《環(huán)境化學(xué)》戴樹桂(第二版)-課后習(xí)題與參考答案

《緒論》部分重點習(xí)題與參考答案

1.如何認(rèn)識現(xiàn)代環(huán)境問題的發(fā)展過程？

環(huán)境問題不止限于環(huán)境污染，人們對現(xiàn)代環(huán)境問題的認(rèn)識有個由淺入深，逐漸完善的發(fā)展過程。

a、在20世紀(jì)60年代人們把環(huán)境問題只當(dāng)成一個污染問題，認(rèn)為環(huán)境污染主要指城市和工農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來的

對大氣、水質(zhì)、土壤、固體廢棄物和噪聲污染。對土地沙化、熱帶森林破環(huán)和野生動物某些品種的瀕危滅絕等并

未從戰(zhàn)略上重視，明顯沒有把環(huán)境污染與自然生態(tài)、社會因素聯(lián)系起來。

b、1972年發(fā)表的《人類環(huán)境宣言》中明確指出環(huán)境問題不僅表現(xiàn)在水、氣、土壤等的污染已達到危險程度,

而且表現(xiàn)在對生態(tài)的破壞和資源的枯竭；也宣告一部分環(huán)境問題源于貧窮，提出了發(fā)展中國家要在發(fā)展中解決環(huán)

境問題。這是聯(lián)合國組織首次把環(huán)境問題與社會因素聯(lián)系起來。然而，它并未從戰(zhàn)略高度指明防治環(huán)境問題的根

本途徑，沒明確解決環(huán)境問題的責(zé)任，沒強調(diào)需要全球的共同行動。

c、20世紀(jì)80年代人們對環(huán)境的認(rèn)識有新的突破性發(fā)展，這一時期逐步形成并提出了持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，指明

了解決環(huán)境問題的根本途徑。

d、進入20世紀(jì)90年代，人們鞏固和發(fā)展了持續(xù)發(fā)展思想，形成當(dāng)代主導(dǎo)的環(huán)境意識。通過了《里約環(huán)境

與發(fā)展宣言》、?21世紀(jì)議程》等重要文件。它促使環(huán)境保護和經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展，以實現(xiàn)人類的持續(xù)發(fā)展作為

全球的行動綱領(lǐng)。這是本世紀(jì)人類社會的又一重大轉(zhuǎn)折點，樹立了人類環(huán)境與發(fā)展關(guān)系史上新的里程碑。

2.怎樣了解人類活動對地球環(huán)境系統(tǒng)的影響

地球環(huán)境系統(tǒng)即為生物圈，生物圈有五大圈層組成：大氣圈水圈生物圈土壤圈巖石圈

這五大圈層受到人類影響也就影響了整個地球環(huán)境系統(tǒng)

例如：

大氣圈，人類的工業(yè)化，是的礦物質(zhì)燃料使得co2so2等氣體大量進入大氣中是的大氣吸收的地面的長波輻

射增多，形成保溫層這就是我們說的溫室效應(yīng)

生物圈：人類的砍伐，屠殺野生動物，造成生態(tài)系統(tǒng)的破壞，食物鏈的斷裂或減少，是的生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循

環(huán)，能量流動受到影響造成災(zāi)害各種生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力減弱抗破壞力減弱

土壤圈：樹木的砍伐造成水土流失，人們盲目施肥造成土壤污染

水圈：水的污染就不用說了

巖石圈：人類活動的原因引發(fā)酸雨，溶洞腐蝕，砍伐造成風(fēng)沙肆虐風(fēng)化現(xiàn)象加劇

而且五大圈層相輔相成，一個受到影響會引發(fā)其他的影響，進而造成自然災(zāi)害，造成生命財產(chǎn)損失，人類的活動

最終的苦果還要人類自己承受

2.你對于氧、碳、氮、磷、硫幾種典型營養(yǎng)性元素循環(huán)的重要意義有何體會?

(1)氧的循環(huán):

(2)碳的循環(huán):

(3)氮的循環(huán)

(4)磷的循環(huán)

(5)硫的循環(huán)

大氣中的硫,

so2,H2S,

H2so4,CS2,(CH3)2S

大氣中的硫物種與其它環(huán)境

圈層中硫物種的相互變化

（6）體會：氧、碳、氮、磷和硫等營養(yǎng)元素的生物地球化學(xué)循環(huán)是地球系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，它涉及地層環(huán)境

中物質(zhì)的交換、遷移和轉(zhuǎn)化過程，是地球運動和生命過程的主要營力。

3.根據(jù)環(huán)境化學(xué)的任務(wù)、內(nèi)容和特點以及其發(fā)展動向，你認(rèn)為怎樣才能學(xué)好環(huán)境化學(xué)這門課程？

（1）環(huán)境化學(xué)的任務(wù)、內(nèi)容、特點：環(huán)境化學(xué)是在化學(xué)科學(xué)的傳統(tǒng)理論和方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以化學(xué)物質(zhì)

在環(huán)境中出現(xiàn)而引起的環(huán)境問題為研究對象，以解決環(huán)境問題為目標(biāo)的一門新興學(xué)科。環(huán)境化學(xué)是一門研究有害

化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)。它既是環(huán)境科學(xué)的核

心組成部分，也是化學(xué)科學(xué)的一個新的重要分支。

（2）環(huán)境化學(xué)的發(fā)展動向：國際上較為重視元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的生物地球化學(xué)循環(huán)及其相互耦合

