《环境化学》戴树桂(第二版)-课后习题与参考答案

《绪论》部分重点习题与参考答案

1.如何认识现代环境问题的发展过程？

环境问题不止限于环境污染，人们对现代环境问题的认识有个由浅入深，逐渐完善的发展过程。

a、在20世纪60年代人们把环境问题只当成一个污染问题，认为环境污染主要指城市和工农业发展带来的

对大气、水质、土壤、固体废弃物和噪声污染。对土地沙化、热带森林破环和野生动物某些品种的濒危灭绝等并

未从战略上重视，明显没有把环境污染与自然生态、社会因素联系起来。

b、1972年发表的《人类环境宣言》中明确指出环境问题不仅表现在水、气、土壤等的污染已达到危险程度,

而且表现在对生态的破坏和资源的枯竭；也宣告一部分环境问题源于贫穷，提出了发展中国家要在发展中解决环

境问题。这是联合国组织首次把环境问题与社会因素联系起来。然而，它并未从战略高度指明防治环境问题的根

本途径，没明确解决环境问题的责任，没强调需要全球的共同行动。

c、20世纪80年代人们对环境的认识有新的突破性发展，这一时期逐步形成并提出了持续发展战略，指明

了解决环境问题的根本途径。

d、进入20世纪90年代，人们巩固和发展了持续发展思想，形成当代主导的环境意识。通过了《里约环境

与发展宣言》、«21世纪议程》等重要文件。它促使环境保护和经济社会协调发展，以实现人类的持续发展作为

全球的行动纲领。这是本世纪人类社会的又一重大转折点，树立了人类环境与发展关系史上新的里程碑。

2.怎样了解人类活动对地球环境系统的影响

地球环境系统即为生物圈，生物圈有五大圈层组成：大气圈水圈生物圈土壤圈岩石圈

这五大圈层受到人类影响也就影响了整个地球环境系统

例如：

大气圈，人类的工业化，是的矿物质燃料使得co2so2等气体大量进入大气中是的大气吸收的地面的长波辐

射增多，形成保温层这就是我们说的温室效应

生物圈：人类的砍伐，屠杀野生动物，造成生态系统的破坏，食物链的断裂或减少，是的生态系统的物质循

环，能量流动受到影响造成灾害各种生态系统的恢复力减弱抗破坏力减弱

土壤圈：树木的砍伐造成水土流失，人们盲目施肥造成土壤污染

水圈：水的污染就不用说了

岩石圈：人类活动的原因引发酸雨，溶洞腐蚀，砍伐造成风沙肆虐风化现象加剧

而且五大圈层相辅相成，一个受到影响会引发其他的影响，进而造成自然灾害，造成生命财产损失，人类的活动

最终的苦果还要人类自己承受

2.你对于氧、碳、氮、磷、硫几种典型营养性元素循环的重要意义有何体会?

(1)氧的循环:

(2)碳的循环:

(3)氮的循环

(4)磷的循环

(5)硫的循环

大气中的硫,

so2,H2S,

H2so4,CS2,(CH3)2S

大气中的硫物种与其它环境

圈层中硫物种的相互变化

（6）体会：氧、碳、氮、磷和硫等营养元素的生物地球化学循环是地球系统的主要构成部分，它涉及地层环境

中物质的交换、迁移和转化过程，是地球运动和生命过程的主要营力。

3.根据环境化学的任务、内容和特点以及其发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课程？

（1）环境化学的任务、内容、特点：环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的，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。环境化学是一门研究有害

化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核

心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支。

（2）环境化学的发展动向：国际上较为重视元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的生物地球化学循环及其相互耦合

的研究；重视化学品安全评价；重视臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。我国优先考虑的环境问题中与环境

化学密切相关的是：以有机物污染为主的水质污染；以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染：工业有毒有

害废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。

(3)我对学好这门课的观点：环境化学包含大气、水体和土壤环境化学多个分支学科，研究有害化学物质在大

气、水体和土壤环境中的来源、存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法。这就决定了环境化学

研究中需要运用现场研究、实验室研究、实验模拟系统研究和计算机模拟研究相结合的系统研究方法，主要以化

学方法为主，还要配以物理、生物、地学、气象学等其他学科的方法。因此，要求研究人员具有较广泛的各相关

学科的理论知识和实验动手能力。我们在日常学习中应当以开阔的视野，除了环境化学之外，广泛涉猎各相关学

科，并注重培养自己的实验操作，如此才可能学好这门课。

4.举例简述污染物在环境各圈的迁移转化过程。

以汞为例，说明其在环境各圈层的迁移转化过程，见下图。

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，水体底质中某

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

甲基汞也可转化为一甲基汞。

3,环境污染物有哪些类别?当前世界范围普遍关注的污染物有哪些特性?

