1、绪论1.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。2.有害化学物质即环境污染物：进入环境后使环境的正常组成和性质发生变化，这种变化会直接或间接地有害于人类，这样的物质称为环境污染物 3.环境污染：由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件，就叫环境污染。4.环境容量：在 人 类 生 存 和 自 然 生 态 不 致 受 害的 前 题 下 ， 某 一 环 境 所 能 容 纳 的 污 染 物 的 最大 负 荷 量 。5.环境效应自然过程或人类的生产生活活动会对环境造成污染和破坏，
2、从而导致环境系统的结构和功能发生变化。6. 环境化学效应在各种环境因素的影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应 ，分为土壤盐碱化 地下水硬度增高 光化学烟雾 地下水污染 酸雨造成土壤酸化、建筑物受腐蚀环境物理效应由物理作用引起的环境效应，包括 噪声 地面沉降 热岛效应 温室效应 大气能见度降低7. 各圈层的环境化学：大气环境化学 水环境化学 土壤环境化学 环境生态学第二章1. 三大环境热门话题：全球气候变化 酸沉降 臭氧损耗2. 温度层结大气的温度在垂直方向的分布3. 对流层特点：气温随高度升高而降低：大气降温率 0.6k/100m；垂直方向对流，上冷下热，有利于污染扩散；逆温（上热下冷）易
3、发生污染事件；平流层特点：同温层：对流层的下层，大约 25km以下，气温保持不变或稍有上升; 大约 25km 以上，温度随高度升高而升高平均递增率为 1.4K/km，到平流层顶，温度接近 06.环境本底值：指自然环境在未受污染的情况下,各种环境要素中的化学元素或化学物质的基线含量,又叫环境背景值.4. 源大气组分产生的途径和过程 汇指大气组分从大气中去除的途径和过程源强进入大气的组分输入速率(Fi） 汇强从大气输出组分的速率为（Ri）某种组分在进入大气后到被清除之前在大气中停留的平均时间称为平均停留时间或停留时间（存在时间、寿命） 大气中的总贮量 Mi / Fi 或者 Ri 停留时间意义：某组
4、分的停留时间越长，表明该组分在离开大气或转化成其它物质以前，在环境中存留的时间也越长；某组分的停留时间越长，表明该组分在大气中的储量相对于输入（出）来说是很大的，即使人类活动大大改变了该组分的的输入（出）速度，对其总量的影响也不明显；若组分停留时间越短，其输入（出）速率的改变就对总贮量很敏感。5. 在对流层中，气温一般是随高度增加而降低。但在一定条件下会出现反常现象。这可由垂直递减率（=dT/dz）的变化情况来判断。当 0 时，称为等温气层；当 化学键能时，才能引起光离解反应；并不是大于该分子化学键能的光子都能引起该分子发生光化学反应。分子基态与激发态能量是不连续的，受激分子从基态激到激发态所
5、需的能量要与光子的能量相匹配。分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能发生光化学反应。光化学第二定律：在初级反应中，一个反应分子吸收一个光子而被活化吸收 1mol 光子的能量称为“爱因斯坦” E = N0 h = N0 hc/=1.19610 5 / （kJ/mol）7. 海陆风对空气污染的影响有如下几种作用： 循环作用，如果污染源处在局地环流之下，污染物就可能循环积累达到较高浓度。直接排入上层反向气流的污染物，有一部分也会随环流重新带回地面，提高了下层上风向的浓度。 往返作用，在海陆风转换期间，原来随陆风输向海洋的污染物有会被发展起来的海风带回陆地。海风发展侵入陆地时，下层海风的温度低，陆
6、地上层气流的温度高，在冷暖空气的交界面上，形成一层倾斜的逆温顶盖，阻碍了烟气向上扩散，造成城市空气污染。 城郊风：在城市中，工厂企业和居民要燃烧大量的燃料，燃烧过程中会有大量热能排放到大气中，于是便造成了市区的温度比郊区高，这个现象称为城市热岛效应。城市热岛上暖而轻的空气上升，四周郊区的冷空气向城市流动，于是形成城郊环流。在这种环流作用下，城市本身排放的烟尘等污染物聚积在城市上空，形成烟幕，导致市区大气污染加剧。 8. 光化学反应的初级过程：化学物质吸收光量子形成激发态物种 A+ hv A*A*物种 A 的激发态/活化分子 hv光量子次级过程：激发态 A*发生反应A* A+hv 辐射跃迁荧光或
