环境化学精华版

第一章绪论1、环境问题：全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象，称为环境问题。原生环境问题：自然力引发，也称第一类环境问题.2、次生环境问题：人类生产、生活引起生态破坏和环境污染，反过来危及人类生存和发展的现象，也称第二类环境问题。目前的环境问题一般都是次生环境问题。3、环境污染:当环境中某种物质的浓度超过了正常而人类生态、材料及其他环境要素产生不效应，就构成了环境污染。导致环境污染的物质称为环境污染物.4、自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称为环境效应。分为自然环境效应和人为环境效应。按环境变化的性质划分，（1）环境物理效应:由物理作用引起的环境效应即为环境物理效应。（2）环境化学效应：在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应即为环境化学效应。（3）环境生物效应：环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生物效应。5、环境容量：是指在人类生存和自然系统不致受害的前提下，某一环境所能容纳污染物的最大负荷量，或一个生态系统在维持生命机体的再生能力、适应能力和更新能力的前提下，承受有机体数量的最大限度。6、环境背景值：在未受污染影响的情况下，其化学元素的正常含量以及环境中能量的分布的正常值，又称环境本底值。7、源：指污染物的产生过程或地点。8、汇：指污染物的归宿，即去除过程。9、环境自净：是环境受到污染后，在物理、化学和生物的作用，逐步消除污染物达到自然净化的过程。可分为：物理净化、化学净化和生物净化。第二章：大气环境化学种类体积百分比（%）N278.08O220.95Ar0.93CO20.03其它（Ne、He、Kr、H2等）0.01H2O可变1、大气成分2、大气层的结构：对流层、平流层、中间层、热层、逸散层对流层特性：由于对流层大气的重要热源来自于地面长波辐射，因此离地面越近气温越高；离地面越远气温则越低。在对流层中，高度每增加100m，气温降低0.6℃。云雨的主要发生层，赤道厚两极薄。平流层特征：在平流层内，大气温度上热下冷，空气难以发生垂直对流运动，只能随地球自转产生平流运动，平流层气体状态非常稳定。在平流层内，进入的污染物因平流运动形成一薄层而遍布全球。中间层特征：在中间层中，由于层内热源仅来自下部的平流层，因而气温随高度增加而降低，温度垂直分布特征与对流层相似；由于下热上冷，空气垂直运动强烈。热层特征：在热层中，温度随高度增加迅速上升。热层空气极稀薄，在太阳紫外线和宇宙射线辐射下，空气处于高度电离状态，该层也可以称为电离层。逸散层：800km以上高空,空气稀薄，密度几乎与太空相同,空气分子受地球引力极小，所以气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去。3、大气层温度随海拔高度的增加而升高，为逆温气层。逆温由于过程的不同，可分为近地面的逆温、自由大气逆温。近地面的逆温：辐射逆温、平流逆温、融雪逆温、地形逆温自由大气逆温：乱流逆温、下沉逆温、锋面逆温逆温的危害：在对流层中，由于低层空气受热不均，能够使气体发生垂直对流运动，致使对流层上下空气发生交换。通过垂直对流运动，污染源排放的污染物能够被输送到远方，并由于分散作用而使污染物浓度降低。逆温现象经常发生在较低气层中，这时气层稳定性特强，对于大气中垂直运动的发展起着阻碍作用，对大气垂直流动形成巨大障碍，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。4、自由基：有对称裂解生成的带单电子的原子或原子团。5、自由基反应：有自由基生成或有自由基诱发的化学反应。6、污染物的转化：污染物在大气中经过化学反应，转化成为无毒或低毒的化合物，也可能转化成为毒性更大的二次污染物的过程。7、分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应称光化学反应，大气光化学反应分为初级过程和次级过程。（光化学第一定律）当激发态分子的能量足够使分子内的化学键断裂，即光子的能量大于化学键时才能引起光离解反应。