環(huán)境化學(xué)考點(diǎn)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(mén)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(lái)源及在個(gè)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(duì)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(diǎn)？綜合性：化學(xué)方法

2、，數(shù)學(xué)，物理，生物，氣象知識(shí)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(gè)多因素開(kāi)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(shí)間？如何計(jì)算？根據(jù)停留時(shí)間的長(zhǎng)短可以將大氣污染物分成哪幾類(lèi)？（1）把某種組分在大氣中存在的平均時(shí)間稱(chēng)為這種組分的平均停留時(shí)間，也稱(chēng)為停留時(shí)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(shí)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(qiáng)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(gè)層次具有哪些特點(diǎn)？（1）對(duì)流層：對(duì)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(diǎn)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(duì)流層空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)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(qiáng)，高緯度較弱，夏季較強(qiáng)，冬季較弱。對(duì)流層的另一個(gè)特點(diǎn)是密度大，大氣總質(zhì)量的 3/4 以上集中在對(duì)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(kuò)撒且難以消除，平流層具有以下特點(diǎn)：1) 空氣沒(méi)有對(duì)流運(yùn)動(dòng)，平流運(yùn)動(dòng)占顯著優(yōu)勢(shì)。2) 空氣比對(duì)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(dòng)力學(xué)分布主要受其生成和消除的過(guò)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(qiáng)對(duì)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(yáng)的發(fā)射光譜和地面測(cè)得的太陽(yáng)光譜有何不同？為什么？地球大氣系統(tǒng)的能量來(lái)源主要是太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)所發(fā)出的輻射幾乎包括了整個(gè)電磁波譜，其中紅外部分約占 50%，可見(jiàn)光部分約占 40%，紫外線(xiàn)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(zhǎng)小于 290nm的太陽(yáng)輻射不能到達(dá)地球表面。而波長(zhǎng)為 800-2000nm 的長(zhǎng)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(yáng)光主要是波長(zhǎng)為 300-800 nm 的可見(jiàn)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(shuō)明其主要來(lái)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(jì)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(lái)源：臭氧(O3)的光分解是大氣中自由基 HO ·的最原始天然來(lái)源，也是未受污染的對(duì)流層大 氣中自由基 HO ·的主要來(lái)源。HNO2 的光解是污染大氣中自由基 HO ·的主要來(lái)源。大氣中的自由基 HO2 ·主要來(lái)自于大氣中甲醛(HCHO)的光解，實(shí)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(guò)程中，也實(shí)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(guò)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(guò)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(shí)際上自由基真正地被去除是通過(guò)自由基的復(fù)合反應(yīng)進(jìn)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(shuō)明其主要來(lái)源、性質(zhì)和消除途徑。環(huán)境中的大氣污染物種類(lèi)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(lèi)；若按形成過(guò)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(lái)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(huì)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(huì)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(lèi)在對(duì)流層大氣中停留時(shí)間比較長(zhǎng)？它們具有哪些危害？氟氯烴類(lèi)化合物在對(duì)流層大氣中性質(zhì)非常穩(wěn)定，在對(duì)流層大氣中不發(fā)生光解反應(yīng)，同時(shí)，氟

14、氯烴類(lèi)化合物很難被自由基 HO ·氧化，又由于氟氯烴類(lèi)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?lèi)活動(dòng)排放到對(duì)流層大氣中的氟氯烴類(lèi)化合物不易在對(duì)流層被去除，在對(duì)流層的停留時(shí)間較長(zhǎng)，它們最可能的去除途徑就是擴(kuò)散進(jìn)入平流層由于各種氟氯烴類(lèi)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(shí)，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(guò)程是單光子過(guò)程。2 光化學(xué)反應(yīng)的初級(jí)過(guò)程次級(jí)過(guò)程以及量子產(chǎn)率？光化學(xué)反應(yīng)的初級(jí)過(guò)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(jìn)一步發(fā)生的各種反應(yīng)過(guò)程即：A+hν ?? →A* (A*為 A 的激發(fā)態(tài))；A ?? →B +B (光解過(guò)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(wú)輻射躍遷或碰撞失活)光化學(xué)反應(yīng)的次級(jí)過(guò)程是指由初級(jí)反應(yīng)所形成的產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生的反應(yīng)過(guò)程。顯然這里的初級(jí)反應(yīng)的產(chǎn)物是指反應(yīng)物經(jīng)過(guò)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(guò)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(duì)電子的原子或原子團(tuán)。由于自由基在其最外層的電子層中帶有一個(gè)未成對(duì)電子，因此它們有強(qiáng)烈的趨勢(shì)要獲得一個(gè)

17、電子形成電子對(duì)。獲得電子的能力越強(qiáng)，其氧化性也越強(qiáng)。自由基一般都屬于強(qiáng)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(guò)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(gè) 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(jī)理解釋實(shí)際大氣中光化學(xué)煙霧的日變化曲線(xiàn)。含有氮氧化物和碳?xì)浠衔锏拇髿猓谔?yáng)光中紫外線(xiàn)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(chēng)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(shí) NO2 光解形成自由基 O·隨后發(fā)生一系列次級(jí)反應(yīng)，所產(chǎn)生的自由基 HO·開(kāi)始氧化，碳?xì)浠衔锿ㄟ^(guò)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(shí)，O3 開(kāi)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(zhǎng)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(shí)，NO2 濃度最高，此時(shí)，O3 仍在不斷增加，當(dāng) NO2 濃度下降一定程度時(shí)，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(shí)，O3 濃度最大，下午由于陽(yáng)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(shuō)明二氧化氮和烴類(lèi)在光化學(xué)煙霧形成過(guò)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(jī)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 ·