《環(huán)境化學(xué)》戴樹桂(第二版)-課后習(xí)題與參考答案

1.如何認(rèn)識現(xiàn)代環(huán)境問題的發(fā)展過程?環(huán)境問題不止限于環(huán)境污染，人們對現(xiàn)代環(huán)境問題的認(rèn)識有個(gè)由淺入深，逐漸完善的發(fā)展過程。a、在20世紀(jì)60年代人們把環(huán)境問題只當(dāng)成一個(gè)污染問題，認(rèn)為環(huán)境污染主要指城市和工農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來的對大氣、水質(zhì)、土壤、固體廢棄物和噪聲污染。對土地沙化、熱帶森林破環(huán)和野生動物某些品種的瀕危滅絕等并未從戰(zhàn)略上重視，明顯沒有把環(huán)境污染與自然生態(tài)、社會因素聯(lián)系起來。b、1972年發(fā)表的《人類環(huán)境宣言》中明確指出環(huán)境問題不僅表現(xiàn)在水、氣、土壤等的污染已達(dá)到危險(xiǎn)程度，而且表現(xiàn)在對生態(tài)的破壞和資源的枯竭；也宣告一部分環(huán)境問題源于貧窮，提出了發(fā)展中國家要在發(fā)展中解決環(huán)境問題。這是聯(lián)合國組織首次把環(huán)境問題與社會因素聯(lián)系起來。然而，它并未從戰(zhàn)略高度指明防治環(huán)境問題的根本途徑，沒明確解決環(huán)境問題的責(zé)任，沒強(qiáng)調(diào)需要全球的共同行動。c、20世紀(jì)80年代人們對環(huán)境的認(rèn)識有新的突破性發(fā)展，這一時(shí)期逐步形成并提出了持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，指明了解決環(huán)境問題的根本途徑。d、進(jìn)入20世紀(jì)90年代，人們鞏固和發(fā)展了持續(xù)發(fā)展思想，形成當(dāng)代主導(dǎo)的環(huán)境意識。通過了《里約環(huán)境與發(fā)展宣言》、《21世紀(jì)議程》等重要文件。它促使環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)人類的持續(xù)發(fā)展作為全球的行動綱領(lǐng)。這是本世紀(jì)人類社會的又一重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，樹立了人類環(huán)境與發(fā)展關(guān)系史上新的里程碑。2.怎樣了解人類活動對地球環(huán)境系統(tǒng)的影響地球環(huán)境系統(tǒng)即為生物圈，生物圈有五大圈層組成：大氣圈水圈生物圈土壤圈巖石圈這五大圈層受到人類影響也就影響了整個(gè)地球環(huán)境系統(tǒng)大氣圈，人類的工業(yè)化，是的礦物質(zhì)燃料使得co2so2等氣體大量進(jìn)入大氣中是的大氣吸收的地面的長波輻射增多，形成保溫層這就是我們說的溫室效應(yīng)生物圈：人類的砍伐，屠殺野生動物，造成生態(tài)系統(tǒng)的破壞，食物鏈的斷裂或減少，是的生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，能量流動受到影響造成災(zāi)害各種生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力減弱抗破壞力減弱土壤圈：樹木的砍伐造成水土流失，人們盲目施肥造成土壤污染水圈：水的污染就不用說了巖石圈：人類活動的原因引發(fā)酸雨，溶洞腐蝕,砍伐造成風(fēng)沙肆虐風(fēng)化現(xiàn)象加劇而且五大圈層相輔相成，一個(gè)受到影響會引發(fā)其他的影響，進(jìn)而造成自然災(zāi)害，造成生命財(cái)產(chǎn)損失，人類的活動最終的苦果還要人類自己承受(1)氧的循環(huán)：2CO+O?→2CO?氧被發(fā)自火山的(2)碳的循環(huán)：生物降解光合作用生物降解固定的有機(jī)碳(CH?O)和異型生物質(zhì)的碳化學(xué)過程的異型生物質(zhì)固定的有機(jī)烴類，C?H?x和油母頁巖大氣中的CO?溶解作用和化學(xué)過程溶解性的無機(jī)碳主要為HCO?的溶解作用化學(xué)沉淀作用和無機(jī)碳結(jié)合于微生物外殼主要為CaCO?和CaCO?·MgCO?(3)氮的循環(huán)N?,一些N?O,痕量NO,NO?,HNO?,污染物的排放，NO,NO?來自沉降的溶解NH?+,NO?生物結(jié)合氮，比如蛋白質(zhì)中的胺(NH?)氮NH?,HNO?,NO,NO?N?O,NH?分子N?的固定酸鹽化肥，含氮污染物(4)磷的循環(huán)HPO?2,H?PO?和聚磷酸鹽<-沉淀作用洗滌劑廢物個(gè)異型生物質(zhì)的V不溶性的無機(jī)磷酸鹽，如Cas(OH)(PO?)?或磷酸鐵沉積物中的生物有機(jī)和無機(jī)磷酸鹽V生物磷，主要是V生命體的同化作用個(gè)生物降解(5)硫的循環(huán)H?SO?,CS?,(CH?)