环境化学教案

《环境化学》教案《环境化学》课堂教学主要包括四大部分：第一部分为绪论，介绍当前人类面临的环境问题，环境科学的形成和发展，环境化学的研究内容和发展方向，化学污染物及其在多介质环境中的迁移转化行为。第二部分为大气污染化学，主要介绍大气的结构、组成和性质，大气中主要污染物及其迁移，光化学反应基础，温室效应、酸沉降、臭氧层破坏、光化学烟雾等重要的大气污染化学问题及其形成机理，气溶胶化学，室内空气污染及健康风险，大气污染的防治对策。第三部分为水污染化学，主要介绍天然水的基本特征，水中重要化学污染物的存在形态及分布，污染物在水环境中迁移转化的基本原理及水质模型；重点介绍重金属在水环境中沉淀-溶解、氧化-还原、吸附-解吸、絮凝-沉降、配合作用、生物转化等迁移转化过程的基本原理及影响因素，有机污染物在水环境中挥发、吸附、化学与生物降解等迁移转化和多介质环境过程的基本原理、影响因素及其模型。第四部分为土壤污染化学，介绍土壤的组成和基本性质，化学污染物在土壤-植物体系中的迁移、作用机理及影响因素，土壤中氮磷污染及迁移转化，重点介绍土壤中重金属和有机农药的迁移转化行为及生物生态效应，土壤中温室气体的形成及释放机理，土壤污染防治与修复等。通过本课程的学习，使学生掌握环境化学的基本知识、基本原理和基本技能，为从事环境保护和环境科学研究工作奠定基础。第一章绪论重点要求：1、了解环境化学的内容、作用及其地位。2、了解环境化学各分支学科的发展动向。3、掌握环境污染物和化学污染物的分类及主要组成。4、环境效应的基本概念。5、环境污染物在环境各圈层的迁移转化过程（了解）。第一节环境化学一、环境问题环境污染可持续发展二、环境化学环境化学的概念环境化学的任务；内容及特点环境化学的发展动向环境分析化学各圈层环境化学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工业农业交通运输生活2、化学污染物元素无机物有机化合物和烃类金属有机和准金属有机化合物含氧有机化合物有机氮化合物有机卤化合物有机硫化合物有机磷化合物二、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污染物的迁移与转化迁移方式转化方式污染物在多介质中的迁移、转化和循环举例：大气—水—土壤第二章大气环境化学重点要求：1、了解大气层结构及大气污染物迁移的主要因素。2、光化学烟雾的形成过程和机理。3、硫酸型烟雾的形成过程和机理。4、酸雨及其化学组成。5、大气颗粒物及其组成。6、温室气体和温室效应。7、臭氧层的形成与耗损。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、大气稳定度五、影响大气污染物迁移的因素风和大气湍流的影响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：A+hνA*次级过程：举例：HCl+hνH+ClH+HClH2+ClCl+ClCl22、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O2+hνO+ON2+hνN+N（2）臭氧的光离解O3+hνO+O2（3）NO2的光离解NO2+hνNO+O（4）亚硝酸和硝酸的光离解HNO2+hνHO+NOHNO2+hνH+NO2HNO3+hνHO+NO2（5）二氧化硫对光的吸收SO2+hνSO2*（6）甲醛的光离解H2CO+hνH+HCOH2CO+hνH2+CO（7）卤代烃的光离解CH3X+hνCH3+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HO2自由基的来源：HO来源一：O3+hνO+O2O+H2O2HOHO来源二：HNO2+hνHO+NOH2O2+hν2HOHO2的来源：H2CO+hνH+HCOH+O2+MHO2+MHCO+O2HO2+CO3、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+hνCH3+HCOCH3COCH3+hνCH3+CH