(1)环境污染物的分类：

a.按污染物影响的环境要素可分为：大气污染物、水体污染物、上壤污染物

b.按污染物的形态可分为：气体污染物、液体污染物、固体污染物

c.按污染物的性质可分为：化学污染物、物理污染物、生物污染物

d.按人类社会活动不同功能产生的污染物可分为：工业、农业、交通运输、生活污染

等

(2)当前世界范围普遍关注的污染物t要特性是：持久行方•机污染物具有致突变、致痛和

致畸作用的所谓“三致”化学污染物，以及环境内分泌干扰物。

1、大气的主要层次是如何划分的？每个层次具有哪些特点？

（1）主要层次划分：根据温度随海拔高度的变化情况将大气分为四层。

大气层次海拔高度/km温度/P主要成分

对流层

O〜(10〜16)15〜-56NA»2。

2

平流层(10—16)—50-56--2q

中间层50—80-2~-92NO%

热层+++

80~500~92~1200NO,o2,o

（2）各层次特点:

①对流层：0〜18km；气温随高度升高而降低；有强烈的空气垂直对流；空气密

度大（占大气总质量的3/4和几乎全部的水汽和固体杂质）；天气现象复杂多变。

②平流层：18〜50km；平流层下部30〜'35km以下气温变化不大（同温层），30〜

35km以上随高度升高温度增大（逆温层）；有一20km厚的臭氧层，可吸收太阳的

紫外辐射，并且臭氧分解是放热过程，可导致平流层的温度升高；空气稀薄，水

气、尘埃的含量极少、透明度好，很少出现天气现象，飞机在平流层低部飞行既

平稳又安全；空气的垂直对流运动很小，只随地球自转产生平流运动，污染物进

入平流层可遍布全球。

③中间层：50〜80km；空气较稀薄；臭氧层消失；温度随海拔高度的增加而迅

速降低；大气的垂直对流强烈。

④热层：80〜500km；在太阳紫外线照射下空气处于高度电离状态（电离层），能

反射无线电波，人类可利用它进行远距离无线电通讯；大气温度随高度增加而升

高；空气更加稀薄，大气质量仅占大气总质量的0.

热层以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用与大气

温度不同，大气的压力总是随着海拔高度的增加而减小。

2、逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响？

一般情况下，大气温度随着高度增加而下降，每上升100米，温度降低0、6cC

左右。即是说在数千米以下，总是低层大气温度高、密度小，高层大气温度低、

宙度大，显得“头重脚轻这种大气层结容易发生上下翻滚即“对流”运动，

可将近地面层的污染物向高空乃至远方输散，从而使城市上空污染程度减轻。因

而在通常情况下，城市上空为轻度污染，对人体健康影响不大。可是在某些天气

条件下，一地上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的反常现象，从而导

致大气层结“脚重头轻”，气家学家称之为“逆温”，发生逆温现象的大气层称为

“逆温层”。它像一层厚厚的被子罩在我们城乡上空，上下层空气减少了流动，

近地面层大气污染物“无路可走”，只好原地不动，越积越多，空气污染势必加

3.大气中有哪些重要污染物？说明其主要来源和消除途径。

环境中的大气污染物种类很多，若按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类；若按形成过程则可分为一

次污染物和二次污染物。按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。主要

按照化学组成讨论大气中的气态污染物主要来源和消除途径如下：

（1）含硫化合物

大气中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳（COS）、二硫化碳（CS2）、二甲基硫（CH3）2S、硫化氢（H2S）、

二氧化硫（S02）、三氧化硫（S03）、硫酸（H2so4）、亚硫酸盐（MS03）和硫酸盐（MS04）等。大气中的S0?

