环境化学考试重点

环境化学考试的重点内容第一章1、环境的概念环境是相对于一定中心事物而言的，与某一中心事物相关的周围事物的集合就称为这一中心事物的环境。2、环境化学的定义环境化学：是研究潜在的有害化学物质在环境中的存在、化学特性、行为、效应及其控制的化学原理和方法的科学。3、环境化学的研究范围水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学和化学物质的生物和生态效应。4、环境容量：是指一个特定的环境或一个环境单元所能容纳某污染物的最大负荷量。若用Wc表示环境容量，Ws表示规定的环境标准值，B表示环境的背景值。则它们的关系为：Wc＝Ws－B5、浓缩系数：生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度与生物生存的环境中该物质的浓度之比，叫该生物的浓缩系数，又叫富集系数或生物积累率，可用下式表示：6、生物半衰期：环境中的污染物进入生物体后，由于生物的代谢作用和排泄作用，使污染物在生物体内的量减少到原有量的一半所需的时间叫生物半衰期，又叫代谢半衰期：就是C＝1/2C0时的时间，这类衰减过程多为一级反应，应有：7、协同作用和拮抗作用：在环境中同时存在两种以上的污染物时，若一种污染物能加强另一种污染物的危害性，这种现象叫污染物的协同作用，又叫相乘作用。与协同作用相反，一种有毒物质的作用被另一种物质抑阻，使其效果相互抵消或减弱的现象，称之为物质间的拮抗作用。第二章1、水质指标水质即水的质量。水质指标是指水样中除水分子外所含杂质的种类和浓度（数量）。水质指标可以归纳为物理、化学、生物学、放射性等四类指标。2、水质化学指标（1）pHvaluepH（2）Ehvalue（ORP）Et（3）Acidityandalkalinity酸碱度3、水质有机物指标（1）Dissolvedoxygen（DO）（2）Chemicaloxygendemand（COD）（3）Biochemicaloxygendemand（BOD）(4）Totaloxygendemand（TOD）（5）Totalorganiccarbon（TOC）4、亨利定律气体的溶解度正比于液体接触该气体的分压力。[X(aq)]＝kH·XGkH为气体在一定温度下的亨利定律常数（mol·L-1·kpa-1）；XG为气体的分压（kpa）。【例题1】求在101.325kp下，25℃时氧气在饱和水中的溶解度。（pH2O饱和＝3.171kpa，kH＝1.26×10-5mol·L-1·kpa-1）解：由于空气中氧气含量约为21％，故水中氧气的分压为：pO2＝（101.325－3.171）×21％＝20.612kpa代入亨利定律：[O2(aq)]=kH·pO2=1.26×10-5×20.612＝2.60×10-4mol·L-1S＝M×[O2(aq)]=32.0×2.60×10-4＝8.32×10-3g·L-1【例题2】求在101.325kpa下，25℃时CO2在饱和水中的溶解度。(PH2O饱和＝3.171kpa，kH＝3.34×10-4mol·L-1·kp-1,kCO2=4.45×10-7）解：由于空气中CO2含量约为0.03％，故水中CO2的分压为：pCO2＝（101.325－3.171）×0.03％＝2.945×10-2kpa代入亨利定律：[CO2(aq)]=kH·pCO2=3.34×10-4×2.945×10-2＝9.84×10-6mol·L-1此为水中溶解的CO2分子的含量，由于CO2溶于水后可以和水发生反应，因此要求CO2在水中的溶解度，还要求出其发生反应的部分。CO2＋H2OHCO3-+H+因此溶解于水中二氧化碳总浓度为：9.84×10-6+2.09×10-6=1.20×10-55、Clausius-Clapeyron方程其中C1、C2分别为温度T1、T2时气体在水中的溶解浓度；H是溶解热（J/mol）；R为气体常数：8.314J·K-1·mol-1。