2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣中臭氧層的形成與破壞機(jī)制考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪種分子是平流層臭氧的主要成分？A.O?B.O?C.NO?D.CO?2.臭氧分子（O?）中氧原子的價(jià)態(tài)是？A.-2B.0C.+2D.+43.在平流層，導(dǎo)致臭氧生成的最主要的紫外線波長范圍是？A.<240nmB.240-310nmC.310-500nmD.>500nm4.以下哪種物質(zhì)在臭氧形成過程中，會(huì)消耗氧氣并生成臭氧？A.氮氧化物（NO）B.氫氧自由基（OH）C.氧原子（O）D.氯氟烴（CFCs）5.臭氧分子（O?）吸收哪種類型的紫外線輻射最多，并對(duì)地球生命起到重要的保護(hù)作用？A.UVAB.UVBC.UVCD.IRA6.導(dǎo)致南極臭氧空洞形成的罪魁禍?zhǔn)字饕?？A.平流層火山噴發(fā)B.自然界中存在的氯和溴原子C.地面燃燒產(chǎn)生的煙塵D.人為釋放的含氯和溴的含氟化合物7.在南極臭氧空洞形成的春季，哪種大氣化學(xué)過程起著關(guān)鍵作用？A.光合作用B.降水過程C.極地平流層云（PSCs）的形成與溶解D.季風(fēng)環(huán)流8.下列哪種物質(zhì)被認(rèn)為是《蒙特利爾議定書》主要限制的破壞臭氧層的物質(zhì)？A.二氧化碳（CO?）B.甲烷（CH?）C.氯氟烴（CFCs）D.氮氧化物（NOx）9.哪種化學(xué)物質(zhì)被認(rèn)為是對(duì)流層中主要的自然來源的氯自由基（Cl）？A.CFCsB.氯化氫（HCl）C.鹽酸（HCl）在云中的光解D.哈龍（Halons）10.臭氧層的破壞會(huì)增加到達(dá)地表的哪種紫外線輻射，從而對(duì)人類皮膚和免疫系統(tǒng)構(gòu)成威脅？A.UVAB.UVBC.UVCD.X射線二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.平流層中，氧氣（O?）吸收波長小于________nm的紫外線后，會(huì)分解產(chǎn)生氧原子（O），這是臭氧形成的第一步。2.氧原子（O）與氧氣（O?）發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧（O?），這個(gè)過程稱為_________。3.南極春季形成的極地平流層云（PSCs）為氯原子（Cl）轉(zhuǎn)化為破壞性更強(qiáng)的氯自由基（Cl）提供了__________條件。4.氯氟烴（CFCs）等含氯或含溴的含氟化合物在大氣中非常穩(wěn)定，可以存活數(shù)十年，最終在平流層被紫外線分解，釋放出__________，從而啟動(dòng)臭氧破壞循環(huán)。5.國際社會(huì)為保護(hù)臭氧層而簽訂的重要國際公約是__________。6.臭氧層破壞導(dǎo)致到達(dá)地表的UVB輻射增加，可能引發(fā)人類皮膚__________發(fā)病率上升。7.除了紫外線輻射，臭氧層的變化還會(huì)影響大氣環(huán)流和__________，進(jìn)而對(duì)全球氣候產(chǎn)生反饋。8.除了CFCs，哈龍等溴代烴也是重要的臭氧層破壞物質(zhì)，它們釋放出的溴原子（Br）具有比氯原子更強(qiáng)的臭氧破壞能力。9.大氣中存在一個(gè)自然的“臭氧保護(hù)層”，其主要吸收__________輻射。10.理解臭氧的“形成與破壞”機(jī)制，需要掌握相關(guān)的__________和__________知識(shí)。三、簡答題（每小題5分，共15分。）1.簡述平流層臭氧自然生成循環(huán)中的關(guān)鍵反應(yīng)步驟。2.解釋什么是“催化破壞循環(huán)”，并簡述Cl或Br自由基如何催化臭氧的破壞。3.簡述《蒙特利爾議定書》的主要內(nèi)容及其對(duì)保護(hù)臭氧層的重要意義。四、論述題（每小題10分，共20分。）1.結(jié)合具體化學(xué)過程，論述人類活動(dòng)向大氣中排放的含氯、含溴化合物是如何導(dǎo)致南極臭氧空洞形成的。2.論述臭氧層變化與全球氣候變化之間可能存在的相互作用。---試卷答案一、選擇題1.B*解析：平流層臭氧層的主要成分是臭氧（O?）分子。2.B*解析：臭氧（O?）