《緒論》部分重點習(xí)題及參考答案

1.如何認(rèn)識現(xiàn)代環(huán)境問題的發(fā)展過程？

環(huán)境問題不止限于環(huán)境污染，人們對現(xiàn)代環(huán)境問題的認(rèn)識有個由淺入深，逐漸完善的發(fā)展過程。

a、在20世紀(jì)60年代人們把環(huán)境問題只當(dāng)成一個污染問題，認(rèn)為環(huán)境污染主要指城市和工農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來的

對大氣、水質(zhì)、土壤、固體廢棄物和噪聲污染。對土地沙化、熱帶森林破環(huán)和野生動物某些品種的瀕危滅絕等并

未從戰(zhàn)略上重視，明顯沒有把環(huán)境污染與自然生態(tài)、社會因素聯(lián)系起來。

b、1972年發(fā)表的《人類環(huán)境宣言》中明確指出環(huán)境問題不僅表現(xiàn)在水、氣、土壤等的污染已達(dá)到危險程度,

而且表現(xiàn)在對生態(tài)的破壞和資源的枯竭；也宣告一部分環(huán)境問題源于貧窮，提出了發(fā)展中國家要在發(fā)展中解決環(huán)

境問題。這是聯(lián)合國組織首次把環(huán)境問題與社會因素聯(lián)系起來。然而，它并未從戰(zhàn)略高度指明防治環(huán)境問題的根

本途徑，沒明確解決環(huán)境問題的責(zé)任，沒強(qiáng)調(diào)需要全球的共同行動。

c、20世紀(jì)80年代人們對環(huán)境的認(rèn)識有新的突破性發(fā)展，這時期逐步形成并提出了持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，指明

了解決環(huán)境問題的根本途徑。

d、進(jìn)入20世紀(jì)90年代，人們鞏固和發(fā)展了持續(xù)發(fā)展思想，形成當(dāng)代主導(dǎo)的環(huán)境意識。通過了《里約環(huán)境

與發(fā)展宣言》、《21世紀(jì)議程》等重要文件。它促使環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展，以實現(xiàn)人類的持續(xù)發(fā)展作為

全球的行動綱領(lǐng)。這是本世紀(jì)人類社會的又一重大轉(zhuǎn)折點，樹立了人類環(huán)境與發(fā)展關(guān)系史上新的里程碑。

2.怎樣了解人類活動對地球環(huán)境系統(tǒng)的影響

地球環(huán)境系統(tǒng)即為生物圈，生物圈有五大圈層組成：大氣圈水圈生物圈土壤圈巖石圈

這五大圈層受到人類影響也就影響了整個地球環(huán)境系統(tǒng)

例如：

大氣圈，人類的工業(yè)化，是的礦物質(zhì)燃料使得co2so2等氣體大量進(jìn)入大氣中是的大氣吸收的地面的長波輻

射增多，形成保溫層這就是我們說的溫室效應(yīng)

生物圈：人類的砍伐，屠殺野生動物，造成生態(tài)系統(tǒng)的破壞，食物鏈的斷裂或減少，是的生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循

環(huán)，能量流動受到影響造成災(zāi)害各種生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力減弱抗破壞力減弱

土壤圈：樹木的砍伐造成水土流失，人們盲目施肥造成土壤污染

水圈：水的污染就不用說了

巖石圈：人類活動的原因引發(fā)酸雨，溶洞腐蝕，砍伐造成風(fēng)沙肆虐風(fēng)化現(xiàn)象加劇

而且五大圈層相輔相成，一個受到影響會引發(fā)其他的影響，進(jìn)而造成自然災(zāi)害，造成生命財產(chǎn)損失，人類的活動

最終的苦果還要人類自己承受

1

2.你對于氧、碳、氮、磷、硫幾種典型營養(yǎng)性元素循環(huán)的重要意義有何體會?

(1)氧的循環(huán):

2CO+。2t2c。2

氧被發(fā)自火山的

(2)碳的循環(huán):

2

（3）氮的循環(huán)

（4）磷的循環(huán)

（5）硫的循環(huán)

3

大氣中的硫,SO,.H2S,

H2so4，CS2,(CH3)2S

大氣中的硫物種與其它環(huán)境

圈層中硫物種的相互變化

可溶和不可溶形式的

無機(jī)soj-

S氧化

I硫酸根還原

元素硫，S

生命體的同化作用個硫化物氧化

as氧化個

生物硫，包括-SH族H2s和金屈硫化物如FeS

t

微生物代謝生物A降解

微生物產(chǎn)生的小分子中的異型生物質(zhì)的硫，比如

有機(jī)硫，大部像-SH和

R-S-R族S

殺蟲劑中的功能團(tuán)

（6）體會：氧、碳、氮、磷和硫等營養(yǎng)元素的生物地球化學(xué)循環(huán)是地球系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，它涉及地層環(huán)境

中物質(zhì)的交換、遷移和轉(zhuǎn)化過程，是地球運動和生命過程的主要營力。

3.根據(jù)環(huán)境化學(xué)的任務(wù)、內(nèi)容和特點以及其發(fā)展動向，你認(rèn)為怎樣才能學(xué)好環(huán)境化學(xué)這門課程？

