1、 新世紀(jì)高職高專教材編審委員會(huì) 組編 主編 展惠英環(huán)境化學(xué)“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材經(jīng)全國職業(yè)教育教材審定委員會(huì)審定大連理工大學(xué)出版社目錄模塊一 緒論模塊二 大氣環(huán)境化學(xué)模塊三 水環(huán)境化學(xué)模塊四 土壤環(huán)境化學(xué)模塊五 生物環(huán)境化學(xué)模塊六 環(huán)境化學(xué)研究方法與實(shí)驗(yàn)?zāi)K 一 緒論教學(xué)目標(biāo)1. 了解環(huán)境問題的發(fā)生發(fā)展；2. 了解我們所面臨的環(huán)境問題；3. 理解人與環(huán)境的關(guān)系；4. 掌握環(huán)境化學(xué)及其主要內(nèi)容；5. 掌握環(huán)境化學(xué)的研究方法及發(fā)展趨勢。環(huán)境案例1. 全球變暖2. 臭氧層破壞3. 酸雨4. 淡水資源危機(jī)5. 資源和能源短缺6. 森林銳減7. 土地荒漠化8. 物種加速滅絕9. 垃圾成災(zāi)10.

2、有毒化學(xué)品污染 1.1 環(huán)境與環(huán)境污染（一）環(huán)境 1.環(huán)境： 2.自然環(huán)境：（二）環(huán)境要素及其特征 自然環(huán)境要素通常指：水、大氣、生物、陽光、巖石、土壤等。 1.最小限制率 2.等值性 3.整體效應(yīng) 4.統(tǒng)一性和制約性1.1 環(huán)境與環(huán)境污染（三）環(huán)境中的物質(zhì)和能量循環(huán) 光合作用1.1 環(huán)境與環(huán)境污染（四）環(huán)境問題（五）我國的環(huán)境問題 1. 背景和特點(diǎn) 2. 我國環(huán)境保護(hù)的方針（六）環(huán)境污染1.2 環(huán)境化學(xué)（一）環(huán)境化學(xué)的形成 目前，對于環(huán)境化學(xué)下一個(gè)確切的定義并明確劃定其研究范圍是很難的。一般可以定義為，環(huán)境化學(xué)是在化學(xué)學(xué)科的傳統(tǒng)理論和方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，以化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中出現(xiàn)和引起的環(huán)境問

3、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。1.2 環(huán)境化學(xué)（二）環(huán)境化學(xué)分支環(huán)境分析化學(xué)大氣、水和土壤環(huán)境化學(xué)環(huán)境生態(tài)化學(xué)污染控制化學(xué)1.2 環(huán)境化學(xué)（三）環(huán)境化學(xué)的特點(diǎn) 1. 環(huán)境中的物質(zhì)，數(shù)量極大，品種繁多。 2. 環(huán)境中化學(xué)污染物質(zhì)的含量常常很低，但分布范圍極廣 。 3. 環(huán)境中的化學(xué)反應(yīng)具有難控性。 4. 影響環(huán)境中化學(xué)變化的因素極多。 5. 環(huán)境是一個(gè)多組分和多變的開放體系。 6. 現(xiàn)在科學(xué)的特點(diǎn)是高度數(shù)據(jù)化，但環(huán)境化學(xué)年輕，基本數(shù)據(jù)很缺，而且很不系統(tǒng)。 1.2 環(huán)境化學(xué)（四）環(huán)境化學(xué)研究領(lǐng)域及前沿課題 1. 環(huán)境化學(xué)研究前沿領(lǐng)域 2. 目前比較前沿的課題1.3 環(huán)境污染物（

4、一）環(huán)境污染物的類別 按環(huán)境要素大氣污染物水體污染物土壤污染物按污染物形態(tài)氣態(tài)污染物液態(tài)污染物固態(tài)污染物按污染物性質(zhì)化學(xué)污染物物理污染物生物污染物1. 污染物的來源（1）工業(yè)：工業(yè)“三廢”（2） 農(nóng)業(yè)：農(nóng)藥、化肥（3）交通運(yùn)輸：廢氣排放（高毒性的化學(xué)物質(zhì)），噪聲和燃料燃燒產(chǎn)生廢氣以及泄漏造成的污染。（4）生活：2. 化學(xué)污染物分類 (1)元素：重金屬、準(zhǔn)金屬、鹵素、臭氧、黃磷等； (2)無機(jī)物：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、鹵化烴； (3)有機(jī)物和烴類：包括烷烴、不飽和非芳香烴、芳烴、多環(huán)芳烴等； (4)金屬有機(jī)和準(zhǔn)金屬有機(jī)化合物：如四乙基鉛、甲基汞、二甲基汞、二苯鉻，甲基砷等； (5) 含氧有