的研究；重視化學(xué)品安全評價；重視臭氧層破壞、氣候變暖等全球變化問題。我國優(yōu)先考慮的環(huán)境問題中與環(huán)境

化學(xué)密切相關(guān)的是：以有機物污染為主的水質(zhì)污染；以大氣顆粒物和二氧化硫為主的城市空氣污染：工業(yè)有毒有

害廢棄物和城市垃圾對大氣、水和土地的污染等。

(3)我對學(xué)好這門課的觀點：環(huán)境化學(xué)包含大氣、水體和土壤環(huán)境化學(xué)多個分支學(xué)科，研究有害化學(xué)物質(zhì)在大

氣、水體和土壤環(huán)境中的來源、存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法。這就決定了環(huán)境化學(xué)

研究中需要運用現(xiàn)場研究、實驗室研究、實驗?zāi)M系統(tǒng)研究和計算機模擬研究相結(jié)合的系統(tǒng)研究方法，主要以化

學(xué)方法為主，還要配以物理、生物、地學(xué)、氣象學(xué)等其他學(xué)科的方法。因此，要求研究人員具有較廣泛的各相關(guān)

學(xué)科的理論知識和實驗動手能力。我們在日常學(xué)習(xí)中應(yīng)當(dāng)以開闊的視野，除了環(huán)境化學(xué)之外，廣泛涉獵各相關(guān)學(xué)

科，并注重培養(yǎng)自己的實驗操作，如此才可能學(xué)好這門課。

4.舉例簡述污染物在環(huán)境各圈的遷移轉(zhuǎn)化過程。

以汞為例，說明其在環(huán)境各圈層的遷移轉(zhuǎn)化過程，見下圖。

汞在環(huán)境中的存在形態(tài)有金屬汞、無機汞化合物和有機汞化合物三種。在好氧或厭氧條件下，水體底質(zhì)中某

些微生物能使二價無機汞鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆投谆＜谆苄源螅瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，容易被魚類等生物吸收,

難以代謝消除，能在食物鏈中逐級放大。甲基汞可進一步轉(zhuǎn)化為二甲基汞。二甲基汞難溶于水，有揮發(fā)性，易散

逸到大氣中，容易被光解為甲烷、乙烷和汞，故大氣中二甲基汞存在量很少。在弱酸性水體(pH4?5)中，二

甲基汞也可轉(zhuǎn)化為一甲基汞。

3,環(huán)境污染物有哪些類別?當(dāng)前世界范圍普遍關(guān)注的污染物有哪些特性?

(1)環(huán)境污染物的分類：

a.按污染物影響的環(huán)境要素可分為：大氣污染物、水體污染物、上壤污染物

b.按污染物的形態(tài)可分為：氣體污染物、液體污染物、固體污染物

c.按污染物的性質(zhì)可分為：化學(xué)污染物、物理污染物、生物污染物

d.按人類社會活動不同功能產(chǎn)生的污染物可分為：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、生活污染

等

(2)當(dāng)前世界范圍普遍關(guān)注的污染物t要特性是：持久行方?機污染物具有致突變、致痛和

致畸作用的所謂“三致”化學(xué)污染物，以及環(huán)境內(nèi)分泌干擾物。

1、大氣的主要層次是如何劃分的？每個層次具有哪些特點？

（1）主要層次劃分：根據(jù)溫度隨海拔高度的變化情況將大氣分為四層。

大氣層次海拔高度/km溫度/P主要成分

對流層

O?(10?16)15?-56NA?2。

2

平流層(10—16)—50-56--2q

中間層50—80-2~-92NO%

熱層+++

80~500~92~1200NO,o2,o

（2）各層次特點:

①對流層：0?18km；氣溫隨高度升高而降低；有強烈的空氣垂直對流；空氣密

度大（占大氣總質(zhì)量的3/4和幾乎全部的水汽和固體雜質(zhì)）；天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變。

②平流層：18?50km；平流層下部30?'35km以下氣溫變化不大（同溫層），30?

35km以上隨高度升高溫度增大（逆溫層）；有一20km厚的臭氧層，可吸收太陽的

紫外輻射，并且臭氧分解是放熱過程，可導(dǎo)致平流層的溫度升高；空氣稀薄，水

氣、塵埃的含量極少、透明度好，很少出現(xiàn)天氣現(xiàn)象，飛機在平流層低部飛行既

平穩(wěn)又安全；空氣的垂直對流運動很小，只隨地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生平流運動，污染物進

入平流層可遍布全球。

③中間層：50?80km；空氣較稀?。怀粞鯇酉?；溫度隨海拔高度的增加而迅

速降低；大氣的垂直對流強烈。

④熱層：80?500km；在太陽紫外線照射下空氣處于高度電離狀態(tài)（電離層），能

反射無線電波，人類可利用它進行遠距離無線電通訊；大氣溫度隨高度增加而升

高；空氣更加稀薄，大氣質(zhì)量僅占大氣總質(zhì)量的0.