?S大氣中的硫物種與其它環(huán)境大氣中的硫物種與其它環(huán)境圈層中硫物種的相互變化可溶和不可溶形式的無機(jī)SO?2-氧化硫酸根還原硫化物氧化V生物硫，包括-SH族H?S和金屬硫化物如FeS微生物代謝微生物產(chǎn)生的小分子中的有機(jī)硫，大部像-SH和功能團(tuán)生命體的同化作用√異型生物質(zhì)的硫，比如殺蟲劑中的生物降解_!1S(6)體會：氧、碳、氮、磷和硫等營養(yǎng)元素的生物地球化學(xué)循環(huán)是地球系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，它涉及地層環(huán)境中物質(zhì)的交換、遷移和轉(zhuǎn)化過程，是地球運(yùn)動和生命過程的主要營力。3.根據(jù)環(huán)境化學(xué)的任務(wù)、內(nèi)容和特點(diǎn)以及其發(fā)展動向，你認(rèn)為怎樣才能學(xué)好環(huán)境化學(xué)這門課程?(1)環(huán)境化學(xué)的任務(wù)、內(nèi)容、特點(diǎn)：環(huán)境化學(xué)是在化學(xué)科學(xué)的傳統(tǒng)理論和方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中出現(xiàn)而引起的環(huán)境問題為研究對象，以解決環(huán)境問題為目標(biāo)的一門新興學(xué)科。環(huán)境化學(xué)是一門研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)。它既是環(huán)境科學(xué)的核心組成部分，也是化學(xué)科學(xué)的一個(gè)新的重要分支。(2)環(huán)境化學(xué)的發(fā)展動向：國際上較為重視元素(尤其是碳、氮、硫、磷)的生物地球化學(xué)循環(huán)及其相互耦合的研究；重視化學(xué)品安全評價(jià)；重視臭氧層破壞、氣候變暖等全球變化問題。我國優(yōu)先考慮的環(huán)境問題中與環(huán)境化學(xué)密切相關(guān)的是：以有機(jī)物污染為主的水質(zhì)污染；以大氣顆粒物和二氧化硫?yàn)橹鞯某鞘锌諝馕廴?；工業(yè)有毒有害廢棄物和城市垃圾對大氣、水和土地的污染等。(3)我對學(xué)好這門課的觀點(diǎn)：環(huán)境化學(xué)包含大氣、水體和土壤環(huán)境化學(xué)多個(gè)分支學(xué)科，研究有害化學(xué)物質(zhì)在大氣、水體和土壤環(huán)境中的來源、存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法。這就決定了環(huán)境化學(xué)研究中需要運(yùn)用現(xiàn)場研究、實(shí)驗(yàn)室研究、實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)研究和計(jì)算機(jī)模擬研究相結(jié)合的系統(tǒng)研究方法，主要以化學(xué)方法為主，還要配以物理、生物、地學(xué)、氣象學(xué)等其他學(xué)科的方法。因此，要求研究人員具有較廣泛的各相關(guān)學(xué)科的理論知識和實(shí)驗(yàn)動手能力。我們在日常學(xué)習(xí)中應(yīng)當(dāng)以開闊的視野，除了環(huán)境化學(xué)之外，廣泛涉獵各相關(guān)學(xué)科，并注重培養(yǎng)自己的實(shí)驗(yàn)操作，如此才可能學(xué)好這門課。4.舉例簡述污染物在環(huán)境各圈的遷移轉(zhuǎn)化過程。以汞為例，說明其在環(huán)境各圈層的遷移轉(zhuǎn)化過程，見下圖。汞在環(huán)境中的存在形態(tài)有金屬汞、無機(jī)汞化合物和有機(jī)汞化合物三種。在好氧或厭氧條件下，水體底質(zhì)中某些微生物能使二價(jià)無機(jī)汞鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆投谆?。甲基汞脂溶性大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，容易被魚類等生物吸收，難以代謝消除，能在食物鏈中逐級放大。甲基汞可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為二甲基汞。二甲基汞難溶于水，有揮發(fā)性，易散逸到大氣中，容易被光解為甲烷、乙烷和汞，故大氣中二甲基汞存在量很少。在弱酸性水體(pH4～5)中，二甲基汞也可轉(zhuǎn)化為一甲基汞。水細(xì)菌《大氣環(huán)境化學(xué)》重點(diǎn)習(xí)題及參考答案3、環(huán)境污染物有哪些類別?當(dāng)前世界范圍普遍關(guān)注的污染物有哪些特性?(1)環(huán)境污染物的分類：a.按污染物影響的環(huán)境要素可分為：大氣污染物、水體污染物、土壤污染物b.