环境化学课后题

1、何谓大气温度层结？答：静大气的温度在垂直方向上的分布，称为大气温度层结。2、逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响？答：逆温对大气垂直对流运动形成巨大障碍，地面气流不易上升，使地面污染源排放出来的污染物难以借气流上升而扩散。3、何谓大气垂直递减率和干绝热垂直递减率？如何用其判断大气稳定度？答：随高度升高气温的降低率称为大气的垂直递减率，用表示。干空气在上升时温度降低值与上升高度的比，称为干绝热垂直递减率，用表示。若<，表明大气是稳定的；>，大气是不稳定的；=，大气处于平衡状态。4、影响大气中污染物迁移的主要因素是什么？答：主要有空气的机械运动，如风和湍流，由于天气形势和地理地势造成的逆温现象，以及污染物本身的特性等。5、大气中有哪些重要的吸光物质？其吸光特征是什么？答：①氧分子和氮分子：240nm以下的紫外光可引起O2的光解；N2只对低于120nm的光有明显的吸收。②臭氧：主要吸收来自太阳波长小于290nm的紫外光。③NO2：是城市大气中重要的吸光物质，在低层大气中可以吸收全部来自太阳的紫外光和部分可见光。④亚硝酸和硝酸：HNO2可以吸收300nm以上的光而离解；HNO3对于波长120~335nm的辐射均有不同程度的吸收。⑤二氧化硫：由于SO2的键能较大，240~400nm的光不能使其离解，只能生成激发态的SO2*参与许多光化学反应。⑥甲醛：对260~360nm波长范围的光有吸收，醛类的光解是大气中HO2的重要来源之一。⑦卤代烃：以卤代甲烷对大气污染化学作用最大，在紫外光照射下，其卤素原子离解；若卤代甲烷中含有一种以上的卤素，则断裂的是最弱的键；高能量的短波长紫外光照射，可能发生两个键断裂，应断两个最弱键；即使是最短波长的光，三键断裂也不常见。6、太阳的发射光谱和地面测得的太阳光谱有何不同？为什么？答：因为在太阳光到达地面的过程中，大气中的各种物质对太阳光进行了不同程度的吸收。（书上没有答案，个人猜测）7、大气中有哪些重要自由基？其来源如何？（书上有很多反应方程式，很麻烦，没有一一列出）答：①HO：主要来自于O3、HNO2的光离解，以及H2O2的光离解。②HO2：主要来源于醛的光离解，尤其是甲醛；亚硝酸酯和H2O2的光解也会导致生成HO2。③R：大气中存在量最多的烷基是甲基，主要来源于乙醛和丙酮的光解；O和HO与烃类发生H摘除反应时也可生成烷基自由基。④RO：甲烷基主要来源于甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解。⑤RO2：过氧烷基都是由烷基与空气中的氧气结合而形成的。8、大气中有哪些重要含氮化合物？说明它们的天然和人为来源及对环境的污染。答：大气中主要含氮化合物有N2O、NO、NO2、NH3、HNO2、HNO3、亚硝酸酯、硝酸酯、亚硝酸盐、硝酸盐和铵盐等。氧化亚氮（N2O）：主要来自天然源，即环境中的含氮化合物在微生物作用下分解而产生，其惰性很大，在对流层中稳定，但进入平流层中会吸收紫外光光解产生NO，会对臭氧层起破坏作用。土壤中的含氮化肥经微生物分解可产生N2O，这是人为产生N2O的原因之一。大气污染化学中所说的氮氧化物通常主要指一氧化氮和二氧化氮，用NOx表示。它们的天然源主要是生物有机体腐败过程中微生物将有机氮转化为NO，NO继续被氧化为NO2。另外，有机体中的氨基酸分解产生的氨也可被HO氧化成NOx。NOx的人为来源主要是矿物燃料的燃烧。城市大气中的NOx主要来自汽车尾气和一些固定排放源。矿物燃料燃烧过程中所产生的NOx以NO为主，通常占90%以上，其余为NO2。9、叙述大气中NO转化为NO2的各种途经。答：①以O3为氧化剂：NO+O3→NO2+O2②在HO与烃反应时，HO可从烃中摘除一个H而形成烷基自由基，该自由基与大气中的O2结合生成RO2。RO2具有氧化性，可将NO氧化成NO2：RH+HO→R+H2OR+O2→RO2NO+RO2→NO2+RO③上一步生成的RO可进一步与O2反应，O2从RO中靠近O的次甲基中摘除一个H，生成HO2和相应的醛：RO+O2→R’CHO+HO2HO2+NO→HO+NO2④HO和RO也可与NO直接反应生成亚硝酸或亚硝酸酯：HO+NO→HNO2RO+NO→RONO而HNO2和RONO都极易光解产生NO2。10、大气中有哪些重要的碳氢化合物？它们可发生哪些重要的光化学反应？答：①甲烷②石油烃③？（这个字电脑上找不着）类：④芳香烃：11、碳氢化合物参与的光化学反应对各种自由基的形成有什么贡献？答：12、说明光化学烟雾现象，解释污染物与产物的日变化曲线，并说明光化学烟雾产物的性质与特征。答：含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物的大气，在阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。由污染物与产物的日变化曲线可以看出，烃和NO的最大值发生在早晨交通繁忙时刻，这时NO2浓度很低。随着太阳辐射的增强，NO2、O3的浓度迅速增大，中午时已达到较高浓度，它们的峰值通常比NO峰值晚出现4~5h。由此可以推断NO2、O3和醛是在阳光照射下由大气光化学反应而产生的，属于二次污染物。早晨由汽车排放出来的尾气是产生这些光化学反应的直接原因。傍晚交通繁忙时刻，虽然仍有较多汽车尾气排放，但由于日光已较弱，不足以引起光化学反应，因而不能产生光化学烟雾现象。