（就大城市及其周围地区来说）主要来源于含硫燃料的燃烧。大气中的S02约有50%会转化形成H2s04或SChH

另外50%可以通过干、湿沉降从大气中消除。H2s主要来自动植物机体的腐烂，即主要由植物机体中的硫酸盐经

微生物的厌氧活动还原产生。大气中H2s主要的去除反应为：HO+H2SH2O+SHo

（2）含氮化合物

大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮（NzO）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO?）。主

要讨论一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）,用通式NOx表示。NO和NO2是大气中主要的含氮污染物，它们的

人为来源主要是燃料的燃烧。大气中的NO,最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除。

其中湿沉降是最主要的消除方式。

（3）含碳化合物

大气中含碳化合物主要包括：一氧化碳（CO）,二氧化碳（CO2）以及有机的碳氢化合物（HC）和含氧燃类,

如醛、酮、酸等。

CO的天然来源主要包括甲烷的转化、海水中co的挥发、植物的排放以及森林火灾和农业废弃物焚烧，其

中以甲烷的转化最为重要。co的人为来源主要是在燃料不完全燃烧时产生的。大气中的co可由以下两种途径

去除：土壤吸收（土壤中生活的细菌能将CO代谢为CO2和CH4）；与HO自由基反应被氧化为CO2。

CO?的人为来源主要是来自于矿物燃料的燃烧过程。天然来源主要包括海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸和

腐败作用以及燃烧作用等。

甲烷既可以由天然源产生，也可以由人为源产生。除了燃烧过程和原油以及天然气的泄漏之外，产生甲烷的

机制都是厌氧细菌的发酵过程。反刍动物以及蚂蚁等的呼吸过程也可产生甲烷。甲烷在大气中主要是通过与HO

自由基反应被消除：CH4+HO^CH3+H2O«

（4）含卤素化合物

大气中的含卤素化合物主要是指有机的卤代燃和无机的氯化物和氟化物。

大气中常见的卤代燃以甲烷的衍生物，如甲基氯（CH3。）、甲基滨（CH3Br）和甲基碘（CEW）。它们主要

由天然过程产生，主要来自于海洋。CH3cl和C%Br在对流层大气中，可以和HO自由基反应。而CH3I在对流

层大气中，主要是在太阳光作用下发生光解，产生原子碘（1）»许多卤代煌是重要的化学溶剂，也是有机合成工

业的重要原料和中间体，如三氯甲烷（CHCb）、三氯乙烷（CH3CCI3）、四氯化碳（CCL）和氯乙烯（C2H3。）

等均可通过生产和使用过程挥发进入大气，成为大气中常见的污染物。它们主要是来自于人为源。在对流层中，

三氯甲烷和氯乙烯等可通过与HO自由基反应，转化为HC1,然后经降水而被去除。

氟氯燃类中较受关注的是一氟三氯甲烷（CFC-11或F-11）和二氟二氯甲烷（CFC—12或F—12）。它们

可以用做致冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。大气中的氟氯烧类

主要是通过它们的生产和使用过程进入大气的。由人类活动排放到对流层大气中的氟氯煌类化合物，不易在对流

层被去除，它们在对流层的停留时间较长，最可能的消除途径就是扩散进入平流层。

4.影响大气中污染物迁移的主要因素是什么？

主要有：（1）空气的机械运动如风和大气湍流的影响；（2）天气和地理地势的影响；（3）

污染源本身的特性。

5大气中有哪些重要的吸光物质?其吸光特征是什么？

答：大气组分如怯、0八HQ和COi等能吸收一定波长的太相福射.波长小于

290nm的太阳幅射被用、0八0,分子吸收，并使其解禹.故波长小于290nm的太

阳将射不能到达地面，而800-2000ns的长波辐射则几乎都被水分子和二氧化碳

所吸收.因此，只有波长为300—800mn的可见光能透过大气到达地面，这部分

的占太阳光总能量的41%.

