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文档简介
本册教案目录
课次课题(章节)页码
—•第一章绪论第一节环境化学第二节环境污染物1~4
第二章大气环境化学第一节大气污染物的迁移
二5〜8
第二节大气污染物的转化
三二、氮氧化合物的转化三、碳氢化合物的转化9-13
四四、光化学烟雾五、硫氧化合物的转化及硫酸烟雾型污染14-19
五六、酸性降雨20〜24
七、大气颗粒物八、温室气体和温室效应九、臭氧层的形
六25〜29
成与损害
第三章水环境化学第一节天然水体基本特征及污染物
七存在形态30〜34
第二节水中无机污染物的迁移转化
八三、溶解和沉淀35-40
九四、氧化和还原41〜47
十五、配合作用六、光解作用48〜54
十一第四章土壤环境化学第一节土壤的组成和性质55-60
十二第二节土壤的吸附性61〜63
十三第三节土壤酸碱性、氧化一还原性64-69
十四第四节土壤重金属的迁移和转化70-76
十五第五节土壤中农药的迁移和转化77〜84
十六第五节土壤中农药的迁移和转化85-88
本册教案目录
课次课题(章节)页码
第五章生物体内污染物的运动过程及毒性
十七89〜92
第一节污染物的生物吸收和生生物浓缩
十八第二节污染物在体内的转移93-96
十九第三节污染物的生物转化97〜102
103〜
二十第四节有机污染物的微生物转化
111
二十一第五节无机物的生物转化112~115
116〜
二十二第六节污染物的毒性
118
第六章典型污染物在环境各圈层中的转归效应
二十三119—124
第一节重金属
125〜
二十四第二节有机物
128
嘉应学院教案
第」—次课2—学时授课时间次07920教案完成时间
2007.7.16
课题(章
第一章绪论第一节环境化学第二节环境污染物
节)
教学目的与要求:
(1)了解环境问题的产生,环境化学基本概念;
(2)掌握环境中的污染物类型、种类;
(3)了解环境化学研究的范畴。
教学重点、难点:
重点:环境中污染物的类别,环境化学研究的对象和范畴;
难点:环境问题产生的原因。
教学方法及师生互动设计:
教学方法:讲授法;
师生互动设计:提问:环境和化学之间有什么联系?
讨论:环境包括有哪些?
课堂练习、作业:
作业:环境中污染物有哪些?
本次课教学内容小结:
对于同学们第一次接触环境化学,首先应从环境与化学之间联系讲到
环境问题产生的原因,再讲环境问题研究的对象和范畴,环境中污染物有哪
些,让同学们在脑海中形成一系列的环境化学概念,为此后所讲的内容作一
个整体的认识。也激发同学们对此门课程学习的兴趣。
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1页
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备注
(包括:教学
教学内容(讲稿)手段、时间分
配、临时更改
等)
第一章绪论
第一节环境化学
一、环境问题
1、环境污染
最初,人们将环境问题和环境污染联系起来。确实,从本质上看,
大多数环境问题由环境污染引起。就目前人们的认识水平来看,所谓环
境污染,指的是由于自然的或人为的(生产、生活)原因,往原先处于
正常状态的环境中附加了物质、能量或生物体,其数量或强度超过了环
境中的附加物质、能量或生物体,其数量或强度超过了环境的自净能力
(自动调节能力)、使环境质量变差,并对人或其它生物的健康或环境
中某些有价值物质产生有害影响的现象。
20世纪30-70年代发生的最著名的世界八大公害事件中,有五个公
害是由于排放大量气体和浮尘引起的,另外三个公害是由于污染而最终
引起食物中毒事件。
20世纪70年代以来,所发生的许多公害的严重程度已远远超过了
八大公害事件。在印度,博帕尔农药厂化学品泄露造成约3000人死亡;
在墨西哥城,液化气罐暴炸使千人遇难;在前苏联,切尔弱贝利核反应
爆炸使核尘遍布欧洲。
更为严重的是,现在不是局部的污染,而是生态环境的恶化。每年
有600万hn?具有生产力的旱地变成沙漠,有1100多万hm2的森林遭
到破坏。在非洲,干旱将3500万人置于危难之中;由于引用水被污染,
全球每年约有6*1。7人死于腹泻等等。由此可见,决定地球人类前途和
命运的是“环境”。
2、持续发展
