1、环境化学 （A）一.填空（每空 1 分）1.环境问题是在 工业化 过程中产生的，具体原因包括污染物 排放 和过度开发 资源 ；2.可持续发展的战略思想是经济、社会和环境保护 协调 发展，其核心思想是：经济发展不能超过资源和环境的 承载力 ；3 在大气对流层中污染物易随空气发生 垂直 对流运动，在平流层中污染物易随地球自转发生 水平 运动；4.逆温层不利于污染物的 传输 。5.当 3.01105 J/mol故可引起 NO 键断裂。2、设大气压力为 1.0130105Pa（25） ，空气中水蒸气的分压为0.03167105Pa（25） ，氧溶于水的亨利常数为 1.26108,计算氧气在水中的溶解度
2、。 （10 分）解：P O2=(1.01325-0.03167)1050.21=0.2056105(pa)O2(aq)=KHPO2=1.261050.205610-8=2.610-4(mol/l)O2(aq)= 2.610-4321000=8.32(mg/l)3、 具有 2.0010-3mol/L 碱度的水，pH 为 7.0, 请计算H 2CO3*、HCO 3-、CO32-的浓度各是多少？已知下表数据：pH 0 1 27.00 0.1834 0.8162 3.82810-4解:当 pH = 7.00 时,CO 3-的浓度与 HCO3-的浓度相比可以忽略,查表 pH = 7.00 时, = 1.
3、224,则HCO 3- = 碱度 = 2.0010-3mol/l/l。H+ = OH- = 10-7 mol/l。HCO3 = H+HCO3-/K1 = 1.0010-72.0010-3/(4.5510-7) = 4.4910-4mol/l。CO3- = K2HCO3-/H+ = 4.6910-112.0010-3/(1.0010-7) = 9.3810-7 mol/l。4、在厌氧消化池中，和 pH 值 7.0 的水接触的气体含 65的 CH4 和 35的CO2，已知 , pE0=2.87，请eCHO28 OCH2418计算 pE 和 Eh（10 分）解 pE=pE0+1/n lg(反应物/
4、生成物 )=2.87+lgPCO20.125H+/PCH40.125=2.87+lg 0.350.12510-7/0.650.125=2.87+lg 0.87710-7/0.948=2.87+lg 0.9257=4.16Eh=0.059pE=-4.160.059=0.2465、一个有毒化合物排入至 pH8.4，T25的水体中，90的有毒化合物被悬浮物所吸着，已知酸性水解速率常数 Ka=0，碱性水解速率常数Kb=4.910-7L/(d.mol), 中性水解速率常数 Kn=1.6d1 .请计算化合物的水解速率常数。 （5 分）解：K h =Kn+ w(KaH+ KbOH-)=1.6+0.1（0+4
5、.910 -710-5.6）=1.6d-16、用 Langmuir 方程描述悬浮物对溶质的吸附作用，假设溶液平衡浓度为3.010-3mol/L，溶液中每克悬浮固体吸附溶质为 0.510-3mol/L，当平衡浓度降至 1.010-3mol/L 时，每克吸附剂吸附溶质为 0.2510-3mol/L，问每克吸附剂可以吸附溶质的吸附限量是多少？（5 分）解：G= CAG00.510-3= （1）31.0.2510-3= （2）02= .30A.2A+6.010-3=3.0（A+1.010 -3）2A+6.010-3=3.0A+3.010-3A=3.010-3G0=1.010-3（mol/Lg）1. 在
6、一个 pH 为 7.0，总碱度为 1.6mmol/L 的水体中，如加入碳酸钠使其碱化，问需加多少mmol/L 的碳酸钠才能使水体 pH 上升至 8.0？如用 NaOH 强碱进行碱化，又需加多少碱？（pH=7.0 时， 0=0.1834， 1=0.8162， 2=3.82810-4，=1.224；pH=8.0 时， 0=0.02188， 1=0.9736， 2=4.56610-3，=1.018） （本小题 10 分）解：总碱度K W/ H+ + CT(1 + 22) - H+CT 总碱度 + H+ - OH-21令 21当 pH 在 59 范围内、碱度10 -3mol/L 时, H+、OH -项
7、可以忽略不计,得到简化式：C T碱度当 pH7.0 时， 10.8162， 23.82810 -4，则 1.224，C T 碱度1.9584mmol/L若加入碳酸钠将水的 pH 升至 8.0，此时 CT 值与碱度值均有变化。设加入的碳酸钠量为CO32-，则有CT + CO32- 碱度 + 2CO32-解得，CO 32-1.9248 mmol/L若加入氢氧化钠将水的 pH 升至 8.0，其 CT 值并不变化，可得：碱度增加值就是应加入的氢氧化钠强碱量：OH-1.9248 1.60.3248 mmol/L2.含镉废水通入 H2S 达到饱和并调 pH 值为 8.0，请计算水中剩余镉离子浓度（已知 C
8、dS 的溶度积为 7.910-27，H 2S 离解常数 K1=8.910-8，K 2=1.310-15，饱和水溶液中） 。 （本小题 7 分）解：H 2SH +HS- Ka1=H + HS -/H 2S HS -= K a1H 2S/H +HS-H +S2- Ka2=H + S 2-/HS -=H + 2S 2-/ K a1H 2SS 2-= K a1* Ka2H 2S/H + 2=8.910-81.310-150.1/(10-8)2=1.15710-7mol/lCdSCd 2+S2- Ksp= Cd 2+ S 2-Cd 2+= K sp/S 2-=7.910 -27/1.15710-7=6.