用光化学烟雾形成的机制解释图中各条曲线。清晨，大量的碳氢化合物和NO由汽车尾气及其他污染源排放到大气中，由于夜间NO被氧化的结果，大气中已存在少量的NO2。在日出时，NO2光解生成O，随之发生一系列次级反应。所产生的HO开始氧化碳氢化合物，进而与空气中的O2作用而生成HO2、RO2和RC(O)O2等自由基。它们有效地将NO氧化为NO2，于是NO2浓度上升，碳氢化合物与NO浓度下降。当二氧化氮浓度达到一定值时，O3开始积累。又由于自由基与NO2所发生的终止反应使NO2增长受到限制，当NO向NO2转化速率等于自由基与NO2的反应速率时，NO2浓度达到极大。此时O3仍不断地增加着。当NO2浓度下降到一定程度时，其光解而产生的O量不断减少，于是就会减少O3生成速度。当O3的增加与其消耗达到平衡时，O3浓度达到最大。下午，因日光减弱，NO2光解受到限制，于是反应趋于缓慢，产物浓度相继下降。光化学烟雾是高浓度氧化剂的混合物，也称为氧化烟雾。光化学烟雾的特征是：烟雾呈蓝色，具有强氧化性，能使橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，并使大气能见度降低。其刺激物浓度的高峰在中午和午后，污染区域往往在污染源的下风向几十到几百公里处。13、说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。（回答得较简单）答：在光化学反应中，自有基反应占很重要的地位，自由基的引发反应主要是由NO2和醛光解而引起的。而碳氢化合物的存在是自由基转化和增值的根本原因。14、何谓有机物的反应活性？如何将有机物按反应活性分类？答：有机物反应活性表示某有机物通过反应生成产物的能力。可以用有机化合物与HO之间的反应速度常数来反映碳氢化合物的反应活性。15、简述大气中SO2氧化的几种途径。答：（1）SO2的气相氧化：①SO2的直接光氧化：低层大气中SO2吸收紫外光后形成激发态的SO2分子，直接氧化成SO3；②SO2被自由基氧化；③SO2被氧原子氧化。（2）SO2的液相氧化：SO2被水吸收后，①被O3、H2O2氧化：②金属离子对SO2液相氧化具有催化作用。16、论述SO2液相氧化的重要性，并对各种催化氧化过程进行比较。答：大气中存在着少量的水和颗粒物。SO2可溶于大气中的水，也可被大气中的颗粒物所吸附，并溶解在颗粒物表面所吸附的水中。在水中，SO2被氧化而生成硫酸，从而形成酸雨或硫酸烟雾。硫酸与大气中的NH4+等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。当pH低于4或5时，H2O2是使S(Ⅳ)氧化为硫酸盐的重要途径。pH≈5或更大时，O3的氧化作用比H2O2快10倍。而在高pH下，Fe和Mn的催化氧化作用可能是主要的。在所研究的浓度范围内，HNO2（NO2-）和NO2在所有pH条件下对S(Ⅳ)的氧化作用都不重要。17、说明酸雨形成的原因。答：大气中的SO2和NOx经氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亚硝酸，这是造成降水pH降低的主要原因。（回答得较简单，不知是否全面）18、确定酸雨pH界限的依据是什么？答：在未被污染的大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是CO2，如果只把CO2作为影响天然降水pH的因素，根据CO2的全球大气浓度330mL/m3与纯水的平衡：CO2(g)+H2OCO2·H2OCO2·H2OH++HCO3-HCO3-H++CO32-式中：KH——CO2水合平衡常数，即亨利系数；K1，K2——分别为二元酸CO2·H2O的一级和二级电离常数。它们的表达式为：各组分在溶液中的浓度为：[CO2·H2O]=KH按电中性原理有：[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-]将[H+]、[HCO3-]和[CO32-]代入上式，得：[H+]3-（Kw+KHK1）[H+]-2KHK1=0式中：——CO2在大气中的分压；Kw——水的离子积。在一定温度下，Kw、KH、K1、K2、都有固定值，并可测得。将这些已知数值代入上式，计算结果得pH=5.6。多年来国际上一直将此值看作未受污染的大气水pH的背景值。把pH为5.6作为判断酸雨的界限。PH小于5.6的降雨称为酸雨。19、论述影响酸雨形成的因素。答：（1）酸性污染物的排放及其转化条件：降水酸度的时空分布与大气中SO2和降水中SO42-浓度时空分布存在着一定的相关性。即某地SO2污染严重，降水中SO42-浓度就高，降水的pH就低。（2）大气中的氨：降水pH决定于硫酸、硝酸与NH3以及碱性尘粒的相互关系。NH3是大气中唯一的常见气态碱。由于它易溶于水，能与酸性气溶胶或雨水中的酸起中和作用，从而降低了雨水的酸度。在大气中，NH3与硫酸气溶胶形成中性的硫酸铵或硫酸氢铵。SO2也可由于与NH3反应而减少，从而避免了进一步转化成硫酸。有人提出，酸雨严重的地区正是酸性气体排放量大并且大气中NH3含量少的地区。（3）颗粒物酸度及其缓冲能力：颗粒物对酸雨的形成有两方面的作用：一是所含的金属可催化SO2氧化成硫酸；二是对酸起中和作用。如果颗粒物本身是酸性的，就不能起中和作用。研究结果表明，无酸雨地区颗粒物的pH和缓冲能力均高于酸雨地区。（4）天气形势的影响：如果气象条件和地形有利于污染物的扩散，则大气中污染物浓度降低，酸雨就减弱，反之则加重。