《環(huán)境化學(xué)》教案

《環(huán)境化學(xué)》教案《環(huán)境化學(xué)》課堂教學(xué)主要包括四大部分：第一部分為緒論，介紹當(dāng)前人類面臨的環(huán)境問題，環(huán)境科學(xué)的形成和發(fā)展，環(huán)境化學(xué)的研究內(nèi)容和發(fā)展方向，化學(xué)污染物及其在多介質(zhì)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為。第二部分為大氣污染化學(xué)，主要介紹大氣的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)，大氣中主要污染物及其遷移，光化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)，溫室效應(yīng)、酸沉降、臭氧層破壞、光化學(xué)煙霧等重要的大氣污染化學(xué)問題及其形成機理，氣溶膠化學(xué)，室內(nèi)空氣污染及健康風(fēng)險，大氣污染的防治對策。第三部分為水污染化學(xué)，主要介紹天然水的基本特征，水中重要化學(xué)污染物的存在形態(tài)及分布，污染物在水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的基本原理及水質(zhì)模型；重點介紹重金屬在水環(huán)境中沉淀-溶解、氧化-還原、吸附-解吸、絮凝-沉降、配合作用、生物轉(zhuǎn)化等遷移轉(zhuǎn)化過程的基本原理及影響因素，有機污染物在水環(huán)境中揮發(fā)、吸附、化學(xué)與生物降解等遷移轉(zhuǎn)化和多介質(zhì)環(huán)境過程的基本原理、影響因素及其模型。第四部分為土壤污染化學(xué)，介紹土壤的組成和基本性質(zhì)，化學(xué)污染物在土壤-植物體系中的遷移、作用機理及影響因素，土壤中氮磷污染及遷移轉(zhuǎn)化，重點介紹土壤中重金屬和有機農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化行為及生物生態(tài)效應(yīng)，土壤中溫室氣體的形成及釋放機理，土壤污染防治與修復(fù)等。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握環(huán)境化學(xué)的基本知識、基本原理和基本技能，為從事環(huán)境保護和環(huán)境科學(xué)研究工作奠定基礎(chǔ)。第一章緒論重點要求：1、了解環(huán)境化學(xué)的內(nèi)容、作用及其地位。2、了解環(huán)境化學(xué)各分支學(xué)科的發(fā)展動向。3、掌握環(huán)境污染物和化學(xué)污染物的分類及主要組成。4、環(huán)境效應(yīng)的基本概念。5、環(huán)境污染物在環(huán)境各圈層的遷移轉(zhuǎn)化過程（了解）。第一節(jié)環(huán)境化學(xué)一、環(huán)境問題環(huán)境污染可持續(xù)發(fā)展二、環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué)的概念環(huán)境化學(xué)的任務(wù)；內(nèi)容及特點環(huán)境化學(xué)的發(fā)展動向環(huán)境分析化學(xué)各圈層環(huán)境化學(xué)環(huán)境工程化學(xué)第二節(jié)環(huán)境污染物一、環(huán)境污染物的類別1、人類社會不同功能產(chǎn)生的污染物工業(yè)農(nóng)業(yè)交通運輸生活2、化學(xué)污染物元素?zé)o機物有機化合物和烴類金屬有機和準(zhǔn)金屬有機化合物含氧有機化合物有機氮化合物有機鹵化合物有機硫化合物有機磷化合物二、環(huán)境效應(yīng)及其影響因素1、環(huán)境物理效應(yīng)2、環(huán)境化學(xué)效應(yīng)3、環(huán)境生物效應(yīng)三、環(huán)境污染物在環(huán)境各圈的遷移轉(zhuǎn)化過程簡介污染物的遷移與轉(zhuǎn)化遷移方式轉(zhuǎn)化方式污染物在多介質(zhì)中的遷移、轉(zhuǎn)化和循環(huán)舉例：大氣—水—土壤第二章大氣環(huán)境化學(xué)重點要求：1、了解大氣層結(jié)構(gòu)及大氣污染物遷移的主要因素。2、光化學(xué)煙霧的形成過程和機理。3、硫酸型煙霧的形成過程和機理。4、酸雨及其化學(xué)組成。5、大氣顆粒物及其組成。6、溫室氣體和溫室效應(yīng)。7、臭氧層的形成與耗損。