7、磷光A*+M A+M 碰撞失活 这两种过程均为光物理过程。 A* B1+B2B3 光离解成两种或两种以上的新物种A*+C D1+D2 与 C 反应生成新物种光化学过程，对于环境化学中的光化学过程更为重要。10. 光子的能量与波长成反比 E = N0h = N0hc/=1.19610 5/ （kJ/mol）11. HO2主要来自醛的光解 H2COhv HHCO（360nm）H+O2M HO 2M HCOO 2 HO 2CO亚硝酸酯和 H2O2的光解也可生成 HO2 CH3ONOhv CH 3ONOCH3OO 2 HO 2H 2CO3 H2O2hv 2HO HOH 2O2 HO 2H 2OR烷基，
8、量最大的是甲基，它主要来自乙醛和丙酮的光解CH3CHOhv CH3HCO CH3COCH3hv CH 3CH 3COO 和 HO 与烃类的反应也可生成烷基自由基 RHO RHO RHHO RH 2O RO烷氧基，以甲氧基为主（CH 3O） ，主要来自甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解CH3ONOhv CH3ONO CH3ONO2hv CH3ONO2RO2大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的 O2结合而成 RO 2 RO 2 12. 清洁大气，O 3的光离解是 HO 的重要来源O3hv OO 2 （230nm，发生在平流层）OH 2O 2HO污染大气，HNO 2的光离解是 HO 的重要来源HNO2h
9、v HONO（200400nm） H2O2hv 2HONOHO 2 NO2HO H2Ohv HOH （50%；含水 30% 主要为非气态扩散；含水4% 随水分的增加，总扩散系数下降；含水 4-16% 随水分的增加，非气体扩散系数下降；含水16% 随水分的增加，非气体扩散系数增加 土壤吸附作用: 吸附作用是农药与土壤固相之间相互作用的主要过程，直接影响其他过程的发生，如土壤对除草剂 2,4D 的化学吸附，使其有效扩散系数降低。 土壤的紧实度: 影响土壤孔隙率和界面性质的参数，提高土壤的紧实程度，土壤的充气孔隙率降低，扩散系数也降低。紧实度 1.01.55g/cm3，水分保持不变，充气孔隙率 0.
10、5150.263，林丹在土壤中的扩散系数 16.57.5mm2/周温度: 温度升高，有机物的蒸汽密度升高，总的效应是扩散系数增大，林丹的扩散系数随温度的升高而呈指数增大温度由 20提高到 40，总扩散系数增加 10倍气流速度: 增加气流，促使土壤表面水分降低，使农药蒸气更快的离开土壤表面，同时也农药蒸气向土壤表面运动的速度加快。农药性质: 不同农药的扩散行为不同乐果，水分含量增大，扩散系数增加乙拌磷（Disyston敌死通、西梅脱，剧毒二硫代磷酸酯类杀虫、杀螨剂）变化不大12. 植物对重金属污染产生耐性的几种机制：(1) 植物根系通过改变根际化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子的跨膜吸收。
11、植物对重金属吸收可根据植物的特性和重金属的性质分为耐性植物和非耐性植物，耐性植物具有降低根系吸收重金属的机制（2）重金属与植物细胞壁结合耐性植物中重金属分布在根系细胞壁上 耐性植物中 Zn 向植物地上部分移动的量很少,在细胞各部分中，主要分布在细胞壁上（60%） ，以离子形式存在或与细胞壁中的纤维素、木质素结合由于金属离子被局限于细胞壁上，而不能进入细胞质影响细胞内的代谢活动，使植物对重金属表现出耐性。只有饱和时，多余的金属离子才会进入细胞壁。(3) 酶系统的作用重金属过多可使植物中酶的活性破坏，而耐 性植物中某些酶的活性可能不变，甚至增加，具有保护酶活性的机制。 耐性植物中有些酶的活性在重金
12、属含量增加时仍能维持正常水平，而非耐性植物的酶的活性在重金属含量增加时明显降低。 (4)形成重金属硫蛋白（MT）或植物络合素MT 的作用： MT 是动物和人体最主要的重金属解毒剂参与必需金属元素的储存、运输和代谢 一般认为植物耐受重金属污染的重要机制之一是金属结合蛋白的解毒作用。即，金属结合蛋白与进入植物细胞内的重金属结合，使其以不具生物活性的无毒的螯合物形式存在，降低了金属离子的活性，减轻或解除了其毒害作用。而当重金属含量超过金属结合蛋白的最大束缚能力时，金属才以自由态存在或与酶结合，引起细胞代谢紊乱，出现植物中毒13. 土壤中氮的存在形式：有机氮，占总氮的90%。无机氮主要有氨氮、亚硝盐氮
