环境化学讲稿(江苏工业学院)

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本册教案目录课次课题(章节)页码一第一章绪论第一节环境化学第二节环境污染物1~4二第二章大气环境化学第一节大气污染物的迁移第二节大气污染物的转化5~8三二、氮氧化合物的转化三、碳氢化合物的转化9~13四四、光化学烟雾五、硫氧化合物的转化及硫酸烟雾型污染14~19五六、酸性降雨20~24六七、大气颗粒物八、温室气体和温室效应九、臭氧层的形成与损害25~29七第三章水环境化学第一节天然水体基本特征及污染物存在形态第二节水中无机污染物的迁移转化30~34八三、溶解和沉淀35~40九四、氧化和还原41~47十五、配合作用六、光解作用48~54十一第四章土壤环境化学第一节土壤的组成和性质55~60十二第二节土壤的吸附性61~63十三第三节土壤酸碱性、氧化-还原性64~69十四第四节土壤重金属的迁移和转化70~76十五第五节土壤中农药的迁移和转化77~84十六第五节土壤中农药的迁移和转化85~88本册教案目录课次课题(章节)页码十七第五章生物体内污染物的运动过程及毒性第一节污染物的生物吸收和生生物浓缩89~92十八第二节污染物在体内的转移93~96十九第三节污染物的生物转化97~102二十第四节有机污染物的微生物转化103~111二十一第五节无机物的生物转化112~115二十二第六节污染物的毒性116~118二十三第六章典型污染物在环境各圈层中的转归效应第一节重金属119~124二十四第二节有机物125~128江苏工业学院教案第1次课2学时授课时间2006.2.24教案完成时间2006.1.16课题(章节)第一章绪论第一节环境化学第二节环境污染物教学目的与要求:(1)了解环境问题的产生,环境化学基本概念;(2)掌握环境中的污染物类型、种类;(3)了解环境化学研究的范畴。教学重点、难点:重点:环境中污染物的类别,环境化学研究的对象和范畴;难点:环境问题产生的原因。教学方法及师生互动设计:教学方法:讲授法;师生互动设计:提问:环境和化学之间有什么联系?讨论:环境包括有哪些?课堂练习、作业:作业:环境中污染物有哪些?本次课教学内容小结:对于同学们第一次接触环境化学,首先应从环境与化学之间联系讲到环境问题产生的原因,再讲环境问题研究的对象和范畴,环境中污染物有哪些,让同学们在脑海中形成一系列的环境化学概念,为此后所讲的内容作一个整体的认识。也激发同学们对此门课程学习的兴趣。第1页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)第一章绪论第一节环境化学一、环境问题1、环境污染最初,人们将环境问题和环境污染联系起来。确实,从本质上看,大多数环境问题由环境污染引起。就目前人们的认识水平来看,所谓环境污染,指的是由于自然的或人为的(生产、生活)原因,往原先处于正常状态的环境中附加了物质、能量或生物体,其数量或强度超过了环境中的附加物质、能量或生物体,其数量或强度超过了环境的自净能力(自动调节能力)、使环境质量变差,并对人或其它生物的健康或环境中某些有价值物质产生有害影响的现象。20世纪30~70年代发生的最著名的世界八大公害事件中,有五个公害是由于排放大量气体和浮尘引起的,另外三个公害是由于污染而最终引起食物中毒事件。20世纪70年代以来,所发生的许多公害的严重程度已远远超过了八大公害事件。在印度,博帕尔农药厂化学品泄露造成约3000人死亡;在墨西哥城,液化气罐暴炸使千人遇难;在前苏联,切尔弱贝利核反应爆炸使核尘遍布欧洲。更为严重的是,现在不是局部的污染,而是生态环境的恶化。每年有600万hm2具有生产力的旱地变成沙漠,有1100多万hm2的森林遭到破坏。在非洲,干旱将3500万人置于危难之中;由于引用水被污染,全球每年约有6*107人死于腹泻等等。由此可见,决定地球人类前途和命运的是“环境”。2、持续发展1987年环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中第一次阐述了可持续发展的概念,得到了国际社会的广泛共识。可持续发展是指既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力。换句话说,就是指经济、社会、资源和环境保护协调发展,它们是一个密不可分的系统,既要达到发展经济的目的,又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境,使子孙后代能够永续发展和安居乐业。也就是江泽民同志指出的:“决不能吃祖宗饭,断子孙路”。第2页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)二、环境化学1、环境化学的概念环境污染问题促进了环境化学研究的进展。例如,通过煤烟型大气污染问题的研究发展了硫和气溶胶化学,通过光化学烟雾污染的研究发展了大气光化学,通过酸雨污染的研究发展了降水化学。另一方面,当污染物进入水体后,又将怎样迁移、转化,日本发生的水俣病是一个典型的例子。这促使人们探讨汞的迁移、转化、存在形态及环境影响,反过来又促进了环境化学的发展。2、环境化学的任务;内容及特点环境分析化学环境分析化学研究如何运用现代科学理论和先进实验技术来鉴别和测定环境中化学物质的种类、成分形态及含量。