熱層以上的大氣層稱為逃逸層。這層空氣在太陽紫外線和宇宙射線的作用與大氣

溫度不同，大氣的壓力總是隨著海拔高度的增加而減小。

2、逆溫現(xiàn)象對大氣中污染物的遷移有什么影響？

一般情況下，大氣溫度隨著高度增加而下降，每上升100米，溫度降低0、6cC

左右。即是說在數(shù)千米以下，總是低層大氣溫度高、密度小，高層大氣溫度低、

宙度大，顯得“頭重腳輕這種大氣層結(jié)容易發(fā)生上下翻滾即“對流”運動，

可將近地面層的污染物向高空乃至遠方輸散，從而使城市上空污染程度減輕。因

而在通常情況下，城市上空為輕度污染，對人體健康影響不大?？墒窃谀承┨鞖?/p>

條件下，一地上空的大氣結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)氣溫隨高度增加而升高的反?，F(xiàn)象，從而導(dǎo)

致大氣層結(jié)“腳重頭輕”，氣家學(xué)家稱之為“逆溫”，發(fā)生逆溫現(xiàn)象的大氣層稱為

“逆溫層”。它像一層厚厚的被子罩在我們城鄉(xiāng)上空，上下層空氣減少了流動，

近地面層大氣污染物“無路可走”，只好原地不動，越積越多，空氣污染勢必加

3.大氣中有哪些重要污染物？說明其主要來源和消除途徑。

環(huán)境中的大氣污染物種類很多，若按物理狀態(tài)可分為氣態(tài)污染物和顆粒物兩大類；若按形成過程則可分為一

次污染物和二次污染物。按照化學(xué)組成還可以分為含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含鹵素化合物。主要

按照化學(xué)組成討論大氣中的氣態(tài)污染物主要來源和消除途徑如下：

（1）含硫化合物

大氣中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳（COS）、二硫化碳（CS2）、二甲基硫（CH3）2S、硫化氫（H2S）、

二氧化硫（S02）、三氧化硫（S03）、硫酸（H2so4）、亞硫酸鹽（MS03）和硫酸鹽（MS04）等。大氣中的S0?

（就大城市及其周圍地區(qū)來說）主要來源于含硫燃料的燃燒。大氣中的S02約有50%會轉(zhuǎn)化形成H2s04或SChH

另外50%可以通過干、濕沉降從大氣中消除。H2s主要來自動植物機體的腐爛，即主要由植物機體中的硫酸鹽經(jīng)

微生物的厭氧活動還原產(chǎn)生。大氣中H2s主要的去除反應(yīng)為：HO+H2SH2O+SHo

（2）含氮化合物

大氣中存在的含量比較高的氮的氧化物主要包括氧化亞氮（NzO）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO?）。主

要討論一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）,用通式NOx表示。NO和NO2是大氣中主要的含氮污染物，它們的

人為來源主要是燃料的燃燒。大氣中的NO,最終將轉(zhuǎn)化為硝酸和硝酸鹽微粒經(jīng)濕沉降和干沉降從大氣中去除。

其中濕沉降是最主要的消除方式。

（3）含碳化合物

大氣中含碳化合物主要包括：一氧化碳（CO）,二氧化碳（CO2）以及有機的碳?xì)浠衔铮℉C）和含氧燃類,

如醛、酮、酸等。

CO的天然來源主要包括甲烷的轉(zhuǎn)化、海水中co的揮發(fā)、植物的排放以及森林火災(zāi)和農(nóng)業(yè)廢棄物焚燒，其

中以甲烷的轉(zhuǎn)化最為重要。co的人為來源主要是在燃料不完全燃燒時產(chǎn)生的。大氣中的co可由以下兩種途徑

去除：土壤吸收（土壤中生活的細(xì)菌能將CO代謝為CO2和CH4）；與HO自由基反應(yīng)被氧化為CO2。

CO?的人為來源主要是來自于礦物燃料的燃燒過程。天然來源主要包括海洋脫氣、甲烷轉(zhuǎn)化、動植物呼吸和

腐敗作用以及燃燒作用等。

甲烷既可以由天然源產(chǎn)生，也可以由人為源產(chǎn)生。除了燃燒過程和原油以及天然氣的泄漏之外，產(chǎn)生甲烷的

機制都是厭氧細(xì)菌的發(fā)酵過程。反芻動物以及螞蟻等的呼吸過程也可產(chǎn)生甲烷。甲烷在大氣中主要是通過與HO

自由基反應(yīng)被消除：CH4+HO^CH3+H2O?

（4）含鹵素化合物

大氣中的含鹵素化合物主要是指有機的鹵代燃和無機的氯化物和氟化物。

大氣中常見的鹵代燃以甲烷的衍生物，如甲基氯（CH3。）、甲基濱（CH3Br）和甲基碘（CEW）。它們主要

由天然過程產(chǎn)生，主要來自于海洋。CH3cl和C%Br在對流層大氣中，可以和HO自由基反應(yīng)。而CH3I在對流

層大氣中，主要是在太陽光作用下發(fā)生光解，產(chǎn)生原子碘（1）?許多鹵代煌是重要的化學(xué)溶劑，也是有機合成工

業(yè)的重要原料和中間體，如三氯甲烷（CHCb）、三氯乙烷（CH3CCI3）、四氯化碳（CCL）和氯乙烯（C2H3。）

等均可通過生產(chǎn)和使用過程揮發(fā)進入大氣，成為大氣中常見的污染物。它們主要是來自于人為源。在對流層中，

三氯甲烷和氯乙烯等可通過與HO自由基反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為HC1,然后經(jīng)降水而被去除。