1987年环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中第一次
阐述了可持续发展的概念,得到了国际社会的广泛共识。
可持续发展是指既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的
能力。换句话说,就是指经济、社会、资源和环境保护协调发展,它们
是一个密不可分的系统,既要达到发展经济的目的,又要保护好人类赖
以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境,使子孙后
代能够永续发展和安居乐业。也就是江泽民同志指出的:“决不能吃祖
宗饭,断子孙路”。
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(包括:教学
教学内容(讲稿)手段、时间分
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二、环境化学
1、环境化学的概念
环境污染问题促进了环境化学研究的进展。例如,通过煤烟型大气
污染问题的研究发展了硫和气溶胶化学,通过光化学烟雾污染的研究发
展了大气光化学,通过酸雨污染的研究发展了降水化学。另一方面,当
污染物进入水体后,又将怎样迁移、转化,日本发生的水俣病是一个典
型的例子。这促使人们探讨汞的迁移、转化、存在形态及环境影响,反
过来又促进了环境化学的发展。
2、环境化学的任务;内容及特点
环境分析化学
环境分析化学研究如何运用现代科学理论和先进实验技术来鉴
别和测定环境中化学物质的种类、成分形态及含量。具体而言:
3、环境化学的发展动向
(1)环境分析化学
(2)各圈层环境化学
(3)环境工程化学
第二节环境污染物
一、环境污染物的类别
1、人类社会不同功能产生的污染物
(1)工业
(2)农业
(3)交通运输
(4)生活
2、化学污染物
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(包括:教学
教学内容(讲稿)手段、时间分
配、临时更改
等)
(1)元素
无机物
有机化合物和煌类
(2)金属有机和准金属有机化合物
(3)含氧有机化合物
(4)有机氮化合物
(5)有机卤化合物
(6)有机硫化合物
(7)有机磷化合物
二环境效应及其影响因素
1、环境物理效应
2、环境化学效应
3、环境生物效应
三、环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介
1、污染物的迁移与转化
2、迁移方式
3、转化方式
4、污染物在多介质中的迁移、转化和循环
举例:大气一水一土壤
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第2次课2学时授课时间2007927教案完成时间
2007.7.17
课题(章第二章大气环境化学第一节大气中污染物的迁移
节)第二节大气中污染物的转化
教学目的与要求:
(1)了解大气中污染物有哪些?
(2)掌握光化学反应概念;
(3)掌握大气中一些重要物质的光解;
(4)掌握一些重要自由基的来源。
教学重点、难点:
重点:(1)光化学反应概念;
(2)大气中一些重要物质的光解。
难点:大气中一些重要自由基的来源。
教学方法及师生互动设计:
教学方法:讲授法;
师生互动设计:提问:光化学反应的条件是什么?
讨论:哪些物质能产生光化学反应?
课堂练习、作业:
(1)何谓光化学?
(2)大气中有哪些重要的吸光物质?
(3)大气中有哪些重要自由基?其来源如何?
本次课教学内容小结:
通过光化学反应的教学,要同学们了解光化学反应,掌握大气中一
些重要的光化学离解及一些重要自由基的来源。在讲授自由基的光化学反应
时,要从光化学反应条件讲起,这样同学们比较容易接受。
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第三章大气环境化学
第一节大气中污染物的转移
一、大气温度层结
出示大图:
图1大气温度的垂直分布
图2大气密度的垂直分布
大气垂直递减率
二、辐射逆温层
三、绝热过程与干绝热过程
四、大气稳定度的判定
五、影响大气污染物迁移的因素
1、风和大气湍流的影响
2、天气形势和地理地势的影响
第二节大气中污染物的转化
一、光化学反应基础
1、光化学反应过程
什么是光化学反应?