6.太阳发射光谱和地面测得的太阳光谱有何不同？为什么？

太阳辐射的光谱包括红外线、可见光和紫外线等，其经过大气层被削弱了约一半，其中紫外线

和红外线被极大的削弱所剩无几，但可见光却几乎都能到达地表，其比重也由47%上升到92%。即

光谱分布就不同了。

7.大气中有哪些重要的自由基？其来源如何？

大气中存在的重要自由基有HO、HO?、R（烷基）、RO（烷氧基）和RCh（过氧烷基）等。它们的来源如下:

（1）HO来源

对于清洁大气而言，Ch的光离解是大气中HO的重要来源：

03+hv—>O+O2

O+H20T2Ho

对于污染大气，如有HNCh和H2O2存在，它们的光离解也可产生HO：

HNO2+hvtHO+NO

H2O2+hv^f2HO

其中HNC>2的光离解是大气中HO的重要来源。

（2）HCh的来源

大气中HO?主要来源于醛的光解，尤其是甲醛的光解：

H2CO+hv->H+HCO

H+O2+MHO2+M

HCO+O2->HO2+CO

任何光解过程只要有H或HCO自由基生成，它们都可与空气中的02结合而导致生成HO2o亚硝酸酯和

H2O2的光解也可导致生成HCh：

CHRONO+CHyO+NO

CH3O+。2fHO]+H2CO

H2O2+hv—>2H0

HO+H2O2~^HO2+H2O

如体系中有CO存在：

HO+CO-CO2+H

H+O2THO]

(3)R的来源

大气中存在量最多的烷基是甲基，它的主要来源是乙醛和丙酮的光解：

CH3cHO+*fCH3+HCO

CH3coeH3+力3CH3+CH3co

这两个反应除生成CH3外，还生成两个震基自由基HCO和CH3COO

O和HO与煌类发生H摘除反应时也可生成烷基自由基：

RH+O^R+HO

RH+HOfR+H2O

(4)RO的来源

大气中甲氧基主要来源于甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解：

CHRONO+hvfC*O+NO

CH3ONO2+hv^CH3O+NO2

(5)RO2的来源

大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的02结合而形成的：尺+。2fH

8.大气中削陛重要的含氟化合物？说明它们的天然来源和人为来源及对环境的污染

<1)大气中存在的含量比较高的含税化合物上要是显氧化物，包括氧化弗氮

(N2O),一氧化氨(NO)和二氧化氮(NO2).

(2)N2O是低层大气中含量最高的含然化合物，主要来H于天然源，即土壤

中硝酸盐经细菌的脱氮作用而产生.由「在低层大气中N10非常稳定，是停留

时间最长的氮氧化物，一般认为其没有明显的污染效应。

NO和NO?是大气中上要的含氧污染物，合称为NO3,它们上要来自「

人为来源，即化石燃料的燃烧.城市大气中的NO,有2/3来自汽车等流动燃饶源

的排放，1/3来自冏定燃烧源的排放.NO,是导致大气光化学污染和酸雨的重耍

污染物质.

9.叙述大气中NO转化为N02的各种途径。

①NO+03N02+02

②HO+RHR+H2OR+02

R02NO+R02N02+ROR'CHO+H02(R'比R少一个C原

子)RO+02NO+H02N02+HO

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？

甲烷、石油烧、菇类和芳香煌等都是大气中重要的碳氢化合物。它们可参与许多光化学反应过程。

(1)烷煌的反应：与HO、。发生H摘除反应，生成R氧化成RO2与NO反应

RH+OHfR+H2O

RH+O-R+HO

R+O2fRO2

RO2+NO-RO+NO2

(2)烯燃的反应：与OH主要发生加成、脱氢或形成二元自由基

力口成：RCH=CH2+OH-RCH(OH)CH2

RCH(OH)CH2+O2fRCH(OH)CH2O2

RCH(OH)CH2O2+NOfRCH(OH)CH2O+NO2

脱氢：RCH=CH2+HOfRCHCH2+H2O

生成二元自由基:

o

Ri\。。/R3

O3+c-c

R2

R4

R\0—0/R3

c=o+-c

R2/

R4

R

\/°-0-尸3

c-+O=cx

R2/R4

二元自由基能量很高，可进一步分解为两个自由基以及一些稳定产物。另外，它可氧化NO和SO2等:

