2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——生態(tài)環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)的遷移與轉(zhuǎn)化規(guī)律考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.環(huán)境相分布2.吸附等溫線3.生物有效性4.光解5.持久性有機(jī)污染物（POPs）二、填空題（每空1分，共20分）1.化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的遷移主要依賴于各環(huán)境介質(zhì)之間的________作用和物質(zhì)在介質(zhì)內(nèi)部的________運(yùn)動(dòng)。2.重金屬在土壤中的遷移能力通常與其在固相中的________穩(wěn)定性和在土壤溶液中的________相關(guān)。3.水環(huán)境中，pH值和氧化還原電位是影響重金屬________和________的關(guān)鍵因素。4.化學(xué)物質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過程通常稱為________，其驅(qū)動(dòng)力是兩相之間的________差。5.環(huán)境光解主要發(fā)生在環(huán)境介質(zhì)的________層，紫外線是主要的驅(qū)動(dòng)光源，許多有機(jī)污染物可通過光解發(fā)生________降解。6.生物降解是指環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)被微生物通過________作用或________作用而分解的過程。7.分子量大小、溶解度、電離常數(shù)、與生物組織的________程度是影響化學(xué)物質(zhì)生物富集能力的重要因素。8.________是指化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中難以降解，且能在不同生物體中蓄積的現(xiàn)象。9.土壤-水界面過程中的________反應(yīng)和________吸附是影響污染物在土壤中行為的關(guān)鍵機(jī)制。10.濃度梯度、溫度、pH、流速、介質(zhì)的________和________等是影響物質(zhì)環(huán)境遷移轉(zhuǎn)化速率的主要因素。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述影響化學(xué)物質(zhì)在土壤中吸附的因素。2.簡(jiǎn)述生物富集系數(shù)（BCF）的含義及其在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的意義。3.簡(jiǎn)述環(huán)境水解作用對(duì)化學(xué)物質(zhì)環(huán)境行為的影響。4.簡(jiǎn)述大氣沉降對(duì)水體和土壤污染的主要途徑。四、論述題（每小題10分，共30分）1.論述pH值和氧化還原電位對(duì)重金屬在環(huán)境介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化行為的影響機(jī)制。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述一個(gè)典型的持久性有機(jī)污染物（POPs）在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化路徑及其主要的環(huán)境危害。3.以一種常見的資源相關(guān)化學(xué)物質(zhì)（如某種重金屬離子或選礦藥劑）為例，闡述其在生態(tài)環(huán)境中可能經(jīng)歷的遷移轉(zhuǎn)化過程，并分析影響其行為的主要因素。五、計(jì)算題（共15分）某重金屬污染物（M）在水和沉積物之間的分配系數(shù)（Kd）為150mL/g。假設(shè)某河流水體中該污染物的初始濃度為0.1mg/L，河流流量為100m3/s，沉積物濃度為10mg/kg（以干重計(jì)）。假設(shè)沉積物與水體的界面交換達(dá)到準(zhǔn)平衡，忽略其他輸出途徑。請(qǐng)計(jì)算：1.如果河流流經(jīng)一個(gè)寬10km，長(zhǎng)100km的區(qū)域，且沉積物密度為2.5g/cm3，該區(qū)域沉積物中該污染物的理論最大負(fù)載量是多少？（假設(shè)沉積物厚度均勻）2.如果河流下游某斷面檢測(cè)到沉積物中該污染物濃度為15mg/kg，請(qǐng)估算該斷面上游區(qū)域水體中該污染物的削減量。（假設(shè)其他輸入忽略不計(jì)）試卷答案一、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.環(huán)境相分布：指化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中各種相（如氣相、水相、固相、生物相）之間的相對(duì)量和濃度分布。