初级过程:
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(包括:教学
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-------A
A+hvA*
次级过程
举例:
HC1+hv»H+Cl
H+HO____►H2+Cl
Cl+Ci--------►Cl2
2、量子产率(不做介绍)
3、大气中重要吸光物质的光离解
(1)氧分子和氮分子的光离解
02+hv'0+0
--->
N,+hvN+N
(2)臭氧的光离解
。3+hVA0+O2
(3)NO2的光离解
NO2+hvN0+0
(4)亚硝酸和硝酸的光离解
HNO2+hV'HO+NO
HNO2+hv»H+NO2
HNO3+hv'HO+NO2
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(包括:教学
教学内容(讲稿)手段、时间分
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(5)二氧化硫对光的吸收
S02+hv"SO2*
(6)甲醛的光离解
H2CO+hV'H+HCO
-------►
H2CO+hVH2+CO
(7)卤代烽的光离解
CH3X+hVACH3+X
二、大气中重要自由基的来源
1、大气中HO和HO2自由基的浓度
2、大气中HO和HO?自由基的来源
HO来源一:03+hv»O+O2
0+H2U»2H0
HO来源二:
HNO2+hv'HO+NO
-----►
H2O2+hV2H0
HO2的来源:
H2CO+H+HCO
H+O2+W—►HO,+M
HCO+ey->HO2+co
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第3次课2学时授课时间2007.10.11教案完成时
间2007.7.18_________________
课题(章
二、氮氧化合物的转化三、碳氢化合物的转化
节)
教学目的与要求:
(1)掌握大气中氮氧化合物的光化学反应;
(2)掌握大气中碳氢化合物的光化学反应;
(3)了解大气中氮氧化合物和碳氢化合物的来源。
教学重点、难点:
(1)掌握大气中氮氧化合物的光化学反应;
(2)掌握大气中碳氢化合物的光化学反应;
教学方法及师生互动设计:
教学方法:讲授法;
师生互动设计:提问:氮氧化合物主要有哪些?
讨论:大气中碳氢化合物有哪些?
课堂练习、作业:
(1)大气中有哪些重要氮氧化合物,说明它们的天然和人为来源及对
环境污染;
(2)大气中有哪些重要碳氢化合物,它们可发生哪些重要的光化学反
应?
(3)叙述大气中NO转化为NO2的各种途径。
本次课教学内容小结:
在光化学反应概念基础上,进一步讲授氮氧化合物和碳氢化合物在大
气中的光化学反应,同学们较易接受。对于氮氧化合物和碳氢化合物,由于
种类繁多,关键是要掌握它们的反应机制及在转化过程中相互之间的关系。
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(包括:教学
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3、R、RO和RO2等自由基的来源
大气中存在最多的烷基是甲基,主要来源是:
CH3cHO+hvCH3+HCO
CH3coe此+hv►CH3+CH3CO
烷基自由基:
RH+O►R+HO
RH+HO---»R+H2O
甲氧基:
CH3ONO+fi-v--►CH3O+NO
CH3ONO2+»CH3O+N02
过氧烷基:
R+O2RO2
三、氮氧化物的转化
1、大气中的含氮化合物
大气污染化学中所说的氮氧化合物通常是指一氧化氮和二氧化氮,
用NOx表示;
氮氧化合物的天然来源主要是指生物体腐败过程中被微生物分解的
有机氮;氮氧化合物的人为来源主要是矿物燃烧过程中和汽车尾气
所排放出来的;
空气中氮和氧在高温条件下反应机制如下:
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。20+0
0+-Nr—>NO+N
—►
N+O2NO+0
—►
2NO+o22NO2
前三个反应进行得快,所以燃烧过程中产生的NO多,而NO?少。
2、氮氧化合物和空气混合体系中的光化学反应
---------A
N02+hVNO+O
0+C)2+M・03+M
>
03+N0NO?+(_)2
3、氮氧化物的气相转化
(1)NO的氧化
NO+O3aNO2+O2