第三章][]][[232COHCOHkCO6762131009.21045.41084.9][][COkHCO121212303.2logTTTTRHCC1.沉淀过程沉淀发生通常可分为三个阶段：（1）成核；（2）晶体聚集；（3）晶体生长。2、氧化物和氢氧化物金属氢氧化物的沉淀溶解平衡可以用化学反应的通式表达：根据溶度积规则：溶液中金属离子饱和浓度的负对数值与溶液pH值的关系为：3、硫化物在饱和水溶液中，H2S浓度总是保持在0.1mol/L，代入上式可得：溶液中促成硫化物沉淀的是S2-，若溶液中存在二价金属离子M2+，则有：[M2+]∙[S2-]＝Ksp因此在硫化物和硫化氢均达到饱和的溶液中，可算出溶液中金属离子的饱和浓度为：4、电子活度对于一个氧化还原的半反应，假设这一半反应达到平衡时，其平衡常数可以表示为：根据能斯特方程式可得：又因为RedOx+ne-)()(sOHMnnOHMnnnspOHMK]][[nwnspnspnKHKOHKM][][)lg(]lg[lg]lg[wspnKnHnKMnpHnpKpKpcwspH2SH++HS-K1=8.9×10-8HS-H++S2-K2=1.3×10-152221222106.1][][][KKSHSHK223222][106.1][][HHSHKS23222106.1][][HKSKMspspneOxdK]][[][Re]lg[][][RelglgenOxdK)][][Relg(lg1]lg[OxdKneKlg10npe令][][Relg10Oxdnpepe][][Relg303.20OxdnFRTEEKnFRTElg303.20)][][Relg(lg303.2OxdKnFRTE又因为有：在25℃时同样，对于一个包含n个电子转移的氧化还原半反应，其自由能变化可以用下列公式所描述：【例题1】从pH=7.4的水样中测得Cr(Ⅲ)=5×10-10molL-1,Cr(Ⅵ)=0.5×10-10molL-1,求处于平衡状态时的pe和pe0。已知两种铬形态间转换反应的平衡常数K=1066.1。提示：水中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的形态分别是Cr(OH)2+和CrO42-。所发生的反应如下：CrO42-+6H++3e=Cr(OH)2++2H2OCrO42-+6H++3e=Cr(OH)2++2H2O5、天然水体的氧化还原限度（1）氧化限度其在标准状态下：故可得到因此，用电子活度表示时，水体的氧化限度为：pe＝20.75－pH或pe＋pH＝20.75（2）还原限度从中可以得出，对于H+/H2电对，即天然水体中的还原限度pe＋pH＝0【例题2】氧气按下式被还原为水：)][][Relg(lg1]lg[OxdKneRTEFpe303.2RTFEpe303.2000591.0Epe0591.000EpenRTpenFEG303.2000303.2nRTpenFEG1.663624210][]][[])([KeHCrOOHCr1.6636][])([lglgK242pepHCrOOHCr.720.476-1-1.663pe03.221.6631lg19.6.7/3200KnpepeE0=1.229求pe、pH和pO2三者之间的关系。解：由lgK和E0关系式求得lgK值：又根据半反应方程式，有将以上计算所得值代入，pe＋pH＝20.8＋1/4lg[pO2]对于pe、pH和pO2三者间的上述关系作图，可得右图。6、金属离子的pe-pH图以铁为例，假设水中溶解态的铁总浓度为1.0×10-5mol/L时，铁体系的pe－pH图绘制方法如下：①Fe3+－Fe2+的边界Fe3+＋eFe2+pe0＝13.5边界上[Fe2+]＝[Fe3+]时，有pe＝13.05，体系pe与pH无关，在pe－pH图上为一条垂直于pe轴的直线。