（1）環(huán)境化學(xué)的任務(wù)、內(nèi)容、特點：環(huán)境化學(xué)是在化學(xué)科學(xué)的傳統(tǒng)理論和方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以化學(xué)物質(zhì)

在環(huán)境中出現(xiàn)而引起的環(huán)境問題為研究對象，以解決環(huán)境問題為目標(biāo)的一門新興學(xué)科。環(huán)境化學(xué)是一門研究有害

化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)。它既是環(huán)境科學(xué)的核

心組成部分，也是化學(xué)科學(xué)的一個新的重要分支。

（2）環(huán)境化學(xué)的發(fā)展動向：國際上較為重視元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的生物地球化學(xué)循環(huán)及其相互耦合

的研究；重視化學(xué)品安全評價；重視臭氧層破壞、氣候變暖等全球變化問題。我國優(yōu)先考慮的環(huán)境問題中與環(huán)境

化學(xué)密切相關(guān)的是：以有機(jī)物污染為主的水質(zhì)污染；以大氣顆粒物和二氧化硫為主的城市空氣污染；工業(yè)有毒有

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害廢棄物和城市垃圾對大氣、水和土地的污染等。

(3)我對學(xué)好這門課的觀點：環(huán)境化學(xué)包含大氣、水體和土壤環(huán)境化學(xué)多個分支學(xué)科，研究有害化學(xué)物質(zhì)在大

氣、水體和土壤環(huán)境中的來源、存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法。這就決定了環(huán)境化學(xué)

研究中需要運用現(xiàn)場研究、實驗室研究、實驗?zāi)M系統(tǒng)研究和計算機(jī)模擬研究相結(jié)合的系統(tǒng)研究方法，主要以化

學(xué)方法為主，還要配以物理、生物、地學(xué)、氣象學(xué)等其他學(xué)科的方法。因此，要求研究人員具有較廣泛的各相關(guān)

學(xué)科的理論知識和實驗動手能力。我們在II常學(xué)習(xí)中應(yīng)當(dāng)以開闊的視野，除了環(huán)境化學(xué)之外，廣泛涉獵各相關(guān)學(xué)

科，并注重培養(yǎng)自己的實驗操作，如此才可能學(xué)好這門課。

4.舉例簡述污染物在環(huán)境各圈的遷移轉(zhuǎn)化過程。

以汞為例，說明其在環(huán)境各圈層的遷移轉(zhuǎn)化過程，見下圖。

汞在環(huán)境中的存在形態(tài)有金屬汞、無機(jī)汞化合物和有機(jī)汞化合物三種。在好氧或厭氧條件下，水體底質(zhì)中某

些微生物能使二價無機(jī)汞鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆投谆?。甲基汞脂溶性大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，容易被魚類等生物吸收,

難以代謝消除，能在食物鏈中逐級放大。甲基汞可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為二甲基汞。二甲基汞難溶于水，有揮發(fā)性，易散

逸到大氣中，容易被光解為甲烷、乙烷和汞，故大氣中二甲基汞存在量很少。在弱酸性水體(pH4?5)中，二

甲基汞也可轉(zhuǎn)化為一甲基汞。

《大氣環(huán)境化學(xué)》重點習(xí)題及參考答案

3、環(huán)境污染物有哪些類別？當(dāng)前世界范困普遍關(guān)注的污染物方哪些特性？

(1)環(huán)境污染物的分類：

a.按污染物影響的環(huán)境要素可分為：大氣污染物、水體污染物、土壤污染物

b.按污染物的形態(tài)可分為：氣體污染物、液體污染物、固體污染物

c.按污染物的性質(zhì)可分為：化學(xué)污染物、物理污染物、生物污染物

d.按人類社會活動不同功能產(chǎn)生的污染物可分為：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、生活污染

等

(2)當(dāng)前世界范圍普遍關(guān)注的污染物主要特性是：持久行TI機(jī)污染物具有致突變、致癌和

致畸作用的所謂“三致”化學(xué)污染物，以及環(huán)境內(nèi)分泌干擾物。

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1、大氣的主要層次是如何劃分的？每個層次具有哪些特點？

（1）主要層次劃分：根據(jù)溫度隨海拔高度的變化情況將大氣分為四層。

大氣層次海拔高度/km主要成分

對流層orio?16)15?-56

N2A>O2,2。

平流層(10?16X-50-56--2偽

中間層50—80-2?-92NO%OJ

熱層80~50092?1200NO+,O/,O+

（2）各層次特點:

①對流層：0—18km；氣溫隨高度升高而降低；有強(qiáng)烈的空氣垂直對流；空氣密

度大（占大氣總質(zhì)量的3/4和幾乎全部的水汽和固體雜質(zhì)）；天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變。

②平流層：18?50km；平流層下部30?35km以下氣溫變化不大（同溫層），30?