其次，为使分子产生有效的光化学反应，光还必须被所作用的分子吸收，即分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能产生光化学反应。（光化学第二定律）光被分子吸收的过程是单光子过程，由于电子激发态分子的寿命10-8s，在如此短的时间内，辐射强度比较弱的情况下，只可能单光子过程，再吸收第二个光子的几率很小。量子产额（光量子产率）：化合物i激发态分子发生的导致化合物结构发生变化的所有反应过程的分数。8、含有NOx和CH化合物等一次污染物的大气，在阳光的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。（控制：控制反应活性高的有机物的排放；控制臭氧的浓度）特征：蓝色烟雾，强氧化性，具有强刺激性，使大气能见度降低，在白天生成傍晚消失，高峰在中午。8、硫酸烟雾型污染：由于煤燃烧而排放出来的SO2颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。SO2转化为SO3的氧化反应主要靠雾滴中锰、铁、氨的催化作用而加速，硫酸烟雾型污染属于还原性混合物，称还原性烟雾。SO2滴的催化氧化速度与金属离子浓度、PH、温度有关。9、硫酸烟雾（伦敦型烟雾）与光化学烟雾（洛杉矶烟雾）的比较：硫酸烟雾是还原型烟雾，发现较早，已出现多次，燃煤产生，冬季，低温高湿度弱光照，白天夜间连续；光化学烟的总光子数吸收的波长为体系由化合物发生反应的总数目分子iiir)(雾是氧化型烟雾，发现较晚，汽车尾气，夏秋季，高温低湿度强光照，白天。10、酸雨的主要成分是什么？其产生的主要机制？酸雨的主要危害有哪些？如何控制？酸雨中含有多种无机酸和有机酸，主要是硫酸和硝酸。酸雨多成于化石燃料的燃烧：⑴S→H2SO4S+O2（点燃）＝SO2SO2+H2O＝H2SO3（亚硫酸）2H2SO3+O2＝2H2SO4（硫酸）总的化学反应方程式：S+O2（点燃）＝SO22SO2+2H2O+O2＝2H2SO4⑵氮的氧化物溶于水形成酸：a.NO→HNO3（硝酸）2NO+O2＝2NO23NO2+H2O＝2HNO3+NO总的化学反应方程式：4NO++2H2O+3O2＝4HNO3b.NO2→HNO3总的化学反应方程式：4NO2+2H2O+O2＝4HNO3危害：酸雨可以直接使大片森林死亡，农作物枯萎；也会使土壤酸化，抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗与土壤离子结合的钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化；还可使湖泊、河流酸化，并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中，毒害鱼类；加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程；可能危及人体健康。控制酸雨的根本措施是减少二氧化硫和氮氧化物的排放。目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有：①原煤脱硫技术②优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤；③改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。④对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。⑤开发新能源，如太阳能，风能，核能，可燃冰等，11、大气窗：地球吸收了太阳辐射能量，为保持其热平衡，必须将这部分能量辐射回太空，这一过程称为地球辐射。地球辐射的波长都在4μm以上，辐射极大值位于10μm处，即主要是长波辐射。地球表面辐射的能量主要被低层大气中的二氧化碳和水汽吸收。地球辐射的波长在4到8μm和13到20μm部分能量很容易被水气和二氧化碳吸收；而8到13μm的辐射被吸收的很少，这种现象称为“大气窗”。12、分散在大气中的各种固体和液体颗粒总称为大气颗粒物（分散性、凝聚性、形成气溶胶性）。颗粒物的去除途径：干沉降、湿沉降干沉降：指颗粒物在重力作用下的沉降，或与其它物体碰撞后发生的沉降。湿沉降：是指通过降雨、降雪等降水过程而使大气颗粒物发生沉降的过程。其是去除大气颗粒物和痕量气态污染物的有效方法。湿沉降包括雨除和冲刷两种机制。