环境化学复习大纲

1.环境污染：(PPT)人类活动产生的副产品和废物进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统的结构与功能发生变化，对生态系统产生的一系列干扰和侵害，如水污染、大气污染、酸雨、臭氧层破坏、海洋污染等等。具体地说：环境污染就是指有害物质对大气、水、土壤和动植物污染并达到有害的程度。

(课本)由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件，就叫做环境污染。

2.环境化学：在化学科学的传统理论和方法的基础上发展起来的是以化学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科。

3.环境污染物：是环境化学研究的对象，主要指进入环境后使环境的正常组分和性质发生直接或间接的有害于人类的变化的物质。大部分污染物是人类生产和生活活动产生的。

4.污染物的转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。 

5.一次污染物：是指直接从污染源排放的污染物质，如CO、SO2 、NO等。

6.二次污染物：是指由一次污染物经化学反应形成的污染物质，如臭氧（O3）、硫酸盐颗粒物等。

7.污染物在大气中的迁移：是指有污染源排放出来的污染物由于空气的运动使其传输和分散的过程。

8.天气形势：是指大范围气压分布的状况，局部地区的气象条件总是受天气形势的影响。

9.自由基：也称游离基，是指由于共价键均裂而生成的带有为成对电子的碎片。

大气中常见的自由基如HO.,HO2.，RO.,RO2.，RC(O)O2. 

10.光化学反应：分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应

11.光化学烟雾：含有氮氧化物或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的现象。

12.酸性降水：是指通过降水，如雨、雪、雾、冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面的过程。

13.温室效应：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的现象。

14.干沉降：是指颗粒物在重力作用下沉降，或与其他物体碰撞后发生的沉降。

15.湿沉降：是指通过降雨、降雪等使颗粒物从大气中除去的过程。

16.PM2.5：空气动力学直径Dp≤2.5μm的颗粒物

17.富营养化：是指生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧下降，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

18.凝聚：由电介质促成的聚集

19.絮凝：由聚合物促成的聚集

20.电子活度：电极上电子有效浓度

21.土壤：是指地球陆地表面具有一定肥力且能生长植物的疏松表

层。它是由岩石风化和母质的成土两种过程综合作用下形成的产

物。其本质属性是具有肥力，由固、液、气三相组成。

22.腐殖酸：可溶于稀碱溶液但不溶于酸的部分，相对分子质量由数千到数万

23.富里酸：可溶于酸又可溶于碱的部分，相对分子质量由数百到数千。

24.腐黑物：不能被酸和碱提取的部分。

25.生长代谢：许多有毒物质可以像天然有机污染物那样作为微生物的生长基质被降解，不需要其他化合物提供微生物碳源或能源的现象。

26.共代谢：某些有机污染物不能作为微生物唯一的碳源与能源，必须有另外的化合物存在提供探员和能源时，该有机物才能被分解的现象。

27.离子交换：在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据做等价交换。

28.活性酸度：土壤的活性酸度为土壤中氢离子浓度的直接反映，又称为有效浓度，通常用PH表示。

29.化学农药在土壤中的迁移：是指农药挥发到气相的移动以及在土壤溶液中和吸附在土粒上的扩散、迁移，是农药从土壤进入大气、水体和生物体的重要过程，主要方式是通过扩散和质体流动等。

30. 扩散：由于热能引起分子的不规则运动而使物质分子发生迁移的过程

31．生物富集：是指生物通过非吞食方式，从周围环境（水、土壤、大气）蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体内的浓度超过周围环境中浓度的现象。

32.生物放大：是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象

33.生物积累：就是生物从周围环境（水、土壤、大气）和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度超过周围环境中浓度的现象。

