環(huán)境化學(xué)考點整理董德明

1、第一章1．什么是環(huán)境化學(xué)？ 環(huán)境化學(xué)是一門研究潛在有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、行為、效應(yīng)(生態(tài)效應(yīng)、人體健康效應(yīng)及其他環(huán)境效應(yīng))以及減少或消除其產(chǎn)生的科學(xué)。2．環(huán)境化學(xué)研究的內(nèi)容包括哪幾方面?有害物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中存在的濃度水平和形態(tài)；潛在有害物質(zhì)來源及在個別環(huán)境介質(zhì)中和不同介質(zhì)間環(huán)境化學(xué)行為；有害物質(zhì)對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)及人體健康產(chǎn)生的影響有害物質(zhì)易造成影響和消除緩解以及防止生產(chǎn)危害的方法和途徑3．環(huán)境化學(xué)具有哪些特點？綜合性：化學(xué)方法

2、，數(shù)學(xué)，物理，生物，氣象知識等低濃度：化學(xué)污染物濃度低，通常需要富集體系復(fù)雜：環(huán)境本身是一個多因素開放體系，變化多條件復(fù)雜，許多原理和方法不宜直接應(yīng)用。第二章1 。什么是大氣污染物的停留時間？如何計算？根據(jù)停留時間的長短可以將大氣污染物分成哪幾類？（1）把某種組分在大氣中存在的平均時間稱為這種組分的平均停留時間，也稱為停留時間(τ)（2）假定大氣中某種物質(zhì)的總量是 M，P——該物質(zhì)的總質(zhì)量生成速率，I——為該物質(zhì)的總質(zhì)量流入速率，R——

3、為該物質(zhì)的總質(zhì)量去除速率，O——為該物質(zhì)的總質(zhì)量流出速率。則總的輸入速率=P+I，總的輸出速率=R+O。當(dāng)大氣處于穩(wěn)態(tài)條件下：即總輸入速率與總輸出速率相等，P+I=R+O 則該物質(zhì)在大氣中的平均停留時間 τ 為：τ=M/(P+I)=M/(R+O)（3）可分為：準(zhǔn)永久性氣體，可變化組分，強可變組分，2。根據(jù)大氣溫度垂直變化特征可以把大氣劃分為那些主要層次？每個層次具有哪些特點？（1）對流層：對流層是大氣的最低層，其厚度隨緯度和季節(jié)而變化

4、，最顯著的特點就是氣溫隨著海拔高度的增加而降低，大約每上升 100m 溫度降低 0.6℃；對流層空氣的對流運動的強弱主要隨著地理位置和季節(jié)發(fā)生變化，一般低緯度較強，高緯度較弱，夏季較強，冬季較弱。對流層的另一個特點是密度大，大氣總質(zhì)量的 3/4 以上集中在對流層。 （2）平流層：平流層是上冷下熱逆溫層，污染物質(zhì)不易擴撒且難以消除，平流層具有以下特點：1) 空氣沒有對流運動，平流運動占顯著優(yōu)勢。2) 空氣比對流層稀薄得多，水汽、塵埃的

5、含量甚微，很少出現(xiàn)天氣現(xiàn)象。3) 在高為 15-60 km 范圍內(nèi)，有厚約 20km 的一層臭氧層，臭氧的空間動力學(xué)分布主要受其生成和消除的過程所控制，即 O2?? →O ·+O ·；O ·+ O2?? →O3；O3?? →O ·+ O2；O3 + O ·?? →2O2；（3）中間層：中間層為強對流層，且溫度隨海拔高度增加而迅速降低。 （4）熱層：熱層物質(zhì)大多為電離狀態(tài)，即大多為離子；大

6、氣溫度歲海拔高度增加而迅速增加3。太陽的發(fā)射光譜和地面測得的太陽光譜有何不同？為什么？地球大氣系統(tǒng)的能量來源主要是太陽輻射。太陽所發(fā)出的輻射幾乎包括了整個電磁波譜，其中紅外部分約占 50%，可見光部分約占 40%，紫外線部分約占 10%，其余部分約占1%。由于 N2、O2 及 O3 的吸收，使得波長小于 290nm的太陽輻射不能到達(dá)地球表面。而波長為 800-2000nm 的長波輻射，則幾乎都被水分子和二氧化碳分子吸收掉。因此，到達(dá)地面

