《环境化学(第二版)》戴树桂主编-复习要点

精品文档。1欢迎下载大气环境化学：一、大气中污染物的迁移：大气温（密）度层结：静大气的温度和密度在垂直方向上的分布。大气划分为：对流层，平流层，中间层，热层，逸散层。对流层：平均厚度12千米；气温随高度的增加而降低，热源来自地面的长波辐射；对流运动显著；每升高100米，气温降低0.6℃；含有全部大气质量3/4的大气和几乎所有的水汽；多种天气现象；污染物的迁移转化；平流层：高度在17－55千米之间；气温随高度的增加而增加，热源来自太阳的紫外辐射；气体状态非常稳定；无天气现象；大气透明度高，适合飞行；中间层：从平流层顶到85千米的高度；气温随高度的增加而降低；热源来自平流层；垂直运动相当剧烈；热层：从平流层顶到800千米之间；温度随高度的增加而迅速上升；空气极稀薄，在太阳紫外线和宇宙射线的辐射下，空气处于高度电离状态，有称电离层；逸散层：超过800千米以上的高空；气体分子受地球引力极小，因而大气质点会不断向星际空间逃逸；大气垂直递减率：随高度的增加气温的降低率，Γ＝-dT/dz。干绝热垂直递减率：干空气块或未饱和的湿空气块在上升时温度降低值与上升高度的比，用Γd表示。大气稳定度：气层的稳定程度，即某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定的程度；若ΓΓd,表明大气是稳定的，ΓΓd，大气是不稳定的；Γ＝Γd，大气处于平衡状态。影响大气污染物迁移的因素：5风和大气湍流的影响：大气的水平运动成为风，风可使污染物向下风向扩散，从而得到稀释；大气的无规则运动称为大气湍流，湍流可使污染物向各个方向扩散，其中空气的铅直对流运动使得污染物升到高空而扩散。二、大气中污染物的转化：光化学反应：分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应，分为初级过程和次级过程。初级过程：化学物种吸收光量子hv形成激发态物种，基本步骤为：A+hv→A*,随后，激发态A*可能发生如下反应（①、②为光物理过程，③、④为光化学过程）：①辐射跃迁：A*→A+hv,②碰撞失活过程：A*+M→A+M,③光离解：A*→B1+B2+……④与其他成分反应：A*+C→D1+D2+……次级过程：在初级过程中反应物、生成物之间进一步发生的反应；大都是热反应。光化学第一定律：光子的能量大于化学键能时，才能引起光离解反应；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：说明分子吸收光的过程时单光子过程；对大气污染物而言，反应大都发生在对流层，只涉及到太阳光，符合光化学第二定律。大气中几种重要吸光物质的光离解：氧分子：O2+hv→O﹒+O﹒,氮分子：N2+hv→N﹒+N﹒,臭氧：O3+hv→O﹒+O2,二氧化氮：NO2+hv→NO+O﹒,精品文档。2欢迎下载亚硝酸：HNO2+hv→HO﹒+NO,HNO2+hv→H﹒+NO2,硝酸：HNO3+hv→HO﹒+NO2,二氧化硫：SO2的键能大,只能生成激发态【所以有光化学第一定律-光子的能量大于化学键时，才能引起光解反应。……】,SO2+hv→SO2*,甲醛：H2CO+hv→H2+CO﹒,H2CO+hv→H﹒+HCO﹒,卤代烃：CH3X+hv→CH3﹒+X﹒,键强顺序为:CH3－FCH3－HCH3－ClCH3－BrCH3－I.大气中重要自由基的来源：HO﹒：O3+hv→O﹒+O2，O﹒+H2O→2HO﹒;HNO2+hv→HO﹒+NO;H2O2+hv→2HO﹒;HO2﹒：H2CO+hv→H﹒+HCO﹒,H﹒+O2+M→HO2﹒+M,HCO﹒+O2→HO2﹒+CO;CH3﹒：CH3CHO+hv→CH3﹒+HCO﹒;CH3COCH3+hv→CH3﹒+CH3CO﹒;RH+O﹒→R﹒+HO﹒;RH+HO﹒→R﹒+H2O;CH3O甲氧基﹒：CH3ONO+hv→CH3O﹒+NO;CH3ONO2+hv→CH3O﹒+NO2;RO2﹒过氧烷基：R﹒+O2→RO2﹒;光化学烟雾：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形成的烟雾污染现