35km以上隨高度升高溫度增大（逆溫層）；有一20km厚的臭氧層，可吸收太陽的

紫外輻射，并且臭氧分解是放熱過程，可導(dǎo)致平流層的溫度升高；空氣稀薄，水

氣、塵埃的含量極少、透明度好，很少出現(xiàn)天氣現(xiàn)象，飛機(jī)在平流層低部飛行既

平穩(wěn)又安全；空氣的垂直對流運動很小，只隨地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生平流運動，污染物進(jìn)

入平流層可遍布全球。

③中間層：50?80km；空氣較稀??；臭氧層消失；溫度隨海拔高度的增加而迅

速降低；大氣的垂直對流強(qiáng)烈。

④熱層：80?500km；在太陽紫外線照射下空氣處于高度電離狀態(tài)（電離層），能

反射無線電波，人類可利用它進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線電通訊；大氣溫度隨高度增加而升

高；空氣更加稀薄，大氣質(zhì)量僅占大氣總質(zhì)量的0.5知。

熱層以上的大氣層稱為逃逸層。這層空氣在太陽紫外線和宇宙射線的作用與大氣

溫度不同，大氣的壓力總是隨著海拔高度的增加而減小。

2、逆溫現(xiàn)象對大氣中污染物的遷移有什么影響？

一般情況下，大氣溫度隨著高度增加而下降，每上升100米，溫度降低0、61c

左右。即是說在數(shù)千米以下，總是低層大氣溫度高、密度小，高層大氣溫度低、

宙度大，顯得“頭重腳輕這種大氣層結(jié)容易發(fā)生上下翻滾即“對流”運動，

可將近地面層的污染物向高空乃至遠(yuǎn)方輸散，從而使城市上空污染程度減輕。因

而在通常情況下，城市上空為輕度污染，對人體健康影響不大?？墒窃谀承┨鞖?/p>

條件下，一地上空的大氣結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)氣溫隨高度增加而升高的反?，F(xiàn)象，從而導(dǎo)

致大氣層結(jié)“腳重頭輕”，氣家學(xué)家稱之為“逆溫”，發(fā)生逆溫現(xiàn)象的大氣層稱為

“逆溫層”。它像一層厚厚的被子罩在我們城鄉(xiāng)上空，上下層空氣減少了流動，

近地面層大氣污染物“無路可走”，只好原地不動，越積越多，空氣污染勢必加

3.大氣中有哪些重要污染物？說明其主要來源和消除途徑。

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

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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：

（1）含硫化合物

大氣中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳（COS）、二硫化碳（CS2）、二甲基硫（C%）2S、硫化氫（%S）、

二氧化硫（S02）,三氧化硫（SOP＞硫酸（H2so4）、亞硫酸鹽（MSO3）和硫酸鹽（MS0P等。大氣中的S02

（就大城市及其周圍地區(qū)來說）主要來源于含硫燃料的燃燒。大氣中的SO?約有50%會轉(zhuǎn)化形成H2s或SCU、，

另外50%可以通過干、濕沉降從大氣中消除。H2s主要來自動植物機(jī)體的腐爛，即主要由植物機(jī)體中的硫酸鹽經(jīng)

微生物的厭氧活動還原產(chǎn)生。大氣中H2s主要的去除反應(yīng)為：HO+H2S-H2O+SHO

（2）含氮化合物

大氣中存在的含量比較高的氮的氧化物主要包括氧化亞氮（N2O）,一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）O主

要討論一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO?），用通式NO*表示。NO和NO?是大氣中主要的含氮污染物，它們的

人為來源主要是燃料的燃燒。大氣中的NOx最終將轉(zhuǎn)化為硝酸和硝酸鹽微粒經(jīng)濕沉降和干沉降從大氣中去除。

其中濕沉降是最主要的消除方式。

（3）含碳化合物

大氣中含碳化合物主要包括：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO?）以及有機(jī)的碳?xì)浠衔铮℉C）和含氧烽類,

如醛、酮、酸等。

co的天然來源主要包括甲烷的轉(zhuǎn)化、海水中co的揮發(fā)、植物的排放以及森林火災(zāi)和農(nóng)業(yè)廢棄物焚燒，其

中以甲烷的轉(zhuǎn)化最為重要。co的人為來源主要是在燃料不完全燃燒時產(chǎn)生的。大氣中的co可由以下兩種途徑

去除：土壤吸收（土壤中生活的細(xì)菌能將CO代謝為CO2和CH4）;與HO自由基反應(yīng)被氧化為CO2。

CO2的人為來源主要是來自于礦物燃料的燃燒過程。天然來源主要包括海洋脫氣、甲烷轉(zhuǎn)化、動植物呼吸和

腐敗作用以及燃燒作用等。

甲烷既可以由天然源產(chǎn)生，也可以由人為源產(chǎn)生。除了燃燒過程和原油以及天然氣的泄漏之外，產(chǎn)生甲烷的

機(jī)制都是厭氧細(xì)菌的發(fā)酵過程。反芻動物以及螞蟻等的呼吸過程也可產(chǎn)生甲烷。甲烷在大氣中主要是通過與HO

自由基反應(yīng)被消除：CH4+HOTCH3+H2O。

（4）含鹵素化合物

大氣中的含鹵素化合物主要是指有機(jī)的鹵代燃和無機(jī)的氯化物和氟化物。

大氣中常見的鹵代嫌以甲烷的衍生物，如甲基氯（CHjCI）.甲基浪（CH,Br）和甲基碘（CH3D。它們主要

由天然過程產(chǎn)生，主要來自于海洋。CH3cl和CHsBr在對流層大氣中，可以和HO自由基反應(yīng)。而CH?I在對流

層大氣中，主要是在太陽光作用下發(fā)生光解，產(chǎn)生原子碘（I）。許多鹵代姓是重要的化學(xué)溶劑，也是有機(jī)合成工

業(yè)的重要原料和中間體，如三氯甲烷（CHCh）、三氯乙烷（CH3CCI3）、四氯化碳（CC14）和氯乙烯（C2H3CI）

等均可通過生產(chǎn)和使用過程揮發(fā)進(jìn)入大氣，成為大氣中常見的污染物。它們主要是來自于人為源。在對流層中，

三氯甲烷和氯乙烯等可通過與HO自由基反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為HC1,然后經(jīng)降水而被去除。