按污染物的形態(tài)可分為：氣體污染物、液體污染物、固體污染物c.按污染物的性質(zhì)可分為：化學(xué)污染物、物理污染物、生物污染物d.按人類社會活動不同功能產(chǎn)生的污染物可分為：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、生活污染等(2)當(dāng)前世界范圍普遍關(guān)注的污染物主要特性是：持久行有機(jī)污染物具有致突變、致癌和1、大氣的主要層次是如何劃分的?每個(gè)層次具有哪些特點(diǎn)?溫度/℃對流層平流層中間層(2)各層次特點(diǎn)：①對流層：0～18km;氣溫隨高度升高而降低；有強(qiáng)烈的空氣垂直對流；空氣密度大(占大氣總質(zhì)量的3/4和幾乎全部的水汽和固體雜質(zhì));天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變。②平流層：18～50km;平流層下部30～35km以下氣溫變化不大(同溫層),30~35km以上隨高度升高溫度增大(逆溫層);有一20km厚的臭氧層，可吸收太陽的平穩(wěn)又安全；空氣的垂直對流運(yùn)動很小，只隨地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生平流運(yùn)動，污染物進(jìn)入平流層可遍布全球。速降低；大氣的垂直對流強(qiáng)烈。④熱層：80～500km;在太陽紫外線照射下空氣處于高度電離狀態(tài)(電離層),能反射無線電波，人類可利用它進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線電通訊；大氣溫度隨高度增加而升高；空氣更加稀薄，大氣質(zhì)量僅占大氣總質(zhì)量的0.5%。熱層以上的大氣層稱為逃逸層。這層空氣在太陽紫外線和宇宙射線的作用與大氣溫度不同，大氣的壓力總是隨著海拔高度的增加而減小。2、逆溫現(xiàn)象對大氣中污染物的遷移有什么影響?一般情況下，大氣溫度隨著高度增加而下降，每上升100米，溫度降低0、6℃左右。即是說在數(shù)千米以下，總是低層大氣溫度高、密度小，高層大氣溫度低、密度大，顯得“頭重腳輕”。這種大氣層結(jié)容易發(fā)生上下翻滾即“對流”運(yùn)動，可將近地面層的污染物向高空乃至遠(yuǎn)方輸散，從而使城市上空污染程度減輕。因而在通常情況下，城市上空為輕度污染，對人體健康影響不大?？墒窃谀承┨鞖庵麓髿鈱咏Y(jié)“腳重頭輕”,氣家學(xué)家稱之為“逆溫”,發(fā)生逆溫現(xiàn)象的大氣層稱為“逆溫層”。它像一層厚厚的被子罩在我們城鄉(xiāng)上空，上下層空氣減少了流動，近地面層大氣污染物“無路可走”,只好原地不動，越積越多，空氣污染勢必加3.大氣中有哪些重要污染物?說明其主要來源和消除途徑。環(huán)境中的大氣污染物種類很多，若按物理狀態(tài)可分為氣態(tài)污染物和顆粒物兩大類；若按形成過程則可分為一次污染物和二次污染物。按照化學(xué)組成還可以分為含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含鹵素化合物。主要按照化學(xué)組成討論大氣中的氣態(tài)污染物主要來源和消除途徑如下：(1)含硫化合物大氣中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS?)、二甲基硫(CH?)?S、硫化氫(H?S)、二氧化硫(SO?)、三氧化硫(SO?)、硫酸(H?SO?)、亞硫酸鹽(MSO?)和硫酸鹽(MSO?)等。大氣中的SO?(就大城市及其周圍地區(qū)來說)主要來源于含硫燃料的燃燒。大氣中的SO?約有50%會轉(zhuǎn)化形成H?SO?或SO?2,另外50%可以通過干、濕沉降從大氣中消除。H?S主要來自動植物機(jī)體的腐爛，即主要由植物機(jī)體中的硫酸鹽經(jīng)微生物的厭氧活動還原產(chǎn)生。大氣中H?S主要的去除反應(yīng)為：HO+H?S→H?O+SH。(2)含氮化合物大氣中存在的含量比較高的氮的氧化物主要包括氧化亞氮(N?O)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO?)。主要討論一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO?),用通式NO表示。NO和NO?是大氣中主要的含氮污染物，它們的人為來源主要是燃料的燃燒。大氣中的NO、最終將轉(zhuǎn)化為硝酸和硝酸鹽微粒經(jīng)濕沉降和干沉降從大氣中去除。其中濕沉降是最主要的消除方式。(3)含碳化合物大氣中含碳化合物主要包括：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO?)以及有機(jī)的碳?xì)浠衔?HC)和含氧烴類，如醛、酮、酸等。CO的天然來源主要包括甲烷的轉(zhuǎn)化、海水中CO的揮發(fā)、植物的排放以及森林火災(zāi)和農(nóng)業(yè)廢棄物焚燒，其中以甲烷的轉(zhuǎn)化最為重要。