象；①链引发反应：NO2+hv→NO+O﹒,O﹒+O2+M→O3+M,O3+NO→O2+NO2;RCHO+hv→RCO﹒+H﹒;②碳氢化合物的存在时自由基转化和增殖的根本原因：RH+O﹒→R﹒+HO﹒；RH+HO﹒→R﹒+H2O,H﹒+O2→HO2﹒；R﹒+O2→RO2﹒;③HO2﹒、RO2﹒等促进了NO向NO2转化：NO+HO2﹒→NO2+HO﹒,NO+RO2﹒→NO2+RO﹒;硫酸烟雾：主要时由于燃煤而排放出来的SO2、颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。名称类型发生季节温度湿度臭氧浓度日光发生时间洛杉矶烟雾光化学烟雾夏、秋高低高强白天伦敦烟雾硫酸烟雾冬低高低弱日夜连续酸性降水：通过降水，如雨、雪、雾、冰雹等将大气种的酸性物质迁移到地面的过程；最常见的是酸雨（PH=5.6）;这种降水过程称为湿沉降。酸沉降中的干沉降：大气中的酸性物质在气流的作用下直接迁移到地面的过程。酸雨的形成过程为：P115SO2+[O]→SO3,SO3+H2O→H2SO4,SO2+H2O→H2SO3,H2SO3+[O]→H2SO4;NO+[O]→NO2,2NO2+H2O→HNO3+HNO2;酸雨的化学组成：阳离子：H+,Ca2+,NH4+，Na+,K+,Mg2+;阴离子：SO42-，NO3-,Cl-,HCO3-。温室效应：P120大气中的CO2、CH4等吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留于大气之中，从而使大气温度升高，这种效应叫做温室效应。能够引起温室效应的气体，叫做温室气体。O3的损耗机理：P122（1）平流层中的臭氧源于平流层中的光解O2+hv→O•+O•；O•+O2+M→O3+M（2）臭氧的两种消除途径①臭氧层能吸收太阳的紫外辐射的根本原因O3+hv→O•+O2②臭氧真正被清除O3+O•→2O2（3）NOx•,HOx•,ClOx•之间联系紧密，它们在平流层发生的一系列反应对臭氧造成破坏的影响。大气颗粒物按其粒径大小分为：总悬浮颗粒物（TSP）：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，粒径多在100微米以下，最多的在10微米以下；飘尘：可在大气中长期飘浮的悬浮物，粒径主要10微米；降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径10微米的粒子由于自身重精品文档。3欢迎下载力作用会很快沉降下来；可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子，粒径=10微米。大气颗粒物的去除过程:干沉降（10％－20％）:指颗粒物在重力作用下的沉降,或与其他物体碰撞后发生的沉降。（粒径0.1微米的爱根离子靠布朗运动碰撞凝聚成较大颗粒，并通过大气湍流而沉降。）湿沉降（80％－90％）：指通过降雨、降雪等使颗粒物从大气中去除的过程。它是去除大气颗粒物和痕量气态污染物的有效方法。包括雨除和冲刷两种机制（80％－90％）:①雨除：一些颗粒物可作为形成云的凝结核，成为云滴的中心，通过凝结过程和碰撞过程使其增大为雨滴，进一步长大而形成雨降落到地面，颗粒物也就随之从大气中消除。②冲刷：降雨时在云下面的颗粒物与降下来的雨滴发生惯性碰撞或扩散、吸附过程，从而使颗粒物去除。水环境化学：一、天然水的组成和性质：可溶性物质：溶解性气体：O2、CO2、H2S、N2、CH4主要离子组成：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3、NO3-、Cl-、SO42-N和P的化合物：铵根、硝酸根、铁、硅的化合物含量很低的离子：I、Br、F；了，有机物质悬浮物质：悬浮物、颗粒物、水生生物水硬度：Ca2+,Mg2+化合物总量表示硬度。暂时硬度，碳酸盐硬度，Ca2+、Mg2+的碳酸盐和重碳酸盐永久硬度，非碳酸盐硬度，Ca2+、Mg2+的氯化物、硫酸盐和硝酸盐亨利定律:即气体在液相中溶解度正比于液相所接触的该气体的分压。