH3) 3CCH2 > CH2=CH > C6H5 和 CH3 > CF3 D/kJ· mol-1：410 415 431 435 435 443
2-7
《环境化学》 第二章 大气环境化学
（2）自由基的结构和活性 (Structure and Reactivity of Free Radicals) 卤原子夺氢的活性是：F•>Cl•>Br•
增长
终止
2-11
《环境化学》 第二章 大气环境化学
第三节
大气中污染物的转化
(2.3 Transformation of Atmospheric Pollutants)
一、自由基化学基础 (Chemical Foundation for Free Radicals) 二、光化学反应基础 (Foundation for Photochemical Reactions) 三、大气中重要自由基来源 (Source for Important Free Radicals in the
Atmosphere)
四、氮氧化物的转化 (Transformation of NOx) 五、碳氢化合物的转化 (Transformation of Hydrocarbons) 六、光化学烟雾 (Photochemical Smog) 七、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染 (Transformation of
光化学过程 A* → B1 + B2 +… A* + C → D1 + D2 +… 光解，即激发 态物种解离成 为两个或两个 以上新物种。
2-14
A*与其他分子反应生成新的物种。
《环境化学》 第二章 大气环境化学
环境化学答案
《大气环境化学》第二章重点习题及参考答案1.大气的主要层次是如何划分的每个层次具有哪些特点（1）主要层次划分：根据温度随海拔高度的变化情况将大气分为四层。
（2）各层次特点：①对流层：0～18km；气温随高度升高而降低；有强烈的空气垂直对流；空气密度大（占大气总质量的3/4和几乎全部的水汽和固体杂质）；天气现象复杂多变。
②平流层：18～50km；平流层下部30～35km以下气温变化不大（同温层），30～35km以上随高度升高温度增大(逆温层)；有一20km厚的臭氧层，可吸收太阳的紫外辐射，并且臭氧分解是放热过程，可导致平流层的温度升高；空气稀薄，水气、尘埃的含量极少、透明度好，很少出现天气现象，飞机在平流层低部飞行既平稳又安全；空气的垂直对流运动很小，只随地球自转产生平流运动，污染物进入平流层可遍布全球。
③中间层：50～80km；空气较稀薄；臭氧层消失；温度随海拔高度的增加而迅速降低；大气的垂直对流强烈。
④热层：80～500km；在太阳紫外线照射下空气处于高度电离状态（电离层），能反射无线电波，人类可利用它进行远距离无线电通讯；大气温度随高度增加而升高；空气更加稀薄，大气质量仅占大气总质量的0．5％。
热层以上的大气层称为逃逸层。
这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用与大气温度不同，大气的压力总是随着海拔高度的增加而减小。
2.逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响？一般情况下，大气温度随着高度增加而下降，每上升100m，温度降低0.6℃左右。
即是说在数千米以下，总是低层大气温度高、密度小，高层大气温度低、密度大，显得“头重脚轻”。
这种大气层结容易发生上下翻滚即“对流运动”，可将近地面层的污染物向高空乃至远方疏散，从而使城市上空污染程度减轻。
因而在通常情况下，城市上空为轻度污染，对人体健康影响不大。
可是在某些天气条件下，一地上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的反常现象，从而导致大气层结“脚重头轻”，气象学家称之为“逆温”。
环境化学-王版各章名词解释
第一章绪论1、环境化学研究的内容；主要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。
2、环境污染；由于认为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件。
3、环境污染物：是环境化学研究的对象，进入环境后使环境的正常组成和性质发生改变，直接或间接有害于人类与生物的物质。