CO的人為來源主要是在燃料不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的。大氣中的CO可由以下兩種途徑去除：土壤吸收(土壤中生活的細(xì)菌能將CO代謝為CO?和CH?);與HO自由基反應(yīng)被氧化為CO?。CO?的人為來源主要是來自于礦物燃料的燃燒過程。天然來源主要包括海洋脫氣、甲烷轉(zhuǎn)化、動植物呼吸和腐敗作用以及燃燒作用等。甲烷既可以由天然源產(chǎn)生，也可以由人為源產(chǎn)生。除了燃燒過程和原油以及天然氣的泄漏之外，產(chǎn)生甲烷的機(jī)制都是厭氧細(xì)菌的發(fā)酵過程。反芻動物以及螞蟻等的呼吸過程也可產(chǎn)生甲烷。甲烷在大氣中主要是通過與HO自由基反應(yīng)被消除：CH?+HO→CH?+H?O。(4)含鹵素化合物大氣中的含鹵素化合物主要是指有機(jī)的鹵代烴和無機(jī)的氯化物和氟化物。大氣中常見的鹵代烴以甲烷的衍生物，如甲基氯(CH?Cl)、甲基溴(CH?Br)和甲基碘(CH?I)。它們主要由天然過程產(chǎn)生，主要來自于海洋。CH?Cl和CH?Br在對流層大氣中，可以和HO自由基反應(yīng)。而CH?I在對流層大氣中，主要是在太陽光作用下發(fā)生光解，產(chǎn)生原子碘(I)。許多鹵代烴是重要的化學(xué)溶劑，也是有機(jī)合成工業(yè)的重要原料和中間體，如三氯甲烷(CHCl?)、三氯乙烷(CH?CCl?)、四氯化碳(CCl?)和氯乙烯(C?H?Cl)等均可通過生產(chǎn)和使用過程揮發(fā)進(jìn)入大氣，成為大氣中常見的污染物。它們主要是來自于人為源。在對流層中，三氯甲烷和氯乙烯等可通過與HO自由基反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為HCl,然后經(jīng)降水而被去除。氟氯烴類中較受關(guān)注的是一氟三氯甲烷(CFC-11或F-11)和二氟二氯甲烷(CFC-12或F-12)。它們可以用做致冷劑、氣溶膠噴霧劑、電子工業(yè)的溶劑、制造塑料的泡沫發(fā)生劑和消防滅火劑等。大氣中的氟氯烴類主要是通過它們的生產(chǎn)和使用過程進(jìn)入大氣的。由人類活動排放到對流層大氣中的氟氯烴類化合物，不易在對流層被去除，它們在對流層的停留時(shí)間較長，最可能的消除途徑就是擴(kuò)散進(jìn)入平流層。主要有：(1)空氣的機(jī)械運(yùn)動如風(fēng)和大氣湍流的影響；(2)天氣和地理地勢的影響；(3)5大氣中有哪些重要的吸光物質(zhì)?其吸光特征是什么?答：大氣組分如N、O?、O?、H?O和CO?等能吸收一定290nm的太陽輻射被N?、0?、0,分子吸收，并使其解離。故波長小于290nm的太陽輻射不能到達(dá)地面，而800~2000nm的長波輻射則幾乎都被水分子和二氧化碳所吸收。因此，只有波長為300~800nm的可見光能透過大氣到達(dá)地面，這部分約占太陽光總能量的41%。6.太陽發(fā)射光譜和地面測得的太陽光譜有何不同?為什么?和紅外線被極大的削弱所剩無幾，但可見光卻幾乎都能到達(dá)地表，其比重也由47%上升到92%。即7.大氣中有哪些重要的自由基?其來源如何?大氣中存在的重要自由基有HO、HO?、R(烷基)、RO(烷氧基)和RO?(過氧烷基)等。它們的來源如下：對于清潔大氣而言，O?的光離解是大氣中HO的重要來源：對于污染大氣，如有HNO?和H?O?存在，它們的光離解也可產(chǎn)生HO:HNO?+hv→HO+NOH?O?+hv→2HO其中HNO?的光離解是大氣中HO的重要來源。(2)HO?的來源H?CO+hv→H+HCOH+O?+M→HO?+MHCO+O?→HO?+CO任何光解過程只要有H或HCO自由基生成，它們都可與空氣中的O?結(jié)合而導(dǎo)致生成HO?。亞硝酸酯和H?O?的光解也可導(dǎo)致生成HO?:H?O?+hv→2HOHO+H,O,→HO?+H?O如體系中有CO存在：HO+CO→CO?+HH+O,→HO,(3)R的來源大氣中存在量最多的烷基是甲基，它的主要來源是乙醛和丙酮的光解：CH?CHO+hv→CH?+HCO這兩個(gè)反應(yīng)除生成CH?外，還生成兩個(gè)羰基自由基HCO和CH?CO。O和HO與烴類發(fā)生H摘除反應(yīng)時(shí)也可生成烷基自由基：RH+O→R+HORH+HO→R+H?O(4)RO的來源大氣中甲氧基主要來源于甲基亞硝酸酯和甲基硝酸酯的光解：(5)RO?的來源8.大氣中有哪些重要的含氮化合物?說明它們的天然來源和人為來源及對環(huán)境的污染(1)大氣中存在的含量比較高的含氮化合物主要是氮氧化物，包括氧化亞氮中硝酸鹽經(jīng)細(xì)菌的脫氮作用而產(chǎn)生。由于在低層大氣中N?O非常穩(wěn)定，是停留NO和NO?是大氣中主要的含氮污染物，合稱為NO,它們主要來自于人為來源，即化石燃料的燃燒。城市大氣中的NO有2/3來自汽車等流動燃燒源的排放，1/3來自固定燃燒源的排放。NOx是導(dǎo)致大氣光化學(xué)污染和酸雨的重要9.敘述大氣中NO轉(zhuǎn)化為NO2的各種途徑。NO2+0210.大氣中有哪些重要的碳?xì)浠衔?