9、810-20 mol/l3一个有毒化合物排入至 pH8.4，T25的水体中，90的有毒化合物被悬浮物所吸着，已知酸性水解速率常数 Ka=0，碱性水解速率常数Kb=4.910-7L/(d.mol), 中性水解速率常数 Kn=1.6d1 .请计算化合物的水解速率常数。 （6 分）解：已知 Ka = 0, H+ = 10-8.4 Kn = 1.6 Kb = 4.910-7Kh = KaH+ + Kn + KbKw/H+ = 0 + 1.6 + 4.910-710-5.6 = 1.6 (d-1)T1/2=0.693/Kh=0.693/1.6=0.43d2011 环境化学专业考研测试题及答案2010-1
10、0-27 14:09:00 来源: 人民网(北京) 跟贴 0 条 手机看新闻 一、名词解释1 气温垂直递减率2 光化学反应3 吸附等温线4 盐基饱和度5 生物放大6 天然水的碱度7Kow8 标化分配系数二、回答下列问题1 过氧自由基 HO2?的主要来源有哪些？2 简述大气污染物汇的机制。3 简述环境污染物的三致作用。4 简述土壤的缓冲性能及其原理。5 水中有机污染程度的指标是什么？并分别加以说明。6 简要回答河流中的泥沙对重金属的迁移转化的影响，并举例加以说明。三、计算题有如下两个单体系，其中一个是 Cu2+、Cu+（pE0=5.82，Cu2+=10-5mol/L,Cu+=10-4mol/L）
11、，另一个是 Fe3+、Fe2+（pE0=13.05，Fe3+=10-3mol/L，Fe2+=0.1mol/L）。如果各取 1 升，将其成为一个混合体系，并假定 Fe3+被 Cu+还原完全，试计算哪个体系是决定电位？四、分析论述题1某市一家铅锌冶炼厂的含铅废水经化学处理后排入水体中，排污口水中铅的含量为 0.30.4mg/L，而在下流 500m 处水中铅的含量只有 34g/L，试分析其原因？2确定酸雨 pH 界限的依据是什麽？3下图是 C3H6、NO、空气(O2、N2)混合物经紫外线照射后的时间成分关系图。从图中可知，随 NO 和 C3H6 等初始反应物的氧化消耗，NO2 和醛量增加；当 NO
12、耗尽时，NO2 出现最大值。此后，随着 NO2 的消耗(浓度下降)，O3 和其他氧化剂如过氧乙酰硝酸酯(PAN)产生了。试利用大气环境化学原理分析可能发生的环境现象，并阐述其机制。参考答案一、名词解释1 气温垂直递减率：气温随高度的变化通常以气温垂直递减率()表示，即每垂直升高 100m，气温的变化值：T绝对温度，K；Z高度。2 光化学反应：光化学反应:一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子所引发的反应，称为光化学反应。3 吸附等温线：在恒温等条件下，吸附量 Q 与吸附物平衡浓度 c 的关系曲线称为吸附等温线，其相应的数学方程式称为吸附等温式。适用于水体颗粒物对污染物的吸附等温式有 Henr
13、y 型、弗莱特利希(Freundlich)和朗格缪尔(Langmuir)三种等温式。4 盐基饱和度：盐基饱和度（）交换性盐基总量/阳离子交换量 X1005 生物放大：同一食物链上的高营养级生物，通过吞噬低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象6 天然水的碱度：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。7Kow：辛醇-水分配系数，既化学物质在辛醇中浓度和在水中浓度的比例。8 标化分配系数：表示有机毒物在沉积物（或土壤）与水之间的分配系数，以有机碳为基础。Koc=Kp/Xoc。二、回答下列问题1 过氧自由基 HO2?的主要来源有哪
14、些？HO2?的主要来源是大气中甲醛(HCHO)的光分解：HCHO+hH?+HC?OH?+O2HO2?HC?O+O2CO+HO2?2 简述大气污染物的汇的机制重力沉降，与植物、建筑物或地面(土壤)相碰撞而被捕获(被表面吸附或吸收)的过程，统称为干沉降。大气中的物质通过降水而落到地面的过程称为湿沉降。污染物在大气中通过化学反应生成其他气体或粒子而使原污染物在大气中消失的过程，称为化学去除3 简述环境污染物的三致作用。三致作用定义；致突变作用；致癌作用；致畸作用。4 简述土壤的缓冲性能及其原理。答：定义：土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，为植物生长