3CO烷基自由基：RH+OR+HORH+HOR+H2O甲氧基：CH3ONO+hνCH3O+NOCH3ONO2+hνCH3O+NO2过氧烷基：R+O2RO2三、氮氧化物的转化1、大气中的含氮化合物2、氮氧化合物和空气混合体系中的光化学反应NO2+hνNO+OO+O2+MO3+MO3+NONO2+O23、氮氧化物的气相转化（1）NO的氧化NO+O3NO2+O2NO+RO2NO2+RONO+HO2NO2+HONO+HOHNO2NO+RORONO（2）NO2的转化NO2+HOHNO3NO2+O3NO3+O2NO2+NO3N2O5（3）PANCH3CO+O2CH3COOOCH3COOO+NO2CH3COOONO24、氮氧化物的液相转化（补充内容）四、碳氢化合物的转化1、大气中主要的碳氢化合物2、碳氢化合物在大气中的反应（1）烷烃的反应RH+HOR+H2ORH+OR+HO（2）烯烃的反应与HO发生加成反应和氢原子摘除反应五、光化学烟雾现象1、什么是光化学烟雾（1）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（2）烟雾箱模拟曲线2、光化学烟雾形成的简化机制引发反应：NO2+hνNO+OO+O2+MO3+MNO+O3NO2+O2自由基传递反应：RH+HORO2+H2ORCHO+HORC（O）O2+H2ORCHO+hνRO2+HO2+COHO2+NONO2+HORO2+NONO2+R’CHO+HO2RC（O）O2+NONO2+RO2+CO2终止反应：HO+NO2HNO3RC（O）O2+NO2RC（O）O2NO2RC（O）O2NO2RC（O）O2+NO23、光化学烟雾的控制对策六、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染1、二氧化硫的气相氧化（1）SO2的直接光氧化SO2+O2SO4SO3+O或SO2+SO42SO3（2）SO2被自由基氧化SO2与HO的反应HO+SO2HOSO2HOSO2+O2HO2+SO3SO3+H2OH2SO4与其他自由基反应CH3CHOO+SO2CH3CHO+SO3HO2+SO2HO+SO3CH3O2+SO2CH3O+SO32、二氧化硫的液相氧化3、硫酸烟雾型污染七、酸性降水1、降水的pH2、降水pH的背景值3、降水的化学组成（1）降水的组成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（2）降水中的离子成分4、酸雨的化学组成SO2+[O]SO3SO3+H2OH2SO4SO2+H2OH2SO3HSO3+[O]H2SO4NO+[O]NO22NO2+H2OHNO3+HNO25、影响酸雨形成的因素（1）酸性污染物的排放及其转化条件（2）大气中的氨（3）颗粒物酸度及其缓冲能力（4）天气形势的影响八、大气颗粒物1、颗粒物的粒度及表面性质（1）颗粒物的粒度分布总悬浮颗粒物飘尘降尘可吸入粒子（2）大气颗粒物的三模态2、大气颗粒物的化学组成（1）无机颗粒物（2）有机颗粒物3、大气颗粒物的去除过程（1）干沉降（2）湿沉降九、温室气体和温室效应十、臭氧层的形成与耗损1、臭氧层形成与耗损的化学反应生成：3O2+hν2O3消耗：O3+hνO2+OO3+O2O22、南极的臭氧洞现象第三章水环境化学水环境化学是研究物质在天然水体中的存在形态、反应机制、迁移和转化、归趋规律与化学行为及其对生态环境的影响。它是环境化学的重要组成部分，这些研究将为水污染控制和水资源的保护提供科学依据。主要内容：1、天然水基本特征。2、水中重要污染物存在形态及分布。3、水中无机物的迁移转化。4、水中有机物的迁移转化。重点内容：1、天然水的碳酸平衡。2、水中颗粒物的聚集。3、溶解—沉淀、氧化—还原、配合作用的基本原理。4、分配作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物降解的原理。难点内容：1、天然水碳酸平衡的计算。2、絮凝原理的理解。3、pE-pH图的获得和理解。4、挥发作用的双膜理论。