它們可發(fā)生哪些重要的光化學(xué)反應(yīng)?甲烷、石油烴、萜類和芳香烴等都是大氣中重要的碳?xì)浠衔铩Ｋ鼈兛蓞⑴c許多光化學(xué)反應(yīng)過程。(1)烷烴的反應(yīng)：與HO、O發(fā)生H摘除反應(yīng)，生成R氧化成RO?與NO反應(yīng)RH+OH→R+H?ORH+O→R+HOR+O?→RO?RO?+NO→RO+NO?(2)烯烴的反應(yīng)：與OH主要發(fā)生加成、脫氫或形成二元自由基RCH(OH)CH?+O?→RCH(OH)CH?O?RCH(OH)CH?O?+NO→RCH(OH)CH?O+NO?生成二元自由基：二元自由基能量很高，可進(jìn)一步分解為兩個(gè)自由基以及一些穩(wěn)定產(chǎn)物。另外，它可氧化NO和SO?等：R?R?COO+NO→R?R?CO+NO,R?R?COO+SO?→R?R?CO+SO?(3)環(huán)烴的氧化：以環(huán)己烷為例(4)芳香烴的氧化CH?OCH?+HO→CH?OCH?+H?OCH?CH?OH+HO→CH?CHOH+H?OCH?COCH?+HO→CH?COCH?+H?OCH?CHO+HO→CH?CO+H?O上述四種反應(yīng)所生成的自由基在有O?存在下均可生成過氧自由基，與RO?有相類似的氧化作用。11.碳?xì)浠衔飬⑴c的光化學(xué)反應(yīng)對各種自由基的形成有什么貢獻(xiàn)?RH為碳?xì)浠衔?2.說明光化學(xué)煙霧現(xiàn)象，解釋污染物與產(chǎn)物的日變化曲線，并說明光化學(xué)煙霧產(chǎn)物的性質(zhì)與特征。(1)光化學(xué)煙霧現(xiàn)象：主要含有氮氧化物和碳?xì)浠衔锏纫淮涡晕廴疚锏拇髿猓陉柟庹丈湎掳l(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生二次污染物。這種由一次和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象稱為光化學(xué)煙霧。因最早(1940年)在美國洛杉磯首先出現(xiàn)，又稱洛杉磯型煙霧。(2)性質(zhì)與特征：煙霧藍(lán)色；具有強(qiáng)氧化性，能使橡膠開裂；對眼睛、呼吸道等有強(qiáng)烈刺激，并引起頭痛、污染區(qū)域出現(xiàn)在污染源下風(fēng)向幾十到幾百公里的范圍內(nèi)。(3)日變化曲線：白天生成夜晚消污失；染物濃度峰值出現(xiàn)在中午和午后；烴類和NO發(fā)生在早上交通高峰傍晚雖交通繁忙，但日光較弱，不足以引起光化學(xué)反應(yīng)。類RH的存在又是自由基轉(zhuǎn)化和增殖為數(shù)量大，種類多的根本原因。烴類在光化學(xué)煙霧形成過程中占有很重要的RH+O→R+HORH+HO→R+H?OH+O?→HO?R+O?→RO?RCO+O?→RC(O)OORO?和RC(O)O?均可將NO氧化成NO?。(1)有機(jī)物的反應(yīng)活性：有機(jī)物的反應(yīng)活性是指反應(yīng)難易程度。反應(yīng)中有些中間體能增加反應(yīng)活性。正催化劑能產(chǎn)生容易反應(yīng)的中間體，改變反應(yīng)歷程，縮短反應(yīng)時(shí)間。(2)分類：按有機(jī)物所含官能團(tuán)分類：烷、烯、炔、醇、酮、苯、酚、醚、羧酸、糖等。(1)SO2氣相氧化：SO2首先氧化成SO3,隨后SO3被水吸收成硫酸，形成酸雨或硫酸煙霧。硫酸與大氣(2)SO2液相氧化：大氣中存在少量水和顆粒物。SO2可溶于大氣中液體水，也可被大氣顆粒物吸附，并溶解在顆粒物表面所吸附的水中。于是SO2便可發(fā)生液相反應(yīng)。①S02液相平衡；②O3這種降水過程稱為濕沉降。酸雨現(xiàn)象是大氣化學(xué)過程和大氣物理過程的綜合效應(yīng)。酸雨中含有多種無機(jī)酸和有機(jī)酸，其中絕大部分是硫酸和硝酸，多數(shù)情況下以硫酸為主。從污染源排放出來的SO2和NOx是形成酸雨的主SO3+H2O→H2SO4SO2+H2O→H2SO3H2SO3+[O]→H2SO4NO+[O]→NO22NO2+H2O→HNO3+HNO2大氣中的SO2和NOx經(jīng)氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亞硝酸，這是造成降水pH降低的主要原因。除此之外，還有許多氣態(tài)或固態(tài)物質(zhì)進(jìn)入大氣對降水的pH也會有影響。大氣顆粒物中Mn、Cu、N等是酸性氣體氧化的催化劑。大氣光化學(xué)反應(yīng)生成的O2和HO2·等又是使SO2氧化的氧化劑。因此，降水的酸度是酸和堿平衡的結(jié)果。如降水中酸量大于堿量，就會形成酸雨。18.確定酸雨pH界限的依據(jù)是什么?pH為5.6作為判斷酸雨的界限。依據(jù)以下過程得出：在未污染大氣中，可溶于水且含量比較大的酸性氣體是CO?,所以只把CO?作為影響天然降水pH的因素，根據(jù)CO?的全球大氣濃度330ml/m3與純水的平衡：[H]3-(Kw+K?K?pco?)[H*]-2K?K?K?pco?