环境化学习题集

11-1、环境污染：由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质或质量下降，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。具体说，环境污染是指有害物质对大气、水质、土壤和动植物的污染，并达到致害的程度，生物界的生态系统受到不适当的干扰和破坏，不可再生资源被滥采滥用，以及因固体废物、噪声、振动、恶臭、放射线等造成对环境的损害。1-2、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。1-3、环境效应：自然过程或人类的生产、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。1-4、造成环境污染的因素有：物理因素、化学因素和生物因素三个方面，其中以化学因素为主。1-5、环境化学是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。1-6、按人类社会活动不同功能产生的污染物，可分为：工业污染物、农业污染物、交通运输污染物、生活污染物四类，（也叫四种污染源）。1-7、环境效应按环境变化的性质可分为：环境物理效应（如温室效应、城市热岛效应、电磁辐射、噪声等），环境化学效应和环境生物效应。1-8、污染物在环境中的迁移主要有：机械迁移、物理-化学迁移和生物迁移三种。1-9、其中物理化学迁移的主要方式有：（无机污染物的）溶解-沉淀、氧化-还原、吸附-解吸、水解、配位（螯合）；（有机污染物的）化学分解、光化学分解、生物降解。1-10生物迁移的形式主要有：吸收、生物积累（生物富集、生物放大）、代谢、生长、死亡。1-11、环境问题（名词）：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。2-1、按大气温度随垂直高度的变化情况，一般将大气层分为四层，按从低到高的顺序分别为：对流层、平流层、中间层、热层，再往上称为逸散层。2-2、对流层中，大气温度正常情况下，高度增加，气温下降。2-3、气温垂直递减率：对流层中气温T随高度H的增加而下降，温度随高度下降的速率称为气温垂直递减率，约为-0.65℃/100m。（或：对流层中，垂直高度每上升100m，气温的降低值）。2-4、逆温层：对流层中，气温随高度的增加而增加的一层称为逆温层；等温层：气温不随高度的变化而变化的一层。）2-5、气温的干绝热减温率：对一个干燥或未饱和的湿空气气块，在大气中绝热每上升100m温度的降低值。（约为0.98℃，如气块在大气中下降100m，气块升温0.98℃，通常可近似取为1℃。而这个现象与周围温度无关）。2-6、大气稳定度：大气垂直运动的增强或减弱。大气稳定度取决于气温垂直递减率与气团干绝热减温率的相对大小。2-7、气温垂直递减率小于气团干绝热减温率，即rrd时，不论由某种气象因素使大气作垂直上下运动，它都是力争恢复到原来状。大气的这种状态，称为稳定状态。22-8、气温垂直递减率大于气团干绝热减温率即rrd时不论由某种气象因素使大气作垂直上下运动，它的运动趋势总是远离平衡，大气的这种状态称为不稳定的状态。2-9、气温垂直递减率等到于气团干绝热减温率即r=rd时，气块因受外力作用上升或下降，气块温度与外部的大气温度始终保持相等，气块被推到那里就停在那里。这时的大气状态称为中性状态。2-10、当大气处于稳定状态时湍流受到抑制，大气对污染物的扩散稀释能力弱；当大气处于不稳定状态时，湍流得到充分发展，扩散稀释能力增强。2-11、高架源排烟的烟云可有5种扩散类型：翻卷型（波浪型）发生条件：r＞0，r＞rd，大气处于不稳定状态，对流强烈；锥型发生条件：r＞0，r＝rd，大气处于中性或弱不稳定状态。扇型（长带型）发生条件：r＜0，r＜rd，出现逆温层，大气处于稳定状态。屋脊型（上扬型）发生条件：排放口上方r＞0，r＞rd，大气处于不稳定状态；排放口下方r＜0，r＜rd，大气处于稳定状态。