5、機(jī)化合物：包括環(huán)氧乙醚、醚類、醇類、酮類、醛類、有機(jī)酸、酯、酚、酐類等化合物； (6) 有機(jī)氮化物：如胺、硝基甲烷、硝基苯、三硝基苯、亞硝胺等； (7) 有機(jī)鹵化物：如四氯化碳、脂肪基和烴類的鹵化物、芳香族鹵化物、氯代酚、多氯聯(lián)苯等； (8) 有機(jī)硫化物：如烷基硫化物、硫醇、巰基甲烷、硫酸二甲酯等； (9) 有機(jī)磷化物：有機(jī)磷農(nóng)藥及磷酸酯類化合物等。(二) 環(huán)境污染物的遷移轉(zhuǎn)化1. 污染物的遷移 污染物在環(huán)境中的遷移主要有機(jī)械遷移、物理化學(xué)遷移和生物遷移三種方式。 （1） 機(jī)械遷移：主要是運(yùn)輸產(chǎn)生的污染物移動(dòng)。 （2） 物理化學(xué)遷移：污染物主要通過溶解-沉淀、氧化-還原、水解、配位或螯合、吸附

6、-解吸、化學(xué)分解、光化學(xué)分解等作用實(shí)現(xiàn)遷移。 （3） 生物遷移：生物體吸收、代謝、生長、死亡、食物鏈產(chǎn)生的放大和積累等作用實(shí)現(xiàn)遷移。2. 污染物的轉(zhuǎn)化 污染物的轉(zhuǎn)化過程主要有物理、化學(xué)和生物三個(gè)過程。 （1） 物理過程： 污染物通過蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附、放射元素蛻變等方式發(fā)生轉(zhuǎn)化。 （2） 化學(xué)過程：污染物通過氧化-還原、水解、配位或螯合、光化學(xué)氧化等方式發(fā)生轉(zhuǎn)化。 （3） 生物過程：污染物通過生物體吸收、生物代謝等方式發(fā)生轉(zhuǎn)化。（三）環(huán)境效應(yīng)及其影響因素 按環(huán)境變化的性質(zhì)劃分，則可分為環(huán)境物理效應(yīng)、環(huán)境化學(xué)效應(yīng)和環(huán)境生物效應(yīng)。 1. 環(huán)境物理效應(yīng) 由物理作用引起的 2. 環(huán)境化學(xué)效應(yīng) 在各

7、種環(huán)境因素影響下，物質(zhì)間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng) 。 3. 環(huán)境生物效應(yīng) 環(huán)境因素變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變異而產(chǎn)生的后果即為環(huán)境生物效應(yīng)。 模塊二 大氣環(huán)境化學(xué)教學(xué)目標(biāo)1. 了解大氣的組成與結(jié)構(gòu)、大氣中的主要污染物和大氣運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律；2. 掌握大氣污染的含義、了解大氣污染的類型及其危害；3. 理解影響大氣污染的因素；4. 掌握污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程；5. 認(rèn)識(shí)光化學(xué)煙霧、硫酸型煙霧、酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層空洞等突出的環(huán)境問題；6. 了解室內(nèi)污染的基本知識(shí)。環(huán)境案例1. 北美死湖事件2. 庫巴唐“死亡谷”事件3. 印度博帕爾公害事件4. 美國洛杉磯的光化學(xué)煙霧事件5. 英國倫敦?zé)熿F事件6. 沙塵暴事