=0在一定溫度下，Kw、KH、K?、K?、pco?都有論述影響酸雨形成的因素答影響酸雨形成的因素主要有：(1)酸性污染物的排放及其轉(zhuǎn)化條件。(2)(2)大氣中NH3的含量及其對酸性物質(zhì)的中和性。(3)(3)大氣顆粒物的堿度及其緩沖能力。(4)(4)天氣形勢的影響20.什么是大氣顆粒物的三模態(tài)?如何識別各種粒子模?Whitby等人依據(jù)大氣顆粒物表面積與粒徑分布的關(guān)系得到了三種不同類型的粒度模。按這個(gè)模型，可把大(1)愛根核模主要源于燃燒產(chǎn)生的一次顆粒物以及氣體分子通過化學(xué)反應(yīng)均相成核而生成的二次顆粒物。由于它們的粒徑小、數(shù)量多、表面積大而很不穩(wěn)定，易于相互碰撞結(jié)成大粒子而轉(zhuǎn)入積聚模。也可在大氣湍流擴(kuò)(2)積聚模主要由核模凝聚或通過熱蒸汽冷凝再凝聚長大。這些粒子多為二次污染物，其中硫酸鹽占80%以上。它們在大氣中不易由擴(kuò)散或碰撞而去除。積聚模與愛根核模的顆粒物合稱細(xì)粒子。(3)粗粒子模的粒子稱為粗粒子，多由機(jī)械過程所產(chǎn)生的揚(yáng)塵、液滴蒸發(fā)、海鹽濺沫、火山爆發(fā)和風(fēng)沙等一次顆粒物所構(gòu)成，因此它的組成與地面土壤十分相近，主要靠干沉降和濕沉降過程而去除。機(jī)顆粒物，而將含有有機(jī)成分的顆粒物稱作有機(jī)顆粒物。(1)無機(jī)顆粒物：天然來源的無機(jī)顆粒物，如揚(yáng)塵的成分主要是該地區(qū)的土壤粒子?；鹕奖l(fā)所噴出的火山灰，除主要由硅和氧組成的巖石粉末外，還含有其成分主要有氯化鈉粒子，硫酸鹽粒子，還會含有一些鎂的化合物。人為源釋放出來的無機(jī)顆粒物，如動力發(fā)電廠由于燃煤及石油而排放出來的顆粒物，其成分除大量的煙塵外，還含有鈹、鎳、凱等的化合物。市政焚燒爐會排放出含有砷、鈹、鎘、鉻、銅、鐵、汞、鎂、錳、鎳、鉛、銻、鈦、釩和鋅等的化合物。汽車尾氣中則含有大量的鉛。(2)有機(jī)顆粒物：有機(jī)顆粒物種類繁多，結(jié)構(gòu)也極其復(fù)雜。已檢測到的主要環(huán)酮、酮類、酚類和有機(jī)酸等。(3)大氣顆粒物多數(shù)是由氣態(tài)一次污染物通過凝聚過程轉(zhuǎn)化而來的。如硫酸及硫酸鹽顆粒物主要是由污染源排出的SO2氧化后，溶于水而形成硫酸，硫酸再與大氣中的NH?化合而生成(NH?)?SO?顆粒物。硫酸也可與大氣中其他金屬離子化合生成各種硫酸鹽顆粒物。大氣中的某些微量組分，能使太陽的短波輻射透過，加熱地面，而地面增溫后所放出的熱輻射，卻被這些組分吸收，使大氣增溫。由于這些組分的作用在某些方面類似溫室的玻璃房頂，因此這種現(xiàn)象被稱為溫室效應(yīng)，這些組分被稱為為溫室氣體。主要溫室氣體有二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)、氯氟烷烴(CFCs)等。八十年代研究表明，人為排放各種溫室氣體對溫室效應(yīng)所起作用比例不同，其中二氧化碳55%,氯氟烷烴24%,甲烷15%,二氧化氮6%。二氧化碳大量增加是造成溫室效應(yīng)加劇的主要原因。(1)封閉體系(溶解性CO?與大氣沒有交換)中存在下列平衡CO?+H?O==H?CO?*H?CO?*=—HCO?+H+pK?=6.35其中K?=[HCO?][H*]/[H?CO?*],K?=[CO?2][H*]/[HCO?]用ao、a?和a?分別表示三種碳酸化合態(tài)在總量中所占比例，得下面表達(dá)式αo=[H?CO?*]/{[H?CO?*]+[HCO?]+[CO?2]}a?=[HCO?]/{[H?CO?*]+[HCO?]+[CO?2]}α?=[CO?2-]/{[H?CO?*]+[HCO?]+[CO?2-]}把K?、K?的表達(dá)式代入以上三式，得ao=(1+K/[H+]+K?K?/[H*]2)1α?=(1+[H*]/K?+K?/[H+])1α?=(1+[H*]2/K?K?+[H*]/K?)1設(shè)Cr=[H?CO?*]+[HCO?]+[CO?2],則有[H?CO?*]=Cr(1+K?/[H+]+K?K?/[H+]2)[HCO?]=Cr(1+[H*]/K?+K?/[H*])1[CO?2-]=Cr(1+[H+]?/K?K?+[H*]/K?)-1(2)開放體系中CO?在氣相和液相之間平衡，各種碳酸鹽化合態(tài)的平衡濃度可表示為Pco?和pH的函數(shù)。Cr=[CO?]/ao=Kh·Pco?/ao[HCO?]=(a?/ao)Kn·Pcoz=(K/[H+])Kμ:Pco?[CO?2]=(a?/ao)Kh·Pcoz=(K?K?/[H*]2)KH·Pco?總酸度|=[H*]+[HCO?]+2[H?CO?]-[OH]=Cr(a?+2an)+[H*]-Kw/[H*]無機(jī)酸度=[H]-[HCO;]-2[CO?2]-[OH]=-Cr(α?+2a?)+[H*]-Kw/H]酚酞堿度=[OH]+[CO?21-[H?CO?]-[H*]苛性堿度=[OH]-[HCO?]-2[H?CO?]-[H*]=-Cr(a?-2oo)+Kw/[H]-[H]解：增加重碳酸鹽即增加[HCO?],因此：總酸度=[H+]+[HCO?]