分子由三個(gè)氧原子構(gòu)成，中心氧原子與兩側(cè)氧原子之間的化學(xué)鍵是共價(jià)鍵，中心氧原子呈sp2雜化，其價(jià)態(tài)為0。3.B*解析：平流層臭氧主要吸收對(duì)生物有害的短波紫外線，其波長范圍大致在240-310納米之間。波長更短的紫外線（<240nm）大部分被氧氣和臭氧在更高層吸收，波長更長的紫外線（310-500nm）吸收能力較弱。4.C*解析：氧原子（O）是臭氧（O?）形成的關(guān)鍵物種，它與氧氣（O?）在紫外線的照射下發(fā)生反應(yīng)生成臭氧。氮氧化物（NO）和氫氧自由基（OH）主要參與臭氧的消耗過程。5.B*解析：臭氧（O?）分子能夠大量吸收波長較短的UVB（約280-315nm）輻射，從而阻止其到達(dá)地表，對(duì)保護(hù)地球生命至關(guān)重要。6.D*解析：南極臭氧空洞的形成主要是由于人類活動(dòng)大量排放的氯氟烴（CFCs）等含氯、含溴化合物在平流層分解后釋放出氯原子（Cl）和溴原子（Br），它們催化了臭氧的破壞。7.C*解析：極地平流層云（PSCs）在極低溫度下形成，其表面的冰晶或過冷水滴能夠催化活性氯（如HCl、ClONO?）轉(zhuǎn)化為更活潑的氯自由基（Cl），這是春季臭氧快速破壞的關(guān)鍵條件。8.C*解析：《蒙特利爾議定書》的主要目標(biāo)就是限制和最終禁止生產(chǎn)和使用消耗臭氧層物質(zhì)（ODS），其中最主要的是氯氟烴（CFCs）和哈龍（Halons）等。9.C*解析：雖然CFCs等是主要的人為來源，但平流層中主要的自然來源的氯自由基（Cl）來自于平流層中氯化氫（HCl）的光解，尤其是在太陽紫外線的照射下。10.B*解析：臭氧層破壞導(dǎo)致到達(dá)地表的UVB輻射增加，UVB對(duì)人體皮膚有較強(qiáng)的穿透力，可能引起皮膚曬傷、紅斑，并增加皮膚癌和白內(nèi)障的發(fā)病率。二、填空題1.240*解析：氧氣（O?）吸收波長小于240納米的紫外線后會(huì)分解成兩個(gè)氧原子（2O）。2.光化學(xué)反應(yīng)*解析：氧原子（O）與氧氣（O?）在紫外線的照射下發(fā)生的生成臭氧（O?）的反應(yīng)屬于光化學(xué)反應(yīng)。3.化學(xué)轉(zhuǎn)化條件*解析：PSCs提供了低溫和冰面等條件，使得氯的穩(wěn)定化合物（如HCl）能夠轉(zhuǎn)化為活性極高的氯自由基（Cl?）。4.氯原子（或溴原子）*解析：CFCs等在平流層紫外線作用下分解，釋放出氯原子（Cl）或溴原子（Br），它們是臭氧破壞循環(huán)的啟動(dòng)物質(zhì)。5.《蒙特利爾議定書》*解析：該議定書是國際社會(huì)為保護(hù)臭氧層而簽訂的關(guān)鍵性國際環(huán)境公約。6.皮膚癌（或其他合理答案，如白內(nèi)障）*解析：UVB輻射的增加是導(dǎo)致人類皮膚癌發(fā)病率上升的主要原因之一。7.全球氣候（或氣候系統(tǒng)）*解析：臭氧層的變化會(huì)影響大氣溫度結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)全球氣候系統(tǒng)產(chǎn)生影響。8.是*解析：題干中明確指出“除了CFCs，哈龍等溴代烴也是重要的臭氧層破壞物質(zhì)”。9.紫外線（或UV）*解析：臭氧層主要吸收的是來自太陽的紫外線輻射。10.化學(xué)（或化學(xué)反應(yīng)式）；物理（或物理過程）*解析：理解臭氧的形成與破壞機(jī)制需要掌握化學(xué)反應(yīng)方程式以及相關(guān)的物理過程（如紫外線吸收、大氣傳輸?shù)龋?。三、簡答題1.答：平流層臭氧的自然生成循環(huán)主要包括以下步驟：*紫外線（波長<240nm）分解氧氣分子（O?）產(chǎn)生氧原子（O）：O?+hν→2O*氧原子（O）與氧氣分子（O?）結(jié)合生成臭氧分子（O?）：O+O?+M→O?+M（M為碰撞分子，用于能量耗散）*臭氧分子（O?）吸收波長在240-310nm的紫外線后分解為氧氣分子（O?）和氧原子（O）：O?+hν→O?+O*這個(gè)過程是可逆的動(dòng)態(tài)平衡，維持了平流層臭氧的相對(duì)穩(wěn)定。（注：OH自由基等也可能參與該循環(huán)的調(diào)節(jié)）2.