漫烟型（熏烟型）发生条件：排放口上方r＜0，r＜rd，大气处于稳定状态；排放口下方r＞0，r＞rd，大气处于不稳定状态。2-12、城市热岛效应：城市内大量人工构筑的混凝土路面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面的温度明显高于自然下垫面。其次城市中机动车辆多交通拥挤，加上工业生产以及大量的人群活动，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等，这些物质可以大量地吸收环境中热辐射的能量，产生众所周知的温室效应，引起城市大气的进一步升温。第三、城市人工热源较多，工厂、机动车、居民生活等，燃烧各种燃料、消耗大量能源，都会向大气排放废热。由于上述原因，使得城市气温明显高于周围郊区气温。2-13、光化学第一定律或格罗塞斯－德雷珀（Grothous－Draper）定律：“只有被体系吸收的光，对发生光化学反应才是有效的。”2-14、光化学第二定律或斯塔克－爱因斯坦（Stark－Einstein）定律：“在光化学反应的初级过程中，体系每吸收一个光子，只能活化一个分子（或原子）。”2-15、根据光化学第二定律，吸收1mol光子能活化1mol分子。1mol光子的能量称为1爱因斯坦（E）。当波长的单位用nm时,1mol光子的能量E＝1.196×105/λkJ/mol。2-16、在光化学反应中，只有当分子吸收的光能超过化学键能时，才有可能使化学键断裂而发生解离反应。已知化学键的键能，根据式：E＝N0hυ＝N0hc/λ可以计算对应的光的波长，只有当体系吸收的光的波长小于等于该值时，才可能使该化学键断裂，这一波长称为该化学键的断裂波长。2-17、O3主要分布于高度为15～60km之间的大气层中，在15～35km的范围内浓度最高，其浓度分布由下列四个反应控制：O2＋hυ→O＋OO＋O2＋M→O3＋MO3＋hυ→O2＋OO＋O3→2O23在50km以下，O3起着重要的吸光作用，对太阳辐射的200～300nm的紫外线的强烈吸收。O3吸收紫外辐射后发生离解反应。O3＋hυ→O2＋OO3主要吸收来自太阳波长小于290nm的紫外光，对于波长大于290nm的光吸收较弱，因此波长大于290nm的紫外光有可能透过臭氧层进入对流层并辐射到地面。2-19、一次污染物（原生污染物）：由污染源直接排放出的污染物；二次污染物（次生污染物）：由一次污染物经过某些化学变化后的产物。2-20光化学烟雾：经研究表明光化学烟雾是由汽车尾气排放物和燃烧石油引起的。随着工业的发展和汽车使用量的增加，光化学烟雾已成为工业发达国家严重的空气污染问题。美国生物有机化学家Haggen－Smit认为：光化学烟雾是由烃类化合物和氮氧化物，在光照条件下发生光化学反应后的反应物和产物的混合物，属于大气中的二次污染物。其特征是具有强烈的刺激性，白色烟雾，有时带紫色或黄褐色，可使大气能见度降低，具有强烈的氧化性，导致某些物质损坏，如橡胶龟裂、植物叶片变白面枯萎，使人的眼睛红涩疼痛，刺激人的喉咙，并损害人的肺部功能。2-21：光化学烟雾的形成机理（文字叙述）（l）NO向NO2转化是产生“光化学烟雾”的关键：空气中痕量的NO2来源于燃料燃烧，低层大气中一旦NO2出现，在光化学作用下，NO2发生光解反应产生O3，NO和O3作用又产生是NO2，而低层大气中O3主要是由NO2的光解产生。因此，大气中NO2、O3和NO之间的反应形成了循环。此反应前已述及，但如果天气中仅仅发生氮氧化物的光化学反应，尚不致产生光化学烟雾，主要是受下面因素决定的。（2）碳氢化合物是产生“光化学烟雾”的主要成分：在氮氧化物，空气体系的光化学反应中，要使O3在空气中能不断积累，必然存在着能使NO向NO2转化而不消耗O3，从而使NO2浓度不断提高的因素。观测和实验发现，被污染的大气中有碳氢化合物出现时，出现自由基的转化和增殖，生成大量新的自由基，如HO、R、RO、RO2、RCO、RC（O）O2等，使得污染大气中的NO能快速地向NO2转化而不消耗O3，使O3的浓度大大增加，进而形成一系列的带有氧化性、刺激性的中间产物和最终产物，从而导致光化学烟雾的生成。