R1R2COO+NOfR1R2CO+NO2

RIR2COO+SO2fRiR2co+SO3(3)环垃的氧化：以环己烷为例

+HOH2O

OO-O-

+NO+N02

(4)芳香炷的氧化

(a)单环芳烧：主要是与HO发生加成反应和氢原子摘除反应。

生成的自由基可与NO?反应，生成硝基甲苯:

加成反应生成的自由基也可与02作用,经氢原子摘除反应，生成H02和甲酚:

+H02

生成过氧自由基:

CH3

H16r

CH

f"HC.,003

」yOH3J^0H

+0

2"用［QJH表示

^^'00

二白CH3一

CH3CH3

-OH

品.N。一e

、H+N02

3

CH3

〔1Ho--------►OHC—HC=CH-

+2-CHO+CH3C(O)CHO

(b)多环芳烧：意的氧化可转变为相应的醍

H

40

0C0+。一

H

它可转变为相应的醍：

H0

o^o-c

H0

(5)酸、醇、酮、醛的反应

它们在大气中的反应主要是与HO发生氢原子摘除反应：

CH30cH3+HO-CH30cH2+H20

CH3CH2OH+HO-CHsCHOH+H20

CH3COCH3+HOTCH3COCH2+H2O

CH3CHO+HO-CH3co+H2O

上述四种反应所生成的自由基在有02存在下均可生成过氧自由基，与R02有相类似的氧化作用。

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？

OH+RH—H20+R

M+R+O2-RO2+M

RO2+NO-RO+NO2

RO2+O2-HO2+谈基化合物

RH为碳氢化合物

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。

(1)光化学烟雾现象：主要含有氮氧化物和碳氢化合物等一次性污染物的大气，在阳光照射下发生化学反

应而产生二次污染物。这种由一次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。因最早(1940

年)在美国洛杉矶首先出现，又称洛杉矶型烟雾。

(2)性质与特征：烟雾蓝色；具有强氧化性，能使橡胶开裂；对眼睛、呼吸道等有强烈刺激，并引起头痛、

呼吸道疾病恶化，严重可造成死亡；对植物叶子有害，能使大气能见度降低；刺激物浓度峰值出现在中午和午后；

污染区域出现在污染源下风向儿十到几百公里的范围内。

(3)日变化曲线：白天生成夜晚消污失；染物浓度峰值出现在中午和午后；烧类和NO发生在早上交通高峰

时节，此时NO2浓度很低；随太阳辐射增强，03和NO2浓度逐渐增加，到中午已经较高。一般03和NO2浓

度峰值比NO浓度峰值晚出现4-5小时。

推断：03和NO2主要是二次污染物。

傍晚虽交通繁忙，但日光较弱，不足以引起光化学反应。

13.说明燃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。

光化学烟雾形成过程是由多种自由基参与的一系列反应，NCh和醛的光解可引发O、H自由基的产生，而烧

类RH的存在又是自由基转化和增殖为数量大，种类多的根本原因。烧类在光化学烟雾形成过程中占有很重要的

地位。

RH+0-»R+H0

RH+H01R+H2O

H+Ch一H02

R+O2―>R0?

RCO+02-RC(O)OO

其中R为烷基、R02为过氧烷基，RCO为酰基、RC(O)OO[RC(O)O2]为过氧酰基。通过如上途径生成的H02>

RO2和RC(O)O2均可将NO氧化成N02。

14.何谓有机物的反应活性?如何将有机物按反应活性分类?

