《环境化学》打印戴树桂第二版课后习题解答

《环境化学》（戴树桂第二版）课后部分习题解答第一章绪论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，也称第二类环境问题。目前的环境问题一般都是次生环境问题。生态破坏：人类活动直接作用于自然生态系统，造成生态系统的生产能力显著减少和结构显著该变，如草原退化、物种灭绝、水土流失等。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。2、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%。环境污染物定义：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称为环境污染物。污染物的性质和环境化学行为取决于它们的化学结构和在环境中的存在状态。(五十年代日本出现的痛痛病是由镉Cd污染水体后引起的；五十年代日本出现的水俣病是由Hg污染水体后引起的)重要污染物(1)元素：Cr,Hg,As,Pb,Cl(2)无机物:CO,NOx,SO2,KCN(3)有机化合物和烃类:烷烃（饱和）、芳香烃（苯环）、不饱和非芳香烃（不饱和，不带苯环）、多环芳烃(4)金属有机和准金属有机化合物：四乙基铅、三丁基锡(5)含氧有机化合物：环氧乙烷、醚、醇、醛、酮、酚、有机酸等(6)有机氮化合物：胺、腈、硝基苯、三硝基苯（TNT）(7)有机卤化物：氯仿（四氯化碳）、PCBs、氯代二恶英、氯代苯酚(8)有机硫化合物：硫醇类（甲硫醇）、硫酸二甲酯(9)有机磷化合物：有机磷农药、磷酸二甲酯、磷酸三乙酯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、液体污染物和固体废物；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。优先控制污染物：概念: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3、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。分为自然环境效应和人为环境效应。按环境变化的性质划分，（1）环境物理效应：由物理作用引起的环境效应即为环境物理效应。（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即为环境化学效应。（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即为环境生物效应。4污染物迁移：是指污染物在环境中的空间位移以及其所导致的污染物富集、分散和消失的过程。5污染物转化：是指污染物在环境中通过物理、化学或生物作用导致存在形态或化学结构转变的过程。6我国环境污染面临的挑战：随着社会经济快速发展、城市化进程加速和人民生活水平迅速提高，今后10-20年我国环境保护和污染防治将面临更大的挑战。快速的经济增长－污染防治压力越来越大小康社会生活水平－环境质量的要求越来越高发达国家技术进步－国际环境标准越来越严格7、污染物的迁移：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。迁移有机械迁移、物理－化学迁移、生物迁移污染物转化：是指污染物在环境中通过物理、化学或生物作用导致存在形态或化学结构转变的过程。污染物质在环境中的三大转化途径为：化学转化、光化学转化和生物转化。8、环境化学研究特点：（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)种类体积百分比（%）N278.08O220.95Ar0.93CO20.03其它（Ne、He、Kr、H2等）0.01H2O可变1、大气成分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。通过垂直对流运动，污染源排放的污染物能够被输送到远方，并由于分散作用而使污染物浓度降低。逆温现象经常发生在较低气层中，这时气层稳定性特强，对于大气中垂直运动的发展起着阻碍作用，对大气垂直流动形成巨大障碍，地面气流不易上升，使地面污染源排放出来的污染物难以借气流上升而扩散。4、气团的稳定性与密度层结和温度层结两个因素有关。5、大气污染源：自然因素：火山喷发：排放出SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物；森林火灾：排放出CO、CO2、SO2、NO2；自然尘（风砂、土壤尘）；海浪飞沫：颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐。人为因素：工厂企业废气排放；交通运输：飞机、机动车、轮船尾气；燃油燃煤（农村炉灶）；农业活动（农药喷洒）。6、大气中有哪些重要污染物及分类定义：大气污染物是指由于人类的活动或是自然过程所直接排入大气或在大气中新转化生成的对人或环境产生有害影响的物质。城市中影响健康的主要大气污染物是二氧化硫（及进一步氧化产物三氧化硫、硫酸盐）、悬浮颗粒物（烟雾、灰尘、PM10、PM2.5、PM1.0）、氮氧化物、一氧化碳、挥发性有机化合物（碳氢化合物和氧化物）、臭氧、铅和其他有毒金属。分类：大气污染物按存在形式分可分为气态污染物和颗粒态污染物；大气污染物按形成过程又可以分为一次污染物和二次污染物。