第一節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)移一、大氣溫度層結(jié)出示大圖：圖1大氣溫度的垂直分布圖2大氣密度的垂直分布大氣垂直遞減率二、輻射逆溫層三、絕熱過程與干絕熱過程四、大氣穩(wěn)定度五、影響大氣污染物遷移的因素風(fēng)和大氣湍流的影響天氣形勢和地理地勢的影響第二節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化一、光化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)1、光化學(xué)反應(yīng)過程什么是光化學(xué)反應(yīng)？初級過程：A+hνA*次級過程：舉例：HCl+hνH+ClH+HClH2+ClCl+ClCl22、量子產(chǎn)率（不做介紹）3、大氣中重要吸光物質(zhì)的光離解：（1）氧分子和氮分子的光離解O2+hνO+ON2+hνN+N（2）臭氧的光離解O3+hνO+O2（3）NO2的光離解NO2+hνNO+O（4）亞硝酸和硝酸的光離解HNO2+hνHO+NOHNO2+hνH+NO2HNO3+hνHO+NO2（5）二氧化硫?qū)獾奈誗O2+hνSO2*（6）甲醛的光離解H2CO+hνH+HCOH2CO+hνH2+CO（7）鹵代烴的光離解CH3X+hνCH3+X二、大氣中重要自由基的來源1、大氣中HO和HO2自由基的濃度2、大氣中HO和HO2自由基的來源：HO來源一：O3+hνO+O2O+H2O2HOHO來源二：HNO2+hνHO+NOH2O2+hν2HOHO2的來源：H2CO+hνH+HCOH+O2+MHO2+MHCO+O2HO2+CO3、R、RO和RO2等自由基的來源大氣中存在最多的烷基是甲基，主要來源是：CH3CHO+hνCH3+HCOCH3COCH3+hνCH3+CH3CO烷基自由基：RH+OR+HORH+HOR+H2O甲氧基：CH3ONO+hνCH3O+NOCH3ONO2+hνCH3O+NO2過氧烷基：R+O2RO2三、氮氧化物的轉(zhuǎn)化1、大氣中的含氮化合物2、氮氧化合物和空氣混合體系中的光化學(xué)反應(yīng)NO2+hνNO+OO+O2+MO3+MO3+NONO2+O23、氮氧化物的氣相轉(zhuǎn)化（1）NO的氧化NO+O3NO2+O2NO+RO2NO2+RONO+HO2NO2+HONO+HOHNO2NO+RORONO（2）NO2的轉(zhuǎn)化NO2+HOHNO3NO2+O3NO3+O2NO2+NO3N2O5（3）PANCH3CO+O2CH3COOOCH3COOO+NO2CH3COOONO24、氮氧化物的液相轉(zhuǎn)化（補充內(nèi)容）四、碳氫化合物的轉(zhuǎn)化1、大氣中主要的碳氫化合物2、碳氫化合物在大氣中的反應(yīng)（1）烷烴的反應(yīng)RH+HOR+H2ORH+OR+HO（2）烯烴的反應(yīng)與HO發(fā)生加成反應(yīng)和氫原子摘除反應(yīng)五、光化學(xué)煙霧現(xiàn)象1、什么是光化學(xué)煙霧（1）光化學(xué)煙霧的日變化曲線出示大圖：光化學(xué)煙霧日變化曲線（2）煙霧箱模擬曲線2、光化學(xué)煙霧形成的簡化機制引發(fā)反應(yīng)：NO2+hνNO+OO+O2+MO3+MNO+O3NO2+O2自由基傳遞反應(yīng)：RH+HORO2+H2ORCHO+HORC（O）O2+H2ORCHO+hνRO2+HO2+COHO2+NONO2+HORO2+NONO2+R’CHO+HO2RC（O）O2+NONO2+RO2+CO2終止反應(yīng)：HO+NO2HNO3RC（O）O2+NO2RC（O）O2NO2RC（O）O2NO2RC（O）O2+NO23、光化學(xué)煙霧的控制對策六、硫氧化物的轉(zhuǎn)化及硫酸煙霧型污染1、二氧化硫的氣相氧化（1）SO2的直接光氧化SO2+O2SO4SO3+O或SO2+SO42SO3（2）SO2被自由基氧化SO2與HO的反應(yīng)HO+SO2HOSO2HOSO2+O2HO2+SO3SO3+H2OH2SO4與其他自由基反應(yīng)CH3CHOO+SO2CH3CHO+SO3HO2+SO2HO+SO3CH3O2+SO2CH3O+SO32、二氧化硫的液相氧化3、硫酸煙霧型污染七、酸性降水1、降水的pH2、降水pH的背景值3、降水的化學(xué)組成（1）降水的組成大氣中固定氣體成分無機物有機物光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物不溶物（2）降水中的離子成分4、酸雨的化學(xué)組成SO2+[O]SO3SO3+H2OH2SO4SO2+H2OH2SO3HSO3+[O]H2SO4NO+[O]NO22NO2+H2OHNO3+HNO25、影響酸雨形成的因素（1）酸性污染物的排放及其轉(zhuǎn)化條件（2）大氣中的氨（3）顆粒物酸度及其緩沖能力（4）天氣形勢的影響八、大