环境化学课后习题答案

第一章1、现今人类面临的重大环境问题有哪些？答：臭氧层破坏、全球气候变化、水资源的短缺和污染、固体废弃物的危害以及生物多样性的损伤。2、环境化学的分支。环境分析化学、各圈层环境化学、环境工程化学。3、环境污染物有哪些类别？当前世界范围普遍关注的污染物有哪些特性？(1)环境污染物的分类：a.按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b.按污染物的形态可分为：气体污染物、液体污染物、固体污染物c.按污染物的性质可分为：化学污染物、物理污染物、生物污染物d.按人类社会活动不同功能产生的污染物可分为：工业、农业、交通运输、生活污染等(2)当前世界范围普遍关注的污染物主要特性是：持久行有机污染物具有致突变、致癌和致畸作用的所谓“三致”化学污染物，以及环境内分泌干扰物。4、优先控制污染物及其种类在众多污染物中被筛选出潜在危害大的作为优先研究和控制的对象，称为优先污染物。优先控制物包括如下几类：挥发性卤代烃类、苯系物、氯代苯类、多氯联苯、酚类、硝基苯类、苯胺类、多环芳烃类、酞酸酯类、农药、丙烯腈、亚硝胺类、氰化物、重金属及其化合物。在“黑名单”中，共有14类，68种优先控制的污染物。其中优先控制的有毒有机化合物有12类，58种，占总数的85.29%，第二章大气层的化学分层﹤86km、匀和层或湍流层86～90km、90km110km、120km、非匀和层、外大气层500km以上。温室气体的种类（举例）二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、CFC11、CFC12、四氯化碳。酸沉降化学酸沉降(aciddeposition)是指大气中的酸性物质通过降水，如雨、雪、雾、冰雹等迁移到地表(湿沉降)，或酸性物质在气流的作用下直接迁移到地表到地表(干沉降)的过程。湿沉降(wetdeposition)大气中的物质通过降水而落到地面的过程。干沉降(drydeposition)大气中的污染气体和气溶胶等物质随气流的对流、扩散作用，被地球表面的土壤、水体和植被等吸附去除的过程。酸雨的界限西南地区(重庆、贵阳)---长江以南、青藏高原以及四川盆地---年均降水pH5·6区域占全国面积40%左右中国---致酸物质----硫酸盐。一次颗粒物的天然源、我国灰霾区域一次颗粒物天然源：地面扬尘（风吹灰尘）、海浪浪沫、火山爆发喷出物、森林火灾燃烧物、陨星尘及生物界产生的颗粒物，如花粉、袍子等。我国存在着4个明显的灰霾区:黄淮海地区、长江河谷、四川盆地、珠江三角洲。大气颗粒物的粒度模型可把大气颗粒物表示成三种模结构，即爱根核模板（Dp〈0.05m〉、积聚模（0.05mDp2m）和粗粒子模（Dp2m）大气颗粒物的有机组成种类多环芳香族化合物、芳香族化合物，含氮、氧、硫、磷类化合物，烃基化合物，脂肪族化合物，羰基化合物和卤代化合物。大气中有哪些重要自由基？其来源如何？（1）大气中的重要自由基有：HO·，HO2·，R·，RO·，RO2·等自由基，其中以HO·和HO2·最为重要。（2）其来源：在大气化学中，有机化合物和其它大气组分的光解，是产生自由基的最主要途径和来源。例如：a.O3的光解是大气中HO·的重要来源：O3+hν→O·+O2O·+H2O→2HO·b.HO2·主要来源于醛的光解：H2CO+hν→H·+HCO·H·+O2+M→HO2·+MHCO·+O2→HO2·+COc.R·，RO·，RO2·等自由基主要来源于各种有机化合物的光解：CH3CHO+hν→CH3·+HCO·RH+O·→R·+HO·R·+O2→RO2·大气中有哪些重要含氮化合物？说明它们的天然来源及对环境的污染。（1）大气中存在的含量比较高的含氮化合物主要是氮氧化物，包括氧化亚氮（N2O），一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。（2）N2O是低层大气中含量最高的含氮化合物，主要来自于天然源，即土壤中硝酸盐经细菌的脱氮作用而产生。由于在低层大气中N2O非常稳定，是停留时间最长的氮氧化物，一般认为其没有明显的污染效应。