20、什么是大气颗粒物的三模态？如何识别各种粒子模？答：Whitby等人依据大气颗粒物按表面积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模，并用它来解释大气颗粒物的来源与归宿。按这个模型，可将大气颗粒物表示成三种模结构：即爱根核模（<0.05m）、积聚模(0.05m<<2m)和粗粒子模(>2m)。爱根核模主要来源于燃烧过程所产生的一次颗粒物，以及气体分子通过化学反应均相成核而生成的二次颗粒物。由于它们的粒径小，数量多，表面积大而很不稳定，易于相互碰撞凝结成大粒子而转入积聚模。也可在大气湍流扩散过程中狠快被其他物质或地面吸收而去除。积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚而长大。这些颗粒物多位二次污染物，其中硫酸盐占80%以上。它们在大气中不易由扩散或碰撞而去除。以上两种模的颗粒物合称为细粒子。粗粒子模的粒子称为粗粒子，它们多由机械过程所产生的扬尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒物所构成，因而它们的组成与地面土壤十分相近，这些粒子主要靠干沉降和湿沉降过程而去除。从各种模粒子的形成过程可看出，细粒子和粗粒子之间一般不会相互转化。21、说明大气颗粒物的化学组成以及污染物对大气颗粒物组成的影响。（太多，很麻烦）22、大气颗粒物中多环芳烃的种类、存在状态以及危害性如何？答：多环芳烃（PAH）是由若干个苯环彼此稠合在一起或是若干个苯环和戊二烯稠合在一起的化合物。它们的蒸汽压由分子中环的多少决定，环多的蒸汽压低，环少的蒸汽压高。因而环少的易于以气态形式存在，环多的则在固相颗粒物中。大气颗粒物中含量较多，并已证实有较强致癌性的PAH为苯并（a）笓(BaP)，其他活化致癌的PAH有苯并（a）蒽、苯并（e）笓、茚并（1，2，3-cd）荜等。PAH大多出现在城市大气中，其中代表性的致癌PAH含量大约为20g/m3，有些特殊的大气和废气中含量更高。大气中的PAH是由存在于燃料或植物中较高级的烷烃在高温下分解而形成的。这些高级烃可裂解为较小的不稳定的分子和残渣，它们再进一步反应便可生成PAH。PAH几乎只在固相中出现。PAH能同大气中的臭氧、氮氧化物等相互作用而形成二次污染物，甚至有些多环芳烃本身既不致癌，又不致突变，但在可引起光化学烟雾形成的条件下，生成了致癌、致突变化合物。23、何谓温室效应和温室气体？答：CO2如温室的玻璃一样，它允许来自太阳的可见光射到地面，也能阻止地面重新辐射出来的红外光返回外空间。因此，CO2起着单向过滤器的作用。大气中的CO2吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留于大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。能够引起温室效应的气体，称为温室气体。24、说明臭氧层破坏的原因和机理。答：臭氧层破坏的原因：人类活动范围扩大到平流层，超音速飞机向平流层中排放出水蒸气、氮氧化物等污染物；制冷剂、喷雾剂等惰性物质的广泛应用，会使这些物质长时间地滞留在对流层中，在一定条件下，会进入平流层从而破坏臭氧层。臭氧层破坏的机理：臭氧层的消耗过程，其一为光解，主要是吸收波长为210nm<<290nm的紫外光的光解： 另一个消耗过程是：正常情况下，臭氧的损耗和生成过程同时存在，处于动态平衡，臭氧浓度保持恒定。然而，由于水蒸气、氮氧化物、氟氯烃等污染物进入平流层，它们能加速臭氧损耗过程，破坏臭氧层的稳定状态。这些污染物在加速O3损耗过程中起催化作用。将直接参加破坏O3的物种称为活性物种或催化活性物种，已知的这类物种有：NOx（NO、NO2）、HOx（H、HO、HO2）、ClOx（Cl、ClO）。超音速飞机排放的NO是平流层中NOx的人为来源，它破坏臭氧层的机理为：总反应平流层中的HOx主要是由H2O、CH4或H2与O反应而生成的： HO破坏O3的机理为：总反应ClOx的人为来源是制冷剂，如F-11(CFCl3)和F-12(CF2Cl2)等氟氯烃。它们在波长175~220nm的紫外光照射下会产生Cl：光解所产生的Cl可破坏O3，其机理为：总反应第三章P1951.请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中[H2CO3*]、[HCO3－]和[CO32-]的表达式，并讨论这两个体系之间的区别。解：（1）在封闭体系中，存在着以下平衡：H2CO3*H++HCO3－①HCO3－H++CO32-②CT=[H2CO3*]+[HCO3－]+[CO32-]③④⑤⑥将①②③式分别代入④式，得：==同理==∴[H2CO3*]=[HCO3－]=[CO32-]=（2）在开放体系中，应用亨利定律：[H2CO3*]=又∵∴[HCO3－]=∵∴[CO32-]=（3）碳酸平衡的封闭体系和开放体系之间的区别：在封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3－]和[CO32-]可随pH值的变化而改变，但总的碳酸量CT始终保持不变；而对于开放体系来说，[HCO3－]、[CO32-]和CT均随pH值的变化而变化，但[H2CO3*]总保持与大气相平衡的固定数值。2.请导出总酸度、CO2酸度、无机酸度、总碱度、酚酞碱度和苛性碱度的表达式作为总碳酸量和分布系数（）的函数。