氟氯煌類中較受關(guān)注的是一氟三氯甲烷（CFC-11或F-11）和二氟二氯甲烷（CFC-12或F-12）。它們

可以用做致冷劑、氣溶膠噴霧劑、電子工業(yè)的溶劑、制造塑料的泡沫發(fā)生劑和消防火火劑等。大氣中的氟氯燃類

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主要是通過它們的生產(chǎn)和使用過程進(jìn)入大氣的。由人類活動排放到對流層大氣中的氟氯燃類化合物，不易在對流

層被去除，它們在對流層的停留時間較長，最可能的消除途徑就是擴(kuò)散進(jìn)入平流層。

4.影響大氣中污染物遷移的主要因素是什么？

主要有：（1）空氣的機(jī)械運動如風(fēng)和大氣湍流的影響；（2）天氣和地理地勢的影響；（3）

污染源本身的特性。

5大氣中有哪些重要的吸光物質(zhì)?其吸光特征是什么？

答：大氣組分如用、0"HxO和8工等能吸收一定波長的太相輻射.波長小于

290nm的太陽幅射被即、0】、0,分子或收，并使其解寓.故波長小于290nm的太

陽幅射不能到達(dá)地面，而800-2000nn的長波輻射則幾乎都被水分子和二氧化碳

所吸收.因此，只有波長為300~800mn的可見光能透過大氣到達(dá)地面，這部分

約占太陽光總能量的41%.

6.太陽發(fā)射光譜和地面測得的太陽光譜有何不同？為什么？

太陽輻射的光譜包括紅外線、可見光和紫外線等，其經(jīng)過大氣層被削弱了約一半，其中紫外線

和紅外線被極大的削弱所剩無幾，但可見光卻幾乎都能到達(dá)地表，其比重也由47%上升到92%。即

光譜分布就不同了。

7.大氣中有哪些重要的自由基？其來源如何？

大氣中存在的重要自由基有HO、HO?、R（烷基）、RO（烷氧基）和RO2（過氧烷基）等。它們的來源如下：

（1）HO來源

對于清潔大氣而言，。3的光離解是大氣中HO的重要來源：

。3+，7丫一>O+O,

O+H2O->2HO

對于污染大氣，如有HNCh和H2O2存在，它們的光離解也可產(chǎn)生HO：

HNO2+hvTHO+NO

H2O2+hv^2HO

其中HNO2的光離解是大氣中HO的重要來源。

（2）HO2的來源

大氣中HO2主要來源于醛的光解，尤其是甲醛的光解：

H2CO+hv^H+HCO

H+O2+M-HO.+M

HCO+O2THO?+CO

任何光解過程只要有H或HCO自由基生成，它們都可與空氣中的。2結(jié)合而導(dǎo)致生成HO2O亞硝酸酯和

8

H2O2的光解也可導(dǎo)致生成HO2：

CHRONO+力3CHQ+NO

CH3O+4-HOi+H2co

H2O2+加-2H0

HO+H2O2tH02+H20

如體系中有CO存在：

HO+COCO2+H

H+O2THO2

(3)R的來源

大氣中存在量最多的烷基是甲基，它的主要來源是乙醛和丙酮的光解：

CHUCHO+CH3+HCO

CH3coeH3+hvTCH?+CH3co

這兩個反應(yīng)除生成CH3外，還生成兩個談基自由基HCO和CH3c0。

0和H0與煌類發(fā)生H摘除反應(yīng)時也可生成烷基自由基：

RH+0TR+HO

RH+H0^R+H20

(4)RO的來源

大氣中甲氧基主要來源于甲基亞硝酸酯和甲基硝酸酯的光解：

CHRONO+而-CH30+NO

CH3ONO2+hv^CH30+N02

(5)RCh的來源

大氣中的過氧烷基都是山烷基與空氣中的。2結(jié)合而形成的：R+O2^RO2

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8.大氣中削陛重要的含氨化合物？說明它們的天然來源和人為來源及對環(huán)境的污染

(1)大氣中存在的含量比較高的含^化合物上耍是氟氧化物，包括氧化弗氮

(N2O),一氧化氮(NO)和二氧化氯(NO2).

(2)N2O是低層大氣中含量最高的含氧化合物，上耍來H于天然源，即土塘

中硝酸鹽經(jīng)細(xì)曲的脫氮作用而產(chǎn)生.由「在低層大氣中NzO非常檢定，是停留

時間最長的氮氧化物，一般認(rèn)為其沒有明顯的污染效應(yīng)。

NO和NO?是大氣中上耍的含稅污染物，合稱為NO*,它們上要來HF

人為來源，即化石燃料的燃燒.城市大氣中的NO、有2/3來自汽車等流動燃燒源

的排放，1/3來固定燃燒源的排放.NO.是導(dǎo)致大氣光化學(xué)污染和酸雨的重要

污染物質(zhì).