NO和NO2是大气中主要的含氮污染物，合称为NOx，它们主要来自于人为来源，即化石燃料的燃烧。城市大气中的NOx有2/3来自汽车等流动燃烧源的排放，1/3来自固定燃烧源的排放。NOx是导致大气光化学污染和酸雨的重要污染物质。大气中有哪些重要的碳氢化合物？它们可发生哪些重要的光化学反应。（1）大气中以气态形式存在的碳氢化合物，主要是碳原子数1-10的碳氢化合物，包括可挥发性的所有烃类。重要的碳氢化合物包括烷烃、烯烃、芳香烃等。（2）它们可发生的光化学反应，主要是与活性的自由基之间的反应：a.烷烃可与大气中的HO·和O·发生氢原子摘除反应；e.g.RH+HO·→R·+H2ORH+O·→R·+HO·b.烯烃与HO·主要发生加成反应，如乙烯和丙烯，也可以发生氢原子摘除反应；c.环烃的氧化；d.多环芳烃在湿的气溶胶中可发生光氧化反应，生成环内氧桥化合物；e.饱和烃的衍生物，如醚、醇、酮和醛类，它们在大气中的反应主要是是与HO·发生氢原子摘除反应。11、说明光化学烟雾现象，解释污染物与产物的日变化曲线，并说明光化学烟雾产物的性质和特征。答：（1）光化学烟雾现象：含有氮氧化物和碳氢化合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，称为光化学烟雾现象。（2）从光化学烟雾日变化曲线可以看出，烃和NO的体积分数在早晨达到峰值，是由于交通高峰期，汽车尾气大量排放造成的；随着太阳辐射的增强，在日光照射下由大气光化学反应而产生的NO2、O3和醛类等二次污染物的量也大幅增加，并在午后左右达到峰值，要比NO峰值晚出现4-5h。傍晚交通高峰期，虽然任有较多汽车尾气排放一次污染物，但由于日光已较弱，不足以引发光化学反应，因而NO2、O3和醛类也不会再增加。（3）光化学烟雾的生成以臭氧为主，还包括醛类、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、H2O2和细粒子气溶胶等污染物，是具有强氧化性的气团；烟雾通常呈蓝色，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，对环境危害极大。12、说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用在光化学烟雾形成的过程中，自由基反应占主导地位，并且是链式的反应。烃类的存在，是自由基转化和增殖的重要载体和促进反应物，是链式反应的重要参与者。例如：（5分）RH+O·→R·+HO·RH+HO·→R·+H2OH·+O2+M→HO2·+MR·+O2→RO2·RCO·+O2→R(CO)O2·(反应式各1分)13、说明臭氧层破坏的原因和机理。(1)臭氧层破坏的原因：由于人类活动的影响，水蒸气、氮氧化物、氟氯烃等污染物进入了平流层，在平流层形成了HOx·，NOx·和ClOx·等活性基团，从而加速了臭氧的消除过程，破坏了臭氧层的稳定状态。这些活性基团在加速臭氧层破坏的过程中可以起到催化剂的作用。(2)臭氧层破坏的机理：a.氯和溴的协同作用Cl·+O3→ClO·+O2ClO·+BrO·→Cl·+Br·+O2Br·+O3→BrO·+O2b.HOx·自由基的氯链反应机理(3分)HO·+O3→HO2·+O2ClO·+HO2·→HOCl+O2HOCl+hν→Cl·+HO·c.NOx的破坏作用(2分)NO+O3→NO2+O2NO2+O·→NO+O2d.ClO·二聚体链反应机理(2分)ClO·+ClO·+M→Cl2O2·+MCl2O2·+hν→Cl·+ClOO·ClOO·+M→Cl·+O2+M14、简述大气中SO2氧化的几种途径。(1)二氧化硫的气相氧化：a.SO2的直接光氧化b.SO2被HO·等活性自由基氧化(2)二氧化硫的液相氧化：a.O3对SO2的氧化b.H2O2对SO2的氧化c.金属离子对SO2液相氧化的催化作用15、说明酸雨形成的原因。(1)大气中的SO2和NOx经氧化后，溶于水形成H2SO4、HNO3和HNO2等酸性物质；其它气态或固态物质进入大气，对降水的pH也有影响。(2)酸雨中，H2SO4约占60~65%，它主要来源于火山爆发的大量硫化物和悬浮物、自然水域表面释放的酸性化合物，以及人为燃烧产生的硫氧化合物。