34.酶：是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分、具有生物活性的生物催化剂。

35.有机物质的生物降解：有机物质通过生物氧化以及其他的生物转化，可以变成更小、更简单的分子的过程。

36.同化：绿色植物和微生物吸收硝态氮和铵态氮，组成机体中蛋白质、核酸等含氮有机物质的过程。

37.氨化：所有生物残体中的有机氮化物经微生物分解成铵态氮的过程。

38.硝化：氨在有氧条件下通过微生物作用，氧化成盐的过程。

39.反硝化：盐在通气不良条件下，通过微生物作用而还原的过程。

40.硫化：硫化氢、单质硫等在微生物作用下进行氧化，最后生成硫酸的过程。

41.反硫化：硫酸盐、亚硫酸盐等，在微生物作用下进行还原，最后生成硫化氢的过程。

42.汞的生物甲基化：在好氧或厌氧条件下，水体底质中某些微生物能二价无机汞盐转变为甲基汞或二甲基汞的过程 。

43.联合作用：两种或两种以上的毒物，同时作用于机体所产生的综合毒性称为毒物的联合作用。

44.协同作用：是指联合作用的毒性大于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。

45．相加作用：指联合作用的毒性等于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。即其中各毒物成分之间均可按比例取代另一毒物成分，而混合物毒性均无改变。

46.作用：指各毒物对机体的侵入途径、作用部位、作用机理均不相同，因而在其联合作用中各毒物生物学效应彼此相关、互不影响。

47.拮抗作用：指联合作用的毒性小于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。

48.致突变作用：是指生物细胞内DNA改变，引起遗传特性突变的作用。

49.致突变物：具有致突变作用污染物质。

50.表面活性剂：分子中同时具有亲水性基团和疏水性基团的物质。

51.植物提取：植物直接吸收污染物并在体内蓄积，植物收获后才进行处理。收获后可进行热处理、微生物处理和化学处理。

52.植物降解：植物本身及其相关微生物和各种酶系将有机污染物降解为小分子的CO2和H2O，或转化为无毒性的中间产物。

53.植物稳定：植物在与土壤的共同作用下，将污染物固定并降低其生物活性，以减少其对生物与环境的危害。

54.植物挥发：植物挥发是与植物吸收相连的，它是利用植物的吸取、积累、挥发而减少土壤挥发性的污染物。

二、填空题（25*1’）

1、环境化学的主要任务：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；潜在有害物质的来源，以及他们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。

2、环境污染物按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等；

按污染物的形态可分为气体污染物、液体污染物和固体废弃物；

按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物。

3、污染物可通过蒸发、渗透、凝聚、吸附和放射性元素蜕变等物理过程实现转化；

可通过化学氧化、氧化还原、配位和螯合、水解等化学作用实现转化；

也可通过生物的吸收、代谢等生物作用实现转化。

4、大气的主要成分包括：N2（78.08%），O2（20.95%），Ar（0.934%）,和CO2（0.0314%）。

稀有气体：He,Ne,Kr,Xe。

5、大气中芳香烃主要有两类，即单环芳烃和多环芳烃。

6在大气污染研究中，人们常常根据烃类化合物在光化学反应过程中活性的大小，把烃类化合物区分为甲烷（CH4）和非甲烷烃(NMHC)两类.

7、在对流层中，Γ>0，一定条件下会出现反常现象；当Γ=0时，称为等温气层；当Γ<0时，称为逆温气层。

8、近地面层的逆温有辐射逆温、平流逆温、融雪逆温和地形逆温等；自由大气的逆温有乱流逆温、下沉逆温和锋面逆温等。

9、影响污染物在大气中的扩散的三个因素：风、湍流和浓度梯度；风可使污染物向下风向扩散，湍流可使污染物向各方向扩散，浓度梯度可使污染物发生质量扩散，其中风和湍流起主导作用。