9.敘述大氣中NO轉(zhuǎn)化為N02的各種途徑。

①NO+03N02+02

②HO+RHR+H20R+02R02NO+R02N02+R0

R'CHO+H02(R'比R少一個C原子)RO+02NO+1102N02+110

10.大氣中有哪些重要的碳?xì)浠衔?？它們可發(fā)生哪些重要的光化學(xué)反應(yīng)？

甲烷、石油燒、站類和芳香煌等都是大氣中重要的碳?xì)浠衔?。它們可參與許多光化學(xué)反應(yīng)過程。

(1)烷煌的反應(yīng)：與HO、O發(fā)生H摘除反應(yīng)，生成R氧化成RO2與NO反應(yīng)

RH+OH-R+H2O

RH+OfR+HO

R+O2fRO2

RO2+NOfRO+NO2

(2)烯燃的反應(yīng)：與OH主要發(fā)生加成、脫氫或形成二元自由基

力U成：RCH=CH2+OHfRCH(OH)CH2

RCH(OH)CH2+O2fRCH(OH)CH2O2

RCH(OH)CHO+NOfRCH(OH)CHO+

222NO2

脫氫：RCH=CH2+HOfRCHCH,+H2O

生成二元自由基：

10

R〔\/R3Rl\?°R3

O3+cc、acq

X

R/R4R/R4

R\*0—0/R3

c=o+?c

/R2/\

Y「LR4J

R

\/°-0-1型

C.+0=C\

R2/

、4

二元自由基能量很高，可進(jìn)一步分解為兩個自由基以及一些穩(wěn)定產(chǎn)物<另外,它可氧化NO和SC)2等:

R|R2co0+N0-R,R2CO+NO2

RR2coO+SO2-R,R2CO+SO3(3)環(huán)燒的氧化：以環(huán)己烷為例

+H0--------?+H2O

+02--------?

0-

+N0--------?+N02

(4)芳香煌的氧化

(a)單環(huán)芳燒：主要是與H0發(fā)生加成反應(yīng)和氫原子摘除反應(yīng)。

CH3

CH

CH3產(chǎn)3

1+HO-j<H\『

H

由K￡J^表示

CH3

OH

AH

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生成的自山基可與NO?反應(yīng)，生成硝基甲苯:

+

NO2H2O

加成反應(yīng)生成的自由基也可與02作用,經(jīng)氫原子摘除反應(yīng)，生成HC>2和甲酚:

+HO2

生成過氧自由基:

+。2OHG—HC=CH—CHO+CH3C(O)CHO

(b)多環(huán)芳煌：意的氧化可轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的釀

H

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它可轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的醍:

(5)酸、醇、酮、醛的反應(yīng)

它們在大氣中的反應(yīng)主要是與H0發(fā)生氫原子摘除反應(yīng)：

CH30cH3+H0—CH3OCH2+H2O

CH3cH20H+HO-CH3CHOH+H20

CH3coe%+HO一CH3coeH?+H20

CH3CHO+HO-CH3co+H20

上述四種反應(yīng)所生成的自由基在有。2存在下均可生成過氧自由基，與R02有相類似的氧化作用。

11.碳?xì)浠衔飬⑴c的光化學(xué)反應(yīng)對各種自由基的形成有什么貢獻(xiàn)？

OH+RH—H2O+R

M+R+O2-RO2+M

RO2+NO-RO+NO2

RO2+O2-HO2+談基化合物

RH為碳?xì)浠衔?/p>

12.說明光化學(xué)煙霧現(xiàn)象，解釋污染物與產(chǎn)物的日變化曲線，并說明光化學(xué)煙霧產(chǎn)物的性質(zhì)與特征。

(1)光化學(xué)煙霧現(xiàn)象：主要含有氮氧化物和碳?xì)浠衔锏纫淮涡晕廴疚锏拇髿?，在陽光照射卜發(fā)生化學(xué)反

應(yīng)而產(chǎn)生二次污染物。這種由一次和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象稱為光化學(xué)煙霧。因最早(1940

年)在美國洛杉磯首先出現(xiàn)，又稱洛杉磯型煙霧。

(2)性質(zhì)與特征：煙霧藍(lán)色；具有強(qiáng)氧化性，能使橡膠開裂；對眼睛、呼吸道等有強(qiáng)烈刺激，并引起頭痛、

呼吸道疾病惡化，嚴(yán)重可造成死亡；對植物葉子有害，能使大氣能見度降低；刺激物濃度峰值出現(xiàn)在中午和午后；

污染區(qū)域出現(xiàn)在污染源下風(fēng)向幾卜到幾百公里的范圍內(nèi)。

(3)日變化曲線：白天生成夜晚消污失；染物濃度峰值出現(xiàn)在中午和午后；燒類和NO發(fā)生在早上交通高峰

時節(jié)，此時N02濃度很低；隨太陽輻射增強(qiáng)，03和N02濃度逐漸增力口，到中午已經(jīng)較高。一般03和N02濃

度峰值比NO濃度峰值晚出現(xiàn)4-5小時。

推斷：03和N02主要是二次污染物。

傍晚雖交通繁忙，但日光較弱，不足以引起光化學(xué)反應(yīng)。

13

13.說明燒類在光化學(xué)煙霧形成過程中的重要作用。

光化學(xué)煙霧形成過程是由多種自由基參與的一系列反應(yīng)，NO2和醛的光解可引發(fā)0、H自由基的產(chǎn)生，而燒

類RH的存在又是自由基轉(zhuǎn)化和增殖為數(shù)量大，種類多的根本原因。燒類在光化學(xué)煙霧形成過程中占有很重要的

地位。

RH+0—R+H0

RH+HO-?R+H20

H+O2-H02

R+。2~*RO?