(3)酸雨中，HNO3和HNO2约占30%，主要来源于汽车尾气排放和人为燃烧产生的NOx，以及大气中的N2经过雷电而转化成的NOx，此外土壤中的NO3-通过还原等作用也可生成NOx。（4）酸雨中，盐酸约占5%，主要来源于一些化工厂和焚烧垃圾，以及矿物燃料燃烧而产生的HCl气体。（5）酸雨中，有机酸约占2%，主要来源于人为燃烧产生的碳氧化合物，以及天然源的一些植物和森林排放等。16、说明大气颗粒物的化学组成以及污染物对大气颗粒物组成的影响。大气颗粒物按照组成，可分为两大类。一般将只含无机成分的颗粒物称为无机颗粒物，而将含有有机成分的颗粒物称作有机颗粒物。（1）无机颗粒物：天然来源的无机颗粒物，如扬尘的成分主要是该地区的土壤粒子。火山爆发所喷出的火山灰，除主要由硅和氧组成的岩石粉末外，还含有一些如锌、锑、硒、锰和铁等金属元素的化合物。海盐溅末所释放出来的颗粒物，其成分主要有氯化钠粒子，硫酸盐粒子，还会含有一些镁的化合物。人为源释放出来的无机颗粒物，如动力发电厂由于燃煤及石油而排放出来的颗粒物，其成分除大量的烟尘外，还含有铍、镍、釩等的化合物。市政焚烧炉会排放出含有砷、铍、镉、铬、铜、铁、汞、镁、锰、镍、铅、锑、钛、釩和锌等的化合物。汽车尾气中则含有大量的铅。（2）有机颗粒物：有机颗粒物种类繁多，结构也极其复杂。已检测到的主要有烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃等各种烃类。另外还有少量的亚硝胺、氮杂环类、环酮、酮类、酚类和有机酸等。（3）大气颗粒物多数是由气态一次污染物通过凝聚过程转化而来的。如硫酸及硫酸盐颗粒物主要是由污染源排出的SO2氧化后，溶于水而形成硫酸，硫酸再与大气中的NH3化合而生成(NH4)2SO4颗粒物。硫酸也可与大气中其他金属离子化合生成各种硫酸盐颗粒物。17、颗粒物在人体内的沉积作用。（1）碰撞作用：粒径的颗粒---鼻咽部和支气管上部沉降（2）沉降作用：粒径的颗粒---支气管部位沉降（3）扩散作用：粒径小于的颗粒---肺区沉积18、大气颗粒物中多环芳烃的种类、存在状态以及危害性如何？种类：一般以苯环数命名，如苯并[a]蒽，苯并[a]芘（BaP），苯并[e]苊，苯并[j]荧蒽和茚并[1,2,3-cd]芘等等。存在状态：环少的易于以气态形式存在，环多的则存在于固相颗粒物中。危害性：它们能与大气中的臭氧、氮氧化物等相互作用，而形成二次污染物，这些二次污染物从毒理学、病理学上已被证明，具有直接的致癌和致突变的作用。19、气体浓度换算第三章天然水中常见的离子天然水中常见的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-（占天然水中离子总量的95~99%）。水体中污染物的种类、有机物污染物的分类美国科学家把水体污染物分为八类：耗氧污染物；致病污染物；合成有机物；植物营养物；无机及矿物质；由土壤、岩石冲刷下来得沉积物；放射性物质；热污染有机污染物种类：农药、多氯联苯、卤代脂肪烃、醚类、单环芳香族化合物、苯酚类和甲酚类、酞酸酯类和多环芳烃类。水体的自净作用水体自净(self-purificationofwaterbody)广义的是指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经一段时间后恢复到受污染前的状态；狭义的是指水体中微生物氧化分解有机污染物而使水质净化的作用。水体自净机理包括沉淀、稀释、混合等物理过程，氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学和物理化学过程以及生物化学过程。各种过程可同时发生、相互影响。包括：物理自净、化学自净、生物自净。水体环境中无机污染物的迁移转化无机污染物通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理、化学作用进行迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，形成永久性的潜在危害。沉淀过程的三个阶段沉淀分三个阶段：成核作用：晶体生长：晶核聚集：水体有机污