氟氯燃類中較受關(guān)注的是一氟三氯甲烷（CFC-11或F-11）和二氟二氯甲烷（CFC—12或F—12）。它們

可以用做致冷劑、氣溶膠噴霧劑、電子工業(yè)的溶劑、制造塑料的泡沫發(fā)生劑和消防滅火劑等。大氣中的氟氯燒類

主要是通過它們的生產(chǎn)和使用過程進入大氣的。由人類活動排放到對流層大氣中的氟氯煌類化合物，不易在對流

層被去除，它們在對流層的停留時間較長，最可能的消除途徑就是擴散進入平流層。

4.影響大氣中污染物遷移的主要因素是什么？

主要有：（1）空氣的機械運動如風(fēng)和大氣湍流的影響；（2）天氣和地理地勢的影響；（3）

污染源本身的特性。

5大氣中有哪些重要的吸光物質(zhì)?其吸光特征是什么？

答：大氣組分如怯、0八HQ和COi等能吸收一定波長的太相福射.波長小于

290nm的太陽幅射被用、0八0,分子吸收，并使其解禹.故波長小于290nm的太

陽將射不能到達地面，而800-2000ns的長波輻射則幾乎都被水分子和二氧化碳

所吸收.因此，只有波長為300—800mn的可見光能透過大氣到達地面，這部分

的占太陽光總能量的41%.

6.太陽發(fā)射光譜和地面測得的太陽光譜有何不同？為什么？

太陽輻射的光譜包括紅外線、可見光和紫外線等，其經(jīng)過大氣層被削弱了約一半，其中紫外線

和紅外線被極大的削弱所剩無幾，但可見光卻幾乎都能到達地表，其比重也由47%上升到92%。即

光譜分布就不同了。

7.大氣中有哪些重要的自由基？其來源如何？

大氣中存在的重要自由基有HO、HO?、R（烷基）、RO（烷氧基）和RCh（過氧烷基）等。它們的來源如下:

（1）HO來源

對于清潔大氣而言，Ch的光離解是大氣中HO的重要來源：

03+hv—>O+O2

O+H20T2Ho

對于污染大氣，如有HNCh和H2O2存在，它們的光離解也可產(chǎn)生HO：

HNO2+hvtHO+NO

H2O2+hv^f2HO

其中HNC>2的光離解是大氣中HO的重要來源。

（2）HCh的來源

大氣中HO?主要來源于醛的光解，尤其是甲醛的光解：

H2CO+hv->H+HCO

H+O2+MHO2+M

HCO+O2->HO2+CO

任何光解過程只要有H或HCO自由基生成，它們都可與空氣中的02結(jié)合而導(dǎo)致生成HO2o亞硝酸酯和

H2O2的光解也可導(dǎo)致生成HCh：

CHRONO+CHyO+NO

CH3O+。2fHO]+H2CO

H2O2+hv—>2H0

HO+H2O2~^HO2+H2O

如體系中有CO存在：

HO+CO-CO2+H

H+O2THO]

(3)R的來源

大氣中存在量最多的烷基是甲基，它的主要來源是乙醛和丙酮的光解：

CH3cHO+*fCH3+HCO

CH3coeH3+力3CH3+CH3co

這兩個反應(yīng)除生成CH3外，還生成兩個震基自由基HCO和CH3COO

O和HO與煌類發(fā)生H摘除反應(yīng)時也可生成烷基自由基：

RH+O^R+HO

RH+HOfR+H2O

(4)RO的來源

大氣中甲氧基主要來源于甲基亞硝酸酯和甲基硝酸酯的光解：

CHRONO+hvfC*O+NO

CH3ONO2+hv^CH3O+NO2

(5)RO2的來源

大氣中的過氧烷基都是由烷基與空氣中的02結(jié)合而形成的：尺+。2fH

8.大氣中削陛重要的含氟化合物？說明它們的天然來源和人為來源及對環(huán)境的污染

<1)大氣中存在的含量比較高的含稅化合物上要是顯氧化物，包括氧化弗氮

(N2O),一氧化氨(NO)和二氧化氮(NO2).

(2)N2O是低層大氣中含量最高的含然化合物，主要來H于天然源，即土壤

中硝酸鹽經(jīng)細(xì)菌的脫氮作用而產(chǎn)生.由「在低層大氣中N10非常穩(wěn)定，是停留

時間最長的氮氧化物，一般認(rèn)為其沒有明顯的污染效應(yīng)。

NO和NO?是大氣中上要的含氧污染物，合稱為NO3,它們上要來自「

人為來源，即化石燃料的燃燒.城市大氣中的NO,有2/3來自汽車等流動燃饒源

的排放，1/3來自冏定燃燒源的排放.NO,是導(dǎo)致大氣光化學(xué)污染和酸雨的重耍

污染物質(zhì).

