南开大学环境化学试题

南开大学《环境化学》课程试题（一）一、名词解释（本题共18分，每小题3分）1.环境化学环境化学是一门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。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支2.大气的温度层结大气的温度随高度呈现不同的变化规律，随着高度的增加，呈现先下降、再上升、再下降、再上升的规律，分别为对流层、平流层、同温层、热层等。3.KOW及其环境学意义辛醇-水分配系数，代表一个物质的憎水性。4.持久性有机污染物具有高毒性、高富集性、高持久性，并且可以进行长距离传输，造成全球污染的一类有机污染物，目前有22种（类）化合物进入持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约。5.水体富营养化水体由于一些营养元素超标，导致藻类疯长，一些藻类可以释放藻毒素。另外，藻类尸体分解引起水体溶氧下降，水体发臭，水生生物死亡等水体综合污染现象。6.绿色化学绿色化学亦称可持续的化学，它就是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产过程中减少或消除使用或产生对人类健康和环境有害物质的科学。二、填空（本题共16分，每小题0.5分）1、在对流层中，当大气的温度随着高度的增加而增加，则出现了逆温现象。2.大气颗粒物湿沉降去除包括雨除和冲刷两个过程。3.大气中主要氧化性自由基为•OH，请用方程式表达其主要反应途径RH+•OH==H2O+R•；R1CH=CHR2+•OH==R1ĊHCH(OH)R2。4.请列举一种CO2以外的温室气体CH4(N2O,O3,氟氯烃、CO)。5.颗粒物在酸雨的形成过程中具有双重作用：1）催化SO2的氧化；2）对酸性的缓冲作用。6.冰的密度小于水，是因为在两种状态下，水分子形成氢键的结构不一样。7.写出水体总酸度的表达式[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3]-[OH-]。8.pE的一般表达式为pE=pE0+lg([反应物]/[生成物])·1/n。9.CH3OCONHC6H5的水解反应产物为CH3OH,、CO2和NH2C6H5。10.林丹是γ六六六，与其外消旋混合物相比，林丹具有较小的生物富集性。11.土壤颗粒是以矿物为骨架，附着着有机质和金属氧化物的混合体，其中有机质因为结构不均一，在研究吸附时，有学者提出将其分为玻璃态和橡胶态，来表示其结构变化的难易性。12.土壤的理化性质主要通过影响重金属在土壤中形态而影响重金属的生物有效性。土壤的理化性质主要包括土壤的质地、有机质含量、阳离子交换量、pH等。(尚有很多答案)13.土壤胶体是主要的吸附剂，农药在其上的吸附机理很复杂，包括偶极-诱导偶极、亲脂性分配（或离子交换/共价键等）、范德华作用力、氢键作用等。14.DNA突变是产生肿瘤细胞的分子基础。15.QSAR的全称是QuantitativeStructureactivityrelationship；其中一个结构参数Elumo的含义为最低未占据轨道能量；代表分子得电子能力。16.例举一个可被还原有机污染物硝基苯，氯乙烯。。。。。17.写出一个表面活性剂的结构式C12H25SO3Na（很多。。。）。18.影响Fenton反应的主要条件有：pH值、H2O2浓度、催化剂浓度、反应温度。19.重金属污染土壤的植物修复技术可分为：植物提取、植物稳定、植物蒸发。20.为了提高修复现场的微生物修复效率，接种活性微生物，并为其提供适宜条件，这一技术称为生物强化。21.请例举一个绿色溶剂离子液体、超临界水、超临界二氧化碳等。三、简答题及计算题（本题共66分，每小题6分）1.