*解析：考察基本概念，指物質(zhì)在組成環(huán)境的不同組分（相）中的分配狀態(tài)。2.吸附等溫線：描述在恒溫條件下，固體吸附劑表面吸附質(zhì)氣相或溶液的平衡濃度與吸附量之間關(guān)系的曲線。*解析：考察吸附平衡的基本概念，是理解物質(zhì)在固-液或固-氣界面行為的基礎(chǔ)。3.生物有效性：指環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)能夠被生物體吸收、進(jìn)入生物循環(huán)并產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)（如毒性、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值）的能力。*解析：考察環(huán)境化學(xué)中一個(gè)關(guān)鍵概念，強(qiáng)調(diào)物質(zhì)能否實(shí)際作用于生物體。4.光解：指化學(xué)物質(zhì)吸收光能后發(fā)生化學(xué)分解的過程，常見于水體和大氣環(huán)境。*解析：考察環(huán)境轉(zhuǎn)化的基本類型，強(qiáng)調(diào)能量來(lái)源是光。5.持久性有機(jī)污染物（POPs）：指化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、在環(huán)境中難以降解、具有長(zhǎng)距離環(huán)境遷移能力，并對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境具有不良影響的有機(jī)化合物。*解析：考察對(duì)一類重要污染物的定義，包含穩(wěn)定性、遷移性和危害性三個(gè)核心特征。二、填空題（每空1分，共20分）1.擴(kuò)散，對(duì)流*解析：物質(zhì)遷移的基本方式，前者是分子尺度，后者是宏觀流體運(yùn)動(dòng)。2.化學(xué)形態(tài)（或賦存狀態(tài)），遷移能力（或溶解度）*解析：重金屬的遷移與其能否進(jìn)入溶液有關(guān)，受其化學(xué)結(jié)合狀態(tài)影響。3.吸附/解吸，沉淀/揮發(fā)*解析：水環(huán)境中常見的轉(zhuǎn)化和相轉(zhuǎn)移過程，受化學(xué)平衡條件（pH,Eh）影響。4.吸附，濃度*解析：氣-液轉(zhuǎn)移的核心機(jī)制，驅(qū)動(dòng)力是兩相間物質(zhì)的濃度差。5.表面，礦化（或降解）*解析：光解主要發(fā)生在界面，結(jié)果是污染物結(jié)構(gòu)破壞，最終可能完全降解。6.分解，合成（或代謝）*解析：微生物作用的核心，包括分解外來(lái)物質(zhì)和合成自身物質(zhì)。7.相互作用（或親和力）*解析：生物富集能力與物質(zhì)能否輕易進(jìn)入生物組織有關(guān)。8.持久性，生物蓄積性*解析：描述POPs的兩個(gè)核心特征，即難降解和易在生物體內(nèi)累積。9.化學(xué)性質(zhì)（或反應(yīng)活性），吸附*解析：界面過程主要涉及污染物自身的性質(zhì)以及與界面（土壤顆粒）的相互作用。10.物理化學(xué)性質(zhì)（或性質(zhì)），生物活性（或毒性）*解析：影響遷移轉(zhuǎn)化的內(nèi)在因素包括物質(zhì)本身的性質(zhì)和它與環(huán)境和生物體的相互作用。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1.影響化學(xué)物質(zhì)在土壤中吸附的因素：*解析：系統(tǒng)回答影響吸附過程的關(guān)鍵變量。*答：①化學(xué)物質(zhì)性質(zhì)：分子量、極性、官能團(tuán)、電荷狀態(tài)、溶解度等；②土壤性質(zhì)：土壤類型、顆粒大小、比表面積、表面電荷（pH依賴）、礦物組成、有機(jī)質(zhì)含量及性質(zhì)等；③環(huán)境條件：pH值（影響物質(zhì)和土壤表面電荷）、氧化還原電位（影響物質(zhì)價(jià)態(tài)）、離子強(qiáng)度（影響競(jìng)爭(zhēng)吸附）。2.簡(jiǎn)述生物富集系數(shù)（BCF）的含義及其在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的意義。*解析：先定義BCF，再闡述其用途。*答：生物富集系數(shù)（BCF）是指生物體（通常是魚類）體內(nèi)某種化學(xué)物質(zhì)的濃度與相應(yīng)環(huán)境介質(zhì)（通常是水體）中該物質(zhì)濃度的比值（通常使用脂質(zhì)重量比）。它表示了污染物從環(huán)境中向生物體內(nèi)轉(zhuǎn)移和累積的能力。在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，BCF是評(píng)價(jià)污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和潛在生物累積性的關(guān)鍵參數(shù)。