光化学烟雾形成的机理（反应式表示）光化学烟雾的形成是由NO2的光解反应开始的。NO2+hv→NO+O（O+O2+M→O3+MO3+NO→NO2+O2）醛的光解反应也产生自由基：RCHO+hv→RCO+H空气中碳氢化合物的存在引起自由基的转化和增殖：RH＋O→R＋HORH＋HO→R＋H2OH＋O2→HO2R＋O2→RO2RCO＋O2→RC（O）OO4产生的自由基将NO氧化为NO2：NO＋HO2→NO2＋HONO＋RO2→NO2＋RORO＋O2→HO2＋R’CHONO＋RC（O）O2→NO2＋RC（O）ORC（O）O→CO2＋R而生成的NO2进一步光解产生原子O，O与O2结合生成O3，造成O3的积累。NO2与自由基结合生成PAN，硝酸等。2-22、大气中二氧化硫的氧化方式有：光化学氧化、液相氧化、多相催化氧化三种形式。2-23、硫酸烟雾型：硫酸烟雾型污染又称煤烟型污染。它主要是由于燃煤而排放的SO2、颗粒物以及由SO2氧化形成的硫酸雾、硫酸盐颗粒物造成的大气污染。属于还原型烟雾。而光化学烟雾属于氧化型烟雾。2-24、酸雨：凡pH小于5.6的大气降水，统称为酸雨。包括雨、雪、湿尘降等。定义的依据：大气中CO2的背景浓度为330ml/m3,如果大气中没有其他污染物，CO2溶于降水中，达到饱和，H2CO3＊的可参照开放体系，根据亨利定律计算，然后根据碳酸的电离平衡常数计算H＋2-25、酸雨形成的原因、危害及防止酸雨的对策酸雨现象是大气化学过程和大气物理过程的综合效应。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，其中大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。从污染源排放出的二氧化硫和氮氧化物是形成酸雨的起始物。SO2+[O]→SO3SO3+H2O→H2SO4SO2+H2O→H2SO3H2SO3+[O]→H2SO4NO+[O]→NO2NO2+H2O→HNO2+HNO3[O]代表各种氧化剂，如臭氧，各种自由基，过氧化物等。酸雨对环境的影响是严重的，使土壤酸化，植物营养物质容易流失，使土壤贫脊化（土壤肥力降低）；地表水酸化，水体中的重金属含量增加，破坏水体生态平衡；植物生长受到损坏，造成大片森林死亡；对文化古迹、建筑物具有腐蚀作用。对策：主要从调整能源结构，大力开发利用水能、核能、太阳能等清洁能源，减少化石燃料的燃烧，减少二氧化硫和氮氧化物的排放。改革改进燃烧技术，提高生产效率，减少能源消耗。加强管理2-26、温室效应太阳辐射的能量，大部分集中于波长较短的可见光波段，它可以自由地穿过大气层，并为地面所吸收。但地面变热后再发出的辐射，能量都集中在波长较长的红外线波段，而这些红外辐射，却很容易被大气层中的二氧化碳、甲烷和水蒸汽等吸收。大气层吸收了地面发射出的辐射能后，温度自然会上升。温度上升的结果使大气层本身也发放出强烈的热5辐射，这些射向四面八方的热辐射，一部分固然会射向太空，但另一部分却返回地面，称为逆向辐射，造成地面所感受的总辐射将较大气层中不存在二氧化碳、甲烷等时为多。大气中二氧化碳、甲烷等气体含量越多，大气吸收和逆向辐射的能量越多，造成大气和地球表面的“均衡温度”自然上升，直至发生的辐射能量再次与入射的能量相等为止。这种增温的效果就是通常所说的“温室效应”。能引起温室效应的气体叫温室气体。大气层中二氧化碳、甲烷、水蒸汽等温室气体的存在，是造成“温室效应”的直接原因。温室效应的危害：由于CO2等温室气体引起的“温室效应”使气温上升，最近有报告提出每l0年地球气温至少要上升0.3-0.80C，相应全球海平面由于两极冰雪的融化，在今后5O年将上升20-150cm，果真如此的话，世界一些沿海平原、低地、域市将受到威胁。“温室效应”还会引起地球生态系统变化。目前尽管对温室效应的看法并不一致，但由于能源需要的增加，大气中CO2，含量明显上升，CO2对全球气候的影响是一个需要重视的问题。对策：1、技术措施：能源结构调整、产业结构调整，开发清洁能源，减少能源消耗等；加强CO2的回收利用。2、增加绿色植被，加大CO