4、优先污染物；指在众多污染物中筛选出的潜在危险大因而作为优先研究和控制对象的污染物。
5、环境效应；是指由环境变化而产生的环境效果6、环境效应化学：在多种环境条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果。
第二章大气环境化学1、一次污染；是指污染物由污染源直接排入环境所引起的污染2、二次污染；是由一次污染物经化学反应形成的污染物如CO,SO2,NO3、辐射逆温；晴朗平静的夜晚，地面因辐射而失去热量，近地气层冷却强烈，较高气层冷却较慢，形成从地面开始向上气温递增。
4、地形逆温；由于山坡散热快，冷空气山坡下沉到谷地，谷底原来的较暖空气被冷空气抬挤上升，从而出现气温的倒置现象。
5、温室效应；大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，因其作用类似于栽培农作物的温室，6、光量子产率；化学物质吸收光量子后，所产生的光物理过程或光化学过程相对效率。
7、气温垂直递减率气温随高度的变化通常以气温垂直递减率(Г)表示，即每垂直升高100m，气温的变化值：T－绝对温度，K；Z－高度。
8、光化学反应；物质一般在可见光或紫外线的照射下而产生的化学反应。
9、气溶胶；由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。
10、酸雨；被大气中存在的酸性气体污染，pH小于5.65的酸性降水。
11、湿沉降；下雨时，高空雨滴吸收包含酸性物质继而降下时再冲刷酸性物质降到地面。
12、干沉降：不下雨时，大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面。
环境化学第二章大气环境化学
NO、NO2，通式NOx
4）燃料燃烧过程中NOx形成机理
含氮化合物＋O2
NOx
N2在高温下（>2000℃）
O2 O·＋ O· N2 ＋ O· NO ＋ N·
O2 ＋ N· NO ＋ O· 结·O论H：＋燃N烧·过程中NO排＋放的H氮·氧化物主要为NO
以上快 (占N9O0%＋以1上／)2，O其2 次才N为ON2O2（仅占10%左慢右）
第一节 大气结构、组成和性质
一、大气垂直分层 二、大气的组成 三、大气中的主要污染物
一、大气垂直分层
通常把静态大气的温度和密度在垂直方向上的分布 ，称为大气温度层结和大气密度层结。
大气
依据
大气的 温度层结 密度层结 运动规律
划分为
对流层 平流层 中间层
热层 散逸层
（一）对流层
平均厚度12km,赤道19km，两 极8-9km，云雨主要发生层， 夏季厚，冬季薄。
CO2（0.0314%） ＞99.9% 2）稀有气体（H2、CH4、SO2、NH3、CO、O3等）
<0.1% 3）水（正常范围 1-3%）
（二）大气组分的停留时间
1、停留时间
某种组分在大气中存在的平均时间，用τ表示
假定大气中某种组分的总量为M，那么其速率变化可表示为： dM／dt=P+I-R-O
P为该物质的总质量生成速率； I 为该物质的总质量流入速率； 总的输入速率 R为该物质的总质量去除速率； O为该物质的总质量流出速率； 总的输出速率
CO (73－185)、 H2O (10)、 SO2 (2) 、NOx (10)
（三）大气组分浓度表示法
1、体积浓度表示法：一百万体积的空气中所 含污染物的体积数-ppm， ppb ，ppt 表示为10-6，10-9，10-12
环境化学第二章大气环境化学复习知识点
第二章大气环境化学1、大气成分：按浓度分成三大类：（1）主要成分，浓度在1%以上量级，包括氮(N2)，氧(O2)和氩(Ar)；（2）微量成分(也称次要成分)，浓度在1ppmv到1%之间，包括二氧化碳（CO2），水汽(H2O)，甲烷(CH4)，氦(He), 氖(Ne)，氪(Kr)等；（3）痕量成分，浓度在1ppmv以下，主要有氢(H2)，臭氧(O3)，氙(Xe),一氧化二氮(N2O)，氧化氮(NO)，二氧化氮(NO2)，氨气(NH3)，二氧化硫(SO2)，一氧化碳(CO)以及气溶胶等等。
此外，还有一些大气中本来没有的，纯属人为产生的污染成分，它们目前在大气中的浓度多为pptv的量级，如氟氯烃类化合物(常记为CFCs)等。
2、大气层的结构：对流层、平流层、中间层、热层、逸散层对流层特性：由于对流层大气的重要热源来自于地面长波辐射，因此离地面越近气温越高；离地面越远气温则越低。