10、海陆风：白天，空气从海洋流向生成海风；夜间，陆地上的空气流向海洋生成陆风。

山谷风：白天，由谷底流向山坡的气流称为谷风；夜间，在重力作用下，山坡上的冷空气沿坡下滑形成山风。

11、自由基反应可分为单分子自由基反应、自由基-分子相互作用以及自由基-自由基相互作用三种类型。

12、光化学烟雾的形成条件是大气中有氮氧化合物和碳氢化合物存在，大气温度较高，而且有强的阳光照射。

降水的组成包括大气中固定气体成分、无机物、有机物、光化学反应产物、不溶物。

13、大气中温室效应气体有二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧等。

14、大气中颗粒物的消除与颗粒物的粒度化学性质密切相关。通常有两种消除方式：干沉降和湿沉降。

15、大气颗粒物按其粒径大小可分为总悬浮颗粒物、飘尘、降尘、可吸入颗粒物。

16、大气颗粒物的三模态包括Aitken核膜，积聚模，粗粒子模。

17、大气中颗粒物有三种重要的表面性质，即成核作用、黏合和吸着。

18、天然水中常见的离子是K+,Na+，Ca2+，Mg2+,HCO3-,NO3-,Cl-和SO42-。

19、水中颗粒物的类别：矿物颗粒物和黏土矿物，金属水合氧化物，腐殖质。

20、水环境中胶体颗粒物的吸附作用大体可以分为表面吸附、离子交换吸附和专属吸附等。

21、水体中常见的吸附等温线有三类分别为H型，F型，L型。

12、河流的氧化垂线包括清洁区、分解区、区、恢复区、清洁区等五个区

23、光解过程可分为三类，第一类称为直接光解，第二类称为敏化光解，第三类称为氧化光解。

24、原生矿物质主要有石英、长石类、云母类、辉石、角闪石、黑云母、橄榄石、磁铁矿、磷灰石、黄铁矿等。

25、土壤中最常见的原生矿物有四类：硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物。

26、根据次生矿物的性质和结构可分为三类为：简单盐类、三氧化物类、次生铝硅酸盐类。

27、土壤中次生硅酸盐可分为三类，即伊利石、蒙脱石和高岭石。

28、影响土壤凝聚性能的主要因素是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度。

29、重金属在土壤中的结合态可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态。

30、污染物质在机体内的运动过程包括吸收、分布、排泄和生物转化，前三者统称转运，而排泄与生物转化又称为消除。

31、生物转化、化学转化和光化学转化构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。

32、有机毒物的生物转化途径复杂多样，但其反应类型主要是第一阶段为氧化、还原、水解，第二阶段为结合反应等四种。

33、结合反应的三个重要类型为葡萄糖醛酸结合、硫酸结合和谷胱甘肽结合。

34、烯烃最易降解，烷烃次之，芳烃较难，脂肪烃最为困难，已知极个别菌株能够利用脂环烃使之降解。在烷烃中，正构烷烃比异构烷烃容易降解，直链烷烃比支链烷烃容易降解。在芳香类中，苯的降解要比烷基苯类及多环化合物困难。

35、影响微生物反应速率的因素：物质的结构特征和微生物本身的特性，同时也与环境条件有关。

36、致癌物质根据特性可分为化学性致癌物、物理性致癌物（如X射线、放射性核素氡）和生物性致癌物（如某些致癌病毒）。

按照对人和对动物致癌作用的不同，可分为确证致癌物、可疑致癌物和潜在致癌物。

根据作用机理可分为遗传毒性致癌物和非遗传毒性致癌物。

37、有机卤代烃包括卤代烃、多氯联苯，多氯代二恶英、有机氯农药等。

38、表面活性剂按亲水基团结构和类型可分为四种：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂。

39、影响微生物修复效率的因素有营养物质、电子受体、污染物的性质、环境条件和微生物的协同作用。

40、植物修复去除污染物质的方式有植物提取、植物降解、植物稳定和植物挥发四种。

三、简答题（40’）

1、⑴环境化学研究内容：①有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；②潜在有害物质的来源，以及它们在个别环境介质中和不同介质的环境化学行为；③有害物质对环境和生态系统以及个体健康产生效应的机制和风险性；④有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。

⑵环境化学的研究任务：是通过系统教学使学生掌握环境化学的基本概念、基本理论和环境化学研究的基本技能；掌握典型污染在环境各圈层中的存在特性和迁移转化过程；了解污染物进入生物体内的途径及污染物在生物体内的运动过程、毒性机理与效应；了解受污环境的修复方法和基本原理等。为后期课程和以后从事环境保护和环境科学研究工作奠定理论基础。