高BCF值意味著污染物易于在生物體內(nèi)累積，可能通過食物鏈傳遞造成生物放大效應(yīng)，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和人類健康。3.簡(jiǎn)述環(huán)境水解作用對(duì)化學(xué)物質(zhì)環(huán)境行為的影響。*解析：說(shuō)明水解是何種過程及其對(duì)物質(zhì)性質(zhì)和遷移轉(zhuǎn)化的影響。*答：環(huán)境水解是指化學(xué)物質(zhì)在水環(huán)境中受水解作用力影響，發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)改變的過程。水解作用會(huì)改變化合物的官能團(tuán)、電荷狀態(tài)、溶解度、穩(wěn)定性等物理化學(xué)性質(zhì)，從而顯著影響其環(huán)境遷移能力（如溶解度變化影響吸附/揮發(fā)）、轉(zhuǎn)化途徑（如生成更易降解或更難降解的產(chǎn)物）以及在生物體內(nèi)的吸收和代謝過程。4.簡(jiǎn)述大氣沉降對(duì)水體和土壤污染的主要途徑。*解析：列舉并簡(jiǎn)述大氣污染物到達(dá)水/土壤的主要方式。*答：大氣沉降是大氣污染物進(jìn)入水體和土壤的主要途徑之一，主要包括兩種形式：干沉降和濕沉降。干沉降是指大氣中的污染物粒子或氣體直接依靠重力或湍流沉降到地表（水體或土壤）。濕沉降是指大氣污染物被云、雨、雪、霰等降水過程捕獲并帶到地表。大氣沉降將大氣中的污染物（如重金屬、硫氧化物、氮氧化物、POPs等）引入環(huán)境，是水體和土壤污染的重要來(lái)源。四、論述題（每小題10分，共30分）1.論述pH值和氧化還原電位對(duì)重金屬在環(huán)境介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化行為的影響機(jī)制。*解析：需分別闡述pH和Eh如何影響吸附、溶解、沉淀、氧化還原等過程。*答：pH值和氧化還原電位（Eh）是影響重金屬在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化行為的關(guān)鍵因素，主要通過改變重金屬的化學(xué)形態(tài)（價(jià)態(tài)、水合狀態(tài)、絡(luò)合狀態(tài)）及其與環(huán)境介質(zhì)的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。pH值主要通過影響重金屬離子的水解、沉淀以及與土壤/水體表面官能團(tuán)的絡(luò)合來(lái)發(fā)揮作用。通常，pH升高，有利于許多重金屬離子發(fā)生水解形成氫氧化物沉淀或溶解度降低，從而減少其在水相中的濃度，增加其在固相中的吸附。同時(shí)，pH也影響土壤表面電荷，進(jìn)而影響重金屬的吸附。氧化還原電位（Eh）則主要影響重金屬的氧化還原反應(yīng)，決定其在不同價(jià)態(tài)間的轉(zhuǎn)化。例如，在還原條件下，高價(jià)態(tài)的重金屬（如Cr(VI)）可能被還原為毒性較低的低價(jià)態(tài)（如Cr(III)），其溶解度和遷移能力通常會(huì)發(fā)生變化。Eh的變化也會(huì)影響與介質(zhì)的氧化還原反應(yīng)，如某些金屬的沉淀或溶解與Eh密切相關(guān)。因此，pH和Eh共同控制著重金屬的化學(xué)形態(tài)分布，進(jìn)而決定了其在環(huán)境介質(zhì)中的遷移路徑、轉(zhuǎn)化速率和在生物體內(nèi)的生物有效性。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述一個(gè)典型的持久性有機(jī)污染物（POPs）在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化路徑及其主要的環(huán)境危害。*解析：選擇一個(gè)具體POPs（如DDT），描述其在不同環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化過程，并列舉其主要危害。*答：以滴滴涕（DDT）為例，論述其環(huán)境行為和危害。DDT是一種典型的POPs，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難降解、親脂性強(qiáng)的特點(diǎn)。其環(huán)境遷移轉(zhuǎn)化路徑主要包括：①大氣遷移：DDT及其代謝物DDE、DDD可通過揮發(fā)進(jìn)入大氣，進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，沉降到偏遠(yuǎn)地區(qū)。②水體遷移：DDT在水中的溶解度較低，但通過吸附在懸浮顆粒物上隨水流遷移，也可直接溶解于水層，并通過揮發(fā)損失。③土壤遷移：DDT容易吸附在土壤有機(jī)質(zhì)和粘土礦物上，但也可通過揮發(fā)損失。在土壤和水體中，DDT可被微生物緩慢降解，主要代謝產(chǎn)物為DDE和DDD。DDT的環(huán)境危害主要包括：①對(duì)生物的毒性：DDT及其代謝物對(duì)魚類、鳥類等水生生物和陸地生物具有毒性，高濃度暴露可導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)損傷、繁殖能力下降（如鳥類蛋殼變薄易碎）、生長(zhǎng)受阻。