13、大气颗粒物的分类：总悬浮颗粒物（TSP）：粒径一般在100μm以下。飘尘：长期漂浮在大气中、粒径小于10μm的悬浮物。降尘：粒径大于10μm以上的、由于重力作用能沉降下来的微粒。可吸入粒子小于10μm。14、大气颗粒物（分为无机颗粒物和有机颗粒物）的三模态：根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。爱根核模（Dp0.05μm)、积聚模（0.05μmDp2μm)、粗粒子模（Dp2μm)颗粒物的表面性质：成核作用、黏合、吸着15、污染物在大气中的迁移是指由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。有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解和生物富集和降解等过程进行迁移转化。大气污染物的扩散过程：风力扩散和气流扩散。风力是四个水平方向力的合力：水平气压梯度力、摩擦力、有地球自转产生的偏向力及空气的惯性离心力。气流：与水平方向的风力相对应，垂直方向上流动的空气称为气流。16、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热力湍流的影响；（2）天气和地理地势的影响；（3）污染源本身的特性。烟流在五种不同条件下形成的典型烟云：波浪形、锥形、扇形（带型）、屋脊形（爬升形）、熏烟形17、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）大气中NH3的含量及其对酸性物质的中和性。（3）大气颗粒物的碱度及其缓冲能力。天气形势的影响。第三章水环境化学1、水中八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-为常见八种离子2、溶解气体与Henry定律——溶解于水中的气体与大气中的气体存在平衡关系，气体的大气分压PG与气体的溶解度的比表现为常数关系，称为Henry定律，该常数称为Henry定律常数KH。例题：计算1.013×105Pa和25℃时，含有饱和空气的水中O2的溶解性。在干燥空气中，O2含量为20.95%.水在25℃时蒸汽压为0.03167×105Pa解：O2分压：PO2=(1.0130-0.03167)1050.2095=0.2056105Pa溶解度：[O2(aq)]=KH·PO2=1.2610-80.205610=2.610-4mol/LO2摩尔质量为32g/mol,所以其溶解度为：[O2(aq)]==2.610-4×32(g/L)=0.00832(g/L)=8.32(mg/L)3、碳酸平衡：在封闭体系中，H2CO3*、HCO3-和CO32-可随pH变化而改变，但总的碳酸量始终保持不变（即CT保持不变）。而对于开放体系来说，HCO3-、CO32-和CT均随pH的改变而变化，但H2CO3*总保持与大气相平衡的固定数值。4、天然水体：包括水、水中溶解物、悬浮物及底泥和水生生物。悬浮物质主要包括：悬浮物、颗粒物、和水生生物。水体中颗粒物的类别：(1)矿物微粒和粘土矿物（铝或镁的硅酸盐）(2)金属水合氧化物（铝、铁、锰、硅等金属）(3)腐殖质(4)水体悬浮沉积物(5)其他（藻类、细菌、病毒等）腐殖质的三个等级：①富里酸，它又称黄腐酸，即可溶于碱又可溶于酸；②腐殖酸，又称棕腐酸，只能溶于稀碱中，其碱萃取液酸化后就沉淀；③胡敏素，又称腐黑物，用稀酸和稀碱都不能萃取。腐殖酸的共性：①抗微生物降解性②络合能力强③凝聚性④弱酸性⑤性质相似性5、氧下垂曲线：①清洁区：表明未被污染，氧及时得到补充；②分解区：细菌对排入的有机物进行分解，消耗溶解氧，而通过大气补充的氧不能弥补消耗的氧。因此，水体中溶解氧下降，此时细菌个体增加。③腐败区：溶解氧消耗殆尽，水体进行缺氧分解，当有机物被分解完后，腐败区即结束，溶解氧开始恢复上升；④恢复区：有机物分解已完成，好氧过程几乎停止，溶解氧逐渐上升，并接近饱和；⑤清洁区：水体环境改善，又恢复至原始状态。5、吸附等温线：在一定温度，处于平衡状态时被吸附的物质和该物质在溶液中的浓度的关系曲线称为吸附等温线；水环境中常见的吸附等温线主要有L－型、F－型和H－型。6、吸附机制：水环境中胶体颗粒吸附作用可以分为表面吸附、离子交换吸附和专属吸附。表面吸附：由于胶体颗粒具有巨大的比表面和表面能，因此在固—液界面存在表面吸