解：由酸度的定义可知：总酸度=[H+]+[HCO3－]+2[H2CO3*]-[OH－]=[H+]+CT+2CT-Kw/[H+]=CT（+2）+[H+]-Kw/[H+]无机酸度=[H+]-[HCO3－]-2[CO32-]-[OH－]=[H+]-CT-2CT-Kw/[H+]=-CT（+2）+[H+]-Kw/[H+]游离CO2酸度=[H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH－]=[H+]+CT-CT-Kw/[H+]=CT（-）+[H+]-Kw/[H+]同理总碱度=[OH－]+[HCO3－]+2[CO32-]-[H+]=CT（+2）+Kw/[H+]-[H+]酚酞碱度=[OH－]+[CO32-]-[H2CO3*]-[H+]=CT（-）+Kw/[H+]-[H+]苛性碱度=[OH－]-[HCO3－]-2[H2CO3*]-[H+]=-CT（+2）+Kw/[H+]-[H+]3.向某一含有碳酸的水体中加入重碳酸盐，问：①总酸度、②总碱度、③无机酸度、④酚酞碱度和⑤CO2酸度是增加、减少还是不变。答：由酸碱度的表达式：总酸度=CT（+2）+[H+]-Kw/[H+]总碱度=CT（+2）+Kw/[H+]-[H+]无机酸度=-CT（+2）+[H+]-Kw/[H+]酚酞碱度=CT（-）+Kw/[H+]-[H+]CO2酸度=CT（-）+[H+]-Kw/[H+]可知，当加入重碳酸盐时，增大，∴总酸度、总碱度均增大，无机酸度减小，而酚酞酸度和CO2酸度不变。4.在一个pH为6.5、碱度为1.6mmol/l的水体中，若加入碳酸钠使其碱化，问需加多少mmol的碳酸钠才能使水体pH上升至8.0。若用NaOH强碱进行碱化，又需加多少碱？解：（1）加入Na2CO3时：（mmol/l）即：若用Na2CO3进行碱化，需加Na2CO31.07mmol/l。（2）由总碱度=CT（+2）+Kw/[H+]-[H+]得：CT=令当pH在5~9范围内、碱度≥10-3mol/l时，[H+]、[OH-]项可以忽略不计，得：CT=当加入NaOH强碱进行碱化时，CT不变，查碳酸平衡系数表3-3得：pH=6.5时，=1.71pH=8.0时，=1.018∴CT==1.6×1.71=2.736(mmol/l)当pH=8.0时，[碱度]=(mmol/l)碱度增加量就是应加的碱量：∴△A=2.68-1.6=1.08(mmol/l)即：若用NaOH强碱进行碱化，需加NaOH1.08mmol/l。5.具有2.00×10-3mol/l碱度的水，pH为7.00，请计算：[H2CO3*]、[HCO3－]、[CO32-]和[OH-]的浓度各是多少？解：由pH=7.00得：[OH-]=1.0×10-7(mol/l)pH=7.00时，碱度主要由HCO3－引起∴[HCO3－]=2.0×10-3(mol/l)由=4.45×10-7得:[H2CO3*]=(mol/l)由=4.69×10-11得:[CO32-]=(mol/l)7.溶解1.00×10-4mol/l的Fe(NO3)3于1L具有防止发生固体沉淀Fe(OH)3作用所需最小[H+]浓度的水中，假定溶液中仅形成Fe(OH)2+和Fe(OH)2+而没有形成Fe2(OH)24+。请计算平衡时该溶液中[Fe3+]、[Fe(OH)2+]、[Fe(OH)2+]、[H+]和pH。解：对于Fe3+分步水解，存在以下水解平衡：Fe3++H2OFe(OH)2++H+①Fe(OH)2++H2OFe(OH)2++H+②Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O③又[Fe3+]+[Fe(OH)2+]+[Fe(OH)2+]=1.00×10-4④由①②③④式可解得：[Fe3+]=6.24×10-5(mol/l)[Fe(OH)2+]=2.92×10-5(mol/l)[Fe(OH)2+]=8.4×10-6(mol/l)[H+]=1.9×10-3(mol/l)pH=2.728.请叙述水中主要有机和无机污染物的分布和存在形态。答：（1）水中主要的有机污染物有：农药、多氯联苯（PCBs）、卤代脂肪烃、醚类、单环芳香族化合物、苯酚类和甲酚类、酞酸酯类、多环芳烃类（PAH）、亚硝胺和其他化合物等。这些有机污染物大部分难以降解，难溶于水、但易溶于有机溶剂和脂肪，能强烈分配到沉积物有机质和生物脂肪中，即使在水中浓度很低，在水生生物体内和沉积物中的浓度仍然可以很高。这些有毒、难降解的有机物，通过迁移、转化、富集或食物链循环，危及水生生物及人体健康。（2）水中危害较大的无机污染物主要是一些金属污染物，包括：镉、汞、铅、砷、铬、铜、锌、铊、镍和铍等。通过各种途径进入水体中的金属，绝大部分将迅速转入沉积物或悬浮物内。重金属对鱼类和其它水生生物的毒性，不是与溶液中重金属的总浓度相关，主要取决于游离（水合）的金属离子，对镉则主要取决于游离Cd2+浓度，对铜则主要取决于游离Cu2+及其氢氧化物。而大部分稳定配合物及其与胶体颗粒结合的形态则是低毒的，不过脂溶性金属配合物是例外，因为它们能迅速透过生物膜，并对细胞产生很大的破坏作用。9.什么叫优先污染物?我国优先控制污染物包括哪几类?答：（1）为了制定污染物的控制，在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象，称之为优先污染物。（2）我国优先控制的污染物包括：挥发性卤代烃类、苯系物、氯代苯类、多氯联苯、酚类、硝基苯类、苯胺类、多环芳烃类、酞酸酯类、农药、丙烯腈、亚硝胺类、氰化物、金属及其化合物，共14类。