氣顆粒物1、顆粒物的粒度及表面性質(zhì)（1）顆粒物的粒度分布總懸浮顆粒物飄塵降塵可吸入粒子（2）大氣顆粒物的三模態(tài)2、大氣顆粒物的化學(xué)組成（1）無機顆粒物（2）有機顆粒物3、大氣顆粒物的去除過程（1）干沉降（2）濕沉降九、溫室氣體和溫室效應(yīng)十、臭氧層的形成與耗損1、臭氧層形成與耗損的化學(xué)反應(yīng)生成：3O2+hν2O3消耗：O3+hνO2+OO3+O2O22、南極的臭氧洞現(xiàn)象第三章水環(huán)境化學(xué)水環(huán)境化學(xué)是研究物質(zhì)在天然水體中的存在形態(tài)、反應(yīng)機制、遷移和轉(zhuǎn)化、歸趨規(guī)律與化學(xué)行為及其對生態(tài)環(huán)境的影響。它是環(huán)境化學(xué)的重要組成部分，這些研究將為水污染控制和水資源的保護提供科學(xué)依據(jù)。主要內(nèi)容：1、天然水基本特征。2、水中重要污染物存在形態(tài)及分布。3、水中無機物的遷移轉(zhuǎn)化。4、水中有機物的遷移轉(zhuǎn)化。重點內(nèi)容：1、天然水的碳酸平衡。2、水中顆粒物的聚集。3、溶解—沉淀、氧化—還原、配合作用的基本原理。4、分配作用、揮發(fā)作用、水解作用、光解作用、生物降解的原理。難點內(nèi)容：1、天然水碳酸平衡的計算。2、絮凝原理的理解。3、pE-pH圖的獲得和理解。4、揮發(fā)作用的雙膜理論。第一節(jié)天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài)一、天然水體的基本特征1、天然水的組成（1）天然水中的主要離子組成（2）水中的金屬離子（3）氣體在水中的溶解性亨利定律（4）水生生物2、天然水的性質(zhì)（1）碳酸平衡CO2+H2O==H2CO3H2CO3==HCO3+H+HCO3-==CO32-+H+（2）天然水中的堿度和酸度總堿度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]–[H+]總酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3]-[OH-]二、水中污染物的分布和存在形態(tài)1、有機污染物（1）農(nóng)藥（2）多氯聯(lián)苯（3）鹵代脂肪烴（4）醚類（5）單環(huán)芳香族化合物（6）苯酚類和甲酚類（7）酞酸酯類（8）多環(huán)芳烴（9）亞硝胺和其他化合物2、金屬污染物鎘汞鉛砷鉻銅鋅鉈鎳鈹?shù)诙?jié)水中無機污染物的遷移轉(zhuǎn)化一、顆粒物與水之間的遷移1、水中顆粒物的類別（1）礦物微粒和黏土礦物（2）金屬水合化合物（3）腐殖質(zhì)（4）水體懸浮沉積物（5）其他2、水環(huán)境中顆粒物的吸附作用（1）吸附等溫線和等溫式H型等溫線F型等溫線L型等溫線（2）氧化物表面吸附的配合模式3、沉積物中重金屬的釋放誘發(fā)釋放的因素：鹽濃度升高氧化還原條件的變化降低pH增加水中配合劑的含量二、水中顆粒物的聚集1、膠體顆粒物凝聚的基本原理和方式2、膠體顆粒絮凝動力學(xué)三、溶解和沉淀1、氧化物和氫氧化物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如溶液中存在二價金屬離子Me2+，則有：[Me2+][S2-]=Ksp3、碳酸鹽4、水溶液中不同固相的穩(wěn)定性四、氧化-還原1、電子活度和氧化還原電位pE=pE0+1/nlg（[反應(yīng)物]/[生成物]）2、天然水體的pE-pH圖3、天然水的pE和決定電位4、無機氮氧化物的氧化還原轉(zhuǎn)化5、無機鐵的氧化還原轉(zhuǎn)化6、水中有機物的氧化五、配合作用1、配合物在溶液中的穩(wěn)定性2、羥基對重金屬離子的配合作用3、氯離子對重金屬的配合作用4、腐殖質(zhì)的配合作用5、有機配體對重金屬遷移的影響第三節(jié)水中有機污染物的遷移轉(zhuǎn)化一、分配作用1、分配理論2、標(biāo)化分配系數(shù)3、生物濃縮因子二、揮發(fā)作用1、亨利定律2、揮發(fā)作用的雙膜理論三、水解作用四、光解作用五、生物降解作用第四節(jié)水質(zhì)模型一、氧平衡模型二、湖泊富營養(yǎng)化預(yù)測模型三、有毒有機污染物的歸趨模型第四章土壤環(huán)境化學(xué)重點要求：1、了解土壤的組成與性質(zhì)，土壤的粒級與質(zhì)地分組特征。2、了解污染物在土壤—植物體系中遷移的特點、因素、機制。3、農(nóng)藥在土壤中遷移的特點、因素、機制。4、主要農(nóng)藥在土壤中的轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)。第一節(jié)土壤的組成與性質(zhì)一、土壤的組成土壤由固體、液體和氣