②生物累積和生物放大：DDT親脂性強(qiáng)，易在生物體脂肪組織中積累，并通過食物鏈逐級(jí)傳遞，產(chǎn)生生物放大效應(yīng)，使頂層捕食者體內(nèi)濃度極高。③潛在內(nèi)分泌干擾：部分研究表明DDT可能干擾生物體的內(nèi)分泌系統(tǒng)。由于其持久性和生物累積性，DDT被《斯德哥爾摩公約》列為需要全球禁止或限制使用的POPs。3.以一種常見的資源相關(guān)化學(xué)物質(zhì)（如某種重金屬離子或選礦藥劑）為例，闡述其在生態(tài)環(huán)境中可能經(jīng)歷的遷移轉(zhuǎn)化過程，并分析影響其行為的主要因素。*解析：選擇一個(gè)具體物質(zhì)（如Cu2?），描述其在水-土界面、生物體內(nèi)的典型行為，并分析影響因素。*答：以重金屬離子銅（Cu2?）為例，闡述其在生態(tài)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過程及影響因素。銅是地殼中常見的元素，廣泛應(yīng)用于電鍍、冶金、化工等行業(yè)，因此是環(huán)境中常見的資源相關(guān)重金屬污染物。其遷移轉(zhuǎn)化過程可能包括：①水相遷移：銅離子在水中主要以Cu2?和Cu(OH)?形式存在，受pH影響?？赏ㄟ^對(duì)流彌散在水中遷移，也可被水體中的懸浮顆粒物吸附隨水流遷移。同時(shí)，銅離子可揮發(fā)進(jìn)入大氣（盡管通常量不大）。②水土界面過程：銅離子易于被土壤中的粘土礦物、氧化物（如Fe-OH,Al-OH）和有機(jī)質(zhì)吸附，從而從水中轉(zhuǎn)移到土壤固相。這個(gè)過程受pH、Eh、土壤類型、有機(jī)質(zhì)含量等因素影響。吸附是銅在土壤中積累的關(guān)鍵機(jī)制。③生物轉(zhuǎn)化與積累：銅是植物必需的中量元素，但過高濃度則有毒。植物可吸收土壤中的銅，通過根系分泌物影響其形態(tài)轉(zhuǎn)化（如促進(jìn)Cu(OH)?沉淀或絡(luò)合）。銅也可被微生物吸收，參與其代謝過程，部分微生物可將銅轉(zhuǎn)化為毒性較低的形態(tài)（如硫化物沉淀）。魚類等水生生物可通過鰓吸收水體中的銅，并在體內(nèi)積累，達(dá)到生物富集。影響銅遷移轉(zhuǎn)化行為的主要因素包括：①化學(xué)因素：銅的理化性質(zhì)（如溶解度、離子化程度）、pH（影響銅的形態(tài)和表面電荷）、Eh（影響銅的氧化還原狀態(tài)）、共存離子（如競(jìng)爭(zhēng)吸附離子、絡(luò)合劑）。②環(huán)境因素：環(huán)境介質(zhì)的類型（水體、土壤、沉積物性質(zhì)）、溫度、流速、生物活動(dòng)（如根系分泌物、微生物代謝）。③銅的形態(tài)：銅的存在形態(tài)（自由離子、無(wú)機(jī)絡(luò)合態(tài)、有機(jī)絡(luò)合態(tài)）對(duì)其遷移轉(zhuǎn)化行為有決定性影響。五、計(jì)算題（共15分）1.假設(shè)河流流經(jīng)區(qū)域沉積物面積為A=10km*100km=1000km2=1e8m2。沉積物厚度假設(shè)為H=1m（通常沉積物厚度不為零，此處為簡(jiǎn)化計(jì)算假設(shè)）。沉積物密度ρ=2.5g/cm3=2500kg/m3。干重沉積物體積V=A*H=1e8m2*1m=1e8m3。沉積物干重質(zhì)量M=V*ρ=1e8m3*2500kg/m3=2.5e11kg。理論最大負(fù)載量Q_max=沉積物干重*沉積物濃度=M*C_soil=2.5e11kg*10mg/kg=2.5e11mg=2.5e8g=2500kg。*解析：計(jì)算方法為沉積物總體積乘以單位體積沉積物中的污染物濃度。注意單位統(tǒng)一，面積換算為平方米，密度換算為kg/m3，濃度換算為mg/kg，最終結(jié)果為kg。2.假設(shè)斷面上游區(qū)域沉積物平均濃度為C_down=15mg/kg=15mg/L(假設(shè)單位體積濃度相同，便于計(jì)算)。根據(jù)吸附等溫線定義，平衡時(shí)水相濃度C_up與固相濃度C_down之比等于分配系數(shù)Kd。C_up*V_water=(C_down-C_up)*V_sed。由于忽略其他輸入，V_water與V_sed的比例關(guān)系決定了水相濃度變化量。假設(shè)上游水體體積遠(yuǎn)大于沉積物體積（常見情況），則V_water>>V_sed，可近似認(rèn)為V_sed/V_water≈1/Kd。水相濃度削減量ΔC_water≈C_up_initial-C_up_final≈C_up_initial*(1-Kd/(Kd+C_down/C_up_initial))。若假設(shè)初始水相濃度遠(yuǎn)小于沉積物濃度C_up_initial<<C_down，則ΔC_water≈C_up_initial≈Kd*C_down/V_sed/V_water≈Kd*C_down/Kd≈C_down。但更精確的估算基于沉積物對(duì)水相的飽和程度。設(shè)初始水相濃度為C0，達(dá)到平衡時(shí)水相濃度為C_e