13、和硝酸盐氮，其中铵盐(NH4+)、硝酸盐氮(NO3-）是植物摄取的主要形式。土壤中还存在着一些化学性质不稳定、仅以过渡态存在的含氮化合物，如 N2O、NO、NO2 及NH2OH、HNO2。 土壤中氮的转化：植物摄取的几乎都是无机氮，土壤中氮以有机态来储存，以无机态被植物所吸收有机氮与无机氮之间的转换：有机氮转变为无机氮的过程叫做矿化过程无机氮转化为有机氮的过程称为非流动性过程。土壤中氮的生物化学转化是十分活跃的。在土壤中的氮主要有四类形式：无机氮(NH4+、NO2-、NO3-) 活有机质结合氮(NLO) 死有机质结合氮(NDO) 气态形式结合氮(NGF)四种形态之间，通过各类微生物的帮助，彼此
14、相互转化, 主要的表征性反应方程归纳如下：(1) 氮的生物固定 NGF NLO (活有机质结合氯)(2) 氢化作用 NDO NH4+ (3) 生物硝化作用 NH4+ NH2- NH3 NO2- NO3- (4) 生物反硝化作用 NO3- NO2- NGF（气态形式结合氮）(5) 植物吸收 NH4+ NLO, NO3- NLO(活有机质结合氯)(6) 排泄和死亡 NLO NDO (死有机质结合氯)硝化菌和反硝化菌在转化土壤中氮素方面有重要作用。土壤中有机态氮和无机态氮之间的转化，完全是生物控制的。总过程如下： 名词解释1 大气稳定度：大气稳定度是指气层的稳定程度，或者说大气中某一高度上的气块在垂
15、直方向上相对稳定的程度。2 氧亏：水体中饱和溶解氧浓度与实际溶解氧浓度之差。3 热岛效应：因燃料的燃烧而放出大量热量，再加街道和建筑群辐射的热量，使城市气温高于周围地带，称为热岛效应。填空题1、 有机污染物迁移转化的途径主要有分配作用、挥发作用 、水解作用、光解作用、生物富集、 生物降解作用 。2、 对流层中，气温随高度增加而降低，每升高 100 m，气温降低 0.6（或 0.65） ，原因是大气主要依靠 地面发射的长波辐射 而增温，离地面越远气温越低。3、 Whitby 等人依据大气颗粒物的表面积与粒径的分布关系将大气颗粒物依粒径从小到大依次表示为 爱根核模 、 积聚模 和粗粒子模三种模结构
16、4、 大气污染化学中所说的氮氧化合物通常主要指 NO 和 NO2，用 NOx 表示，它们的主要人为来源是 矿物燃料的燃烧 ，城市大气中的 NOx 主要来自汽车尾气和一些固定排放源。5、 光化学烟雾的控制对策: 控制反应活性高的有机物的排放 、 控制臭氧浓度 。6、 干沉降存在着两种机制。一种是通过 重力 对颗粒物的作用，使其沉降。另一种沉降机制是粒径小于 0.1m 的颗粒，即爱根粒子，它们靠 布朗运动 扩散，相互碰撞而凝聚成较大的颗粒，通过大气湍流扩散到地面或碰撞而去除7、 根据腐殖质在酸碱中的溶解度可划分为三类： 富里酸 、 腐殖酸（或胡敏酸） 、腐黑物。8、 我国酸雨中关键性离子组分中，作
17、为酸性指标的是 SO 42-的是 Ca 2+ 和 NH4+。1、环境化学的三个研究领域是： 环境分析化学、各圈层环境化学、环境工程化学大气层中的对流层，平均厚度为 12 km，仅是大气厚度的 1 %、但是大气总质量的 75 %，几乎所有的水蒸气集中在此层。1、 逆温形成的过程是多种多样的，由于过程的不同，可分为： 近地面层的逆温 和自由大气的逆温两种，前者多由于热力条件而形成，以辐射逆温 为主。2、 我国酸雨中关键性离子组分是 SO42-、 Ca2+ 、 NH4+ ，由于 SO42-在阴离子中含量高，称为硫酸型酸雨3、 甲烷 是大气中含量最高的碳氢化合物，占世界碳氢化合物排放量的 80%以上，
18、性质稳定，不易发生光化学反应，温室效应比 CO2大 20 倍，主要源于 有机物的厌氧发酵4、 有机颗粒物是指大气中的 有机物质凝聚 而形成的颗粒物，或有机物质 吸附在其他颗粒物上 而形成的颗粒物。5、 光解作用不可逆地改变了反应分子，是有机污染物真正的分解过程，根据光化学反应的历程，光解作用分为：直接光解、敏化光解（或间接光解）氧化反应。1) 酸雨形成必须具备的 4 个条件是：_污染源条件_、_大气中的气态碱性物质浓度较低_、_大气中颗粒物的酸碱度及其缓冲能力_和_天气形式的影响_。2) 土壤有四种主要成分：土壤无机矿物质、土壤有机质、土壤水分、土壤中的空气。3) 有机污染物一般通过吸附作用、