15、和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境。溶液的缓冲作用：无机酸（碳酸等）+有机酸（腐殖酸、其他）酸酸和碱胶体的缓冲作用：对酸的缓冲作用：胶体-M+HCl 胶体-H+MCl对碱的缓冲作用：胶体-H+MOH 胶体-M+H2OAl 离子对碱的缓冲作用：2m）DLVO 理论：DLVO 理论把范得华吸引力和扩散层排斥力考虑为仅有的作用因素，它适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中，而且假设颗粒的粒度均等、球体形状的理想状态。这种颗粒在溶液中进行热运动，其平均功能为 3KT/2，两颗粒在相互作用接近时产生几种作用力，即多分子范得华力、静电排斥力和水化膜阻力。总的综合作用位能为：VT=VR+VA式中：VA
16、由范得华力所产生的位能； VR由静电排斥力所产生的位能；生物浓缩系数(BCF)： BCF = Cb/CeCb：某种元素或难降解物质在机体中的浓度;Ce：某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。 电子活度：pE 是平衡状态(假想)的电子活度，它衡量溶液接收或迁移电子的相对趋势，在还原性很强的溶液中，其趋势是给出电子。pE 越小，电子的浓度越高，体系提供电子的倾向就越强； pE 越大，电子的浓度越低，体系接受电子的倾向就越强； 积累稳定常数：络合反应中，逐级反应的稳定常数的乘积，表示所包括的逐级反应加和后的效果。 光量子产率：化学物种吸收光量子后，进行光化学反应的光子占吸收总光子数之比，称为光
17、量子产率； = 生成或破坏给定物种的摩尔数 /体系吸收光子的摩尔数。三 公式推导(每题 6 分,共 12 分)1 推导水的氧化-还原限度，即电子活度(pE)与 pH 关系图中水的稳定区域界限。并计算在氧饱和时天然水体的电子活度(pE)，相应的氧化反应的 pE0 = + 20.75。反应的 pE0 = + 20.75。水的氧化限度水的还原限度：pE0=0.00氧饱和时，水中 0.21*10 5Pa,将H +=10-7代入氧化限度式，得， 2 分析封闭体系与开放体系中 CaCO3(s)在纯水中溶解时水体的 pH 计算式的差异。四 简答题(每题 4 分,共 16 分)1 大气中丙烯与 HO、O 3的
18、反应特征过程。（将加成、抽氢、二元自由基等特征表示出即可得满分） 2 简述汞的微生物转化过程中辅酶的作用。微生物参与汞形态转化的主要途径是汞的甲基化作用。辅酶为甲基钴氨素，此辅酶把负甲基离子传递给汞离子形成甲基汞，本身变为水合钴氨素，后者由于其中的钴被辅酶 FADH2还原，并失去水而转变为五个氮配位的一价钴氨素，最后，辅酶甲基四叶氢酸将正甲基离子转于五配位钴氨素，并从其一价钴上取得二个电子，以负甲基离子与之络合，完成甲基钴氨素的再生，使汞的甲基化能够顺利进行。3 举例说明有些气体在水中的实际溶解量可以远高于亨利定律计算结果的原因。举溶解后发生离解反应的气体，如 CO2、SO 2。这些气体在液相
19、中的分子形态可以和气相分压之间遵守亨利定律；但液相中的分子形态可以离解成离子形态，并建立平衡，增加了气体在水中的溶解量。4 简述光化学烟雾产生的条件、机理和过程条件：有引起光化学反应的紫外线；有烃类特别是烯烃的存在；有 NOx参加；大气湿度低；强的阳光照射。机理和过程：A. 污染空气中 NO2的光解是光化学烟雾形成 的起始反应。B. 碳氢化合物、HO 、O 等自由基和 O3氧化，导致醛、酮醇、酸等产物以及重要的中间产物RO 2 、HO 2 、 RCO等自由基生成。C. 过氧自由基引起 NO 向 NO2转化，并导致 O3和 PAN 等生成。在光化学污染区，烃和 NO 的最大值发生在早晨交通繁忙时
20、刻，这时 NO2的浓度很低；随着太阳辐射的增强，NO 2的浓度增大，在十点左右达到最大；此后，O3和醛类的浓度迅速增大，中午已达到较高浓度，它们的峰值通常比 NO 峰值晚出 4-5h。五 计算题(每题 10 分,共 10 分)若有水 A，pH 为 7.5，其碱度为 5.38mmol.L-1，水 B 的 pH 为 9.0，碱度为 0.70mmol.L-1，若这两种水以 V1:V2的体积比混合，问混合后 pH 的表达式方程(有关 H+的方程)。(pH 为 7.5 时： 0 = 0.06626、 1 = 0.9324、 2 = 0.001383、 = 1.069；pH 为 9.0 时： 0 = 0.