(1)有机物的反应活性：有机物的反应活性是指反应难易程度。反应中有些中间体能增加反应活性。正催化

剂能产生容易反应的中间体，改变反应历程，缩短反应时间。

(2)分类：按有机物所含官能团分类：烷、烯、快、醇、酮、苯、酚、酸、竣酸、糖等。

15.简述大气中S02氧化的几种途径。

(1)S02气相氧化：S02首先氧化成SO3,随后S03被水吸收成硫酸，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。①S02的直接光氧化；②S02被自由基氧化。

(2)SO2液相氧化：大气中存在少量水和颗粒物。S02可溶于大气中液体水，也可被大气颗粒物吸附，并

溶解在颗粒物表面所吸附的水中。于是S02便可发生液相反应。①S02液相平衡；②03对S02氧化；③H2O2

对S02氧化；④金属离子对SO2液相氧化催化作用。

17.说明酸雨形成的原因

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。最常见的就是酸雨。

这种降水过程称为湿沉降。酸雨现象是大气化学过程和大气物理过程的综合效应。酸雨中含有多种无机酸和有机

酸，其中绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。从污染源排放出来的S02和NOx是形成酸雨的主

要起始物，其形成过程为：SO2+[0]-SO3

SO3+H2O-H2SO4

SO2+H20fH2s03

H2SO3+[0]-H2SO4

NO+10J-NO2

2N02+H2O-HNO3+HNO2

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。

除此之外，还有许多气态或固态物质进入大气对降水的pH也会有影响。大气颗粒物中Mn、Cu、N等是

酸性气体氧化的催化剂。大气光化学反应生成的02和H02•等又是使SO2氧化的氧化剂。因此，降水的酸度

是酸和碱平衡的结果。如降水中酸量大于碱量，就会形成酸雨。

18.确定酸雨pH界限的依据是什么？

pH为5.6作为判断酸雨的界限。依据以下过程得出：在未污染大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体

是CCh,所以只把CO2作为影响天然降水pH的因素，根据C02的全球大气浓度330ml/m3与纯水的平衡：

KH_

CO2(g)+H2Or------------co2+H2O

KI

+

C02+H20------------H+HC03-

Ko+,

HCO3'--H+CO/

根据电中性原理：IH+]=[OH]+[HCO31+21CO3”将用KH、K；2、[Hl表达的式子代入，得:

+3

[H]-(KW+KHKIP82)山+]-2KHK1K2pco2=0

在一定温度下，Kw、KH、K「&、pco2都有固定值，将这些已知数值带入上式，计算结果是pH=5.6。

论述影响酸雨形成的因素

答影响酸雨形成的因素主要有：

(1)酸性污染物的排放及其转化条件。

(2)(2)大气中NH3的含量及其对酸性物质的中和性。

(3)(3)大气颗粒物的碱度及其缓冲能力。

(4)(4)天气形势的影响

20.什么是大气颗粒物的三模态？如何识别各种粒子模?

Whitby等人依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模。按这个模型，可把大

气颗粒物表示成三种模结构，即爱根(Aitken)核模(Dp<0.05|im)、积聚模(0.05(im〈DpV2nm)和粗粒子模(Dp>2(im)。

(1)爱根核模主要源于燃烧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。

(2)积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚长大。这些粒子多为二次污染物，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。积聚模与爱根核模的颗粒物合称细粒子。

(3)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，因此它的组成与地面土壤十分相近，主要靠干沉降和湿沉降过程而去除。

21.说明大气颗粒物的化学&成以及污染物对大气颗粒铿B成的影响

大气颗粒物按照组成，可分为两大类.一般将只含无机成分的颗粒物称为无

机颗粒物，而将含有有机成分的颗粒物称作有机颗粒物.

(1)无机颗粒物：天然来源的无机颗粒物，如扬尘的成分上要是该地区的土

域粒子.火山爆发所喷出的火山灰，除上要由硅和氧组成的岩石粉末外，还含有

一些如锌、睇、研、钱和铁等金属元素的化合物.海盐溅木所杼放出来的颗粒物，

其成分上要有氯化物粒子，硫酸盐粒子，还会含有一些钗的化合物.

人为海杼放出来的无机颗粒物.如动力发电厂由于燃煤及石油而拷放出来的期

粒物,其成分除大量的烟尘外，还含有镀、锲、机等的化合物.市政焚烧炉会打

放出含有冲、被、镉、路、铜、铁、汞、镁、隹、锲、铅、睇、钛、机和锌等就

化合物.汽车尾气中则含有大量的铅.

(2)有机颗粒物，有机颗粒物种类繁多，结构也极其SL杂.己检测到的上要

有烷妙、烯烧、芳烧和多环芳煌等各种烧类。另外还有少量的W硝胺、弧杂环类、

环丽、阳类、酚类和有机酸等.