8、件7. PM2.5的爭議8. 首例家具污染室內(nèi)環(huán)境案2.1 大氣環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（一）大氣的組成（二）大氣結(jié)構(gòu)（三）大氣逆溫現(xiàn)象（四）氣團(tuán)及其干絕熱減溫率（d）（五）氣團(tuán)的穩(wěn)定性（一）大氣的組成大氣是多種氣體的混和物。其中包括恒定的、可變的和不定的組分。 （二）大氣結(jié)構(gòu)（三）大氣逆溫現(xiàn)象 在對流層中，氣溫一般是隨高度增加而降低。但在一定條件下會(huì)出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。這可由垂直遞減率()的變化情況來判斷。氣溫隨高度的變化通常以氣溫垂直遞減率()表示，即每垂直升高100 m，氣溫的變化值： 當(dāng)0時(shí)，為正常狀態(tài)；當(dāng)=0時(shí)，為等溫氣層；當(dāng) 時(shí)，氣團(tuán)穩(wěn)定，不利于擴(kuò)散；當(dāng)d 時(shí)，氣團(tuán)不穩(wěn)定，有利于擴(kuò)散；當(dāng)d =

9、時(shí)，氣團(tuán)處于平衡狀態(tài)。 大氣的污染狀況與大氣穩(wěn)定度有著密切的關(guān)系。 2.2 大氣污染（一）大氣污染的形成與污染源 （二）大氣污染物（三）大氣污染的影響及其危害（四）大氣污染物濃度表示法 （五） 影響大氣污染物遷移的因素（一）大氣污染的形成與污染源 當(dāng)大氣中污染物質(zhì)的濃度達(dá)到有害程度，以至破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展的條件，對人或物造成危害的現(xiàn)象叫做大氣污染。 1. 人為源 燃料燃燒 、工業(yè)排放、固體廢棄物焚燒 、 農(nóng)業(yè)排放 2.天然源（二）大氣污染物 大氣污染物主要有以下八類： 含硫化合物，含氮化合物，一氧化碳和二氧化碳，碳?xì)浠衔锖吞?、氫、氧化合物，光化學(xué)氧化劑，含鹵素化合物，顆粒物，放

10、射性物質(zhì)。 1. 依照污染物與污染源的關(guān)系可分為： （1）一次污染物：從污染源直接排入大氣中的原始污染物。 （2）二次污染物： 2. 依照污染物存在的形態(tài)可分為：（1）顆粒污染物 塵粒 粉塵 煙塵 霧塵 總懸浮顆粒（TSP） （2）氣態(tài)污染物硫化合物 氮氧化物 造成大氣污染的主要有一氧化氮NO和二氧化氮NO2，另外還有氧化亞氮N2O、三氧化二氮N2O3等 。碳氧化物 大氣中的COx有CO和CO2都是城市中的主要 氣態(tài)污染物之一。 碳?xì)浠衔?大氣中的碳?xì)浠衔镏饕獊碜允偷牟煌耆紵褪皖愇镔|(zhì)的蒸發(fā)。車輛是主要的排放源。 （三）大氣污染的影響及其危害對人體健康的影響 大氣污染物侵入人體主要有

11、三條途徑：表面接觸、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空氣。其中以第三條途徑最為重要。 （1）顆粒物 （2）硫氧化物 （3）一氧化碳 （4）氮氧化物 （5）光化學(xué)氧化劑 （6）有機(jī)化合物2. 對植物的傷害3. 對器物和材料的影響4. 對大氣能見度和氣候的影響 （1）對大氣能見度的影響 （2）對氣候的影響（四）大氣污染物濃度表示法 1. 質(zhì)量濃度表示法：每立方米空氣中所含污染物的質(zhì)量數(shù)，即mg/m3 2. 體積濃度表示法：一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數(shù)，即ppm （五） 影響大氣污染物遷移的因素1. 氣象動(dòng)力因子的影響 （1）風(fēng)的影響 風(fēng)不僅對污染物起著輸送的作用，而且還起著擴(kuò)散和稀釋的