当pe＞13.05时，Fe3+＞Fe2+；当pe＜13.05时，Fe3+Fe2+。②Fe3+－Fe(OH)3(s)的边界∵Fe(OH)3(s)＋3H+Fe3+＋3H2OpH＝3.17这又是一条与pe无关，在pe－pH图上为一条平行于pe轴的直线，当pH＞3.17时，Fe(OH)3(s)将陆续析出。③Fe2+－Fe(OH)3(s)的边界OHeHgO2221)(418.20298314.8303.296500229.11303.2lg0RTFnEK]][[][1412eHpKOpepHpKO]lg[41lg22.557.51012.557.51012.51510Pa2.0×104PapO2=1.013×105PapepH水－气平衡条件下pe、pH和pO2三者间关系此边界涉及到的氧化还原反应为：Fe(OH)3(s)＋3H+＋eFe2+＋3H2O这一反应可看成下列两反应之和：Fe(OH)3(s)＋3H+Fe3+＋3H2OFe3++eFe2+在[Fe2+]＝1.0×10-5mol/L时，本边界涉及到的反应达到平衡：这是一条斜率为－3，截距为22.56的斜线，斜线的上方为Fe(OH)3(s)的稳定区，下方为Fe2+的稳定区。④Fe2+－Fe(OH)2(s)的边界Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O此边界无电子转移，因此与pe无关，在pe－pH图上为一条平行于pe轴的直线。当pH＞8.95时，有Fe(OH)2(s)沉淀生成。⑤Fe(OH)2(s)－Fe(OH)3(s)的边界Fe(OH)3(s)＋3H+Fe3+＋3H2OK＝3.2×104Fe(OH)2(s)＋2H+Fe2+＋3H2OK’＝8.0×1012Fe3++eFe2+＝13.05－8.94－pH＝4.11－pH第四章1、大气的层次结构目前世界普遍采用的是根据大气温度垂直分布的特征，将大气分为五层:对流层、平流层、中间层、热层（暖层）和散逸层（外层）。2、大气中的自由基①氢原子转移RH＋HO→R＋H2O②自由基结合氧或失去氧R＋O2→RO2RO2＋NO→RO＋NO23、光化学定律根据爱因斯坦公式，1mol分子吸收1mol光子的总能量为：E＝N0∙hv＝N0∙hc/＝1.196×105/（kJ∙moL-1）N0－阿佛加德罗常数6.02×1023；h－普朗克常量6.62×10-34J∙s；c－光速3.0×1010cm/s第五章1、大气污染物的来源（一）人为来源1.燃料燃烧煤、石油、天然气等燃料的燃烧2.工业排放3.固体废弃物的焚烧4.农业的排放（二）天然来源1.来自风沙、土壤颗粒的自然尘；2.来自森林、草原火灾排放的CO、CO2、SOx、NOx、CH等；3.来自火山活动排放的SO2、H2S、硫酸盐等颗粒物；4.来自海浪飞沫的颗粒物（主要为硫酸盐、氯化物）；5.来自煤田和油田自然逸出的煤气、天然气等。2、大气污染物的汇（一）干沉降（二）湿沉降（三）化学反应3、NO、NO2和O3的基本光化学循环NO2NO＋OK1O＋O2O3K2O3＋NONO2＋O2K3由于O原子活性很高极不稳定，生成的瞬间会马上被消耗掉，即其生成速率等于其消耗的速率。当这些反应体系达到稳态循环时，所有物质浓度保持不变，此时O3的稳态浓度即：稳态时，[O3]浓度与[NO2]/[NO]成正比，设大气中NO和NO2起始浓度分别表示为[NO]0和[NO2]0，则根据物料守恒规则可得：由于NO与O3的反应是等计量关系，所以]][[][][33212NOOKNOKdtNOd]][[][][3321NOOKNOKdtNOd]][[]][[][33223NOOKOOKdtOd]][[][][2221OOKNOKdtOd]][[][2221OOKNOK]][[]][[][33223NOOKOOKdtOd又][][][3213NOKNOKO0202][][][][NONONONO][][][][0303NON