2、公害

(1)比利时马斯(Meuse)河谷烟雾事件：发生在1930年12月，重工业排放的SO2使数千人中毒，60余人死亡。 (2)美国洛杉矶光化学烟雾事件：发生在1943年5～10月，造成400余人死亡；原因：石油工业和汽车废气在紫外线作用下产生的化学烟雾。(3)多诺拉烟雾事件：1948年10月26～31日，美国宾夕法尼亚州多诺拉镇冶炼厂排放的SO2和烟尘，使5911人发病，17人丧生。 (4)伦敦烟雾事件：发生在1952年12月5～8日，四天内中毒死亡4000多人；原因：粉尘中Fe2O3使SO2转变成硫酸，附着在烟尘，吸入肺部。 (5)四日市哮喘事件：1955年以来日本四日市石油提炼和工业燃油产生的废气严重污染城市大气，哮喘病患者达817人，死亡36人。(6)痛痛病事件：1955～1972年日本富山县内的锌、铅冶炼厂等排放的含镉废水污染神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米含镉，居民食用含镉米和饮用含镉水而中毒，患者超过280人，死亡数十人。 (7)水俣病事件：1953～1956年，日本熊本县水俣市，居民食用含有甲基汞的鱼，导致水俣湾和新县阿贺野川下游有机汞中毒者283人，其中60人死亡。 (8)米糠油事件：1968年3月，日本北九州市，爱知县一带生产米糠油时，混入多氯联苯，造成13000人中毒，死亡16人；原因：食用含有PCBs的米糠油。

3、举例简述污染物在环境各圈层间的迁移转化过程。

答：以汞为例，汞在环境中的存在形态有金属汞、无机汞化合物和有机汞化合物三种。在好氧或厌氧条件下，水体低质中某些微生物能使二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞。甲基汞脂溶性大，化学性质稳定，容易被鱼类等生物吸收，难以代谢消除，能在食物链中逐级放大。甲基汞可进一步转化为二甲基汞。二甲基汞难溶于水，有挥发性，易散逸到大气中，容易被光解为甲烷、乙烷和汞，故大气中二甲基汞存在量很少。在弱酸性水体（pH4~5）中，二甲基汞也可转化为二甲基汞。

4、大气的主要层次是如何划分的？每个层次具有哪些特点？

答：⑴对流层，对流层是大气的最底层，其厚度随纬度和季节而变化。在赤道附近为16~18km，在中纬度地区为10~12km，两级附近为8~9km。特点：①气温随海拔高度的增加而降低，大约每上升100m，温度降低0.6℃；②密度大，大气总质量的3/4以上集中在对流层。

⑵平流层，平流层是指从对流层顶到海拔高度约50km的大气层。在平流层下部，即30~35km以下，随海拔高度的降低，温度变化并不大，气温趋于稳定，因此，这部分大气又称为同温层。特点：①空气没有对流运动，平流运动占显著优势；②空气比对流层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象；③在高15~60km范围内，有厚约20km的一层臭氧层，臭氧的空间动力学分布主要受其生成和消除的过程所控制。

⑶中间层，中间层是指从平流层顶到80km高度的大气层。特点：①空气较稀薄；②温度随海拔高度的增加而迅速降低；③空气对流运动非常激烈。

⑷热层，热层是指80km到约500km的大气层，这一层的空气处于高度电离的状态，故该层又叫电离层。特点：①空气比中间层更加稀薄，大气质量仅占大气总质量的0.5%；②大气温度随海拔高度的增加而迅速增加。

