环境化学教案3

山东轻工业学院教师授课教案课程名称：环境化学课程代码：0551404课程学分：3课程类别：专业必修课授课班级：环境科学05授课教师：李志建2教案授课时间2007年月30日星期四第1-3节年月日星期第节授课内容概要环境化学在环境科学中和解决环境问题上的地位和作用；环境化学的研究内容、特点和发展动向，主要污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程；现代环境问题认识的发展以及对环境化学提出的任务。目的要求了解环境化学研究内容、方法和发展动态。识记主要的化学污染物，领会环境效应及其影响因素，掌握环境污染物在环境各圈层的迁移转化的简要过程。重点环境化学研究内容、方法和发展动态。环境问题、环境污染物的概念和分类，环境效应及其影响因素，环境污染物在环境各圈层的迁移转化。难点环境污染物的分类，环境效应及其影响因素，环境污染物在环境各圈层的迁移转化的简要过程。作业布置课后思考题本章（节）参考书《环境化学教程》（北京大学刘兆荣等编，化学工业出版社）、《环境化学教程》（邓南圣编，高教出版社），《环境污染化学》（赵睿新编化学工业出版社），《有机化学》（徐伟亮主编，科学出版社），《环境化学》（赵美萍邵敏编北京大学出版社）教学方法课堂讲授主要教具多媒体备注授课过程及内容备注3§1.1环境问题一、环境问题和环境污染不利于人类生存和发展的各种现象，不仅包括环境污染（水、大气、土壤、固废和噪声的污染），而且包括生态破坏和资源枯竭（浪费）。**环境污染：人为因素导致环境构成或状态改变，从而使环境素质下降，扰乱和破坏生态系统和人们正常的生活和生产条件。表1-1环境污染的类型和形式污染类型污染形式污染物性质生理性-、物理性-、化学性-、生物性-污染物形态废气-、废水-、固废-、噪声-、辐射-被污染的客体大气-、水体-、土壤-、食品-、多客体-污染原因生产-、生活-、农业-、交通-污染程度轻度-、中度-、重度-、严重-、污染影响范围室内-、点源-、面源-、区域-、全球-表1-2历史上著名的世界“八大公害事件二、环境化学1.任务、内容和特点①研究对象：②目标：③定义④内容：⑤任务：其核心任务是：⑥几个概念：地球环境系统，化学圈2.环境化学的发展动向密切关注的是：①以有机物为主的水质污染；②以大气颗粒物和SO2为主的城市空气污染；③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。按分支对发展动向做一介绍：（1）环境分析化学（2）各圈层环境化学：大气、水、土壤、环境生态化学（3）环境工程化学4授课过程及内容备注§1.2环境污染物一、定义：进入环境使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质。二、类别①按污染物影响的环境要素分：水体~土壤~大气~②按污染物形态分：气~固~液~③按污染物性质分：物理~化学~生物~§1.2环境污染物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①元素②无机物③有机化合物和烃类④金属有机和准金属有机化合物⑤含氧有机物⑥有机氮化合物⑦有机卤化合物⑧有机硫化合物⑨有机磷化合物三、环境效应及其影响因素*环境效应环境物理效应按环境变化：环境化学效应的性质分为环境生物效应四、环境污染物在各圈层的迁移转化过程*迁移：空间位移及其引起的富集、分散和消失的过程。*转化：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。物理转化：蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射性元素蜕变转化化学转化：光化学氧化、氧化还原、配位络合、水解生物转化：吸收、代谢5教案授课时间2007年9月6日星期四第1-3节授课内容概要第一节大气中污染物的转移：大气层简介；大气温度层结；大气垂直递减率；辐射逆温层；绝热过程与干绝热过程；大气稳定度的判定。