环境化学期末复习资料

第二章大气环境化学1.大气主要成分N2（78.08%）、O2（20.95%）、Ar（0.943%）和CO2（0.0314%）。几种惰性气体：He、Ne、Kr和Xe的含量相对比较高。水蒸气的含量是一个可变化的数值，一般在1%～3%.2.大气层的结构1.对流层（Troposphere）高度：0~(10~16)km，随纬度和季节发生变化温度：大约每上升100m，降低0.6℃空气运动：低纬度较强，高纬度较弱，夏季较强，冬季较弱密度：密度大，占大气总质量的3/42.平流层(Stratosphere)高度：(10~16)~50km温度：同温层[对流层顶端~(30~35km)]30~35km以上开始下降空气运动：没有对流，平流为主空气稀薄，很少出现天气现象3.中间层(Mesosphere)：50~80km4.热层（电离层）(Thermosphere)：80~500km吸收紫外线造成温度上升，空气高度电离，因此也称为电离层，占大气质量的0.5%5.逃逸层，外大气层(Exosphere)3.辐射逆温层对流层大气的重要热源是来自地面的长波辐射，故离地面越近气温越高；离地面越远气温越低。随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率：Γ=-dT/dz式中：T——热力学温度，K；z——高度。在对流层中，dT/dz0，Γ=0.6K·(100m)-1，即每升高100m气温降低0.6℃。一定条件下出现反常现象当Γ=0时，称为等温层；当Γ0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。辐射逆温产生特点是地面因强烈辐射而冷却降温所形成的。这种逆温层多发生在距地面100~150m高度内。最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗的夜晚。有云和有风都能减弱逆温。风速超过2~3m·s-1，逆温就不易形成4.主要自由基及其来源HO•和HO2•来源1）HO•来源清洁大气：O3的光解是清洁大气中HO•的重要来源O3+h→O•+O2O•+H2O→2HO•污染大气，如存在HNO2，H2O2（HNO2的光解是大气中HO•的重要来源）HNO2+h→HO•+NOH2O2+h→2HO•2）HO2•来源①主要来自醛类的光解，尤其是甲醛的光解H2CO+h→H•+HCO•H•+O2+M→HO2•+MHCO•+O2→HO2•+CO②只要有H•和HCO•存在，均可与O2反应生成HO2•③亚硝酸酯和H2O2光解CH3ONO+hv→CH3O•+NOCH3O•+O2→HO2•+H2COH2O2+hv→2HO•HO•+H2O2→H2O+HO2•④若有CO存在，则：HO•+CO→CO2+H•H•+O2→HO2•R•，RO•，RO2•来源1）R•烷基自由基来源：大气中存在最多的烷基是甲基，它的主要来源是乙醛和丙酮的光解。CH3CHO+h→CH3•+HCO•CH3COCH3+h→CH3•+CH3CO•O•和HO•与烃类发生H•摘除反应，也可生成烷基自由基。RH+O•→R•+HO•RH+OH•→R•+H2O2）RO•甲氧基来源：甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯光解。CH3ONO+h→CH3O•+NOCH3ONO2+hCH3O•+NO23）RO2•过氧烷基来源：烷基与O2结合。R•+O2→RO2•5.气溶胶气溶胶（aerosol）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，又称气体分散体系。其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，分散介质为气体。天空中的云、雾、尘埃，工业上和运输业上用的锅炉和各种发动机里未燃尽的燃料所形成的烟，采矿、采石场磨材和粮食加工时所形成的固体粉尘，人造的掩蔽烟幕和毒烟等都是气溶胶的具体实例。气溶胶的消除，主要靠大气的降水、小粒子间的碰并、凝聚、聚合和沉降过程。霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10公里的空气普遍混浊现象，这里的干尘粒指的是干气溶胶粒子。一般情况下，当能见度在1~10公里时可能既有干气溶胶的影响（即霾的影响），也可能有水滴的贡献（即轻雾的贡献），且不易区分，所以就被称为“雾-霾”现象。由于在实际的大气中没有气溶胶粒子作为云雾的凝结核（或冰核），无法形成雾，所以雾和霾的背后都与气溶胶粒子有关。6.光化学烟雾定义和形成机制含有氮氧化物和碳氢化物等一次污染物的大气，在阳光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。1943年首次出现在美国洛杉矶，蓝色烟雾，氧化性强、能使橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，并使大气能见度降低。光化学烟雾形成机理：定性机理：1.是通过链式反应形成的2.以NO2光解生成原子氧作为主要的链引发反应3.由于碳氢化合物的参与，导致NO→NO2，其中R和RO2起主要作用4.NO→NO2不需要O3参与也能发生，导致O3积累5.O3积累过程导致许多羟基自由基的产生6.NO和烃类化合物耗尽第三章水环境化学1.气体在水中的溶解度（计算题P150）在1.0130×105Pa、25℃饱和水中溶解度为（8.32mg/L）。解：水在25℃时的蒸气压为0.03167×105Pa。而空气中氧的含量为20.95%，氧的分压为：pO2=(1.10310–0.03167)×105×0.2095×105=0.2065×105代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为：[O2(aq)]=KH·pO2=1.26×10-8×0.02065×105=2.6×10-4氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32mg/L2.酸碱平衡、碱度和酸度（计算题P152）某水体pH=8.00,碱度=1.00×10-3mol/L，计算该水体中各碱度成分的浓度。[HCO3-]=碱度=1.00×10-3mol/L，[OH-]=1.00×10-6mol/L[H2CO3*]=[H+][HCO3-]/K1（1）=1.00×10-8×1.00×10-3/4.45×10-7=2.25×10-5mol/L[CO32-]=K2[HCO3-]/[H+]（2）=4.69×10-11×1.00×10-3/1.00×10-8=4.69×10-6mol/L若水体pH升高到10.00,碱度仍保持1.00×10-3mol/L，再计算该水体中各碱度成分的浓度。碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-][OH-]=1.00×10-4mol/L1.00×10-3=[HCO3-]+2[CO32-]+1.00×10-4[CO32-]=0.469[HCO3-][HCO3-]+0.469[HCO3-]×2=0.0009[HCO3-]=4.64×10-4mol/L[CO32-]=2.18×10-4mol/L对总碱度的贡献仍为1.00×10-3mol/L3.天然水八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-水中营养元素:N.P.C.O和微量元素（FeMnZn）通常用N/P值的大小来判断湖泊的富营养状况。N/P比值大于100时，属贫营养湖泊状况。N/P比值小于10时，则认为属富营养状况。富营养化是指生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧下降，鱼类及其他生物大量死亡的现象。,469.01000.11069.4][][1011323HCOCO4.污染物类型(P160)水中颗粒物吸附作用（吸附等温线）吸附等温线和等温式：在固定温度下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度（c）之间的关系可用吸附等温线表达。Henry型(H型）等温线为直线型G=k·ck：分配系数Freundlich型（F型）等温线G=k·c·exp(1/n)lgG=lgk+1/nlgcLangmuir型（L型）等温线G=G0·c/(A+c)1/G=1/G0+(A/G0)(1/c)G0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量；A——常数。沉积物中重金属的释放——属于二次污染问题诱发释放的主要因素有：（1）盐浓度升高（2）氧化还原条件的变化（3）pH值降低（4）增加水中配合剂的含量5.天然水体的PE和PH电子活度：pE=-lg(ae)ae——水溶液中电子活度当H+(aq)在1单位活度与1个标准大气压H2(g)平衡的介质中，电子活度才为1。pE越小，电子浓度越高，体系提供电子的倾向就越强。反之，pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。氧化还原电位E和pE的关系;pEθ=Eθ/0.059根据Nernst方程，pE的一般表示形式为：pE=pEθ+lg([反应物]/[生成物])·1/n平衡常数K：lgK=(nEθF)/(2.303RT)=nEθ/0.059=n·pEθ(25℃)自由能变化：△G=-nFE△G=-2.303nRT·pE水中铁的pE-pH图（总可溶性铁浓度为1.0×10-7mol/L）①pE=4.62-pH②pH=11.6③pE=24.9-3pH④pE=16.25-2pH⑤pE=13.1⑥pH=2.4⑦pH=8.6⑧pE=15.5-pH⑨pH=4.7氧化线：pE=20.75-pH还原线：pE=-pH一般天然水环境中，溶解氧是决定电位物质，而在有机物积累的厌氧环境中，有机物是决定电位物质，介于二者之间者，则其决定电位为溶解氧体系和有机物体系的结合。6.环境中的氮有以下几种存在形态：固氮：是将气态氮转化为离子形式硝化反应：由氨根离子转化为硝酸盐反硝化：由硝酸盐经亚硝酸盐转化为氮气的过程7.分配作用（标化的分配系数、水解速率、有机物的消失速率计算）分配作用：有机化合物在水相和土壤有机质间的分配，等温线是线性的，只与溶解度有关，放出的吸附热小。吸附作用：土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用，等温线是非线性的，存在竞争吸附，放出大量热。标化的分配系数（P217三个公式加例题）水解速率（P225)有机物的消失速率计算(P232)(+课后题）第四章土壤环境化学1.土壤组成：矿物质、有机质、水分、空气（P267图☆）土壤中最主要的原生矿物有四类：a、硅酸盐类，如长石、云母等，容易风化而释放出K、Na、Ca、Mg、Al等元素可供植物吸收，同时形成新的次生矿物。（占岩浆岩重量的80％以上）b、氧化物类，如石英、赤铁矿等，稳定、不易风化，对植物养分意义不大。c、硫化物类，如黄铁矿、白铁矿（FeS2），极易风化，为土壤中硫元素的主要来源；d、磷酸盐类，如磷灰石、磷酸铁等，是土壤中无机磷的重要来源。次生矿物分为简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类。其中，次生铝硅酸盐类可分为三大类：即伊利石、蒙脱石和高岭石岩石化学风化主要分为三个历程：氧化、水解、酸性水解。土壤有机质：非腐殖物质（蛋白质、糖类、树脂、有机酸）腐殖质（腐殖酸、富里酸、腐黑酸等）。土壤空气主要成分：N2.O2.CO22.土壤盐基饱和度、土壤粒径分级计算、土壤改良措施可交换性阳离子有两类：一类是致酸离子，H+和A13+；另一类是盐基离子，Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+等。当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达到吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤。当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为盐基不饱和土壤。在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度：阳离子交换能力的强弱主要依赖于以下因素：①电荷数：离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。②离子半径及水化程度：同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。%100)/)/%kgcmolkgcmol阳离子交换量（交换盐基总量（）＝盐基饱和度（注：不同种类胶体的阳离子交换量的顺序为：有机胶体蒙脱石高岭土土壤质地越细，阳离子交换量越高。Cl-、NO3-、NO2-等不能形成难溶盐，很少被土壤吸附。3.土壤活性酸度土壤的活性酸度是土壤溶液中H+浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用pH表示。潜性酸度土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和A13+。根据测定土壤潜性酸度所用的提取液，可以把潜性酸度分为代换性酸度和水解酸度。一般土