9.敘述大氣中NO轉(zhuǎn)化為N02的各種途徑。

①NO+03N02+02

②HO+RHR+H2OR+02

R02NO+R02N02+ROR'CHO+H02(R'比R少一個C原

子)RO+02NO+H02N02+HO

10.大氣中有哪些重要的碳?xì)浠衔?？它們可發(fā)生哪些重要的光化學(xué)反應(yīng)？

甲烷、石油燒、菇類和芳香煌等都是大氣中重要的碳?xì)浠衔?。它們可參與許多光化學(xué)反應(yīng)過程。

(1)烷煌的反應(yīng)：與HO、。發(fā)生H摘除反應(yīng)，生成R氧化成RO2與NO反應(yīng)

RH+OHfR+H2O

RH+O-R+HO

R+O2fRO2

RO2+NO-RO+NO2

(2)烯燃的反應(yīng)：與OH主要發(fā)生加成、脫氫或形成二元自由基

力口成：RCH=CH2+OH-RCH(OH)CH2

RCH(OH)CH2+O2fRCH(OH)CH2O2

RCH(OH)CH2O2+NOfRCH(OH)CH2O+NO2

脫氫：RCH=CH2+HOfRCHCH2+H2O

生成二元自由基:

o

Ri\。。/R3

O3+c-c

R2

R4

R\0—0/R3

c=o+-c

R2/

R4

R

\/°-0-尸3

c-+O=cx

R2/R4

二元自由基能量很高，可進一步分解為兩個自由基以及一些穩(wěn)定產(chǎn)物。另外，它可氧化NO和SO2等:

R1R2COO+NOfR1R2CO+NO2

RIR2COO+SO2fRiR2co+SO3(3)環(huán)垃的氧化：以環(huán)己烷為例

+HOH2O

OO-O-

+NO+N02

(4)芳香炷的氧化

(a)單環(huán)芳燒：主要是與HO發(fā)生加成反應(yīng)和氫原子摘除反應(yīng)。

生成的自由基可與NO?反應(yīng)，生成硝基甲苯:

加成反應(yīng)生成的自由基也可與02作用,經(jīng)氫原子摘除反應(yīng)，生成H02和甲酚:

+H02

生成過氧自由基:

CH3

H16r

CH

f"HC.,003

」yOH3J^0H

+0

2"用［QJH表示

^^'00

二白CH3一

CH3CH3

-OH

品.N。一e

、H+N02

3

CH3

〔1Ho--------?OHC—HC=CH-

+2-CHO+CH3C(O)CHO

(b)多環(huán)芳燒：意的氧化可轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的醍

H

40

0C0+。一

H

它可轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的醍：

H0

o^o-c

H0

(5)酸、醇、酮、醛的反應(yīng)

它們在大氣中的反應(yīng)主要是與HO發(fā)生氫原子摘除反應(yīng)：

CH30cH3+HO-CH30cH2+H20

CH3CH2OH+HO-CHsCHOH+H20

CH3COCH3+HOTCH3COCH2+H2O

CH3CHO+HO-CH3co+H2O

上述四種反應(yīng)所生成的自由基在有02存在下均可生成過氧自由基，與R02有相類似的氧化作用。

11.碳?xì)浠衔飬⑴c的光化學(xué)反應(yīng)對各種自由基的形成有什么貢獻？

OH+RH—H20+R

M+R+O2-RO2+M

RO2+NO-RO+NO2

RO2+O2-HO2+談基化合物

RH為碳?xì)浠衔?/p>

12.說明光化學(xué)煙霧現(xiàn)象，解釋污染物與產(chǎn)物的日變化曲線，并說明光化學(xué)煙霧產(chǎn)物的性質(zhì)與特征。

(1)光化學(xué)煙霧現(xiàn)象：主要含有氮氧化物和碳?xì)浠衔锏纫淮涡晕廴疚锏拇髿猓陉柟庹丈湎掳l(fā)生化學(xué)反

應(yīng)而產(chǎn)生二次污染物。這種由一次和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象稱為光化學(xué)煙霧。因最早(1940

年)在美國洛杉磯首先出現(xiàn)，又稱洛杉磯型煙霧。

(2)性質(zhì)與特征：煙霧藍色；具有強氧化性，能使橡膠開裂；對眼睛、呼吸道等有強烈刺激，并引起頭痛、

呼吸道疾病惡化，嚴(yán)重可造成死亡；對植物葉子有害，能使大氣能見度降低；刺激物濃度峰值出現(xiàn)在中午和午后；

污染區(qū)域出現(xiàn)在污染源下風(fēng)向兒十到幾百公里的范圍內(nèi)。

(3)日變化曲線：白天生成夜晚消污失；染物濃度峰值出現(xiàn)在中午和午后；燒類和NO發(fā)生在早上交通高峰

時節(jié)，此時NO2濃度很低；隨太陽輻射增強，03和NO2濃度逐漸增加，到中午已經(jīng)較高。一般03和NO2濃

度峰值比NO濃度峰值晚出現(xiàn)4-5小時。

推斷：03和NO2主要是二次污染物。

傍晚雖交通繁忙，但日光較弱，不足以引起光化學(xué)反應(yīng)。

13.說明燃類在光化學(xué)煙霧形成過程中的重要作用。

光化學(xué)煙霧形成過程是由多種自由基參與的一系列反應(yīng)，NCh和醛的光解可引發(fā)O、H自由基的產(chǎn)生，而燒

類RH的存在又是自由基轉(zhuǎn)化和增殖為數(shù)量大，種類多的根本原因。燒類在光化學(xué)煙霧形成過程中占有很重要的

地位。

RH+0-?R+H0

RH+H01R+H2O

H+Ch一H02

R+O2―>R0?

RCO+02-RC(O)OO

其中R為烷基、R02為過氧烷基，RCO為?；C(O)OO[RC(O)O2]為過氧酰基。通過如上途徑生成的H02>

RO2和RC(O)O2均可將NO氧化成N02。

14.何謂有機物的反應(yīng)活性?如何將有機物按反應(yīng)活性分類?