RCO+O2-RC(O)OO

其中為烷基、為過氧烷基，為酰基、為過氧?；?。通過如上途徑生成的

RR02RC0RC(0)00[RC(0)02]H02>

和均可將氧化成

RO2RC(0)02NON020

14.何謂有機(jī)物的反應(yīng)活性?如何將有機(jī)物按反應(yīng)活性分類？

(1)有機(jī)物的反應(yīng)活性：有機(jī)物的反應(yīng)活性是指反應(yīng)難易程度。反應(yīng)中有些中間體能增加反應(yīng)活性。正催化

劑能產(chǎn)生容易反應(yīng)的中間體，改變反應(yīng)歷程，縮短反應(yīng)時間。

(2)分類：按有機(jī)物所含官能團(tuán)分類：烷、烯、快、醇、酮、苯、酚、酸、竣酸、糖等。

15.簡述大氣中S02氧化的兒種途徑。

(1)S02氣相氧化：S02首先氧化成S03,隨后S03被水吸收成硫酸，形成酸雨或硫酸煙霧。硫酸與大氣

中的NH4+等陽離子結(jié)合生成硫酸鹽氣溶膠。①S02的直接光氧化；②S02被自由基氧化。

(2)S02液相氧化：大氣中存在少量水和顆粒物。S02可溶于大氣中液體水，也可被大氣顆粒物吸附，并

溶解在顆粒物表面所吸附的水中。于是S02便可發(fā)生液相反應(yīng)。①S02液相平衡；②03對S02氧化；③H2O2

對S02氧化；④金屬離子對S02液相氧化催化作用。

17.說明酸雨形成的原因

酸性降水是指通過降水，如雨、雪、霧、冰雹等將大氣中的酸性物質(zhì)遷移到地面的過程。最常見的就是酸雨。

這種降水過程稱為濕沉降。酸雨現(xiàn)象是大氣化學(xué)過程和大氣物理過程的綜合效應(yīng)。酸雨中含有多種無機(jī)酸和有機(jī)

酸，其中絕大部分是硫酸和硝酸，多數(shù)情況下以硫酸為主。從污染源排放出來的S02和NOx是形成酸雨的主

要起始物，其形成過程為：SO2+[0]-SO3

SO3+H20fH2s04

SO2+H2O-H2s03

H2SO3+[0]—H2SO4

NO+[0]-N02

2N02+H20-HNO3+HNO2

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大氣中的SO2和NOx經(jīng)氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亞硝酸，這是造成降水pH降低的主要原因。

除此之外，還有許多氣態(tài)或固態(tài)物質(zhì)進(jìn)入大氣對降水的pH也會有影響。大氣顆粒物中Mn、Cu、N等是

酸性氣體氧化的催化劑。大氣光化學(xué)反應(yīng)生成的O2和HO2?等又是使SO2氧化的氧化劑。因此，降水的酸度

是酸和堿平衡的結(jié)果。如降水中酸量大于堿量，就會形成酸雨。

18.確定酸雨pH界限的依據(jù)是什么？

pH為5.6作為判斷酸雨的界限。依據(jù)以下過程得出：在未污染大氣中，可溶于水且含量比較大的酸性氣體

是CO?,所以只把CO?作為影響天然降水pH的因素，根據(jù)CO?的全球大氣濃度330ml/n?與純水的平衡：

KH-

C02(g)+H2Or------------co2+H2O

K1+

C02+H20------------H+HCO3

-K2-+2-

HCO3rH+CO3

根據(jù)電中性原理：[H、=9H]+[HCO31+2[CO32-],將用KH、0、電、[H)表達(dá)的式子代入，得：

+

-(KW+KHK1PC02)[H]-2KHK,^02=0

在一定溫度下，K\\,、KH、K|、pco2都有固定值，符這些已知數(shù)值帶入上式，計算結(jié)果是pH=5.6。

論述影響酸雨形成的因素

答影響酸雨形成的因素主要有：

(1)酸性污染物的排放及其轉(zhuǎn)化條件。

(2)(2)大氣中NH3的含量及其對酸性物質(zhì)的中和性。

(3)(3)大氣顆粒物的堿度及其緩沖能力。

(4)(4)天氣形勢的影響

20.什么是大氣顆粒物的三模態(tài)？如何識別各種粒子模？

Whitby等人依據(jù)大氣顆粒物表面積與粒徑分布的關(guān)系得到了三種不同類型的粒度模。按這個模型，可把大

氣顆粒物表示成三種模結(jié)構(gòu)，即愛根(Aitken)核模(Dp<0.05pm)、積聚模(0.05|imvDpV2|_im)和粗粒子模(Dp>2|im)。