简述光化学烟雾与硫酸型烟雾的区别项目伦敦型洛杉矶型概况发生较早，至今已多次出现发生较晚，发生光化学反应污染物颗粒物，SO2，硫酸雾等碳氢化合物，NOx，O3，PAN，醛类燃料煤汽油、煤气、石油季节冬夏、秋气温低(4℃以下)高(24℃以上)湿度高低日光弱强臭氧浓度低高出现时间白天夜间连续白天毒性对呼吸道有刺激作用，严重时导致死亡对眼和呼吸道有强刺激作用。O3等氧化剂有强氧化破坏作用，严重时可导致死亡2.用方程式表达氟利昂破坏臭氧的机理，“无氟”制冷剂为什么可避免臭氧层的破坏„氟氯烃类化合物在对流层中很稳定，停留时间较长，因而可以扩散进入平流层后，在平流层紫外线的作用下发生光解：CFCl3→•CFCl2+Cl•CF2Cl2→•CF2Cl+Cl•„每个氟氯烃类化合物通过光解最终将把分子内全部的Cl•都释放出来。(III)氟氯甲烷与O•的反应O•+CFnCl4-n→ClO•+•CFnCl3-n„同样，每个氟氯烃类化合物最终可以把分子内全部的Cl•都转化形成ClO•。所谓无氟制冷剂是在氟氯烃上引进一个氢原子，由于碳氢键极易被自由基攻击，因此在对流层就可以分解。3.综合论述汞的来源、危害，并图示其形态转化与相间分布汞在自然界中的浓度不大，但分布很广。主要开采应用后绝大部分以三废形式进入环境。据统计，目前全世界每年开采应用的汞量约在1×104t以上，其中绝大部分最终以三废的形式进入环境。在一定条件下，汞可以转化为甲基汞，甲基汞能与许多有机配位体基团结合，如—SH，—OH，—COOH，—NH2，等。所以甲基汞非常容易和蛋白质、氨基酸类物质起作用，具有很高的毒性，且它在生物体内分解速率缓慢，因此烷基汞比可溶性无机汞化合物的毒性大10～100倍。由于烷基汞具有高脂溶性，水生生物富集烷基汞比富集非烷基汞的能力大很多，而且具有生物放大的趋向。1953年在日本熊本县水俣湾附近的渔村。发现一种中枢神经性疾患的公害病，称为水俣病。经十余年的调查，发现原因就为甲基汞。4.图示DDT主要生物代谢途径5.当土壤环境pH增高时，怎样影响砷和镉的吸附，为什么？镉离子以阳离子形式存在，土壤pH增高镉的吸附增加，因为氢离子可以对镉离子产生竞争作用，或者说土壤颗粒负电性增加。砷离子以阴离子形式存在，土壤pH增高，土壤颗粒负电性增加，对As酸盐阴离子有排斥作用，吸附降低。6.请写出生物积累微分表达式及方程中各项的意义()igieiiiiiiiwaiickkcWckdtdc++⋅⋅+⋅=−−−1,1,1,α式中：Cw——生物生存水中某物质浓度；Ci——食物链i级生物中该物质的浓度；Wi，i-1——摄食率；αi，i-1——同化率；kai——i级生物对该物质的吸收速率常数；kei——i级生物中该物质的消除速率常数；kgi——i级生物的生长速率常数。7.综合论述零价铁去除各类污染物的机理，并写出相关方程式零价铁技术最先应用于可还原有机污染物的去除，如氯取代碳氢化合物、硝基取代化合物、偶氮染料等。例如，对三氯乙烯的去除，发生了连续的脱氯作用。C2HCl3+Fe0+H2O→C2H2Cl2+Cl－+OH－+Fe2＋C2H2Cl2+Fe0+H2O→C2H3Cl+Cl－+OH－+Fe2＋C2H3Cl+Fe0+H2O→C2H4+Cl－+OH－+Fe2＋体系中起反应的还原剂，除了零价铁之外，还包括零价铁与水分子作用产生的二价铁和氢气。对于硝基化合物及偶氮染料，最终的产物是所对应的芳香胺。而芳香胺需经过好氧生物降解进一步去除。对于重金属，应用最成熟的是对Cr、U和Tc的去除。去除原理为还原沉淀。以Cr为例，生成的三价铬，形成氢氧化铬沉淀以及与铁离子形成氢氧化物共沉淀。xFe0+(1-x)CrO42－+4H2O＝FexCr1-x(OH)3+5OH－热力学角度出发，零价铁对重金属的去除还应包括还原沉积途径，如铜离子可与零价铁发生如下反应：Cu2＋+Fe0=Fe2＋+Cu0价铁对于硝酸根和硫酸根都可通过还原反应去除。