(1)有機物的反應(yīng)活性：有機物的反應(yīng)活性是指反應(yīng)難易程度。反應(yīng)中有些中間體能增加反應(yīng)活性。正催化

劑能產(chǎn)生容易反應(yīng)的中間體，改變反應(yīng)歷程，縮短反應(yīng)時間。

(2)分類：按有機物所含官能團分類：烷、烯、快、醇、酮、苯、酚、酸、竣酸、糖等。

15.簡述大氣中S02氧化的幾種途徑。

(1)S02氣相氧化：S02首先氧化成SO3,隨后S03被水吸收成硫酸，形成酸雨或硫酸煙霧。硫酸與大氣

中的NH4+等陽離子結(jié)合生成硫酸鹽氣溶膠。①S02的直接光氧化；②S02被自由基氧化。

(2)SO2液相氧化：大氣中存在少量水和顆粒物。S02可溶于大氣中液體水，也可被大氣顆粒物吸附，并

溶解在顆粒物表面所吸附的水中。于是S02便可發(fā)生液相反應(yīng)。①S02液相平衡；②03對S02氧化；③H2O2

對S02氧化；④金屬離子對SO2液相氧化催化作用。

17.說明酸雨形成的原因

酸性降水是指通過降水，如雨、雪、霧、冰雹等將大氣中的酸性物質(zhì)遷移到地面的過程。最常見的就是酸雨。

這種降水過程稱為濕沉降。酸雨現(xiàn)象是大氣化學(xué)過程和大氣物理過程的綜合效應(yīng)。酸雨中含有多種無機酸和有機

酸，其中絕大部分是硫酸和硝酸，多數(shù)情況下以硫酸為主。從污染源排放出來的S02和NOx是形成酸雨的主

要起始物，其形成過程為：SO2+[0]-SO3

SO3+H2O-H2SO4

SO2+H20fH2s03

H2SO3+[0]-H2SO4

NO+10J-NO2

2N02+H2O-HNO3+HNO2

大氣中的SO2和NOx經(jīng)氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亞硝酸，這是造成降水pH降低的主要原因。

除此之外，還有許多氣態(tài)或固態(tài)物質(zhì)進入大氣對降水的pH也會有影響。大氣顆粒物中Mn、Cu、N等是

酸性氣體氧化的催化劑。大氣光化學(xué)反應(yīng)生成的02和H02?等又是使SO2氧化的氧化劑。因此，降水的酸度

是酸和堿平衡的結(jié)果。如降水中酸量大于堿量，就會形成酸雨。

18.確定酸雨pH界限的依據(jù)是什么？

pH為5.6作為判斷酸雨的界限。依據(jù)以下過程得出：在未污染大氣中，可溶于水且含量比較大的酸性氣體

是CCh,所以只把CO2作為影響天然降水pH的因素，根據(jù)C02的全球大氣濃度330ml/m3與純水的平衡：

KH_

CO2(g)+H2Or------------co2+H2O

KI

+

C02+H20------------H+HC03-

Ko+,

HCO3'--H+CO/

根據(jù)電中性原理：IH+]=[OH]+[HCO31+21CO3”將用KH、K；2、[Hl表達的式子代入，得:

+3

[H]-(KW+KHKIP82)山+]-2KHK1K2pco2=0

在一定溫度下，Kw、KH、K「&、pco2都有固定值，將這些已知數(shù)值帶入上式，計算結(jié)果是pH=5.6。

論述影響酸雨形成的因素

答影響酸雨形成的因素主要有：

(1)酸性污染物的排放及其轉(zhuǎn)化條件。

(2)(2)大氣中NH3的含量及其對酸性物質(zhì)的中和性。

(3)(3)大氣顆粒物的堿度及其緩沖能力。

(4)(4)天氣形勢的影響

20.什么是大氣顆粒物的三模態(tài)？如何識別各種粒子模?

Whitby等人依據(jù)大氣顆粒物表面積與粒徑分布的關(guān)系得到了三種不同類型的粒度模。按這個模型，可把大

氣顆粒物表示成三種模結(jié)構(gòu)，即愛根(Aitken)核模(Dp<0.05|im)、積聚模(0.05(im〈DpV2nm)和粗粒子模(Dp>2(im)。

(1)愛根核模主要源于燃燒產(chǎn)生的一次顆粒物以及氣體分子通過化學(xué)反應(yīng)均相成核而生成的二次顆粒物。

由于它們的粒徑小、數(shù)量多、表面積大而很不穩(wěn)定，易于相互碰撞結(jié)成大粒子而轉(zhuǎn)入積聚模。也可在大氣湍流擴

散過程中很快被其他物質(zhì)或地面吸收而去除。

(2)積聚模主要由核模凝聚或通過熱蒸汽冷凝再凝聚長大。這些粒子多為二次污染物，其中硫酸鹽占80%

以上。它們在大氣中不易由擴散或碰撞而去除。積聚模與愛根核模的顆粒物合稱細(xì)粒子。

(3)粗粒子模的粒子稱為粗粒子，多由機械過程所產(chǎn)生的揚塵、液滴蒸發(fā)、海鹽濺沫、火山爆發(fā)和風(fēng)沙等

一次顆粒物所構(gòu)成，因此它的組成與地面土壤十分相近，主要靠干沉降和濕沉降過程而去除。

21.說明大氣顆粒物的化學(xué)&成以及污染物對大氣顆粒鏗B成的影響

大氣顆粒物按照組成，可分為兩大類.一般將只含無機成分的顆粒物稱為無

機顆粒物，而將含有有機成分的顆粒物稱作有機顆粒物.