19、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集、生物降解作用进行迁移转化。 （只列举三种即可）1) 列举目前公认的水体八大类污染物：耗氧污染物、致病污染物、合成有机物、植物营养物、无机物及矿物质、由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物、放射性物质、热污染。判断改错题( )1、酸性降水是指通过降水，如雨、雪、雾、冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面的过程，也称湿沉降。( )2、向某一含有碳酸的水体加入重碳酸盐，水体的总酸度增加，总碱度减小。( )3、重金属汞和镉在环境中的甲基化过程均是毒性增强的过程。( )4、空气动力学直径是在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的球的直径。( )5、化学农药降解的产物比降解
20、前的农药分子毒性降低。1() （2 分）2() （1 分） ，将“总酸度增加，总碱度减小”改为“总酸度和总碱度都增加” （1 分）3() （1 分） ，汞的甲基化是毒性增强的过程，而镉的甲基化解毒过程（1 分）4() （1 分） ，将“在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的球的直径”改为“与所研究粒子有相同终端降落速度的、密度为 1 gcm-3的球体直径” （1 分）5() （1 分） ，将“比降解前的农药分子毒性降低”改为“不一定比降解前的农药分子的毒性低” （1 分）( )1、大气稳定度是指气层的稳定程度，或者说大气中某一高度上的气块在水平方向上相对稳定的程度。( )2、温室效应指的
21、是 CO2和水蒸气分子吸收了来自太阳的红外辐射，将能量截留于大气，使大气温度升高的现象。( )3、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，从而使颗粒物去除的过程称为冲刷。( )4、矿物燃料燃烧过程中所产生的 NOX以 NO2为主，通常占 90%以上，其余为 NO。( )5、一些颗粒物可做为形成云的凝结核，成为云滴的中心，通过凝结和碰撞过程使其增大为雨滴，随之从大气中被去除的过程称为雨除。1( ) （1 分） ，将“水平方向”改为“垂直方向” （1 分）2( ) （1 分） ，将“太阳”改为“地面” （1 分）3( ) （2 分）4( ) （1 分） ，将“NO 2”改
22、为“NO” ，将“NO”改为“NO 2”（1 分 5( ) （2 分）简答题1、 请从污染源、发生条件、主要污染物、氧化还原性质等方面比较伦敦烟雾和洛砂矶烟雾的异同什么是可吸入颗粒物，世界标准化组织（ISO）如何规定？3洛杉矶烟雾，即光化学烟雾：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，如 O3、醛、PAN、H 2O2，这种由一次污染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。光化学烟雾是高浓度氧化剂的混合物，属氧化烟雾。发生条件有：大气中有氮氧化物和碳氢化物存在、不利的气象条件，而且有强的阳光照射。 （2.5 分）伦敦烟雾，即硫酸烟雾
23、：它主要是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。从化学上看，伦敦烟雾属还原烟雾。这种污染多发生在冬季，气温较低、湿度较高和日光较弱的气象条件。 （2.5 分）可吸入粒子是指易通过呼吸而进入呼吸道的粒子（2.5 分） 。目前 ISO 建议将其定为动力学直径Dp10 m（2.5 分） 。1) 何谓环境问题？何谓原生环境问题和次生环境问题？(10 分)1) 环境问题：全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象，称为环境问题。原生环境问题：自然力引发，也称第一类环境问题，火山喷发、地震、洪灾等。次生环境问题：人类生产、生活引起生态破