10.请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物?答：天然水体中存在的颗粒物有：矿物微粒和粘土矿物、金属水合氧化物、腐殖质、水体悬浮沉积物和其它颗粒物（藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴等）。11.什么是表面吸附作用、离子交换吸附作用和专属吸附作用？并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别。答：（1）表面吸附作用是由于胶体具有巨大的比表面和表面能，使固液界面存在的吸附作用，属于一种物理吸附，胶体表面积越大，所产生的表面吸附能越大，胶体的吸附作用也就越强。离子交换吸附是由于环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子，在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，故称为离子交换吸附，它属于物理化学吸附。专属吸附是指在吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键在起作用。专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。（2）水合氧化物对金属离子的专属吸附作用和非专属吸附作用的区别表现在以下几个方面：一是发生吸附的表面净电荷的符号，对于非专属吸附，其胶体表面发生吸附的净电荷为负电荷，而对于专属吸附，其在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面也能进行吸附作用。二是对于非专属吸附，金属离子所起的作用为反离子的吸附作用，而对于专属吸附，金属离子所起的作用为配位离子的作用。三是吸附时所发生的反应不同，非专属吸附发生的反应是阳离子交换，专属吸附是配位体交换。四是发生吸附时所要求的pH值不同，非专属吸附要求pH大于零电位点，而专属吸附时pH值可为任意值。五是吸附发生的位置不同，非专属吸附发生在胶体的扩散层，而专属吸附发生在胶体的内层。六是二者对于表面电荷的影响不同，非专属吸附发生后对表面电荷没有影响，而专属吸附使负电荷减少、正电荷增加。12.请叙述氧化物表面吸附配合模型的基本原理以及与溶液中配合反应的区别。答：氧化物表面吸附配合模型的基本点是把氧化物表面对H+、OH-、金属离子、阴离子等的吸附看作是一种表面配合反应。其实质内容就是把具体表面看作一种聚合酸，其大量羟基可以产生表面配合反应，但在配合平衡过程中需将邻近基团的电荷影响考虑在内，并在这一点上区别于溶液中的配合反应。13.用Langmuir方程描述悬浮物对溶质的吸附作用，假设溶液平衡浓度为3.00×10-3mol/L，溶液中每克悬浮物固体吸附溶质为0.50×10-3mol/L，当平衡浓度降至1.00×10-3mol/L时，每克吸附剂溶质为0.25×10-3mol/L，问每克吸附剂可以吸附溶质的限量是多少？解：由Langmuir方程即可知解以上两式，得：A=3.00×10-3G0=1.00×10-3mol/(L.g)14.请说明胶体的凝聚和絮凝之间的区别。答：由电介质促成的胶体颗粒的聚集称凝聚；由聚合物促成的胶体颗粒的聚集称絮凝。15.请叙述水中颗粒物可以哪些方式进行聚集？答：水中颗粒物的聚集方式有：压缩双电层凝聚、专属吸附凝聚、胶体相互凝聚、“边对面”絮凝、第二极小值絮凝、聚合物粘结架桥絮凝、无机高分子絮凝、絮团卷扫絮凝、颗粒层吸附絮凝和生物絮凝等。16.请叙述水环境中促成颗粒物絮凝的机理。答：水环境中促成颗粒物絮凝的机理主要有异向絮凝、同向絮凝和差速沉降絮凝。（1）异向絮凝：由颗粒的热运动即布朗运动推动下使颗粒发和碰撞而絮凝。（2）同向絮凝：是在水流速度梯度（G）的剪切作用下，颗粒产生不同的速度而发生碰撞和絮凝。（3）差速沉降絮凝：在重力作用下，沉降速度不同的颗粒会发生碰撞而絮凝。17.含镉废水通入H2S达到饱和并调整pH值为8.0，请算出水中剩余镉离子浓度（已知CdS的溶度积为7.9×10-27）。解：由pH=8.0得，[H+]=1.0×10-8mol/l（mol/l）18.已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下:Fe3++H2OFe(OH)2++H+lgK1=-2.16Fe3++2H2OFe(OH)2+2H+lgK2=-6.74Fe(OH)3(s)Fe3++3OH-lgKso=-38Fe3++4H2OFe(OH)4-+4H+lgK4=-232Fe3++2H2OFe2(OH)24++2H+lgK=-2.91请用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系。解：由Fe(OH)3(s)Fe3++3OH-lgKso=-38得[Fe3+][OH-]3=10-38∴p[Fe3+]=3pH-4①同理，由各级平衡常数可推出：将①代入以上各式，可得：p[Fe(OH)2+]=-1.84+2pHp[Fe(OH)2+]=2.74+pHp[Fe(OH)4-]=19-pHp[Fe2(OH)24+]=2pH-5.120.请叙述腐殖质的分类及其在环境中的作用。答：（1）根据腐殖质在酸溶液和碱溶液中的溶解度，腐殖质可分为三类：腐殖酸、富里酸和腐黑物。