N0+R©2_►NO,+RO
、
NO+HO2NO2+HO
NO+HO”HJNO2
NO+RO►RONO
(2)NO2的转化
NO2+HO—►HNO3
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N02+03*N03+02
N02N2O5
(3)PAN
CH3C0+O2►CH3COOO
CH3COOO+NO;--►CH3COOONO2
四、碳氢化合物的转化
1、大气中主要的碳氢化合物
(1)甲烷
大气中含量最高的碳氢化合物,占全世界碳氢化合物排放量的
80%以上。
(2)石油燃
大气中已检出的烷烧有100多种,长链煌的烷烧易形成气溶胶或
吸附在颗粒物质上;
烯煌多以聚合物的形式存在;乙快在电焊过程中排放最多。
(3)菇类
植物生长过程中向大气排放的有机物
(4)芳香煌
大气中的多环芳煌都吸附在颗粒物上,有的在香烟中也存在,
般的,室内含量高于室外。
2、碳氢化合物在大气中的反应
(1)烷煌的反应
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RH+HOR+H2O
RHRR+HO
(2)稀烽的反应
与HO发生加成反应和氢原子摘除反应
CH2==CH2+110>^CH2cH20H
CH3CH==CH2HO
-------►
CH3cHeH20HCH3CH==CH2+HO
CH3CH(OH)CH2
-
CH3cH20H+02一ACH2(O2)CH2OH
CH2(O2)CH2OH+NOACH2(0)CH2OH+
NO2
—►
CH2(0)CH,OHH2CO+CH2OH
-----►
CH2(0)CH2OH+0,HCOCHoOH+
HO2
CH2OH+O2—+H2CO+HO2
+HO>CHCHCH==CH
摘氢反应:CH3CH2CH==CH232
+H2O
3、光化学烟雾现象
(1)什么是光化学烟雾
由汽车、工厂等污染源排入大气中的碳氢化合物和NOx等一次污染物
在阳光(紫外线)作用下发生光化学反应生成二次污染物,参与这光化
学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物(其中有气体污染物、
也有气溶胶)所形成的烟雾污染现象。
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嘉应学院教案
第4次课2学时授课时间2007.10.17教案完成时间
2007.7.19
课题(章
四、光化学烟雾五、硫氧化合物的转化及硫酸烟雾污染
节)
教学目的与要求:
(1)了解光化学烟雾概念,类型及其危害;
(2)掌握光化学烟雾形成机制;
(3)掌握硫氧化合物的转化及硫酸烟雾型污染。
教学重点、难点:
重点:光化学烟雾概念;硫氧化合物的转化;
难点:光化学烟雾形成机制。
教学方法及师生互动设计:
教学方法:讲授法;
师生互动设计:提问:何谓光化学反应?
讨论:参加光化学反应的污染物质有哪些?
课堂练习、作业:
(1)大气中重要污染物质的光化学反应日变曲线;
(2)光化学烟雾有哪些危害?应如何防治?
本次课教学内容小结:
在光化学烟雾概念学习的基础上,简化一套光化学烟雾形成机制,这
有利于同学们的学习,但是不能死记硬背,应在理解的基础上加以掌握,比
如,光化学烟雾形成的前提条件是什么,NOx的日变曲线,碳氢化合物的
日变曲线,这些都要加以掌握。
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(2)化学烟雾类型
还原型:主要污染物是烟煤的各类工矿企业,初生污染物是
so2co和粉尘等,次生污染物是硫酸和硫酸盐气溶胶。
氧化型:是形成过程中光化学反应起了主导作用,又称光化
学烟雾,主要污染物是燃油汽车,锅炉和石油化工企业排气。
(3)光化学烟雾的危害
对眼和呼吸道有强刺激作用。03等氧化剂有强氧化破坏作
用,严重时可导致死亡
(4)光化学反应的形成
・格罗塞斯定律:只有体内分子吸收的光,才能有效的引
起体系内的光化学反应。也就是说,引起反应的光一定是被体系
内分子所吸收的那部分,而不是反射和散射的那部分。
②光化当量定律:能有效的产生光化学反应并造成分
子(原子)活化的光量子仅是那些能量超过活化能的光量子,
因而在初级反应中物体吸收的具有活化能的光量子数应等
于被活化的分子数(或原子数)。一个光量子是hu。形成步
骤:
当分子吸收光子以后变为激发态分子:
A+hu-----aA*
激发态也可以通过以下几个过程退激:(1)A*B1+B2...