24、坏和环境污染，反过来危及人类生存和发展的现象，也称第二类环境问题。又包括：环境污染和生态破坏。目前的环境问题一般都是次生环境问题。2) 什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？(10 分)3) 土壤酸度：根据土壤中 H+离子的存在方式，土壤酸度可分为两大类。(1)活性酸度：土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用 pH 表示。活性酸度的来源，主要是 CO2溶于水形成的碳酸和有机物质分解产生的有机酸，以及土壤中矿物质氧化产生的无机酸，还有施用的无机肥料中残留的无机酸，如硝酸、硫酸和磷酸等。此外，由于大气污染形成的大气酸沉降，也会使土壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。(2)潜性酸
25、度：土壤潜性酸度是土壤胶体吸附的可代换性 H+和Al3+的反映。当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的 H+浓度，使土壤 pH 值降低。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。4) 解释水体酸度、碱度的概念以及 pH 概念？(10分)5) 水的碱度（Alkalinity）：水接受质子能力的量度，指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子 H+的物质总量。和碱度相反，酸度(Acidity)是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出 H+或经过水解能产生 H+的物质的总量。而 pH 是水中氢离
26、子的活度表示，因此也不同。6) 解释富营养化？富营养化的危害主要体现在那些方面？(15 分 )富营养化是指水流缓慢和更新期长的地表水中，由于接纳大量的生物所需要的氮磷等营养物引起藻类等浮游生物迅速繁殖，最终可能导致鱼类和其他生物大量死亡的水体污染现象。 水体的富营养化可使致死的动植物遗骸在水底腐烂沉积，同时在还原的条件下，厌气菌作用产生 H2S 等难闻的臭毒气，使水质不断恶化，最后可能会使某些湖泊衰老死亡，变成沼泽，甚至干枯成早地。另外，由于大量的动植物有机体的产生和它们自身的遗体被分解，要消耗水中的溶解氧，以致于使水体达到完全缺氧状态。分布于水体表层及上层的藻类浮游植物种类逐渐减少，而数量却
27、急剧增加，由以硅藻和绿藻为主转变为以蓝藻为主(蓝藻不是鱼类的好饵料)，水体底层由于缺氧进行厌氧分解，产生各种有毒的、恶臭的代谢产物，这种因藻类繁殖引起水色改变就是所谓藻华(水华)现象或称赤潮现象。1) 什么是光化学烟雾？(10 分)2) 主要含有氮氧化物和碳氢化合物等一次性污染物的大气，在阳光照射下发生化学反应而产生的二次污染物，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，因最早在 1940 年的美国洛杉矶首先发现，因此又称为洛杉矶烟雾。简述温室效应的负面危害？1) 全球平均温度上升，两极冰融化，海平面上升，沿海一些城市可能被淹没；全球气温上升中，由于两极温度升高
28、快，而赤道升温慢，因此会导致全球的大气环流发生改变，例如西风漂流等减弱，东北信风和东南信风都会减弱等，从而引发一系列的气候变化反应；另外由于温室气体上升，还会伴随大量其他环境问题，如物种对气候不适应导致的物种灭绝，生物对气候的不适应可能导致的疾病流行等等。水中有机物主要分为哪两大类？其对水环境的危害分别是什么2) 需氧有机物（耗氧有机物）：危害对水生生物无直接毒害，但是降解耗氧，引起水体缺氧，水质恶化；使得氧化还原条件改变，增加一些重金属溶解和毒性增强，特别在河口地段，好氧有机污染物的大量增加，导致水体 E 急剧下降，Fe2+、Mn2+、Cr3+等释放出来； 使得 pH降低，一般伴随 E 降低
29、，pH 会降低，酸性增强，金属溶解，酸性增强情况下，金属 Hg 容易甲基化； 静止水体的富营养化。持久性污染物（有毒有机物）：一般人工合成，食品添加剂、洗涤剂、杀虫剂、塑料、化妆品、涂料、农药等；易于生物累积，有致癌作用；水溶性差，而脂溶性强，易于在生物体内，并通过食物链放大。简述光化学第一定律和第二定律？3) 光化学第一定律（Grotthus Laws,1817a）：在光化学反应中，要是物质发生光分解，则只有当激发态的分子能量足够使分子内的化学键断裂的时候，也就是说光子能量至少要大于化学键能时，才可能引起光分解反应，而且光量子还必须被所作用的分子吸收，就是说：分子对某些特定波长的光要有特征吸收光谱。光化学第二定律：分子吸收光子是单光子过程，因为激发态分子寿命很短，(激发态分子存留时间一般小于 10-8 秒)，这样激发态分子几乎不可能吸收第二个光子。