例：求氧在1个大气压，25℃水中溶解度（水在25度时的蒸汽压为0.03167×105Pa）：解：已知氧在干燥空气中含量为20.95％，首先求氧分压：PO2=(1.0130×105-0.03167×105)×20.95%Pa=0.2056×105Pa代入亨利定律，求氧在水中溶解度：[O2]=KH×PO2=1.26×10-8×0.2056×105mol/l=2.6×10-4mol/l=8.32mg/l碳酸平衡：水体中存在三种化合态：游离碳酸，包括溶解性CO2和H2CO3分子，用H2CO3*表示；HCO3-；CO32－。三种化合态在水中存在以下平衡：CO2＋H2O＝H2CO3*H2CO3*=H+＋HCO3-HCO3-=H+＋CO32-CT＝H2CO3*＋HCO3-＋CO32－[HH22CCOO33**]=CTα0;[HHCCOO33--]]=CTα1;[CCOO3322－－]]=CTα2天然水的碱度：是指水中能和强酸发生中和作用的全部物质，即能接受质子H＋的物质总量。组成碱度的物质：①强碱，如NaOH、Ca(OH)2等；②弱碱，如NH3、C6H5NH2苯胺等；③强碱弱酸盐，如碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等。总碱度＝[HCO3-]＋2[CO32－]＋[OH－]－[H＋]酚酞碱度=[CO32-]+[OH－]-[H2CO3*]-[H＋]天然水的酸度：是指能与强碱发生中和作用的全部物质，即放出H＋或经过水解能产生H＋的物质总精品文档。4欢迎下载量。组成酸度的物质：①强酸，如HCl、H2SO4、HNO3等；②弱酸，H2CO3、H2S、蛋白质和有机酸；③强酸弱碱盐，FeCl3、Al2(SO4)3等。总酸度＝[H＋]＋[HCO3-]＋2[H2CO3*]―[OH－]例1：已知水体pH＝8.00，碱度为1.00×10－3mol/l,求各形态的浓度。P155解：pH＝8.00时，碱度＝[HCO3-]＝1.00×10－3mol/l，[OH－]＝1.00×10－6mol/l[H2CO3*]＝[H＋][HCO3-]/K1＝1.00×10－8×1.00×10－3/4.45*10－7=2.25×10－5mol/l[CO32－]=K2[HCO3-]/[H＋]=4.69×10－11×1.00×10－3/1.00×10－8=4.69×10－6mol/l例2：天然水的pH＝7，碱度为1.4mmol/l,求需加入多数酸可以使pH降低到6。解：总碱度＝CT（α1＋2α2）＋Kw/[H＋]-[H＋]令α＝1/（α1＋2α2），则CT＝α{[总碱度]+[H＋]-[OH－]}近似得：CT＝α[碱度]PH=7时，则α=1.22,CT=α[碱度]=1.71mmol/lPH降到6时，CT不变，α=3.25，[碱度]=CT/α=0.526mmol/l加酸量=1.4-0.526=0.874mmol/l二、水中无机污染物的迁移转化：水中胶体颗粒物类别：（1）矿物微粒和粘土矿物原生矿物：石英、长石、云母、辉石、角闪石等硅酸盐矿物粘土矿物：风化形成蒙脱石、高岭石、伊利石等（2）金属水合氧化物：铝：Al(OH)2＋、Al(OH)2＋、Al(OH)3、Al(OH)4-铁：Fe(OH)2＋、Fe(OH)2＋、Fe(OH)3锰、硅；（3）腐殖质：带负电的高分子弱电解质、（4）无机－有机复合体（5）其它（藻类、细菌、病毒、废水中的表面活性剂和油滴等）水中颗粒物的吸附作用：（1）表面吸附：胶体具有巨大的比表面和表面能，因此具吸附作用。物理吸附。（2）离子交换吸附：由于大部分胶体带负电荷，可以吸附带相反电荷的阳离子，为保持电荷平衡，每吸附一部分阳离子，同时放出等量其它阳离子。物理化学吸附。（3）专属吸附作用：在吸附过程中，除了化学键的作用以外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。在水环境中，配合离子、有机离子、有机高分子和无机高分子的专属吸附作用最强。水合氧化物胶体对重金属离子有较强的专属吸附作用。精品文档。5欢迎下载项目非专属吸附专属吸附发生吸附的表面净电荷的符号金属离子所起的作用吸附时发生的反应发生吸附时体系的PH值吸附发生的位置对表面电荷的影响－反离子阳离子交换