环境化学重点整理

环境化学 一、绪论 1）环境定义 指与某一中心事物有关（相适应）的周围客观事物的总和，中心事物是指被研究的对象。对人类社会而言，环境就是影响人类生存和发展的物质、能量、社会、自然因素的总和。 2）环境问题：其广义理解，就是因自然力或人力引起的生态平衡破坏，直接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题。对于仅仅由于人类的生产和生活活动引起的生态系统失衡，产生全球或区域环境质量的恶化，进而影响人类生存和发展的一切问题，则称之为狭义。 分类：原生环境问题：自然力引发，也称第一类环境问题。 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，也称第二类环境问题。 3）当前人类全体面临的环境问题至少有10方面 1）大气污染；2）臭氧层破坏；3）酸雨侵袭；4）土壤荒漠化；5）绿色屏障锐减；6）垃圾大量积留；7）水资源污染；8）物种濒危；9）人口激增；10）温室效应 六种类型（3P+3E): 人口、贫困、污染、能源、环境、生态破坏 4）环境污染（重点） 人类活动产生的副产品和废物进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统的结构与功能发生变化，对生态系统产生的一系列干扰和侵害，如水污染、大气污染、酸雨、臭氧层破坏、海洋污染等等。具体地说：环境污染就是指有害物质对大气、水、土壤和动植物污染并达到有害的程度。 环境污染的具体表现： (1)有害物质对大气、水、土壤和动植物的污染并达到致害的程度 (2)生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏 (3)不可再生资源被滥采滥用 (4)固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等

5）人们对环境问题认识的发展（重点） * 20世纪60年代，环境问题被当成污染问题。 ——起步 * 1972年，《人类环境宣言》，不仅是污染，还表现在生态 破坏和资源枯竭，部分原因是贫困。 ——里程碑 * 20世纪80年代，《我们共同的未来》，可持续发展战略，指明了解决环境问题的根本途径。 ——突破性发展 * 20世纪90年代，《里约环境与发展宣言》、《21世纪议程》，促使环境保护和经济、社会协调发展，全球行动的纲领。 ——形成当代主导的环境意识 * 2002年，在南非约翰内斯堡召开了联合国可持续发展大会。 6）环境化学定义（重点） 我国国家自然科学基金委员会把环境化学定义为： 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，它是化学科学的一个重要分支，也是环境科学的核心组成部分。 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。 7）环境化学的内容（重点） 1）有害物在环境介质中浓度水平和形态分布(介质存在)； 2）有害物的迁移转化和归宿(环境行为)； 3）有害物对生态和人体作用的途径、方式、程度和风险 (环境效应)； 4）有害物已造成的影响或防止它们可能造成影响的方法 和途径(环境控制)。 8）环境化学的研究特点 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)、甚至ppt,10-12 9）环境化学与基础化学的不同之处(重点) 涉及变量多、反应条件复杂 化学污染物在环境中的含量低 环境样品组成复杂 污染物发生形态变化 污染物在不同条件下有明显的动态变化 多学科、多介质、多层次 10）优先控制污染物（黑名单）：基于有毒化学物的毒性、自然降解的可能性及在水体中出现的概率等因素，从多种有机物中筛选出的优先控制物。 11）环境效应(重点） 自然过程或人类的生产和生活活动会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，称为环境效应。 一般按环境变化的性质划分，可分为 1）环境物理效应：由物理作用引起的环境效应，比如噪声、地面沉降、热岛效应、温室效应等。 2）环境化学效应：在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应，如酸雨、湖泊和土壤的酸化、臭氧层破坏、光化学烟雾、地下水污染。 3）环境生物效应：环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果。如大型水利工程可能破坏水生生物的回游途径并影响它们的繁殖、大量工业废水排放对水生生物的毒性效应。 12）简述环境化学的研究特点及任务 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)、甚至ppt,10-12 任务：1）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）用化学的基本理论和方法发现和解决环境问题

二、大气环境化学 1）简述大气垂直分层及各层的主要特征？ 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。 （1）对流层：1、气温随高度升高而降低；2、空气密度大； 3、有三小层、天气复杂多变；4、对流运动强烈；5、云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。 （2）平流层：1、空气基本无对流，平流运动占显著优势；2、空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，很少有天气现象，透明度极高；3、在15-35km的范围内,厚度约20km的臭氧层。 （3）中间层：1、空气更稀薄；2、无水分；3、温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低（-100℃）；4、对流运动强烈；5、中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。 （4）热层：1、温度随高度增加迅速增高；2、大气更为稀薄;3、大部分空气分子被电离成为离子和自由电子，又称电离层，可以反射无线电波。 （5）散逸层:1、500km以上高空;2、空气稀薄，密度几乎与太空相同;3、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。 2）大气垂直递减律 随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率：Γ=-dT/dz 对流层中，dT/dz<0， Γ=0.65K/100m 一定条件下出现反常现象 当Γ=0 时，称为等温层； 当Γ<0 时，称为逆温层。这时气层稳定性强，对大气的 垂直运动的发展起着阻碍作用。 根据逆温形成的过程不同，可分为两种： 1) 近地面层的逆温:辐射逆温、平流逆温、融雪逆温、地形逆温 2) 自由大气的逆温：乱流逆温、下沉逆温、锋面逆温 辐射逆温产生特点： 1）是地面因强烈辐射而冷却降温所形成的。 2）这种逆温层多发生在距地面 100-150m 高度内。 3）最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗的夜晚。 4）有云和有风都能减弱逆温。 5）风速超过 2-3m/s，逆温就不易形成。 3）光化学反应概念：分子、原子、自由基、离子等吸收光子（光量子）而发生的化学反应，称光化学反应。 4）(重点)掌握初级过程激发态物质的四种命运 A+hν A* 式中：A*——物种A的激发态 hv——光量子 激发态的物质有四种命运（Fates）： （1）A*→A+hv（辐射跃迁，发射荧光或磷光，失去能量，回到基态） （2）A*+M(其它分子)→A+M（无辐射跃迁，碰撞消耗活化能，回到基态） （3）A*→B1+B2+……（光分解，发生离解） （4）A*+C→D1+D2+……（光合成，直接与其他物质发生反应） 5)物质光解需要光子能量计算（重点、难点） 设1mol分子化学键键能为E0(J/mol)，光子能量为E,发生光解时E≥E0/NA,则根据爱因斯坦方程：

一个光子的能量为：hchE (h，6.626×10-34J·s/光子，c为光速3.0×108m/s，λ为光子波长，单位nm=10-9m) 。

如果一个分子吸收一个光量子，则1mol分子吸收的光量子的 总能量为:AAANhcNhEN (NA，6.022×1023光子/mol) 根据光化学第一定律，若发生光分解反应，则需要：

0ENhcNhENAAA

即0E

hcNA



分子的化学键能越大，需要光子的波长越短。 思考题：已知O2、H2、HCl中的O-O键能=493.1kJ/mol，H-H键能=435.9kJ/mol，H-Cl键能=431.4kJ/mol，分别计算使其化学键发生断裂的光子的理论最长波长。

6）臭氧分子的光解（重点） 1、键能：是弯曲分子，E0=101.2kJ/mol，对应能够使其断裂的光子波长为≤1180nm。 2、消耗：臭氧吸收的主要是来自太阳的短波辐射(<290nm)。较长波长(>290nm)的紫外光可以有一定量透过臭氧层达到地表。