+2[H?CO?]-[OH],而[HCO?]增加，顯然總酸度增加?？倝A度=[HCO?]+2[CO?2]+[OH]-[H*],而[HCO?]增加，顯然總堿度增加。無機(jī)酸度=[H*]-[HCO?1-2[CO?21-[OH],而[HCO?]增加，顯然無機(jī)酸度減少。酚酞堿度與[HCO;]無關(guān)，[HCO;]增加，顯然酚酞堿度不變。CO?酸度即酚酞酸度與[HCO?]無關(guān)，[HCO?]增加，顯然CO?酸度不變。解：總堿度=Kw/[H*]+Cr(a?+2a?)-[H+]當(dāng)pH=6.5時(shí)，查教材P110表得α?=0.584△[OH]=2.688-1.6=1.088mmol/L8請敘述水中主要有機(jī)和無機(jī)污染物的分布和存在形態(tài)。答：有機(jī)污染物(1)農(nóng)藥常見的農(nóng)藥主要為有機(jī)氯和有機(jī)磷農(nóng)藥，此外還有氨基甲酸脂類農(nóng)藥，由于難降解，具有較低的水溶性和高的辛醇-水分配系數(shù)故很大一部分被分配到沉積物有機(jī)質(zhì)和生物脂肪中。(2)多氯聯(lián)苯(PCBs)極難溶于水，難分解，易溶于有機(jī)溶劑和脂肪，具有高的水溶性和高的辛醇-水分配系數(shù)被分配到沉積物有機(jī)質(zhì)和生物脂肪中。(3)鹵代脂肪烴易揮發(fā)，在地表水中能進(jìn)行降解，其化合物在水中的溶解度高。(4)醚類雙-(氯甲基)醚，雙-(2-氯甲基)醚，雙-(2-氯異丙基)醚，2-氯乙基乙烯基醚，及雙-(2-氧乙氧基)甲烷大多存在于水中，4-氧苯苯基醚和4-溴苯苯基醚在底泥有機(jī)質(zhì)和生物體內(nèi)積累。(5)單環(huán)芳香族化合物在地表水中主要是揮發(fā)，然后是光解，這類化合物吸附和生物富集并不是主要的遷移轉(zhuǎn)化過程。(6)苯酚類和甲酚類酚類化合物具有高的水溶性，低辛醇-水分配系數(shù)，主要?dú)埩粼谒小?7)酞酸酯類這類化合物在水中溶解度小，辛醇-水分配系數(shù)高，主要富集在沉積物有機(jī)質(zhì)和生物脂肪體中。(8)多環(huán)芳烴類(PAH)多環(huán)芳烴在水中的溶解度小，辛醇-水分配系數(shù)高，主要積累在沉積物，生物體內(nèi)和溶解的有機(jī)質(zhì)中。(9)亞硝胺和其他化合物主要?dú)埩粼诔练e物中，有的也可能在生物體內(nèi)累積。丙烯腈在沉積物和水中。金屬污染物(1)鎘在水中鎘主要以Cd2狀態(tài)存在，也可與有機(jī)和無機(jī)配體生成多種可(3)鉛天然水中鉛主要以Pb2狀態(tài)存在。(4)砷天然水中砷可以H?AsO?,H?AsO?~,H?AsO?,H?AsO?~,HAsO?2,AsO?等形態(tài)存在。(5)鉻主要(6)銅主要以Cu2*存在，與0H-,CO和C1~有關(guān)，也受PH的影響。(7)鋅主要以二價(jià)離子狀態(tài)存在。(8)鉈是分散元素，大部分以分散狀態(tài)的同品形雜質(zhì)存在于鉛、鋅、鐵、銅等硫化物硅酸鹽礦物中。(9)鎳常以鹵化物硝酸鹽、硫酸鹽以及某些無機(jī)和有機(jī)配合的形式溶解于水。(10)鈹在中性或酸性水中鈹以Be2為主，PH>7.8時(shí)，以Be(OH)?形態(tài)存9什么叫優(yōu)先污染物?我國優(yōu)先控制污染物包括哪幾類?10請敘述天然水體中存在哪幾類顆粒物?答：(1)有機(jī)污染物①農(nóng)藥：主要為有機(jī)氯和有機(jī)磷農(nóng)藥；②多氯聯(lián)苯(PCBs):③鹵代脂肪烴：二氯溴甲燒；④醚類：雙-(氯甲基)醚；⑤單環(huán)芳香族化合物：氯苯；⑥苯酚類和甲酚類：⑦酞酸酯類：雙-(2-甲基-已基)酞酯；⑧多環(huán)芳烴類(PAH):⑨亞硝胺和其他化合物：2-甲基亞硝胺(2)金屬污染物①鎘：制革工業(yè)；②汞：硫酸工業(yè)；③鉛：汽車廢氣；④砷：⑤鉻：制革工業(yè)；⑥銅：冶煉；①鋅：⑧鉈：黃鐵礦和白鐵礦中有最大的含鉈量；⑨鎳：冶煉；②鈹：冶煉；11.什么是表面吸附作用、離子交換吸附作用和專屬吸附作用?并說明水合氧化物對金屬離子的專(1)表面吸附：由于膠體表面具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用。膠體表面積越(2)離子交換吸附：環(huán)境中大部分膠體帶負(fù)電荷，容易吸附各種陽離子。膠體每吸附一部分陽離子，同時(shí)也放出等量的其他陽離子，這種作用稱為離子交換吸附作用，屬于物理化學(xué)吸附。該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不受溫度影響，交換能力與溶質(zhì)的性質(zhì)、濃度和吸附劑的性質(zhì)有關(guān)。(3)專屬吸附：指在吸附過程中，除了化學(xué)鍵作用外，尚有加強(qiáng)的憎水鍵和范德化力或氫鍵作用。該作用不但可以使表面點(diǎn)荷改變符號，還可以使離子化合物吸附在同號電荷的表面上。(4)水合氧化物對金屬離子的專屬吸附與非金屬吸附的區(qū)別如下表所示。