(3)大气颗粒物多数是由气态一次污染物通过凝聚过程H化而来的.如俺酸及

黄酸盐颗粒物上要是由污染源推出的SO2氧化后，溶于水而形成磕酸，臻酸再

与大气中的NH,化合而生成(NH4)2SO4颗粒物.质酸也可与大气中其他金属离孑

化合生成各种植酸盐颗粒物.

23.何谓温室效应和温室气体?

大气中的某些微量组分，能使太阳的短波辐射透过，加热地面，而地面增温后所放出的热辐射，却被这些

组分吸收，使大气增温。由于这些组分的作用在某些方面类似温室的玻璃房顶，因此这种现象被称为温室效应，

这些组分被称为为温室气体。

主要温室气体有二氧化碳(C02)、甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)、氯氟烷烧(CFCs)等。八十年代研

究表明，人为排放各种温室气体对温室效应所起作用比例不同，其中二氧化碳55%,氯氟烷烧24%,甲烷15%,

二氧化氮6%。二氧化碳大量增加是造成温室效应加剧的主要原因。

《水环境化学》重点习题及参考答案

1.请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中[H2CO3*]、[HCOW和[CO.，]的表达式，并讨论这两个体系之间的区另！I。

解：

(1)封闭体系(溶解性CO2与大气没有交换)中存在下列平衡

CO2+H2OH2CO3*pKo=1.46

+

H2CO3*HCO3-+HpKi=6.35

2+

HCOvCO3-+HpK2=10.33

+2+

其中KI=[HCO3][H]/[H2CO3*]，K2=[CO3][H]/[HCO3]

用的、叫和Ct2分别表示三种碳酸化合态在总量中所占比例，得下面表达式

00=[H2c03*]/{[H2c03*]+[HCO3-]+[CO32]}

2

6=[HCO3-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO3-]}

22

a2=[CO3]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO3]}

把K|、K2的表达式代入以上三式，得

0o=(1+K|/[H+]+K1K2/[H+尸尸

++

a,=(l+[H]/Ki+K2/[H])-1

+2+

a2=(1+[H]/K1K2+[H]/K2)-'

2

设CT=[H2co3*]+[HCO3]+[CO3],则有

[H2c03*]=CT(1+K,/[H+]+K1K2/[H+]2尸

++

[HCO3]=CT(1+[H]/Ki+K2/[H])-'

2+2+4

[CO3]=CT(1+[H]/K1K2+[H]/K2)

(2)开放体系中CO2在气相和液相之间平衡，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为PC02和pH的函数。

依亨利定律：[CO2(aq)]=KH-Pco2

溶液中，碳酸化合态相应为：

CT-[CO2]/ao-KH-Pco2/必

+

[HCO3-]=(a,/a0)KH-Pco2=(KI/[H])KH-PCO2

2

[CO3]=(aVao)KHPCO2=(K^VEH^^KH-PCOZ

(3)比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，[H2co3*]、[HC03-]、[C03%]等可随pH值变化，但总的

碳酸量CT始终不变。而对于开放体系CT、[HCOJ],均随pH值改变而变化，但[H2c。3*]总保持与大气相

平衡的固定数值。

2.请导出总酸度、COz酸度、无机酸度、总碱度、酚献碱度和苛性碱度的表达式作为总碳酸量和分布系数(a)

的函数

总LN，I+IHCO/I+21H2coi|-|OH|=CT(ai+2^!)+[H*J-Kw/|H+)

+2

C02酸度=(H1+IH.CO,1-(CO,-1-(OH|=CT(a(>-a2)+[H*j-Kw/[H*|

+24

无机酸度=|HJ-IHCOfJ-2ICO,|-|OH)=-CT(ai+2ai)+[H+l-Kw/IH1

1

总碱度=|HCO,|+2[CO,]+[OH]-[H*j=CT(ai+2a：)+Kw/(H*]fH*|

2+

酚取琳度=[OH|+[CO)1一|H£O、|一|H|=CT(a2-ao)+Kw/[H*]-[H*|

苛性碱度=[OH*J-[HCOr]-2(H2CO3H*]=-CT(a(-2ao)♦Kw/IH*]-[H+]

3.向一含有碳酸的水体加入重碳酸盐，问：①总酸度、②总碱度、③无机酸度、④酚酸碱度和⑤CO,酸度，是增

加、减少还是不变。

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/L的碳酸钠才能

使水体pH上升至8.0。若用NaOH强碱进行碱化，又需加入多少碱？

薪：瑁加用蕨限盐即湘加Wilt：

总酸度=|H*)+[HCO3]+2|H2CO,I-(OH|,而[HCO3]增加,显然总酸度增加.