(光分解)
(2)A*营C1+C2+...(与B发生反应)
(3)A**A+hu(产生荧光或磷光)
(4)A*+M-A+M(与惰性分子发生能量碰撞)
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③光化学烟雾形成的条件:
有引起光化学反应的紫外线;(提供光能)
有燃类特别是烯煌的存在;(提供反应物)
有N02参加(提供自由基)
(5)光化学烟雾的日变化曲线
出示大图:光化学烟雾日变化曲线
(6)光化学烟雾形成的简化机制
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通过对光化学烟雾形成的模拟实验,已证明在碳氢化合物和氮氧化合物
的相互作用有如下过程:
■污染空气中N02的光解是形成光化学烟雾的起始反应
aNO2+hu-----►NO+O
b0+Oi+M-----►O3+M
x
cNO+O3-NO2+02
■碳氢化合物、HO、。等自由基和。3氧化,导致醛、酮、醇、酸
等产物以及重要中间产物生成(RO.、HO2.,RCO等自由基生
成。
aRH4-HOT^R.+H2O
R.+O2RO2.
--------►
bRCHO+OH.RC(O)O2+HO.
CRCHO+hu-*RO2.+HO2.+CO
■过氧自由基引起NO向NO2转化,并有03和PAN生成
aH02.4-NOT►NO2+OH
bR02.+NCLNO2+RCHO+HO2.
-------►
CRC(O)O2.+NONO2+RO2.+co2
->
DOH.+N6THNO3
ERC(O)O2.+bi5r>RC(O)O2NO2
FRC(O)O2NO;-►RC(O)O2.+NO2
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(7)光化学烟雾的控制对策
五、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染
1、二氧化硫的来源
人为来源主要来自含硫矿物的燃烧,主要是煤的燃烧,就全球范围
而言占了60%;其次是来源于石油的燃烧和炼制,占了30%左右。
天然来源主要来自火山喷发。二氧化硫的大量排放,会造成大气污
染,造成酸雨和硫酸型气溶胶等。
2二氧化硫的气相氧化
(1)SO2的直接光氧化
。-
3s2+05-►SOT>SO3+O
或so2+so4»2SO3
(2)SO2被自由基氧化
SO2与HO的反应
HO+SO2-------►HOSO,
HOSO2+O;~>HO2+SO3
SO3+H2O'H2so4
与其他自由基反应
CH3CHOO+S02»CH3CHO+so3
HO,+SO]-----►HO+SO3
CH3O2+S02-►CH3O+so3
-------►
CH3C(0)O2+SO2CH3C(0)O+SO3
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2、二氧化硫的液相氧化
(1)SO2的液相平衡:
so2+H2OS02•H20
SO,•H0a+
2H+HSO3'
+2
HSOf-►H+SO3-
(2)O3对SO2的氧化:
03+S02•H20A+2
2H+SO4'+
02
03+HSU3»HSO4'+02
03+sof~►SO?+02
小。对)的氧化:
2SC2HSO3'+H2O2SO2OOH+H2O
SOoOOH-+H+A
H2SO4
(3)金属离子对SO2液相氧化的催化作用:
2+
Mir++MnSO2
2+2+
2MnSO2+0^A2MnSO3
2+2+
MnSO3+H20aMn+H2SO4
O»2H2sO4
总反应:2SO2+2H2O+2
3、硫酸烟雾型污染
硫酸烟雾也称伦敦烟雾,最早发生在英国伦敦。它主要是由于燃
煤而排放出来的二氧化硫、颗粒物以及二氧化硫氧化所形成硫酸盐颗粒
物所造成的大气污染现象。在硫酸型烟雾的形成过程中,二氧化硫转化
为三氧化硫主要靠雾滴中铺、铁及化作用。
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第5次课2学时授课时间2007.10.25教案完成时间
2007.7.20
课题(章
六、酸性降水
节)
教学目的与要求:
(1)了解全球及我国的酸雨分布状况;
(2)理解酸雨的背景值;
(3)掌握酸雨的形成原因;
(4)理解我国南方酸雨高于北方的原因。
教学重点、难点:
(1)掌握酸雨的形成原因;
(2)理解我国南方酸雨高于北方的原因。
教学方法及师生互动设计:
教学方法:讲授法;
师生互动设计:提问:能够导致雨水现酸性的有哪些?
讨论:我国南方酸雨高于北方的原因是什么?