其中腐殖酸是可溶于稀碱液但不溶于酸的部分，分子量由数千到数万；富里酸为可溶于酸又可溶于碱的部分，分子量由数百到数千；腐黑物为不能被酸和碱提取的部分。（2）腐殖质与环境中有机物之间的作用主要有：吸附效应、溶解效应、对水解反应的催化作用、对微生物过程的影响以及光敏效应和猝灭效应等。腐殖质与金属离子生成配合物是其最重要的环境性质之一，许多研究表明，重金属在天然水体中主要以腐殖酸的配合物形式存在。21.在pH=7.00和[HCO3-]=1.25×10-3mol/l的介质中，HT2-与固体PbCO3平衡，其反应如下：PbCO3(s)+HT2-PbT-+HCO3-K=4.06×10-2问作为HT2-形态占NTA的分数。解：将K、[HCO3-]代入，即得：即PbT-与游离的NTA比值约为32.48则作为HT2-形态占NTA的分数为:22.请叙述有机配体对重金属迁移的影响。答：有机配位体对重金属迁移的影响主要有两方面的影响：（1）影响颗粒物对重金属的吸附：加入配位体可能以下列方式影响吸附：①由于和金属离子生成配合物，或与表面争夺可给吸附位，使吸附受到抑制；②如果配位体能形成弱配合物，并且对固体表面亲和力很小，则不致引起吸附量的明显变化。③如果配位体能生成强配合物，并同时对固体表面具有实际的亲和力，则可能会增大吸附量。（2）影响重金属化合物的溶解度：重金属和羟基的配合作用，提高了重金属氢氧化物的溶解度。23.什么是电子活度pE，以及它和pH的区别。答：（1）还原剂和氧化剂可以定义为电子给予体和电子接受体，则定义pE=-lg(ae)ae——水溶液中电子的活度。（2）pH是在酸碱反应的基础上提出来的，是溶液中氢离子活度的负对数，表征溶液的酸碱性；而pE是在氧化还原反应的基础上提出来的，是水溶液中电子活度的负对数，表征溶液的氧化还原性质。24.有一个垂直湖水，pE随湖的深度增加将起什么变化？（已经改正）答：在垂直湖水中，pE随湖的深度增加将减小。在湖泊表层水，是与大气接触的富氧区，氧化性强，其电子活度低，接受电子的倾向强，pE值大。随着湖水深度的增加，逐步过渡到缺氧区，还原性增强，电子浓度增大，接受电子的倾向减弱，提供电子的能力强，pE值减小。25.从湖水中取出深层水,其pH=7.0，含溶解氧浓度为0.32mg/l，请计算pE和Eh。pE0＝+20.75，＝mol/L.pa解：Pa1/4O2+H++e1/2H2OpE0=+20.75pE=pE0+lg{[PO2]1/4[H+]}==13.226.在厌氧消化池中和pH=7.0的水接触的气体含65%的CH4和35%的CO2，请计算pE和Eh。解：1/8CO2+H++e1/8CH4+1/4H2OpE0=+2.8728.解释下列名词：分配系数、标化分配系数、辛醇-水分配系数、生物浓缩因子、亨利定律常数、水解速率、直接光解、间接光解、光量子产率、生长物质代谢和共代谢。答：分配系数：有机毒物在沉积物中的平衡浓度和在水中的平衡浓度的比值。标化分配系数：以有机碳为基础表示的分配系数。辛醇-水分配系数：化学物质在辛醇中浓度和在水中浓度的比例。生物浓缩因子：有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比。亨利定律常数：有机毒物在空气中的摩尔浓度与其在水中的浓度之比。水解速率：有机物通过水解作用的消失率。直接光解：化合物本身直接吸收了太阳能而进行的分解反应。间接光解：又称敏化光解，水体中存在的天然物质被阳光激发，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解反应。光量子产率：分子吸收光子被活化后，它可能进行光反应，也可能通过光辐射的形式进行“去活化”，再回到基态，进行光化学反应的光子占吸收总光子数之比，称为光量子产率。生长代谢：有些有机污染物可以作为微生物的唯一碳源与能源使微生物生长代谢，这种现象称为生长代谢。共代谢：某些有机物不能作为微生物的唯一碳源与能源，必须有另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时，该有机物才能被降解，此现象称为共代谢。29.某水体中含有300mg/l的悬浮颗粒物，其中70%为细颗粒，有机碳含量为10%，其余的粗颗粒有机碳含量为5%。已知苯并[a]芘的Kow为106，请计算该有机物的分配系数。解:Koc=0.63Kow=0.63×106Kp=Koc[0.2(1-f)X+fX]＝0.63×106×[0.2(1-0.7)×0.05+0.7×0.1]＝4.6×10430.一个有毒化合物排入至pH＝8.4，T＝25℃水体中，90％的有毒物质被悬浮物所吸着，已知酸性水解速率常数Ka＝0，碱性催化水解速率常数Kb＝4.9×10-7L/（d.mol），中性水解速率常数Kh＝1.6d-1，请计算化合物的水解速率常数。解：Kh＝KN+aw（Ka[H+]+Kb[OH-]）＝1.6+0.1×（0×10-8.4+4.9×10-7×10-5.6）＝1.6(d-1)31.某有机污染物排入pH＝8.0，T＝20℃的江水中，该江水中含悬浮颗粒物500mg/L，其有机碳含量为10％。（1）若该污染物分子量为129，溶解度为611mg/L，饱和蒸汽压为1.21Pa（20℃），请计算该化合物的亨利定律常数（Pa·m3/mol），并判断挥发速率是受液膜控制或气膜控制。（2）假定Kg＝3000cm/h，求该污染物在水深1.5m处挥发速率常数（Kv）。