(1)愛根核模主要源于燃燒產(chǎn)生的一次顆粒物以及氣體分子通過化學(xué)反應(yīng)均相成核而生成的二次顆粒物。

由于它們的粒徑小、數(shù)量多、表面積大而很不穩(wěn)定，易于相互碰撞結(jié)成大粒子而轉(zhuǎn)入積聚模。也可在大氣湍流擴(kuò)

散過程中很快被其他物質(zhì)或地面吸收而去除。

(2)積聚模主要由核模凝聚或通過熱蒸汽冷凝再凝聚長大。這些粒子多為二次污染物，其中硫酸鹽占80%

以上。它們在大氣中不易山擴(kuò)散或碰撞而去除。積聚模與愛根核模的顆粒物合稱細(xì)粒子。

15

（3）粗粒子模的粒子稱為粗粒子，多山機(jī)械過程所產(chǎn)生的揚塵、液滴蒸發(fā)、海鹽濺沫、火山爆發(fā)和風(fēng)沙等

一次顆粒物所構(gòu)成，因此它的組成與地面土壤十分相近，主要靠干沉降和濕沉降過程而去除。

21.說明大氣顆粒物的化學(xué)組成以及污染物對大氣藕粒鋰a成的影響

大氣顆粒物按照組成，可分為兩大類。一般將只含無機(jī)成分的顆粒物稱為無

機(jī)顆粒物,而將含有有機(jī)成分的顆粒物稱作有機(jī)顆粒物.

（1）無機(jī)顆粒物：天然來源的無機(jī)顆粒物，如揚塵的成分上要是該地區(qū)的土

堆粒子.火山爆發(fā)所噴出的火山灰，除上要由證和氧組成的巖石卷木外，還含有

些如鋅、睇、硒、隹和鐵等金朝元素的化*■物.海鹽旗末所杼放出來的顆粒物,

其成分上耍有氧化他粒子，硫酸鹽粒子，還算含有一些釵的化合物.

人為海杼放出來的無機(jī)顆粒物.如動力發(fā)電廠由于燃煤及石油而持放出來的翱

粒物,其成分除大量的煙塵外，還含有鍍、俅、機(jī)等的化合物.市政焚燒爐會捕

放出含有研）、皺、儲、銅、鐵、汞、俁、餞、修、忸、鋅、鈦、機(jī)和悴等的

化合物.汽車尾氣中則含有大量的鉛.

（2）有機(jī)顆粒物：有機(jī)顆粒物種類繁多，結(jié)構(gòu)也極共克雜.己檢測到的上要

有烷妙、烯忌、芳廷和多環(huán)芳煌等各種燒類。另外還有少量的W硝胺、■,雜環(huán)類、

環(huán)麗、酮類、酚類和有機(jī)酸等.

（3）大氣顆粒物多數(shù)是由氣態(tài)一次污染物通過凝聚過程也化而來的.如硫酸及

硫酸鹽顆粒物上要是由污染源推出的SO2氧化后.溶于水而形成磕酸，硫酸再

與大氣中的化合而生成（顆粒物.硫酸也可與大氣中其他金屬離子

NH3NHO2sCh

化令生成各種硫酸鹽顆粒物.

23.何謂溫室效應(yīng)和溫室氣體？

大氣中的某些微量組分，能使太陽的短波輻射透過，加熱地面，而地面增溫后所放出的熱輻射.，卻被這些

組分吸收，使大氣增溫。由于這些組分的作用在某些方面類似溫室的玻璃房頂，因此這種現(xiàn)象被稱為溫室效應(yīng)，

這些組分被稱為為溫室氣體。

主要溫室氣體有二氧化碳（C02）、甲烷（CH4）、二氧化氮（N02）、氯氟烷燃（CFCs）等。八十年代研

究表明，人為排放各種溫室氣體對溫室效應(yīng)所起作用比例不同，其中二氧化碳55%,氯氟烷燒24%,甲烷15%,

二氧化氮6%。二氧化碳大量增加是造成溫室效應(yīng)加劇的主要原因。

1、請推導(dǎo)出封閉和開放體系碳酸平衡中［H2co3*］、［HCOJ］和［CtV］的表達(dá)式，并討論這兩個體系之間的區(qū)別。

16

黑：碳酸化介態(tài)各種形體占各種碳酸化合態(tài)總量的比值稱為分布系數(shù)，用a表示.

各種碳酸化合態(tài)總最用CT表示.

(I)封閉體系

在封閉體系中不考慮溶的性CO：與大氣交換過程,。保料不變.

伊《?！筂.

叫E.

[H;COX]^\HCO,

\HCO,

tte.[HTOJ+IHCO.+[O：][?f+*,[?,

g]

°20[也COJ+IHCO,卜[C。：]

在封閉體系中，各形體的分布系數(shù)只是氫離子濃度的典區(qū)V總濃度無關(guān).

(2)開放體系、彳、

此時考慮CO,在氣相和液相之間的平衡:[C6w]=

「一[￡￡d

(CO?,?)