在对流层中，高度每增加100m，气温降低0.6℃。
云雨的主要发生层，赤道厚两极薄。
平流层特征：在平流层内，大气温度上热下冷，空气难以发生垂直对流运动，只能随地球自转产生平流运动，平流层气体状态非常稳定。
在平流层内，进入的污染物因平流运动形成一薄层而遍布全球。
中间层特征：在中间层中，由于层内热源仅来自下部的平流层，因而气温随高度增加而降低，温度垂直分布特征与对流层相似；由于下热上冷，空气垂直运动强烈。
热层特征：在热层中，温度随高度增加迅速上升。
热层空气极稀薄，在太阳紫外线和宇宙射线辐射下，空气处于高度电离状态，该层也可以称为电离层。
逸散层：800km以上高空；空气稀薄，密度几乎与太空相同；空气分子受地球引力极小，所以气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去。
3、逆温由于过程的不同，可分为近地面的逆温、自由大气逆温。
近地面的逆温：辐射逆温、平流逆温、融雪逆温、地形逆温自由大气逆温：乱流逆温、下沉逆温、锋面逆温逆温的危害：在对流层中，由于低层空气受热不均，能够使气体发生垂直对流运动，致使对流层上下空气发生交换。
环境化学 第2章 大气环境化学4
酸雨及其研究 世界三大酸雨区：欧洲、北美、中国
中国：长江以南、青藏高原以东以及四川盆地
§3.7.1 降水的pH
在未被污染的大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是 CO2。如果只把CO2作为影响天然降水pH的因素，根据CO2的
全球大气浓度330mL/m3与纯水的平衡：
KH C O2 (g) H 2O C O2 H 2O
它主要是由于燃煤而排放出来的SO2、颗粒物以及由SO2氧
化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。
这种污染多发生在冬季，气温较低、湿度较高和日光较弱的
气象条件下。
在硫酸型烟雾的形成过程中，SO2转变为SO3的氧化反应主
要靠雾滴中锰、铁及氨的催化作用而加速完成。
硫酸烟雾型污染物，从化学上看是属于还原性混合物，故称
酸雨对水生生态系统的危害
酸雨使河流、湖泊的水体酸化，抑制水生生物的生长和繁殖，
杀死水中的浮游生物，减少鱼类食物来源，使水生生态系统紊乱， 严重影响水生动植物的生长。 酸雨造成美国75％的湖泊和大约一半的河流酸化；加拿大43 ％的土地已对酸雨高度敏感，有14000个湖泊是酸性的。挪威和瑞 典南部五分之一的湖没有鱼，在中国南方酸雨地区有近一半湖泊， 受到不同程度的酸化污染。
酸雨还能诱发植物病虫害，使作物减产。
酸雨对陆生生态系统的危害
农业减产：
酸雨可使土壤微生物种群变化，细菌个体生长变小，生长繁殖
速度降低。
酸雨可降低土壤中氨化细菌和固氮细菌的数量，使土壤微生物 的氨化作用和硝化作用能力下降，对农作物生长不利。 科学家估计我国南方七省大豆因酸雨受灾面积达2380万亩，减 产达20万吨，减产幅度约6%，每年经济损失1400万元。
伦敦型 较早(1873 年),已多次出现
《大气环境化学》ppt课件
H O2 M HO2 M
HCO O2 HO2 CO
来自醛光解的HO2的链反应：
HO2 NO HO NO2
其他醛类在大气中浓度较低，光 解作用不如甲醛重要。
亚硝酸脂和H2O2的光解作用：
CH 3ONO hv CH 3O NO
CH3O O2 HO2 H2CO H2O2 hv 2HO HO H2O2 HO2 H2O
态物种 A 。
激发态物种能发生如下反应：
辐射跃迁，通过辐射磷光或荧光失活
A* A h
碰撞失活，为无辐射跃迁
A* M A M
以上两种是光物理过程
光离解，生成新物质
A* B1 B2
与其它分子反应生成新物种
A* C D1 D2
这两种过程为光化学过程
次级过程 初级过程中反应物与生成物之间进一 步发生的反应，如大气中HCl的光化学反 应过程：
SO2 h SO2* 240 400nm
SO2*在污染大气中可参与许多光化学反应。
（ 图2－10）
(6) 甲醛的光离解
HCHO中H-CHO的键能为 356.5 kJ/mol， 它对 240 – 360 nm 范围内的光有吸收，吸 光后的光解反应为：
HCHO h H HCO HCHO h H 2 CO
第二章 大气环境化学
参考书目 环境化学 戴树桂 主编 高等教育出版社.