解：（1）KH＝1.21×129/611＝2.6×10-1Pa·m3/mol∵KH<1.0130Pa·m3/mol∴挥发作用主要受气膜控制，此时可用KV=KH’Kg简化式求KV。（2）(d-1)32.某有机污染物溶解在一个含有200mg/L悬浮物、pH=8.0和T=20℃的水体中，悬浮物中细颗粒为70%，有机碳含量为5%，粗颗粒有机碳含量为2%，已知此时该污染物的中性水解速率常数Kh=0.05d-1，酸性催化水解速率常数Ka=1.7L/(mol.d)，碱性催化水解速率常数Kb=2.6×106L/(mol.d)，光解速率常数Kp=0.02h-1，污染物的锌醇-水分配系数Kow=3.0×105，并从表中查到生物降解速率常数KB=0.20d-1，忽略颗粒物存在对挥发速率和生物降解速率的影响，求该有机污染物在水体中的总转化速率常数。解:KL=0.02h-1=0.02×24=0.48d-1Cp=200mg/L=2.00×10-4kg/L∴d-1水解速率常数:Kh=KA[H+]+KN+KBKW/[H+]=1.7×1×10-8+0.05+2.6×106×10-14/1.0×10-8=2.65d-1① 未考虑吸着影响时KT=Kvm+Kb+KL+Kh=0.9+0.14+0.48+2.65=4.17d-1② 考虑吸着影响时Kp=0.63Kow[0.2(1-f)X+fX]=0.63×3.0×105(0.2×0.3×0.02+0.7×0.05)=6.84×10-3K'T=KT/(CpKp+1)=4.17/(2×10-4×6.84×103+1)=1.76d-133.某河段流量Q=2160000m3/d，流速为46km/d，T=13.6℃，耗氧系数K1=0.94d-1，复氧系数K2=1.82d-1，BOD沉浮系数K3=0.17d-1，起始段面排污口排放的废水约为10×104m3/d，废水中含BOD5500mg/L，溶解氧为0mg/L，上游河水BOD5为0mg/L，溶解氧为8.95mg/L，求排污口下游6km处河水的BOD5和氧亏值。解:①混合液中溶解氧:mg/L混合液的pH值:mg/L混合液的BODu值:mg/L②13.6℃时饱和溶解氧浓度为10.35mg/L,则D0=10.35-8.55=1.80mg/L③mg/L④==3.37mg/L35.请叙述有机物在水环境中的迁移转化存在哪些重要过程。答：有机物在水环境中的迁移转化的重要过程主要有吸附分配作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等。（1）吸附分配作用：研究表明，颗粒物从水中吸着憎水有机物的量与颗粒物中有机质含量密切相关。（2）挥发作用：是有机物从溶解态转入气相的一种重要的迁移过程。（3）水解作用：是有机化合物与水之间最重要的反应。对于许多有机物来说，水解作用是其在环境中消失的重要途径。（4）光解作用：是有机污染物真正的分解过程，因为它不可逆地改变了反应分子，强烈地影响水环境中某些污染物的归趋。（5）生物降解作用：生物降解是引起有机污染物分解的最重要的环境过程之一。水环境中化合物的生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分解有机物。生物降解作用可分为生长代谢和共代谢。一、 土壤有哪些主要成分？并说明它们对土壤的性质与作用有哪些影响？答：1：土壤的矿物质：（1） 原生矿物质，是各种岩石受到不同的物理风化未经过化学风化的碎屑物，原来的化学组成和洁净构造都没有变化。（2） 次生矿物质，由原生矿物质经化学风化后形成的新矿物。2：土壤有机质：含碳有机化合物，主要来源于动植物残体。3：土壤水分：主要来自大气降水和灌溉，是植物养分的主要来源，也是进入土壤的各种污染物向其他环境迁移的媒介4：土壤中的空气：N2、O2、CO2，是一不连续体系。二、什么是土壤的活性酸度和潜性酸度？试用它们二者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。答：1：土壤的活性酸度：土壤溶液中H+浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。2：潜性酸度：土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+，通过离子交换作用进入溶液之后，增加土壤溶液的[H+],所带来的酸度为潜性酸度。3：二者关系：是同一个平衡体系的两种酸度，二者可以相互转化，在一定条件下，处于暂时平衡状态，土壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现，潜性酸度则是活性酸度的贮备。4：我国南方土壤酸度偏高的原因：南方土壤矿物质中代换性Al3+含量较高，这是土壤中潜性酸度的主要来源，Al3+在土壤中发生水解生成较多H+，提高土壤的酸度。如：Al3++3H2O＝Al(OH)3+3H+所以，南方土壤酸度偏高。三、 壤的缓冲左右有哪几种？举例说明其作用原理。1：土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液中含有的有机酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用，如Na2CO3，当加入盐酸时：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2CO3，生成中性盐与碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。