[fICO,1--A-

11

a(,

[co;

[〃]

對于封閉體系，Cr鼠X而[CO：|[HCO.1J,[CO『|均HlpH而變化.對于開

、果持相平衡的數(shù)據(jù),、"|均麗變

放體系而宮,CT,[HCO?j,|COpHm

[ay電1r濃

化。

解:,修

2、請導(dǎo)出總酸度、CO2酸度、無機(jī)酸度、總堿度、酚獻(xiàn)堿度和苛性堿度的表達(dá)式作為總碳酸量和分布系數(shù)(a)

的函數(shù)。

總威嗯=[H+|+[HCO/I+2|H,CO.1-|OH|=CT(a,+2w)+[H*

限度=42

CO?IH1+|HjCO,]-|CO,1-IOH]=CT(a<>-a2)+[H*]-Kw/IH*|

無機(jī)酸度=|H+]-|HCO<|-2|CO(21-[OHI=一CT(ai+2aj)?[H*J-Kw/|H+J

總堿度=2+

|HCO/I+2[CO3]+|OHI-[H*I=CT(ai+2a2)+Kw/|H|-(H*|

的歆堿度=2+

[OHI+|CO.1-[HiCQj|-IH]=C|(a5-ao)+Kw/|H*|-[H*|

苛性堿度

=[OH"|-[HCOj]-2[H2COi]-[H*]=-CT(at-2ao)+Kw4H*J-|H*J

3、向一含有碳酸的水體加入重碳酸鹽，問：①總酸度、②總堿度、③無機(jī)酸度、④酚獻(xiàn)堿度和⑤CO2酸度，是

增加、減少還是不變。

17

峪增加里碳酸前即增加[HCO；],因此:

總限度=[H*]+IHCOjI+2|H2CO.I-1OH|.而[HCO門增加,顯然總酸度增加.

總堿度=[HCO.|+2[CO.3)+|OH|[H*|.而[HCO門增加,顯然總堿度增加.

無機(jī)酸度=|H*]-|HCO<|-2|C0,2]-|OH),而[HCO；]增加，顯然無機(jī)酸度減少.

的齦堿度=|OH|+ICO,-2|-IHjCOJ-|H+1

酚酰城度與|HCO,|無關(guān).[HCO,|增加，顯然粉觸堿度不變.

檢度=2

CO2Iir|+|H2CO,I-|CO3J-IOHI

C。!?度叩酚St酸度與|HCO；I無關(guān)，[HCO;]增加,顯然COj酸度不變.

4、在一個pH為6.5,堿度為1.6mmol/L的水體中，若加入碳酸鈉使其堿化，問需加多少mmol/L的碳酸鈉才能使水

體pH上升至8.0.若用NaOH強(qiáng)堿進(jìn)行堿化，又需加入多少堿

解:總堿度=1<\￥/[H+]+CT(al+2a2)-[H+]

CT={[總堿度]+[H+]-[OH-]}

令a=

當(dāng)pH在5-9范圍內(nèi)，[堿度心10-3mol/L時,[H+],[OH-]項可以忽略不計，得到簡化式:CT=a[堿度]

當(dāng)pH=6.5時,查教材P110表得al=0.5845,a2=8.669xl0-5,則a=l.71,CT=a[^Jg]=l.71x1.6=2.736mmol/L

若加入碳酸鈉將水的pH升至8.0,查表得a，=1.018,此時CT值與堿度值均有變化.設(shè)加入的碳酸鈉量為

AQO32-],則有

CT+A[CO32-]=a，{[堿度]+2A[CO32-]}

即2.736+A[CO32-]=1.018{1.6+2A[CO32-]}

解得,A[CO32-]=1.069mmol/L

若加入氫氧化鈉將水的pH升至8Q其CT值并不變化,可得：

[堿度]=CT/4=2.736/1.018=2.688mmol/L

堿度增加值就是應(yīng)加入的氫氧化鈉強(qiáng)堿量：

2

A[OH-]=2.688-1.6=1.088mmol/L具有2.00X10°mol/L堿度的水,pH為7.00,請計算[H2CO3*]x[HCO3],[CO3]

和[OH]的濃度各是多少？

5、若有水A,pH為7.5,其堿度為6.38mmol/L,水B的pH為9.0,堿度為0.80mmol/L,若以等體積混合，問

混合后的值是多少？

18

解：pH為7.5.查表3—3：

a=1.069a-0.06626a產(chǎn)0.9324a2=1.38XIO';

CA=a||=1.069X6.38=6.82(mmol/l.)

pH為9.0：

2

a=0.9592ah=0.002142四=0.9532a2=4.47XIO-;

CB=a|堿度|=0.9592X0.8=0.7674(mmol/L)

等體積混合后：

[H2COKJ=0.5X(0.06626X6.82+0.002142X0.76741=O.225(mmol/L)

[HCOj]=0.5X(0.9324X6.82?0.9532X0.7674]=3.545(mmol/L)

“,\HCOyj…?3545…

pH-pk.+1tg--------------6.35+le---------755

1IHQJ0.225

6、溶解LOOXlO^moi/L的Fe(NC)3)3于IL具有防止發(fā)生固體Fe(0H)3沉淀作用所需最小[H。濃度的水中，假定

4+

溶液中僅形成Fe(0H)2+和Fe(0H)2+而沒有形成Fe2(OH)2?請計算平衡時該溶液中[Fe3+]、[Fe(0H)2+]、

+

[Fe(OH)2],[H]和pH。