一次污染物：是指由污染源直接排入大气环境中且在大气中物理和化学性质均未发生变化的污染物，又称为原发性污染物：二次污染物：指由一次污染物与大气中已有成分或几种污染物之间经过一系列的化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物，又称为继发性污染物。7、重要污染物来源及消除途径二氧化硫：燃烧。降水清除：雨除、冲刷；气相或液相氧化成硫酸盐；土壤：微生物降解、物理和化学反应、吸收；植被：表面吸收、消化摄取；海洋、河流：吸收硫化氢：火山喷射、海水浪花、生物活动等。氧化为二氧化硫（写去除反应）臭氧：在植被、土壤、雪和海洋表面上的化学反应氮氧化物：燃烧、尾气排放。土壤：化学反应；植被：吸收、消化摄取；气相或液相化学反应一氧化碳：不完全燃烧。平流层：与OH自由基反应；土壤：微生物活动；二氧化碳植被：光合作用，吸收；海洋：吸收甲烷：燃烧、泄露、发酵。土壤：微生物活动；植被：化学反应、细菌活动；对流层及平流层：化学反应碳氢化合物：向颗粒物转化；土壤：微生物活动；植被：吸收、消化摄取8、影响大气污染物迁移的因素由染源排到大气中的污染物的迁移主要受到空气的机械运动、由天气形势和地理地势造成的逆温现象以及污染物本身的特性。9、基本气象要素：气温、气压、湿度、风、云量10、燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关11、CFC-11和Halon1211d分子式分别为CFCl3和CF2ClBr12、大气中的CH4主要来自煤、石油、天然气的排放。13、大气中有哪些重要自由基?其来源如何?（产生：热裂解法、光解法、氧化还原法）大气中主要自由基有：HO、HO2、R、RO2HO的来源：①O3的光解：O3＋ｈrＯ＋Ｏ2O+H2O2HO②HNO2的光解：HNO2+ｈrHO+NO③H2O2的光解：H2O2+ｈr2HO清洁大气中HO.来源是O3，污染大气来源是HNO3和H2O。HO2的来源：①主要来自醛特别是甲醛的光解H2CO+ｈrH+HCOH+O2+MHO2+MHCO+O2+MHO2+CO+M②亚硝酸酯的光解：CH3ONO+ｈrCH3O+NOCH3O+O2HO2+H2CO③H2O2的光解：H2O2+ｈr2HOHO+H2O2HO2+H2OR的来源：RH+OR+HORH+HOR+H2OCH3的来源：CH3CHO的光解CH3CHO+ｈrCH3+CHOCH3COCH3的光解CH3COCH3+ｈrCH3+CH3COCH3O的来源：甲基亚硝酸酯的光解CH3ONO+ｈrCH3O+NO甲基硝酸酯的光解CH3ONO2+ｈrCH3O+NO2RO2的来源：R+O2RO214、叙述大气中NO转化为NO2的各种途径。①NO+O3NO2+O2②HO+RHR+H2OR+O2RO2NO+RO2NO2+RORO+O2R`CHO+HO2（R`比R少一个C原子）NO+HO2NO2+HO15、氮循环主要通过同化、氨化、硝化和反硝化等四个生物化学过程完成。16、分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应称光化学反应，大气光化学反应分为初级过程和次级过程。（光化学第一定律）当激发态分子的能量足够使分子内的化学键断裂，即光子的能量大于化学键时才能引起光离解反应。其次，为使分子产生有效的光化学反应，光还必须被所作用的分子吸收，即分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能产生光化学反应。（光化学第二定律）光被分子吸收的过程是单光子过程，由于电子激发态分子的寿命10-8s，在如此短的时间内，辐射强度比较弱的情况下，只可能单光子过程，再吸收第二个光子的几率很小。17、大气中重要吸光物质的光离解(1)O2、N2的光离解OOhO2NNhN2N2的光离解限于臭氧层以上(2)O3的光离解（3）NO2的光离解据称是大气中唯一已知O3的人为来源(4)HNO2、HNO3的光解初级过程次级过程HNO2的光解是大气中HO的重要来源之一。(5)甲醛的光离解初级过程对流层中由于有O2的存在，可进一步反应醛类光解是氢过氧自由基（H02·）的主要来源（6）卤代烃的光解如果有一种以上的卤素，则断裂的是最弱的键。CH3－FCH3－HCH3－ClCH3－BrCH3－I18、含有NOx和CH化合物等一次污染物的大气，在阳光的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。（控制：控制反应活性高的有机物的排放；控制臭氧的浓度）特征：蓝色烟雾，强氧化性，具有强刺激性，使大气能见度降低，在白天生成傍晚消失，高峰在中午。光化学烟雾形成的简单机制光化学烟雾形成反应是一个链反应，链的引发主要是NO2的光解。引发反应：自由基传递：碳氢化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因：过氧酰基终止：19、说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。23OOhOONOhNO232OMOONOHOhHNO222NOHhHNO2HNONOHO32222HNONOHONOOHHNOHOCOHhHCHOHCOHhHCHO222HOOHCOHOOHCO22223322ONOONOMOMOOONOhNO2222222222222222CORONONOOO