当加入Ca(OH)2时：H2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2H2O，生成溶解度小的CaCO3，抑制了土壤碱度的变化范围。2：土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氯离子分别对酸、碱起缓冲作用，对酸的缓冲作用：土壤胶体M+HCl＝土壤胶体H+MCl对碱的缓冲作用：土壤胶体H+MOH＝土壤胶体M+H2O四、什么是盐基饱和度？它对土壤性质有何影响？1：盐基饱和度：在土壤交换性阳离子中，盐基离子所占的百分数。2：对土壤性质的影响：盐基饱和度越高，土壤对酸的缓冲能力越大，盐基饱和度越低，土壤对碱的缓冲能力越大。五、比较土壤阴阳离子交换吸附的主要作用原理与特点。1：阳离子交换吸附：土壤胶体吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子进行的交换① 以离子价为依据进行等价交换② 受质量作用规律支配③ 离子电荷数越高，阳离子交换能力越强④ 等价离子中，离子半径越大，水化例子半径就越小，具有较强的交换能力⑤ 不同土壤的阳离子交换量不同2：阴离子交换吸附：带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换作用阴离子的交换吸附比较复杂，它可与胶体微粒或溶液中的阳离子形成难溶性沉淀而被强烈的吸附。如：PO43-、HPO42-等。不能形成难溶性盐的阴离子，如Cl-、NO3-、NO2-等，不被或很少被土壤吸附。六、土壤中重金属向植物体内转移的主要方式及影响因素有哪些？1：主要方式：① 膜孔滤过：直径小于膜孔的水溶性物质，借助膜两侧静水压及渗透压经膜孔滤过，② 被动扩散：脂溶性物质顺浓度梯度扩散③ 被动易化扩散：有些物质在高浓度侧与膜上特异性蛋白质载体结合，通过生物膜，至低浓度侧解离出原物质④ 主动转运：在需消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质⑤ 胞吞和胞饮：少数物质和膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起膜的外包或内陷而被包围进入膜内，固体物质这一转运称为胞吞，液态物质这一转运称为胞饮。２：影响因素：① 植物种类：不同植物种类或不同植株从土壤中吸收转移重金属的能力不同② 土壤种类：土壤的酸碱性和腐殖质的含量会影响重金属向植物体内的转移能力③ 重金属形态：重金属盐的溶解度会影响重金属向植物体内的转移能力④ 重金属在植物体内的迁移能力：各种金属在植物体内的迁移能力是不同的，从而影响重金属向植物体内的转移能力。七、植物对重金属污染产生耐性作用的主要机制是什么？　　　植物对重金属污染产生耐性由植物的生态学特性、遗传学特性和重金属的物化性质等因素所决定，不同种类的植物对重金属污染的耐性不同。主要机制有：　　１：植物根系通过改变根际化学性状，原生质泌溢等作用限制重金属离子跨膜吸收　　２：重金属与植物的细胞壁结合，重金属离子被局限于细胞壁上，而不能进入细胞质　　３：酶系统的作用：耐性品种或植株中有保护酶活性的机制，使酶的活性在重金属离子含量升高时不受影响，同时激活另一些酶。　　４：形成重金属硫蛋白或植物络合素：（金属结合蛋白的解毒作用）植物体内存在的金属结合蛋白与进入植物体内的重金属络合，使其以不具生物活性的无毒螯合物形式存在，降低金属离子的活性，从而减轻或解除毒害作用。八、举例说明影响农药在土壤中进行扩散和质体流动的因素有哪些？１：影响农药在土壤中扩散的因素① 土壤水分含量：扩散随水分含量增加而变化，水分含量影响扩散形式，干燥土壤中无扩散② 吸附：由于土壤对农药的化学吸附，降低其有效扩散系数③ 土壤的紧实度：土壤紧实度升高，会降低土壤对农药的扩散系数④ 温度：温度升高，扩散系数增大⑤ 气流速度：气流速度升高，土壤表面水分含量降低，使农药蒸汽更快离开土壤表面，同时使农药蒸汽向土壤表面的运动速度加快⑥ 农药种类：不同农药的扩散系数不同2：影响质体流动的因素① 农药与土壤之间的吸附，吸附越强，移动越困难。② 土壤有机质含量越高，农药在土壤中的渗透深度变浅③ 农药种类：不同农药在土壤中通过质体流动转移的深度不同九、比较DDT和林丹在环境中的迁移、转化与归趋的主要途径与特点1：迁移：扩散质体流动土壤中水分会影响DDT与林丹的挥发量土壤的表面积增大，林丹和DDT的蒸汽密度就下降林丹和DDT在土壤中通过质体流动转移的深度不同，林丹比DDT移动的距离长2：迁移转化：DDT在土壤中挥发不大，易被土壤胶体吸附，在土壤中移动不明显，但DDT可通过植物根际渗入植物体内，在叶片中积累量最大；DDT在土壤中生物降解主要按还原、氧化、脱氧化氢等机理进行，另外可光解。林丹的蒸汽压比DDT大，所以较DDT易挥发而进入大气。因为林丹挥发性强，所以在水、土壤中和其他环境对象中积累较少，在土壤底层移动相应缓慢；林丹在生物体中代谢并在土壤中进一步降解；与DDT相比，林丹具有较低的积累性和持久性。十、有机磷农药在环境中的主要转化途径。举例说明其原理1：非物质降解① 吸附催化水解：是有机磷农药在土壤中降解的主要途径；由于吸附催化水解反应在有土壤存在的体系中快，降解半衰期偏短。② 光降解：在大气中逐步发生光化学分解2：生物降解：被土壤微生物以不同的方式降解