12、作用。 （2）大氣湍流 大氣的湍流是指大氣以不同的尺度作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的流體狀態(tài)。 2. 天氣形勢和地理地勢的影響 天氣形勢是指大范圍氣壓分布的狀況，局部地區(qū)的氣象條件總是受天氣形勢的影響。 （1）海陸風(fēng) （2）城郊風(fēng) （3）山谷風(fēng) 2.3 大氣中污染物的遷移轉(zhuǎn)化 （一）光化學(xué)反應(yīng)過程基礎(chǔ)（二）大氣中重要自由基的來源（三）氮氧化物在大氣中轉(zhuǎn)化（四）碳?xì)浠衔镌诖髿庵械霓D(zhuǎn)化（一）光化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)光化學(xué)反應(yīng)過程 分子、原子、自由基或離子吸收光子而發(fā)生的化學(xué) 反應(yīng)稱光化學(xué)反應(yīng)。 （1）初級(jí)過程 A + hvA*（2）次級(jí)過程 2. 大氣光化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律 光化學(xué)第一定律 首先，當(dāng)激發(fā)態(tài)分子的能量足夠使分子內(nèi)

13、的化學(xué)鍵斷裂，即光子的能量大于化學(xué)鍵時(shí)才能引起光離解反應(yīng)。 其次，為使分子產(chǎn)生有效的光化學(xué)反應(yīng)，光還必須被所作用的分子吸收，即分子對某特定波長的光要有特征吸收光譜，才能產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)。 光化學(xué)第二定律 光被分子吸收的過程是單光子過程，光量子能量與化學(xué)鍵之間的關(guān)系： E= hv = hc/ 3. 污染大氣中重要的光化學(xué)反應(yīng)（1） O2、N2的光離解 氧分子的鍵能為493.8kJ/mol，240nm 的紫外光可以引起氧的光解。 120nm N2鍵能較大，為939.4 kJ/mol，N2的光離解限于臭氧層以上。（2） O3的光離解 O3的光解反應(yīng)： O3的離解能很低，鍵能為101.2kJ/mol，相

14、對應(yīng)的光吸收波長為1180nm，因此在紫外光和可見光范圍內(nèi)均有吸收，主要吸收來自波長小于290nm的紫外光。 （3） NO2的光離解 據(jù)稱是大氣中唯一已知O3的人為來源。（4） 亞硝酸和硝酸的光解離HNO2 的初級(jí)過程：次級(jí)過程： HNO3的光解機(jī)理為： 若CO存在，可發(fā)生如下反應(yīng)：（5）甲醛的光離解H-CHO初級(jí)過程有： 次級(jí)過程有： 在對流層中，由于O2存在，可發(fā)生如下反應(yīng)：（6）鹵代烴的光離解鹵代甲烷在近紫外光照射下，其離解方式為：其強(qiáng)弱順序?yàn)镃H3-FCH3-HCH3-ClCH3-BrCH3-I （二）大氣中重要自由基的來源1. 大氣中HO和HO2的來源 清潔大氣 污染的大氣， 由于其

15、含有HNO2和H2O2 大氣中HO2主要來源于醛的光解 HO的來源2. R、RO、RO2的來源 大氣中R的來源主要是甲基自由基，主要源于大氣中乙醛和丙酮的光解： O和HO可以與大氣中的烴類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而生成烷基自由基： 大氣中的RO主要來源于甲基亞硝酸酯和甲基硝酸酯的光解： 大氣中的RO2主要來源于大氣中生成的烷基與大氣中O2的結(jié)合：（三）氮氧化物在大氣中轉(zhuǎn)化大氣中的氮氧化物污染物主要是指一氧化氮和二氧化氮，一般用NOx表示。 NO 的轉(zhuǎn)化：NO2 的轉(zhuǎn)化（四）碳?xì)浠衔镌诖髿庵械霓D(zhuǎn)化1. 烷烴的反應(yīng)2. 烯烴的反應(yīng)烯烴與羥基主要發(fā)生加成反應(yīng) 2.4大氣環(huán)境問題的形成及其控制對策 （一）光化