总碱度=(HCO,|+2[CO<2)+|OH||H♦卜而(HCO3]增加,显然总碱度增加.

2

无机酸度=(H*]-|HCO3)-2[CO3]-|OHI，而[HCChJ增加.显然无机酸度减少.

2+

的鼠碱度=[OH|+ICO,-|-|H2CO5I-(H]

的酿城度与[HCO1|无关，增加，显然的限破发不变。

2

CO1酸度=IIC1+|H2COJ1-ICO/1-IOH]

CO2酸度即场里酸质与|HCO3无关，[He。；]增加，显然CO?般度不变。

++

解：总碱度=Kw/[H]+CT(ai+2a2)-[H]

CT=---{[总碱度]+[H+]-[OH])

ai+2a2

人1

令a=------------

a\+2a2

当pH在5〜9范围内、[碱度]21(y3moi/L时,[H+]、[OH]项可以忽略不计,得到简化式：[碱度]

当pH=6.5时，查教材P110表得ai=0.5845,a2=8.669X10\则a=1.71,CT=a[碱度]=1.71X1.6=

2.736mmol/L

若加入碳酸钠将水的pH升至8.0,查表得〃=1.018,此时CT值与碱度值均有变化。设加入的碳酸钠量为NCCh"],

则有

22

CT+A[CO3]=/{[碱度]+2A[CO3]}

22

即2.736+AICO3]=1.018{1,6+2A[CO3]}

2

解得,A[CO3]-1.069mmol/L

若加入氢氧化钠将水的pH升至8.0,其CT值并不变化，可得：

[碱度]=CT/W=2.736/1.018=2.688mmol/L

碱度增加值就是应加入的氢氧化钠强碱量：

A[OH]=2.688-1.6=1.088mmol/L

8请叙述水中主要有机和无机污染物的分布和存在形态。

答：有机污染物(1)农豹常见的农翁主染为有机氢和有机僦农药，此外还有运毡

甲酸脂类农药，由于难降艇.具有较低的水溶性和高的辛酹-水分配系数故很大一部分被分

用到沉枳物有机陵和生物脂肪中。(2)念班联举(PCBs)1及难溶于水，娘分解，易溶于有

机溶剂和脂肪，具有高的水溶性和高的辛醉-水分配系数被分配到沉枳物有机质和”.物脂昉

中。(3)卤代脂助炫易挥发.在地表水中能进行降斛.其化介物在水中的溶解度高。(4)

展类双-(就甲基〉陋*双-12-氯甲基〉鼠，双-(2-氯异丙基)醯.2一氯乙某乙懦姑触，

及双-(2-氧.乙宜基〉甲烷大多存在于水中，4-乳基基基酰和4-浪笨笨早忸在底呢有机联和

生物体内枳祟。(5＞单环芳看•族化合物在地表水中主耍是挥发.然后是光螂.这类化合物

吸附和生物富集并不毡主要的迁移转化过程。(6)家酚类和甲的类的类化合物具有高的水

溶性.低辛裤-水分配系数.主要残留在水中.(7〉酸酸附类这类化合物在水中演度小，

辛酹-水分配系数高，主要古集在沉枳物有机质和生物脂肪体中.(8)多环芳径类(PAH)

多环芳烧在水中的溶解度小.辛酹-水分配系数高.主要枳祟在沉枳物,生物体内和溶解的

有机质中.(9)亚硝胺和其他化合物主要残留在沉积物中.有的也可能住生物体内累积.

内烧脑在沉枳物和水中。

金属污染物(1)麻在水中镉主要以