(1)無機顆粒物：天然來源的無機顆粒物，如揚塵的成分上要是該地區(qū)的土

域粒子.火山爆發(fā)所噴出的火山灰，除上要由硅和氧組成的巖石粉末外，還含有

一些如鋅、睇、研、錢和鐵等金屬元素的化合物.海鹽濺木所杼放出來的顆粒物，

其成分上要有氯化物粒子，硫酸鹽粒子，還會含有一些釵的化合物.

人為海杼放出來的無機顆粒物.如動力發(fā)電廠由于燃煤及石油而拷放出來的期

粒物,其成分除大量的煙塵外，還含有鍍、鍥、機等的化合物.市政焚燒爐會打

放出含有沖、被、鎘、路、銅、鐵、汞、鎂、隹、鍥、鉛、睇、鈦、機和鋅等就

化合物.汽車尾氣中則含有大量的鉛.

(2)有機顆粒物，有機顆粒物種類繁多，結(jié)構(gòu)也極其SL雜.己檢測到的上要

有烷妙、烯燒、芳燒和多環(huán)芳煌等各種燒類。另外還有少量的W硝胺、弧雜環(huán)類、

環(huán)麗、陽類、酚類和有機酸等.

(3)大氣顆粒物多數(shù)是由氣態(tài)一次污染物通過凝聚過程H化而來的.如俺酸及

黃酸鹽顆粒物上要是由污染源推出的SO2氧化后，溶于水而形成磕酸，臻酸再

與大氣中的NH,化合而生成(NH4)2SO4顆粒物.質(zhì)酸也可與大氣中其他金屬離孑

化合生成各種植酸鹽顆粒物.

23.何謂溫室效應(yīng)和溫室氣體?

大氣中的某些微量組分，能使太陽的短波輻射透過，加熱地面，而地面增溫后所放出的熱輻射，卻被這些

組分吸收，使大氣增溫。由于這些組分的作用在某些方面類似溫室的玻璃房頂，因此這種現(xiàn)象被稱為溫室效應(yīng)，

這些組分被稱為為溫室氣體。

主要溫室氣體有二氧化碳(C02)、甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)、氯氟烷燒(CFCs)等。八十年代研

究表明，人為排放各種溫室氣體對溫室效應(yīng)所起作用比例不同，其中二氧化碳55%,氯氟烷燒24%,甲烷15%,

二氧化氮6%。二氧化碳大量增加是造成溫室效應(yīng)加劇的主要原因。

《水環(huán)境化學(xué)》重點習(xí)題及參考答案

1.請推導(dǎo)出封閉和開放體系碳酸平衡中[H2CO3*]、[HCOW和[CO.，]的表達式，并討論這兩個體系之間的區(qū)另！I。

解：

(1)封閉體系(溶解性CO2與大氣沒有交換)中存在下列平衡

CO2+H2OH2CO3*pKo=1.46

+

H2CO3*HCO3-+HpKi=6.35

2+

HCOvCO3-+HpK2=10.33

+2+

其中KI=[HCO3][H]/[H2CO3*]，K2=[CO3][H]/[HCO3]

用的、叫和Ct2分別表示三種碳酸化合態(tài)在總量中所占比例，得下面表達式

00=[H2c03*]/{[H2c03*]+[HCO3-]+[CO32]}

2

6=[HCO3-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO3-]}

22

a2=[CO3]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO3]}

把K|、K2的表達式代入以上三式，得

0o=(1+K|/[H+]+K1K2/[H+尸尸

++

a,=(l+[H]/Ki+K2/[H])-1

+2+

a2=(1+[H]/K1K2+[H]/K2)-'

2

設(shè)CT=[H2co3*]+[HCO3]+[CO3],則有

[H2c03*]=CT(1+K,/[H+]+K1K2/[H+]2尸

++

[HCO3]=CT(1+[H]/Ki+K2/[H])-'

2+2+4

[CO3]=CT(1+[H]/K1K2+[H]/K2)

(2)開放體系中CO2在氣相和液相之間平衡，各種碳酸鹽化合態(tài)的平衡濃度可表示為PC02和pH的函數(shù)。

依亨利定律：[CO2(aq)]=KH-Pco2

溶液中，碳酸化合態(tài)相應(yīng)為：

CT-[CO2]/ao-KH-Pco2/必

+

[HCO3-]=(a,/a0)KH-Pco2=(KI/[H])KH-PCO2

2

[CO3]=(aVao)KHPCO2=(K^VEH^^KH-PCOZ

(3)比較封閉體系和開放體系可發(fā)現(xiàn)，在封閉體系中，[H2co3*]、[HC03-]、[C03%]等可隨pH值變化，但總的

碳酸量CT始終不變。而對于開放體系CT、[HCOJ],均隨pH值改變而變化，但[H2c。3*]總保持與大氣相

平衡的固定數(shù)值。

2.請導(dǎo)出總酸度、COz酸度、無機酸度、總堿度、酚獻堿度和苛性堿度的表達式作為總碳酸量和分布系數(shù)(a)

的函數(shù)

總LN，I+IHCO/I+21H2coi|-|OH|=CT(ai+2^!)+[H*J-Kw/|H+)