21、002142、 1 = 0.9532、 2 = 0.04470、 = 0.9592)解： 总碱度 = C T( 1 + 2) + Kw/H+ H+CT = 1/( 1 +2 2)总碱度 + H + OH-令 = 1/( 1 +2 2)当 pH 值在 5-9 范围内，总碱度1.0mmol/L 时，H + 、OH -项可以忽略不计，C T值与总碱度之间存在简化关系：CT = 总碱度依据题意，这两种水以 V1：V 2的体积比混合时，总碱度和碳酸盐总量不变总碱度 混合 = （V 1总碱度 pH=7.5 + V2 总碱度 pH=9.0）/( V 1+ V2)CT 混合 = （V 1CT pH=7.5 +
22、 V2CT pH=7.5）/( V 1+ V2)表示出总碱度 混合 和 CT 混合总碱度 混合 = CT 混合 ( 1 混合 + 2 混合 ) + Kw/H+混合 H+混合将 1 混合 和 2 混合 用 H+的方程表示，即最终的表达式也就可以表示出来。另一种考虑：如果该体系比较单纯，主要是以碳酸类组分为主，则可以考虑用电荷平衡(电中性原理)来计算，譬如体系混合后：无机阳离子 + H +混合 = HCO3-混合 + 2CO32-混合 +OH-混合 = CT 混合 ( 1 混合 +2 2 混合 ) + Kw/H+混合这里，无机阳离子实际上为混合后的碱度。六 综合题(每题 7 分,共 14 分) 1
23、 讨论水体颗粒的分配、吸附、絮凝作用的特征与区别。分配作用：水溶液中，土壤有机质对有机化合物的溶解作用，而且在溶质的整个溶解范围内，吸附等温线都是线性的，与表面吸附位无关，只与有机化合物的溶解度相关，因而放出的吸附热量小。吸附作用：在非极性有机溶剂中，土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用活干土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用，其吸附等温线是非线性的，并且存在着竞争吸附，同时，在吸附过程中往往要放出大量的热来补偿反应中熵的损失。絮凝作用：胶体颗粒的聚集叫凝聚或絮凝作用。主要涉及双电层的库仑作用力、多分子范德华力、水化膜阻力及空间位阻等作用。一般自然界颗粒聚集主要为异体絮凝作用，作用方式和机制很
24、复杂。区别：相互作用对象不同，涉及环境化学机理不同，产生效果不同，即它们涉及的污染物的环境化学行为也有不同之处。（同学需要具体分析一下）在目前的环境化学研究中，絮体也可以作为一种颗粒物而发生吸附或分配作用。2 讨论 pc-pH 图、pc-pE 图、pE-pH 图的含义、画法以及区别。pc-pH 图：描述水环境物质浓度随 pH 的变化，可以看出在不同 pH 值下水环境中物质的浓度情况；一般是针对某一在不同 pH 下可以互相转化的系列物质，列出每一种成分与 pH 值的关系式，然后按照这些方程式画图。在涉及沉淀反应时可以确定沉淀区域及其边界。pc-pE 图：描述水环境物质浓度随 pE 的变化，可以看
25、出在不同 pE 值下水环境中物质的浓度情况；一般是针对某一在不同 pE 下可以互相转化（发生氧化还原反应）的系列物质，列出每一种成分与 pE 值的关系式，然后按照这些方程式画图。pE-pH 图：描述水环境中溶液的 pE 值随 pH 的变化，可以看出在不同 pH 值下溶液的 pE（即氧化还原状态）情况；一般是针对某一在不同 pE 下可以互相转化（发生氧化还原反应）的系列物质，保持总浓度一定，列出每一种成分的 pE与 pH 值的关系式，然后按照这些方程式画图，就会出现不同氧化还原区域及其边界。此图为优势区域图。区别：参数关系不同，针对反应不同，含义不同，使用范围和限制条件不同。（同学需要具体分析一下）