第二节大气中污染物的转化：光化学反应过程；大气中重要自由基的来源；氮氧化物、碳氢化合物的转化；光化学烟雾的形成机理及控制对策；硫氧化合物的转化和硫酸烟雾型污染；酸雨的组成；大气颗粒物特征。目的要求通过讲解让学生了解大气的层结结构，大气中的主要污染物，大气运动的基本规律。掌握污染物遵循这些规律而发生的迁移过程，特别是重要污染物参与光化学烟雾的形成过程和机理。重点大气结构、大气中的主要污染物及其迁移，光化学反应基础，重要的大气污染化学问题及其形成机制；重要污染物参与光化学烟雾的形成过程和机理。难点大气中重要自由基的来源；氮氧化物、碳氢化合物的转化；污染物参与光化学烟雾的形成过程和机理，作业布置思考题与习题第7、9、11题本章（节）参考书《环境化学教程》（北京大学刘兆荣等编，化学工业出版社）、《环境化学教程》（邓南圣编，高教出版社），《环境污染化学》（赵睿新编化学工业出版社），《有机化学》（徐伟亮主编，科学出版社），《环境化学》（赵美萍邵敏编北京大学出版社）教学方法课堂讲授主要教具多媒体备注授课过程及内容备注6第一节大气中污染物的转移一、大气层结构表2－1大气分层及各层特点一览表二、辐射逆温层*逆温：对流层中，一般T随Z↑而↓，但在一定条件下受地表特征和地面辐射等的影响会出现反常现象，该现象称逆温。*垂直递减率：г==0时，称为等温气层，г0时称为逆温气层。*逆温发生的条件范围：较低气层，气层稳定性强。*逆温分类：1.近地面逆温：如辐射逆温、平流~、融雪~、和地形~2.自由大气逆温：乱流逆温、下沉逆温、锋面~其中近地面逆温以辐射逆温为主，又称接地逆温，如伦敦烟雾，其发生原因为：地面强烈向外辐射而迅速冷却所致；多发生在距地面100-150m高度内。最有利的形成条件是：平静而晴朗的夜晚小字部分自己看书五、影响大气污染物迁移的因素1.风和大气湍流风、湍流、浓度梯度；对流、系统性铅直运动；摩擦层2.天气形势和地理地势海陆风、城郊风、山谷风第二节大气中污染物的转化经过化学反应，如光解、氧化还原、酸碱中和以及聚合等，转化为无毒化合物或毒性更大的化合物。对大气污染化学具有重要意义一、光化学反应基础初级过程1.光化学反应次级过程激发态可能发生如下几种反应：光物理过程光化学过程dZdT*AhAClHhvHCl22ClClClClCl2121****DDCABBAMAMAhvAA7授课时间2007年9月20日星期四第1-3节授课过程及内容备注2.光化学定律光化学第一定律(Grothus-Draper定律):只有被分子吸收的光,才能有效地引起分子的化学反应.光化学第二定律(Stark-Einstein定律):发生化学变化是由于分子吸收一个光量子的结果.或在光化学反应的初级过程,被吸收的一个光子,只能激活一个分子,说明分子吸收光的过程是单光子过程.*基础是,电子激发态寿命很短≤10-8秒,若光很强,多光子被吸收,则第二定律不适用.光的能量若一个光子的能量为E,根据Einstein公式:若一个分子吸收一个光量子,则1mol分子吸收的总能量为:3.大气中重要吸光物质的光离解O2、N2、O3、NO2、HNO2、HNO3、SO2、H2CO、卤代烃⑴240nm以下的紫外光可引起O2的光解；λ120nm的紫外光被N2吸收后可引起N2的离解。⑵平流层中O3的来源：O+O2+M→O3+MO3对光的吸收有三个吸收带：分别为，紫外区两个，200~300nm,300~360nm;最强吸收在254nm;可见光区440~850nm.吸收紫外光后发生如下离解反应：O3＋hv→O＋O2⑶NO2的光解NO2吸收小于420nm波长的光可发生离解：NO2＋hv→NO+OO+O2+M→O3+M⑷亚硝酸和硝酸的光离解HNO2对200~400nm的光有吸收，吸光发生光离解，一个初级过程为：HNO2→NO+OH另一个初级过程为：HNO2→NO2+H次级过程为：NO+OH→HNO2OH+HNO2→NO2+NO2OH+NO2→HNO3HNO2的光解是大气中OH重要自由基来源之一。