对于NO3－，此反应速率不是很快，而且产物的80％为铵离子，而不是氮气。所以零价铁用于硝酸盐的去除并不受到重视。NO2－+3Fe0+8H＋→3Fe2＋+NH4＋+2H2ONO3－+4Fe0+10H＋→4Fe2＋+NH4＋+3H2OSO42－+4Fe0+8H＋→4Fe2＋+S2－+4H2O硫酸根在零价铁的作用下生成二价硫离子，如果有其他重金属存在，就可生成金属硫化物沉淀得到去除。铁离子还可参与形成复合沉淀。8．请简述植物修复有机污染物的过程和机理①直接吸收有机污染物被植物吸收后，可直接以母体化合物或以不具有植物毒性的代谢产物的形态，通过木质化作用在植物组织中贮藏，也可代谢或矿化为水和二氧化碳等，或随植物的蒸腾（呼吸）作用排出植物体。②植物分泌物的降解作用植物的根系可向土壤环境释放大量分泌物，其数量约占植物年光合作用的10～20%。植物产生的各种天然有机物或酶类，可以促进有机污染物在植物体外发生生物降解。③增强根际微生物降解植物根系分泌的一些物质及酶进入土壤，不但可以降解有机污染物，还向生活在根际的微生物提供营养和能量，支持根际微生物的生长和活性，使根际环境的微生物数量明显高于非根际土壤，生物降解作用增强。9.图示碳的生物地球化学循环主要过程，论述从哪些环节可以降低大气中的二氧化碳。大气中的CO2溶解作用和化学过程溶解性的无机碳主要为HCO3－以溶解的CO2的溶解作用化学沉淀作用和无机碳结合于微生物外壳不溶性的无机碳，主要为CaCO3和CaCO3·MgCO3光合作用生物降解固定的有机碳（CH2O）和异型生物质的碳固定的有机烃类，CxH2x和油母页岩用石油原料生产的异型生物质生物地球化学过程1）首先节约使用能量，使用耗能低的工业过程，在生活和商业等社会各环节，节约用电；2）可以减少化石燃料的使用，使用风能、太阳能等新兴能源；3）尽量减少以石油为原料的产品的生产和使用，如塑料等；4）将废生物质，如农业废弃物、废水中的能量尽量利用，而不是将其单纯作为废物转化为CO2，如秸秆的再利用，秸秆生产出生物炭，废水发电等。5）可以将CO2锁定在深海中。。。。。。。。。10．从磷酸的解离常数K1、K2及K3推导磷酸四种形态的分布系数α,并计算在pH=7.0时，四种形态的百分含量。已知：pK1=2.1;pK2=7.2;pK3=12.3H3PO4===H2PO4-+H+pK1=2.1H2PO4-===HPO42-+H+pK2=7.2HPO42-===PO43-+H+pK3=12.3α0=(1+K1/[H+]+K1K2/[H+]2+K1K2K3/[H+]3)-1=0α1=(1+[H+]/K1+K2/[H+]+K2K3/[H+]2)-1=61.3%α2=(1+[H+]2/K1K2+[H+]/K2+K3/[H+])-1=38.7%α3=(1+[H+]3/K1K2K3+[H+]2/K2K3+[H+]/K3)-1=011．一个城市中心有一个紊流的浅塘，大气和水中苯的浓度为C空气＝0.05mg/m3;C水＝0.4mg/m3，请根据亨利定律计算，在如下两个季节（1）典型的夏季环境（T＝25°C）；（2）典型的冬季环境（T＝5°C），苯在大气－水界面的迁移方向。已知亨利常数随温度的变化关系式为：lnH（Pa•m3/mol）＝−6.44×103（1/T）+27.9；在298K下，带入上述式子H=539.15Pa•m3/mol根据理想气体方程：P=CRT=（0.05×10-6/78）×8.314×298=1.588×10-3Pa达平衡时：C水=P/H=2.945×10-6mol/m3=0.223mg/m30.4mg/m3因此，苯由水向大气迁移。在278K下，带入上述式子H=114.43Pa•m3/mol根据理想气体方程：P=CRT=（0.05×10-6/78）×8.314×278=1.481×10-3Pa达平衡时：C水=P/H=12.9×10-6mol/m3=1mg/m30.4mg/m3因此，苯由大气向水迁移。