答：催化破壞循環(huán)是指某些物質(zhì)（如Cl、Br）能夠反復(fù)參與臭氧分解反應(yīng)，但自身化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后不發(fā)生永久性改變，從而像催化劑一樣大量消耗臭氧。以氯自由基（Cl）為例，其主要催化循環(huán)如下：*含氯化合物（如CFCs）在平流層分解產(chǎn)生氯原子（Cl）：ClX+hν→Cl+X*氯原子（Cl）與臭氧（O?）反應(yīng)生成氯自由基（ClO）和氧氣（O?）：Cl+O?→ClO+O?*氯自由基（ClO）與氧原子（O）反應(yīng)生成氯原子（Cl）和二氧化氮（NO?）：ClO+O→Cl+NO?（或ClO+O?→Cl+O?，取決于環(huán)境）*這個(gè)循環(huán)周而復(fù)始，一個(gè)氯原子可以破壞成千上萬個(gè)臭氧分子。3.答：《蒙特利爾議定書》的主要內(nèi)容是：*列出了受控的消耗臭氧層物質(zhì)（ODS），并根據(jù)各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和履約能力規(guī)定了不同的削減時(shí)間表，最終目標(biāo)是逐步淘汰這些物質(zhì)的生產(chǎn)和消費(fèi)。*建立了資金機(jī)制，幫助發(fā)展中國家履行議定書義務(wù)。*鼓勵(lì)研究替代技術(shù)和替代物質(zhì)。*其重要意義在于，通過國際合作，成功遏制了ODS的排放增長，并促使全球ODS排放量大幅下降，使臭氧層得以緩慢恢復(fù)，為保護(hù)地球環(huán)境和人類健康做出了重大貢獻(xiàn)。四、論述題1.答：人類活動(dòng)向大氣中排放的含氯和含溴化合物（如CFCs、哈龍等）是導(dǎo)致南極臭氧空洞形成的主要原因。其過程如下：*排放與傳輸：這些化合物因化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能在大氣中存活數(shù)十年，并逐漸傳輸?shù)狡搅鲗印?分解與釋氯/溴：在平流層強(qiáng)烈的紫外線作用下，CFCs等化合物分解，釋放出氯原子（Cl）和溴原子（Br）。一個(gè)氯原子的破壞效率極高，理論上可破壞數(shù)萬個(gè)臭氧分子。*催化破壞循環(huán)：釋放出的Cl和Br原子通過多種催化循環(huán)（如ClO、BrO循環(huán)）反復(fù)破壞臭氧分子（O?）。例如，Cl+O?→ClO+O?，ClO+O→Cl+O?。一個(gè)Cl原子可以持續(xù)破壞臭氧很長時(shí)間。*極地特殊條件：南極春季（大約9月至11月），極地渦旋形成，將大量來自中緯度的ODS和平流層中的臭氧困在極地平流層。此時(shí)，極地平流層溫度極低，容易形成極地平流層云（PSCs）。PSCs表面提供了催化劑（如冰晶），能將相對(duì)穩(wěn)定的HCl、ClONO?等轉(zhuǎn)化為活性極高的Cl自由基（Cl?）。*臭氧空洞形成：在強(qiáng)紫外線和大量Cl自由基的作用下，極地平流層臭氧被迅速、大量地消耗，導(dǎo)致南極上空出現(xiàn)大規(guī)模、季節(jié)性的臭氧濃度急劇下降區(qū)域，即“臭氧空洞”。北極也曾出現(xiàn)過類似現(xiàn)象，但規(guī)模和持續(xù)時(shí)間通常不如南極。2.答：臭氧層變化與全球氣候變化之間存在復(fù)雜的相互作用：*臭氧層對(duì)氣候的影響：*輻射平衡：臭氧吸收紫外線，加熱平流層；同時(shí)，臭氧也吸收紅外線，冷卻對(duì)流層。這種垂直加熱結(jié)構(gòu)對(duì)大氣環(huán)流模式有重要影響。*溫度結(jié)構(gòu)：平流層溫度的變化會(huì)改變大氣的穩(wěn)定度，影響平流層氣溶膠的分布，進(jìn)而影響對(duì)流層輻射傳輸和環(huán)流。*對(duì)流層環(huán)流：平流層臭氧的變化可能通過影響溫度梯度，對(duì)副熱帶急流等大氣環(huán)流系統(tǒng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而可能影響到對(duì)流層的降水分布。*氣候變化對(duì)臭氧層的影響：*平流層冷卻：溫室氣體（如CO?）導(dǎo)致地表變暖，但通過輻射反饋機(jī)制，平流層溫度反而會(huì)下降。平流層冷卻使得形成PSCs的條件更容易滿足，增加了臭氧消耗的區(qū)域和程度。*化學(xué)反應(yīng)：大氣中氧化性物質(zhì)（如NOx、O