HNO3光解机理为：HNO3→NO2+OH若有CO存在：CO+OH→CO2+HO2+H＋M→HO2+M2HO2+OH→H2O2＋O2hchvhcNhvN008授课过程及内容备注⑸SO2对光的吸收SO2有三条吸收带，分别为340~400nm,弱吸收区；240~330nm强吸收区；240~180nm，很强；由于SO2键能较大，240~400nm的光不能使其离解，只能生成激发态：SO2＋hv→SO2*⑹甲醛的光离解对240~360nm的光有吸收，吸光后的初级过程有：H2CO＋hv→H+HCOH2CO＋hv→H2+CO次级过程有：H+HCO→H2+CO2H→H2+M2HCO→H2+2CO在对流层中，由于O2存在，可发生如下反应：H+O2→HO2HCO+O2→HO2+2CO醛的光解产生HO2自由基，甲醛、乙醛、丙醛等⑺卤代烃的光离解①卤代甲烷在近紫外光照射下，其离解方程式为CH3X+hv→CH3+X(X代表Cl、Br、I、F)②若卤代甲烷中有一种以上的卤素，则断裂的是最弱的，其键强顺序为CH3-FCH3-HCH3-ClCH3-BrCH3-I③高能量的短波紫外光照射，可能发生两个键断裂，因断两个最弱键。如CF2Cl2离解为CF2＋2Cl，离解为CF2Cl＋Cl的过程同时存在。④即使是最短波长的光，如147nm,三键断裂也不常见。CFCl3（氟里昂－11），CF2Cl2（氟里昂－12）的光解为：CFCl3+hv→CFCl2+ClCFCl3+hv→CFCl+2ClCF2Cl2+hv→CF2Cl+ClCF2Cl2+hv→CF2+2Cl9授课时间2007年9月20日星期四第1-3节授课过程及内容备注二、大气中重要自由基的来源自由基的特点：电子壳外层有一不成对电子，具高活性和强氧化性。1.大气中HO和HO2的浓度和来源HO随纬度和高度变化，全球平均约7×105个，最高浓度出现在热带，T高，辐射强，两半球分布不对称。一般白天高于夜间，夏季高于冬季。HO的来源①清洁大气中，来源于O3光解：O3＋hv→O＋O2O＋H2O→2HO②污染大气中，来源于HNO2、H2O2光解HNO2＋hv→NO＋HO、H2O2＋hv→2HO□HO2的来源①醛的光解H2CO＋hv→H+HCO；H＋O＋M→HO2＋M；HCO＋O2→HO2＋CO；②亚硝酸酯和H2O2的光解CH3ONO＋hv→CH3O＋NO，CH3O＋O2→HO2＋H2CO；H2O2＋hv→2HO，HO＋H2O2→HO2＋H2O；③若体系中有CO存在：HO＋CO→CO2＋H，H＋O2→HO22.R、RO、RO2等自由基的来源R，大气中最多的烷基是甲基，①主要来源于乙醛和丙酮的光解：CH3CHO＋hv→CH3+HCO；CH3COCH3＋hv→CH3+CH3CO②CH4＋Cl→CH3＋HClR也来源于O和HO与烃类发生H摘除反应RH+O→R+HO;RH+HO→R+H2ORO大气中甲氧基主要来源于甲基亚硝酸酯和的甲基硝酸酯光解:CH3ONO＋hv→CH3O＋NO;CH3ONO2＋hv→CH3O＋NO2;RO2过氧烷基来源于R与空气中的O2结合R+O2→RO2三、氮氧化物的转化1.大气中的含氮化合物主要有N2O、NO、NO2、NH3、HNO2、HNO3亚硝酸酯、亚硝酸酯、亚硝酸盐、硝酸盐和铵盐等。此外N2O3、N2O4、NO3、N2O5大气污染化学中所说的氮氧化物主要指NO、NO2、用NOX表示。其天然来源为:①生物有机体腐败过程中微生物将有机氮→NO→NO2;②氨基酸→NH3→NOX人为来源：矿物燃料的燃烧10授课过程及内容备注3.氮氧化物的气相转化⑴NO的氧化NO+O3→NO2+O2；RH+HO→R+H2O，R+O2→RO2，NO+RO2→NO2+RO；RO+O2→R’CHO+HO2，NO+HO2→NO2+HOHO和RO也可与NO直接反应生成亚硝酸或亚硝酸酯HO＋NO→HNO2；RO＋NO→RONO；产物易分解⑵NO2的转化NO2＋HO→HNO3；酸雨和酸雾的形成；NO2＋O3→NO3+O2；大气中