16、學(xué)煙霧（二）硫化物及硫酸型煙霧（三）酸雨（四）大氣顆粒物（五）溫室效應(yīng)及全球變暖（六） 臭氧空洞 （一）光化學(xué)煙霧1. 光化學(xué)煙霧現(xiàn)象（一）光化學(xué)煙霧2. 光化學(xué)煙霧 形成的機(jī)理（一）光化學(xué)煙霧利用煙霧箱在人工光源照射下模擬大氣光化學(xué)反應(yīng) （一）光化學(xué)煙霧碳?xì)浠衔锖偷趸锵嗷プ饔梅矫嬷饕幸韵禄痉磻?yīng)：（1）NO2的光解是光化學(xué)煙霧形成的主要起始反應(yīng)，并生成O3：（2）碳?xì)浠衔?HC)被OH、O和O3氧化 （一）光化學(xué)煙霧利用煙霧箱在人工光源照射下模擬大氣光化學(xué)反應(yīng) （3）過氧自由基引起NO向NO2轉(zhuǎn)化，并導(dǎo)致O3和PAN等氧化劑的生成 1986年Seinfeld用12個(gè)化學(xué)反應(yīng)概括了光

17、化學(xué)煙霧形成的整個(gè)過程：光化學(xué)煙霧形成機(jī)理簡述 3. 光化學(xué)煙霧控制對策 （1）控制高反應(yīng)活性的有機(jī)物的排放 （2）控制臭氧的濃度 （二）硫化物及硫酸型煙霧二氧化硫的氧化作用SO2的直接光氧化： SO2的間接光氧化： （二）硫化物及硫酸型煙霧2. 大氣中硫化氫(H2S)的氧化反應(yīng)其主要反應(yīng)有： （二）硫化物及硫酸型煙霧3. 二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸和硫酸鹽機(jī)制（1）均相氧化反應(yīng)過程 第一步是大氣中的SO2在常溫下氧化成SO3。 第二步是 H2O+SO3H2SO4（2）非均相氧化反應(yīng) 液相中SO2的非均相反應(yīng) 液相催化氧化；非催化的液相氧化；有強(qiáng)氧化劑存在時(shí)的液相氧化； 有氨(NH3)存在時(shí)的液相氧化

18、。 固相與SO2的非均相反應(yīng)（二）硫化物及硫酸型煙霧4.硫酸型煙霧 由于大氣中較多氧化性物質(zhì)和高反應(yīng)活性的自由基，二氧化硫可以被氧化成三氧化硫，同時(shí)二氧化硫和三氧化硫會(huì)于大氣中的水蒸氣結(jié)合生成H2SO3和H2SO4，與大氣顆粒物結(jié)合形成硫酸鹽顆粒物，從而造成硫酸型煙霧污染。硫酸煙霧也稱為倫敦?zé)熿F，其最早發(fā)生在英國的倫敦。 （三）酸雨酸沉降是指大氣中的酸性物質(zhì)通過降水，如雨、雪、霧、冰雹等遷移到地表(濕沉降)，或酸性物質(zhì)在氣流的作用下直接遷移到地表(干沉降)的過程。 1. 酸雨的研究概況 2. 酸雨的成因 （1）云和降水的形成機(jī)制：“雨除” 和“洗脫” （2）酸性降水的酸化過程 二氧化硫的氧化反

19、應(yīng)過程 ： 2SO2 + O22SO3 H2O+SO3H2SO4 氮氧化物的氧化反應(yīng)過程：（3）降水中陰陽離子的關(guān)系 降水酸度(pH值)是衡量降水酸化程度的一般指標(biāo)，它是降水中各種酸性和堿性物質(zhì)化學(xué)作用的最終結(jié)果。 （4）形成酸雨的其它因素3. 酸雨的化學(xué)組成4. 酸雨的危害5. 酸雨的控制措施 使用低硫燃料。 改進(jìn)然燒裝置。 煙道氣脫硫。 控制汽車尾氣排放。 （四）大氣顆粒物大氣氣溶膠 大氣是由各種固體或液體微粒均勻分散在空氣中形成的 一個(gè)龐大的分散體系。一般稱之為氣溶膠體系，氣溶膠種分散的各種粒子稱之為大氣顆粒物。 2. 大氣顆粒物的來源 （1）顆粒物的天然來源 一次顆粒物的天然來源、二次顆粒物的天然來源 （2）顆粒物的人為來源3. 大氣顆粒物組成及分類 大氣顆粒物主要的化學(xué)組成由無機(jī)物和有機(jī)物組成。無機(jī)顆粒物的組成主要是由其在形成過程決定的。有機(jī)顆粒物主要是指