第一节天然水的基本特征及污染物的存在形态一、天然水体的基本特征1、天然水的组成（1）天然水中的主要离子组成（2）水中的金属离子（3）气体在水中的溶解性亨利定律（4）水生生物2、天然水的性质（1）碳酸平衡CO2+H2O==H2CO3H2CO3==HCO3+H+HCO3-==CO32-+H+（2）天然水中的碱度和酸度总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]–[H+]总酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3]-[OH-]二、水中污染物的分布和存在形态1、有机污染物（1）农药（2）多氯联苯（3）卤代脂肪烃（4）醚类（5）单环芳香族化合物（6）苯酚类和甲酚类（7）酞酸酯类（8）多环芳烃（9）亚硝胺和其他化合物2、金属污染物镉汞铅砷铬铜锌铊镍铍第二节水中无机污染物的迁移转化一、颗粒物与水之间的迁移1、水中颗粒物的类别（1）矿物微粒和黏土矿物（2）金属水合化合物（3）腐殖质（4）水体悬浮沉积物（5）其他2、水环境中颗粒物的吸附作用（1）吸附等温线和等温式H型等温线F型等温线L型等温线（2）氧化物表面吸附的配合模式3、沉积物中重金属的释放诱发释放的因素：盐浓度升高氧化还原条件的变化降低pH增加水中配合剂的含量二、水中颗粒物的聚集1、胶体颗粒物凝聚的基本原理和方式2、胶体颗粒絮凝动力学三、溶解和沉淀1、氧化物和氢氧化物Me（OH）n（s）==Men++nOH-Ksp=[Men+][OH-]n[Men+]=Ksp/[OH-]n=Ksp[H+]n/KwnPc=Ksp–npKw+npH2、硫化物H2S==H++HS-HS==H++S2-H2S==2H++S2-K12=K1K2如溶液中存在二价金属离子Me2+，则有：[Me2+][S2-]=Ksp3、碳酸盐4、水溶液中不同固相的稳定性四、氧化-还原1、电子活度和氧化还原电位pE=pE0+1/nlg（[反应物]/[生成物]）2、天然水体的pE-pH图3、天然水的pE和决定电位4、无机氮氧化物的氧化还原转化5、无机铁的氧化还原转化6、水中有机物的氧化五、配合作用1、配合物在溶液中的稳定性2、羟基对重金属离子的配合作用3、氯离子对重金属的配合作用4、腐殖质的配合作用5、有机配体对重金属迁移的影响第三节水中有机污染物的迁移转化一、分配作用1、分配理论2、标化分配系数3、生物浓缩因子二、挥发作用1、亨利定律2、挥发作用的双膜理论三、水解作用四、光解作用五、生物降解作用第四节水质模型一、氧平衡模型二、湖泊富营养化预测模型三、有毒有机污染物的归趋模型第四章土壤环境化学重点要求：1、了解土壤的组成与性质，土壤的粒级与质地分组特征。2、了解污染物在土壤—植物体系中迁移的特点、因素、机制。3、农药在土壤中迁移的特点、因素、机制。4、主要农药在土壤中的转归与效应。第一节土壤的组成与性质一、土壤的组成土壤由固体、液体和气体组成1、土壤矿物质（1）原生矿物（2）次生矿物2、土壤有机质3、土壤水分4、土壤中的空气二、土壤的粒级分组与质地分组1、土壤矿物质的粒级划分2、各粒级的主要矿物成分和理化特性（1）石块和石砾（2）沙砾（3）粘粒（4）粉粒3、土壤质地分类及其特性三、土壤吸附性1、土壤胶体的性质（1）土壤胶体具有巨大的比表面和表面能（2）土壤胶体的电性（3）土壤胶体的凝聚性和分散性2、土壤胶体的离子交换吸附（1）土壤胶体的阳离子交换吸附影响吸附的因素：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四、土壤酸碱性1、土壤酸度（1）活性酸度（2）潜性酸度2、土壤碱度3、土壤的缓冲性能（1）土壤溶液的缓冲作用（2）土壤胶体的缓冲作用对酸的缓冲作用对碱的缓冲作用铝离子对碱的缓冲作用五、土壤的氧化还原性第二节污染物在土壤——植物体系中的迁移及其机制一、污染物在土壤—植物体系中的迁移1、污染物由土壤向植物体迁移的方式2、影响重金属在土壤-植物体系中转移的因素（1）植物种类（2）土壤种类（3）重金属形态（4）重金属在植物体内的迁移能力二、植物对重金属污染产生耐性的几种机制1、植物根系通过改变根际化学