+2

C02酸度=(H1+IH.CO,1-(CO,-1-(OH|=CT(a(>-a2)+[H*j-Kw/[H*|

+24

無機酸度=|HJ-IHCOfJ-2ICO,|-|OH)=-CT(ai+2ai)+[H+l-Kw/IH1

1

總堿度=|HCO,|+2[CO,]+[OH]-[H*j=CT(ai+2a：)+Kw/(H*]fH*|

2+

酚取琳度=[OH|+[CO)1一|H￡O、|一|H|=CT(a2-ao)+Kw/[H*]-[H*|

苛性堿度=[OH*J-[HCOr]-2(H2CO3H*]=-CT(a(-2ao)?Kw/IH*]-[H+]

3.向一含有碳酸的水體加入重碳酸鹽，問：①總酸度、②總堿度、③無機酸度、④酚酸堿度和⑤CO,酸度，是增

加、減少還是不變。

4.在一個pH為6.5、堿度為1.6mmol/L的水體中，若加入碳酸鈉使其堿化，問需加多少mmol/L的碳酸鈉才能

使水體pH上升至8.0。若用NaOH強堿進行堿化，又需加入多少堿？

薪：瑁加用蕨限鹽即湘加Wilt：

總酸度=|H*)+[HCO3]+2|H2CO,I-(OH|,而[HCO3]增加,顯然總酸度增加.

總堿度=(HCO,|+2[CO<2)+|OH||H?卜而(HCO3]增加,顯然總堿度增加.

2

無機酸度=(H*]-|HCO3)-2[CO3]-|OHI，而[HCChJ增加.顯然無機酸度減少.

2+

的鼠堿度=[OH|+ICO,-|-|H2CO5I-(H]

的釀城度與[HCO1|無關(guān)，增加，顯然的限破發(fā)不變。

2

CO1酸度=IIC1+|H2COJ1-ICO/1-IOH]

CO2酸度即場里酸質(zhì)與|HCO3無關(guān)，[He。；]增加，顯然CO?般度不變。

++

解：總堿度=Kw/[H]+CT(ai+2a2)-[H]

CT=---{[總堿度]+[H+]-[OH])

ai+2a2

人1

令a=------------

a\+2a2

當(dāng)pH在5?9范圍內(nèi)、[堿度]21(y3moi/L時,[H+]、[OH]項可以忽略不計,得到簡化式：[堿度]

當(dāng)pH=6.5時，查教材P110表得ai=0.5845,a2=8.669X10\則a=1.71,CT=a[堿度]=1.71X1.6=

2.736mmol/L

若加入碳酸鈉將水的pH升至8.0,查表得〃=1.018,此時CT值與堿度值均有變化。設(shè)加入的碳酸鈉量為NCCh"],

則有

22

CT+A[CO3]=/{[堿度]+2A[CO3]}

22

即2.736+AICO3]=1.018{1,6+2A[CO3]}

2

解得,A[CO3]-1.069mmol/L

若加入氫氧化鈉將水的pH升至8.0,其CT值并不變化，可得：

[堿度]=CT/W=2.736/1.018=2.688mmol/L

堿度增加值就是應(yīng)加入的氫氧化鈉強堿量：

A[OH]=2.688-1.6=1.088mmol/L

8請敘述水中主要有機和無機污染物的分布和存在形態(tài)。

答：有機污染物(1)農(nóng)豹常見的農(nóng)翁主染為有機氫和有機僦農(nóng)藥，此外還有運氈

甲酸脂類農(nóng)藥，由于難降艇.具有較低的水溶性和高的辛酹-水分配系數(shù)故很大一部分被分

用到沉枳物有機陵和生物脂肪中。(2)念班聯(lián)舉(PCBs)1及難溶于水，娘分解，易溶于有

機溶劑和脂肪，具有高的水溶性和高的辛醉-水分配系數(shù)被分配到沉枳物有機質(zhì)和”.物脂昉

中。(3)鹵代脂助炫易揮發(fā).在地表水中能進行降斛.其化介物在水中的溶解度高。(4)

展類雙-(就甲基〉陋*雙-12-氯甲基〉鼠，雙-(2-氯異丙基)醯.2一氯乙某乙懦姑觸，

及雙-(2-氧.乙宜基〉甲烷大多存在于水中，4-乳基基基酰和4-浪笨笨早忸在底呢有機聯(lián)和

生物體內(nèi)枳祟。(5＞單環(huán)芳看?族化合物在地表水中主耍是揮發(fā).然后是光螂.這類化合物

吸附和生物富集并不氈主要的遷移轉(zhuǎn)化過程。(6)家酚類和甲的類的類化合物具有高的水

溶性.低辛褲-水分配系數(shù).主要殘留在水中.(7〉酸酸附類這類化合物在水中演度小，

辛酹-水分配系數(shù)高，主要古集在沉枳物有機質(zhì)和生物脂肪體中.(8)多環(huán)芳徑類(PAH)

多環(huán)芳燒在水中的溶解度小.辛酹-水分配系數(shù)高.主要枳祟在沉枳物,生物體內(nèi)和溶解的

有機質(zhì)中.(9)亞硝胺和其他化合物主要殘留在沉積物中.有的也可能住生物體內(nèi)累積.

內(nèi)燒腦在沉枳物和水中。

金屬污染物(1)麻在水中鎘主要以