⑸逃逸层，热层以上的大气层，是地球大气的最外层，逃逸层空气极为稀薄，其密度几乎与太空密度相同。

5、光化学烟雾形成的条件：①大气中有氮氧合物和碳氢化合物；②气温较高；③强阳光照射。

6、光化学烟雾形成的简化机制

光化学烟雾形成的反应机制可概括为如下12个反应来描述：

引发反应：      NO2 + hv → NO + O   

                O  + O2 + M → O3+M

                O3 + NO → NO2 + O2

自由基传递反应：RH + HO  → RO2  + H2O  

                RCHO + HO  → RC(O)O2  +H2O

RCHO + hv → RO2  + HO2  + CO

                HO2  + NO → NO2 + HO  

RO2  + NO → NO2 + R’CHO+ HO2  

RC(O)O2  + NO → NO2 + RO2  + CO2

终止反应：      HO  + NO2 → HNO3

RC(O)O2  + NO2 → RC(O)O2 NO2

RC(O)O2NO2  → RC(O)O2  + NO2  

7、SO2和NOx是形成酸雨的主要起始物，其形成过程为：

SO2+[O]→SO3

SO3+H2O→H2SO4

SO2+H2O→H2SO3

H2SO3+[O]→H2SO4

NO+[O]→NO2

2NO2+H2O→HNO3+HNO2

8、影响酸雨形成的因素：

⑴酸性污染物的排放及其转化条件：某个地区气温高、湿度大，有利于SO2的变化，因此造成了大面积强酸性降雨区。

⑵大气中的NH3：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。

⑶颗粒物酸度及其缓冲能力：一是所含的金属可能催化SO2氧化成硫酸。二是对酸起中和作用。

⑷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。

9、用所学的知识解释我国北方未出现酸雨，而西南地区酸雨严重的原因，并简述酸雨的危害。

答：⑴我国西南地区煤中硫含量高，且很少经脱硫处理，直接用作燃烧，SO2排放量很高。再加上西南地区气温高，湿度大，有利于SO2的转化。南方工业多，排放污染物固然就比较多，而且西南地区多山，不利于污染物的扩散，而北方多平原，湿度也较小，故西南地区酸雨严重。

⑵酸雨的危害：①对水生系统的危害，会丧失鱼类和其它生物群落，改变营养物和有毒物的循环，使有毒金属溶解到水中，并进入食物链，使物种减少和生产力下降。②对陆地生态系统的危害，重点表现在土壤和植物。对土壤的影响包括抑制有机物的分解和氮的固定，淋洗钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化。对植物，酸雨损害新生的叶芽，影响其生长发育，b导致森林生态系统的退化。③对人体的影响。一是通过食物链使汞、铅等重金属进入人体，诱发癌症和老年痴呆；二是酸雾侵入肺部，诱发肺水肿或导致死亡；三是长期生活在含酸沉降物的环境中，诱使产生过多氧化脂，导致动脉硬化、心梗等疾病概率增加。④对建筑物、机械和市政设施的腐蚀。

10、什么是大气颗粒物的三种模态？如何识别各种粒子模？

答：⑴爱根核模(Dp<0.05 μm ) ：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。粒径小，数量多，表面积大而很不稳定，易相互碰撞结成大粒子而转入积聚模。也可在大气湍流扩散过程中很快被其他物质或地面吸收而去除。

⑵积聚模  (0.05 μm ⑶粗粒子模 (Dp>2 μm )：粗粒子模的粒子称为粗粒子，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，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。

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：⑴表面吸附作用:由于胶体表面具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用。胶体表面积越大，吸附作用越强。

离子交换吸附作用: 环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子。胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，这种作用称为离子交换吸附作用，属于物理化学吸附。该反应是可逆反应，不受温度影响，交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂的性质有关。

专属吸附作用: 指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用不但可以使表面点荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。

⑵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土壤胶体的阳离子交换吸附：土壤胶体吸附的阳离子，可与土壤溶液中的阳离子进行交换，其反应如下：

土壤胶体（2Na2+）+ ⇌土壤胶体（Ca2+）+2Na2+

土壤胶体阳离子交换过程除以离子价为依据进行等价交换和质量作用定律支配外，各种阳离子交换能力的强弱，主要依赖于以下因素：电荷数、离子半径及水化程度。

②土壤胶体的阴离子交换吸附：土壤中阴离子交换吸附是指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阳离子形成难溶性沉淀而被强烈地吸收。

13、辐射逆温产生有哪些特点？

答：（1）是地面因强烈辐射而冷却降温所形成的。

（2）这种逆温层多发生在距地面 100-150 m 高度内。

（3）最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗的夜晚。

（4）有云和有风都能减弱逆温。

（5）风速超过 2-3 m/s，逆温就不易形成。

14、光化学烟雾形成机制的定性描述。

答：（1）是通过链式反应形成的

（2）以 NO2 光解生成原子氧作为主要的链引发反应

（3）由于碳氢化合物的参与，导致 NO → NO2，其中 R 和 RO2 起主要作用

（4）NO → NO2 不需要 O3 参与也能发生，导致 O3 积累

（5）O3 积累过程导致许多羟基自由基的产生

（6）NO 和烃类化合物耗尽

15、试比较分配及吸附作用。

答：（1）分配(Partition): 主要是指有机化合物（尤其是非离子性有机化合物）通过溶解作用分配到土壤有机质、水生生物脂肪以及植物有机质中去，经过一定时间达到分配平衡的过程。

（2）吸附(adsorption):主要是指有机物质在固相上的表面现象，它包括物理化学范畴内的物理吸附和化学吸附，是土壤矿物表面的电荷和各种化学键力作用的结果。