第一节 大气中污染物的迁移
一、大气的组成 氮（78.09%）、氧（20.95%）、氩
（0.9%）、CO2（0.03%）、稀有气体 （CH4、SO2、NH3、CO、O3）<0.1%、水 （正常范围 1-3%）
大气固体悬浮物 来自：工业（生活）烟尘；火山喷 尘；海浪飘逸盐质。 >10μm称降尘（数小时） <10μm称飘尘（数年）
环境化学知识点总结复习-完善版（大学期末复习资料）
第一章绪论1、环境问题：全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象，称为环境问题。
原生环境问题：自然力引发，也称第一类环境问题，火山喷发、地震、洪灾等。
次生环境问题：人类生产、生活引起生态破坏和环境污染，反过来危及人类生存和发展的现象。
目前的环境问题一般都是次生环境问题。
当今世界上最引人注目的几个环境问题温室效应、臭氧空洞、酸雨等是由大气污染所引起的。
环境污染:由于人为因素使环境的构成状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件。
造成环境污染的因素有物理、化学和生物的三个方面，其中化学物质引起的约占80%~90%。
2、认识过程：①20世纪60年代人们只把环境问题作为污染来看待，没有认识到生态破坏的问题.；②20世纪70年代1972年联合国，瑞典，斯德哥尔摩“人类环境会议”，将环境污染和生态破坏提升到同一高度看待；③20世纪80年代1987年，由挪威首相布伦特兰夫人组建的“联合国世界环境与发展委员会”发表了《我们共同的未来》；④20世纪90年代1992年，巴西，里约热内卢，联合国环境与发展大会，强调和正式确立了可持续发展的思想，并形成了当代的环境保护的主导意识。
环境保护的主要对象是由于人类生产、生活活动所引起的次生环境问题，主要包括：环境污染和生态破环两个方面。
为保护人类生存环境，联合国将每年的4月22定为世界地球日，6月5日定为世界环境日。
3、环境化学定义：是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特征、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。
研究特点：（1）以微观研究宏观：从原子、分子水平，研究宏观环境圈层中环境现象和变化机制；（2）研究对象复杂：既有人为来源的也有天然来源的，处于环境开放体系内，多种环境因素同时相互作用，其研究需要多学科的结合。
（3）物质水平低：mg/kg(ppm,10-6)、ug/kg(ppb,10-9)发展动向：目前，国界上较为重视元素（尤其是碳、氮、硫和磷）的生物地球化学循环及其相互偶合的研究；重视化学品安全评价、臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。
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第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化 / 3.9 温室效应和温室气体
3.9.3 碳交易
(1) 产生背景 (2) 碳交易现状 (3) 我国发展方向 (4) 我国现存问题
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第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化
3.9 温室效应和温室气体
3.9.1 产生温室效应的原因 3.9.2 主要的温室气体 3.9.3 碳交易 3.9.4 北京汽车交通业清洁发展机制前景
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对维持地球热平衡有重要影响。 其效果如同温室的玻璃，允许太阳光的可见光射到地
面，也能阻止地面重新辐射出来的红外光返回外空间。
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温室气体：能引起温室效应的气体称温室气体。
太阳辐射
返回外空间：大气直接反射返回外空间、大气吸收后再辐 射返回外空间
到达地面：直接达到地面、通过大气散射到达地面
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化
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第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化 / 3.9 温室效应和温室气体
3.9.2 主要的温室气体
主要温室气体：CO2 其他温室气体：
CH4 N2O HFCs（氢氟碳化物，氟代烃，Hydrofluorocarbons; CFC-
第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化
3.9 温室效应和温室气体
3.9.1 温室效应产生原因 3.9.2 主要温室气体 3.9.3 碳交易 3.9.4 北京汽车交通业清洁发展机制前景
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2012年，发展中国家不承担减排责任； 六种主要的温室气体：CH4、CO2、N2O、HFCs、
PFCs、SF6
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第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化 / 3.9 温室效应和温室气体 / 3.9.3 碳交易
第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化 / 3.9 温室效应和温室气体 / 3.9.3 碳交易
(1) 产生背景－《京都议定书》
《京都议定书》，2005年2月16日生效 减排：减少温室气体的排放 目标：
2010年前，所有发达国家排放的温室气体的数量要比 1990年减少5.2％；
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3.9 温室效应和温室气体
3.9.1 产生温室效应的原因 3.9.2 主要的温室气体 3.9.3 碳交易 3.9.4 北京汽车交通业清洁发展机制前景
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11，CFC-12） PFCs（全氟化碳，Perfluorocarbons） SF6
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第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化 / 3.9 温室效应和温室气体
3.9.1 温室效应产生原因
产生原因：
不同组分对长波辐射都有特征吸收光谱 水分子：吸收700～850nm和1100～1400nm红外辐射， 吸收弱，不吸收880～1100nm波段 CO2：含量虽低，强烈吸收1200～1630nm的红外辐射；
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第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化 / 3.9 温室效应和温室气体
3.9.1 温室效应产生原因
定义：
温室效应：大气中的CO2吸收了地面辐射出来的红外光，把 能量截留于大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称 为温室效应。
第二章 大气环境化学 / 第三节 大气中污染物的转化 / 3.9 温室效应和温室气体
3.9.1 温室效应产生原因
地球表面 接受的能量：达到地面的辐射被地面吸收
紫外光（短波、少量） 可见光（大量） 红外光（长波）
释放的能量：以长波辐射的形式返回外空间， 能量输入输出平衡，维持地球的热平衡。