课堂练习、作业:
写出酸雨形成的化学方程式。
本次课教学内容小结:
通过本节课的学习,让同学们了解何谓酸雨,酸雨有哪些危害及其
怎样防治。在此基础上,更重要的是要理解有哪些因素会导致酸雨的形成,
这是本堂课所要讲授的重点内容。
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20页
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(包括:教学
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六、酸性降水
酸性降水是指通过降水,如雨、雪、雾等将大气中的酸性物质迁移
到地面的过程。酸性
降水始于酸雨问题出现之后,在上个世纪50年代,英国的R・A・5加1±
最早观察到酸雨,
并提出“酸雨”这个名词。现在全球三大酸雨区主要分布在北欧、北美
和我国的西南地区。
1、降水的pH
在未被污染的大气中,可溶水含有的酸性气体是二氧化碳。CO2
与纯水存在的平衡关系是:
co2(g)+H2O―CO2•1120
CO2-IW-►H++HCOf
+2
HCO3H+C03-
Kn=[CO2•H2O]/pCO2
+
KI=[H][HC03]/[HCO:i]
K2=[H+][C0/]/[HC03]各组分在溶液中的浓度为:
[C02-H20>KHpC02
+
HCO:=KHK1pCO2/[H]
2-+2
[CO3]=KHK1K2pCO2/[H]
根据电荷平衡有:
+++2
[H]=KM/H]+KHK1PC02/[H]+2KHK1K2pC02/[H]
第
21页
嘉应学院教案
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(包括:教学
教学内容(讲稿)手段、时间分
配、临时更改
等)
计算出PH=5.6。多年以来,国际上把5.6作为判断酸雨的界限。PH小
于5.6的降水称为酸雨。
2、降水pH的背景值
近年来通过对降水的多年观测,对PH为5.6作为酸性降雨的标准
提出了异议。因为在未被污染的大气中,除了酸性物质二氧化碳化,还
存在其他各种酸、碱和气溶性物质。他们含量所少,但对大气降水却有
一定的影响。因为自然大气中产生的硫酸和硝酸会使降水的PH降低,
也有其它地区大气中含有碱性气体导致降水PH值升高。
因此,PH为5.6不是一个判别降水是否受到酸化和人为污染的合
理界限。
应该根据各个地区不同的自然条件,比如:地质、气象、水文等
差异,求出当地大气降水的合理背景值,以此值来作为判断依据,比较
合理。
3、降水的化学组成
(1)降水的组成
大气中固定气体成分
(。2、用、82、%及惰性气体)
无机物
土壤衍生矿物离子(AF+、Ca2+>Mg2\Fe3\Mn2+
和硅酸盐等);
2
海洋盐类离子(Na+、Cl\Br-、SO4\HCO3\K\
Ca2+>Mg2+等);
2
气体转化物(so4\NO3\NH4\cr>和H+);
人为排放源(As、Cd、Cr>Co、Cu、Pb、Mn、Mo、Ni等)
第
22页
嘉应学院教案
备注
(包括:教学
教学内容(讲稿)手段、时间分
配、临时更改
等)
有机物(有机酸、醛类、烷烧、烯煌和芳煌)
光化学反应产物(H2O2、。3和PAN等)
不溶物(来自土壤和燃料燃烧排放尘粒中不能溶于水的部
分)
(2)降水中的离子成分
2
主要是SO4)、N03\cr和NH4+、Ca\H+等
4、酸雨的化学组成
SO+[O]>
2so3
so3+H5e->H2sO4
SO2+Ha£L>H2sO3
HSO3+[0],H2sO4
NO+fO^->NO2
2NOo+HTO-►HNO3+HNO2
5、影响酸雨形成的因素
(1)酸性污染物的排放及其转化条件
从观测数据看来,降水酸度的时空分布与大气中的SO2和降水
中的s(V-浓度的
时空分布存在一定的相关性。也就是说,某地区污染严重,降水中scV-
浓度就高,降水的
PH值就低。例如我国的西南地区就是一个例子
第
23页
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配、临时更改
等)
(2)大气中的氨
美国人根据雨水的分布提出,酸雨严重的地区正是酸性气体排
放量大并且大气中
NH3含量最少的地区。我国在西南地区和京津唐地区对大气中的气态氨
测定也发现,我国
京津唐地区土壤PH值为7~8以上,而贵阳、重庆地区一般为5~6,大
气中氨气含量北方高
于南方,因而多发生在南方。
(3)颗粒物酸度及其缓冲能力
大气中的颗粒物主要来自扬尘,而扬尘的化学组
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