7、的太陽光主要是波長為 300-800 nm 的可見光，這部分光波基本上不被大氣分子所吸收。4。 大氣中的重要自由基有哪些？說明其主要來源和消除途徑。 大氣中污染物的濃度有哪些表示方法？如何計算和換算？大氣中存在的重要 自由基包括 HO ·、HO2 ·、RO ·和 RO2 ·，其中要以自由基 HO ·和 HO2 ·更為重要，特別是 HO ·幾乎可以與大氣中各種微量氣體

8、發(fā)生反應(yīng)來源：臭氧(O3)的光分解是大氣中自由基 HO ·的最原始天然來源，也是未受污染的對流層大 氣中自由基 HO ·的主要來源。HNO2 的光解是污染大氣中自由基 HO ·的主要來源。大氣中的自由基 HO2 ·主要來自于大氣中甲醛(HCHO)的光解，實際上任何反應(yīng)只要能生成自由基 H ·或 HCO ·就可以產(chǎn)生自由基 HO2 ·。(CH3CHO)光解也能生成自由基

9、 H · 和 HCO ·因而也可以產(chǎn)生自由基 HO2 ·。但是由于 CH3CHO 的大氣含量比 HCHO 要低得多，因而， 作為自由基 HO2 · 的產(chǎn)生源 CH3CHO 遠(yuǎn)不如 HCHO 重要。消除：種自由基的去除方式往往是另一種自由基的產(chǎn)生途徑，因此，在這種去除和產(chǎn)生的過程中，也實現(xiàn)了自由基的相互轉(zhuǎn)化。在清潔的大氣中，自由基 HO ·主要通過與 CO 和 CH4 的反應(yīng)而被去除

10、，即 CO+HO ·?? →CO2+H ·CH4+HO ·?? →CH3 ·+H2O 所產(chǎn)生的自由基 H ·和 CH3 ·能很快地與大氣中的 O2 結(jié)合，即 H ·+ O2?? →HO2CH3 ·+ O2?? →CH3O2 ·而自由基 HO2 ·主要通過與 NO 和 O3 的反應(yīng)而被去除即 HO2 ·+NO?? →NO2+HO

11、·HO2 ·+O3?? →2O2+HO · 該反應(yīng)也是自由基 HO2 和 HO相互轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵反應(yīng)。 實際上自由基真正地被去除是通過自由基的復(fù)合反應(yīng)進行的如：HO ·+ HO ·?? →H2O2 ;HO2 ·+HO2 ·?? →H2O2 + O2; HO2 ·+HO ·?? →H2O+ O2 生成的 H2O2 可以隨降水從大氣中被去除。5 大

12、氣中有哪些重要污染物？說明其主要來源、性質(zhì)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：的含量也隨之降低。8 大氣中甲烷增加的原因有哪些？目前排放到大氣中的 CH4 大部分被自由基 HO ·氧化。每年留在大氣中的

13、CH4 約為 5×107t，從而導(dǎo)致大氣中 CH4環(huán)境含量的上升。由于大氣中自由基 HO ·的減少會導(dǎo)致 CH4 含量的增加，因此，大氣中 CO 等消耗自由基 HO ·的物質(zhì)的增加，會使自由基 HO ·的含量降低，從而造成大氣中 CH4 含量的增加。9 為什么氟氯烴類在對流層大氣中停留時間比較長？它們具有哪些危害？氟氯烴類化合物在對流層大氣中性質(zhì)非常穩(wěn)定，在對流層大氣中不發(fā)生光解反應(yīng)，同時，氟

14、氯烴類化合物很難被自由基 HO ·氧化，又由于氟氯烴類化合物不溶于水，因此它們也不容易被降水所清除?？梢詳喽ㄓ扇祟惢顒优欧诺綄α鲗哟髿庵械姆葻N類化合物不易在對流層被去除，在對流層的停留時間較長，它們最可能的去除途徑就是擴散進入平流層由于各種氟氯烴類化合物都能釋放出 Cl ·，因此，它們都可以導(dǎo)致臭氧層的破壞也可以導(dǎo)致溫室效應(yīng)。第三章，1 光化學(xué)第一定律和第二定律的內(nèi)容是什么？光化學(xué)第一定律的內(nèi)容是：只有被分子所吸