具体而言:3、环境化学的发展动向(1)环境分析化学(2)各圈层环境化学(3)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(1)工业(2)农业(3)交通运输(4)生活2、化学污染物第3页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)(1)元素无机物有机化合物和烃类(2)金属有机和准金属有机化合物(3)含氧有机化合物(4)有机氮化合物(5)有机卤化合物(6)有机硫化合物(7)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1、污染物的迁移与转化2、迁移方式3、转化方式4、污染物在多介质中的迁移、转化和循环举例:大气—水—土壤第4页江苏工业学院教案第2次课2学时授课时间2006.2.28教案完成时间2006.1.17课题(章节)第二章大气环境化学第一节大气中污染物的迁移第二节大气中污染物的转化教学目的与要求:(1)了解大气中污染物有哪些?(2)掌握光化学反应概念;(3)掌握大气中一些重要物质的光解;(4)掌握一些重要自由基的来源。教学重点、难点:重点:(1)光化学反应概念;(2)大气中一些重要物质的光解。难点:大气中一些重要自由基的来源。教学方法及师生互动设计:教学方法:讲授法;师生互动设计:提问:光化学反应的条件是什么?讨论:哪些物质能产生光化学反应?课堂练习、作业:(1)何谓光化学?(2)大气中有哪些重要的吸光物质?(3)大气中有哪些重要自由基?其来源如何?本次课教学内容小结:通过光化学反应的教学,要同学们了解光化学反应,掌握大气中一些重要的光化学离解及一些重要自由基的来源。在讲授自由基的光化学反应时,要从光化学反应条件讲起,这样同学们比较容易接受。第5页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)第三章大气环境化学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、大气稳定度的判定五、影响大气污染物迁移的因素1、风和大气湍流的影响2、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:第6页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)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第7页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)(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+CO第8页江苏工业学院教案第3次课2学时授课时间2006.3.3教案完成时间2006.1.18课题(章节)二、氮氧化合物的转化三、碳氢化合物的转化教学目的与要求:(1)掌握大气中氮氧化合物的光化学反应;(2)掌握大气中碳氢化合物的光化学反应;(3)了解大气中氮氧化合物和碳氢化合物的来源。教学重点、难点:(1)掌握大气中氮氧化合物的光化学反应;(2)掌握大气中碳氢化合物的光化学反应;教学方法及师生互动设计:教学方法:讲授法;师生互动设计:提问:氮氧化合物主要有哪些?讨论:大气中碳氢化合物有哪些?课堂练习、作业:(1)大气中有哪些重要氮氧化合物,说明它们的天然和人为来源及对环境污染;(2)大气中有哪些重要碳氢化合物,它们可发生哪些重要的光化学反应?(3)叙述大气中NO转化为NO2的各种途径。本次课教学内容小结:在光化学反应概念基础上,进一步讲授氮氧化合物和碳氢化合物在大气中的光化学反应,同学们较易接受。对于氮氧化合物和碳氢化合物,由于种类繁多,关键是要掌握它们的反应机制及在转化过程中相互之间的关系。第9页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)3、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大气污染化学中所说的氮氧化合物通常是指一氧化氮和二氧化氮,用NOx表示;氮氧化合物的天然来源主要是指生物体腐败过程中被微生物分解的有机氮;氮氧化合物的人为来源主要是矿物燃烧过程中和汽车尾气所排放出来的;空气中氮和氧在高温条件下反应机制如下:第10页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)O2O+OO+N2NO+NN+O2NO+O2NO+O22NO2前三个反应进行得快,所以燃烧过程中产生的NO多,而NO2少。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+HOHNO3第11页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)NO2+O3NO3+O2NO2+NO3N2O5(3)PANCH3CO+O2CH3COOOCH3COOO+NO2CH3COOONO2四、碳氢化合物的转化1、大气中主要的碳氢化合物(1)甲烷大气中含量最高的碳氢化合物,占全世界碳氢化合物排放量的80%以上。(2)石油烃大气中已检出的烷烃有100多种,长链烃的烷烃易形成气溶胶或吸附在颗粒物质上;烯烃多以聚合物的形式存在;乙炔在电焊过程中排放最多。(3)萜类植物生长过程中向大气排放的有机物(4)芳香烃大气中的多环芳烃都吸附在颗粒物上,有的在香烟中也存在,一般的,室内含量高于室外。2、碳氢化合物在大气中的反应(1)烷烃的反应第12页江苏工业学院教案教学内容(讲稿)备注(包括:教学手段、时间分配、临时更改等)RH+HOR+H2ORH+OR+HO(2)稀烃的反应与HO发生加成反应和氢原子摘除反应CH2==CH2+HOCH2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