15、收的光才能有效地引發(fā)分子的化學(xué)反應(yīng)。同時，被吸收光的能量必須足夠大。光化學(xué)第二定律的內(nèi)容是：分子吸收光的過程是單光子過程。2 光化學(xué)反應(yīng)的初級過程次級過程以及量子產(chǎn)率？光化學(xué)反應(yīng)的初級過程是指分子吸收光量子，形成激發(fā)態(tài)分子，然后由激發(fā)態(tài)分子所進一步發(fā)生的各種反應(yīng)過程即：A+hν ?? →A* (A*為 A 的激發(fā)態(tài))；A ?? →B +B (光解過程)；A+B?? →C +C (直接反應(yīng))；A*?? →A+hν (熒光，磷光) (輻射躍

16、遷)；A*+M ?? →A+M (無輻射躍遷或碰撞失活)光化學(xué)反應(yīng)的次級過程是指由初級反應(yīng)所形成的產(chǎn)物進一步發(fā)生的反應(yīng)過程。顯然這里的初級反應(yīng)的產(chǎn)物是指反應(yīng)物經(jīng)過單分子歷程或雙分子歷程形成的產(chǎn)物量子產(chǎn)率：在吸收光子過程中產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)分子物質(zhì)的量與所吸收光子物質(zhì)的量的比率。3 自由基的結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性、反應(yīng)活性有什么關(guān)系？自由基是指具有未成對電子的原子或原子團。由于自由基在其最外層的電子層中帶有一個未成對電子，因此它們有強烈的趨勢要獲得一個

17、電子形成電子對。獲得電子的能力越強，其氧化性也越強。自由基一般都屬于強氧化劑。4 以烷烴鹵代反應(yīng)為例？描述自由基鏈反應(yīng)的反應(yīng)歷程。鏈引發(fā)：Cl2 hν ??→2Cl·+CH4 →HCl+·CH3; ·CH3+Cl2→CH3Cl+Cl· ；Cl·+ CH3Cl→CH2Cl2+H· ；H·+ Cl2→HCl+ Cl· 鏈終止：2 Cl·→Cl2

18、；2·CH3→CH3CH35 大氣中的一氧化氮和二氧化氮分別可以發(fā)生哪些主要化學(xué)反應(yīng)？在大氣中 NO 很容易與 O3 發(fā)生下面的反應(yīng)即 NO+O3?? →NO2+O2；過氧自由基 RO2 ·可以將 NO 氧化成 NO2即 RO2 ·+NO? ?→NO2+RO；HO2·又可以導(dǎo)致一個 NO分子轉(zhuǎn)化形成 NO2 即 HO2 ·+NO? ?→HO ·+NO2·6 什么是光化

19、學(xué)煙霧？根據(jù)光化學(xué)煙霧的形成機理解釋實際大氣中光化學(xué)煙霧的日變化曲線。含有氮氧化物和碳?xì)浠衔锏拇髿?，在太陽光中紫外線照射下發(fā)生反應(yīng)，所產(chǎn)生的產(chǎn)物及反應(yīng)物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象被稱為光化學(xué)煙霧。清晨大量氮氧化物氫氧化物由尾氣及其他污染源排入大氣，由于夜間 NO 被氧化的結(jié)果大氣中已有少量 NO2 存在，日出時 NO2 光解形成自由基 O·隨后發(fā)生一系列次級反應(yīng)，所產(chǎn)生的自由基 HO·開始氧化，碳?xì)浠衔锿ㄟ^與

20、O2 大反應(yīng)形成量氧化性自由基，將 NO 轉(zhuǎn)化為 NO2使 NO2 濃度上升，碳?xì)浠衔锛?NO 濃度下降，當(dāng) NO濃度達(dá)到一定值時，O3 開始積累，由于自由基與 NO2 發(fā)生鏈終止反應(yīng)，使 NO2 濃度增長受限，當(dāng) N 想 NO2 轉(zhuǎn)化的速率等于自由基與 NO2 的反應(yīng)速率時，NO2 濃度最高，此時，O3 仍在不斷增加，當(dāng) NO2 濃度下降一定程度時，其光解產(chǎn)生的自由基 O·的量不斷減少，從而影響到O3 的生成，當(dāng) O3 增

21、加到與其消耗達(dá)到平衡時，O3 濃度最大，下午由于陽光減弱，NO2 的光解受到抑制，反應(yīng)速度變得緩慢，產(chǎn)物的濃度相繼下降。7 說明二氧化氮和烴類在光化學(xué)煙霧形成過程中所起的作用。NO2 的光解導(dǎo)致了 O3 的生成即：NO2?h ? v→NO+O；O+O2+M? ?→O3+M 有機化合物的氧化生成了活性自由基尤其是 HO2 ·、RO2 ·等即：RH+HO ·? ?→R ·+H2O；R ·