專屬吸附非專屬吸附發(fā)生吸附的表面凈電荷的符號金屬離子所起的作用配位離子反離子吸附時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)配位體交換陽離子交換發(fā)生吸附時(shí)要求體系的pH值任意值>零電位點(diǎn)吸附發(fā)生的位置內(nèi)層擴(kuò)散層對表面電荷的影響負(fù)電荷減少，正電荷增加無動力學(xué)可逆性不可逆慢過程快速可逆?12.請敘述氧化物表面吸附配合模型的基15請敘述水中顆粒物可以哪些方式進(jìn)行聚集?粘結(jié)架橋絮凝、無機(jī)高分子的絮凝、絮團(tuán)卷掃絮凝、顆粒層吸附絮凝、生物絮凝。16請敘述水環(huán)境中促成顆粒物絮凝的機(jī)理。壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀網(wǎng)捕20請敘述腐殖質(zhì)的分類及其在環(huán)境中的作用。腐殖質(zhì)酚類(根據(jù)在堿和酸溶液中的溶解度):腐殖酸，可溶丁稀堿液但不溶于酸的部分，不能被酸和堿提取的部分。在環(huán)境中的作用：吸附效應(yīng)、溶解效應(yīng)、對水解反應(yīng)的催化作用、對微生物過程的影響、光敏效應(yīng)和猝滅效應(yīng)。22請敘述有機(jī)配體對重金屬遷移的影響。(2)影響重金屬化合物的溶解度。如：當(dāng)[Cl]為1mol/L時(shí)，Hg(OH)?和HgS的溶解度分別增加10?倍和3.6×107倍。此23什么是電子活度pE,以及它和pH的區(qū)別。24有一個(gè)垂直湖水，pE隨湖的深度增加將起什么變化?答：隨著湖的深度增加其水中的溶解氧逐漸減小，其pE亦隨著降低。2H(aq)+2e=H?(g)當(dāng)這個(gè)反應(yīng)的全部組分都以1個(gè)活度單位存在時(shí)，該反應(yīng)的自由能變化AG可定義為零。pE與pH的對比。pH=-lg(an)低pH=高H濃度pH=pk?+log[A/[HA]pE=g(a)它衡量溶液接受或遷移質(zhì)子的度，它衡量溶液接受或遷移電子的相?34請說明湖泊富營養(yǎng)化預(yù)測模型的基本原理。?36敘述有機(jī)物水環(huán)境歸趨模式的基本原理《土壤環(huán)境化學(xué)》重點(diǎn)習(xí)題及參考答案1.土壤由哪些主要成分?它們對土壤的性質(zhì)與作用有哪些影響?1)土壤礦物質(zhì)：其是土壤的主要組成部分，占土壤固體總質(zhì)量的90%,是土壤的骨骼和植物營養(yǎng)元素的重要供給來源，分為原生礦物質(zhì)與次生礦物質(zhì)。原生礦物質(zhì)主要有硅酸鹽礦物，氧化物類礦物，硫化物好磷酸鹽類礦物。次生礦物質(zhì)主要有高嶺石、蒙脫石、伊利石類，很多重要的物理化學(xué)過程和性質(zhì)都和土壤所含黏土礦物種類和數(shù)量有關(guān)。2)土壤有機(jī)質(zhì)：一般占土壤固相總質(zhì)量的10%以下，是土壤的重要組成部分，是土壤形成的重要標(biāo)志，在土壤肥力、環(huán)境保護(hù)及農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面有重要作用。3)土壤水分：是植物營養(yǎng)的主要來源，也是進(jìn)入土壤的各種污染物向其他環(huán)境圈層遷移的的媒介。4)土壤中的空氣：土壤空氣使土壤具有疏松的結(jié)構(gòu)。2.什么是土壤的活性酸度與潛性酸度?試用它們二者的關(guān)系討論我國南方土壤酸度偏高的原因。根據(jù)土壤中H*的存在方式，土壤酸度可分為活性酸度與潛性酸度兩大類。(1)活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氫離子濃度的直接反映，又稱有效酸度，通常(2)潛性酸度：土壤潛性酸度的來源是土壤膠體吸附的可代換性H+和Al3+。當(dāng)這些離子處于吸附狀態(tài)時(shí)，是不顯酸性的，但當(dāng)它們經(jīng)離子交換作用進(jìn)入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H*南方土壤中巖石或成土母質(zhì)的晶格被不同程度破壞，導(dǎo)致晶格中Al3+釋放出來，變成代換性Al3+,增加了土壤的潛性酸度，在一定條件下轉(zhuǎn)化為土壤活性酸度，表現(xiàn)為pH值減小，酸度偏高。3.土壤的緩沖作用有哪幾種?舉例說明其作用原理。土壤緩沖性能包括土壤溶液的緩沖性能和土壤膠體的緩沖性能：(1)土壤溶液的緩沖性能：土壤溶液中H?CO?、H?PO?、H?SiO?、腐殖酸和其他有機(jī)酸等弱酸及其鹽類具有緩沖作用。以碳酸及其鈉鹽為例說明。向土壤加入鹽酸，碳酸鈉與它生成中性鹽和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。Na?CO?+2HCl=—2NaCl+H?CO?當(dāng)加入Ca(OH)?時(shí)，碳酸與它作用生成難溶碳酸鈣，也限制了土壤堿度的變化范圍。H?CO?+Ca(OH)?=—CaCO?+2H?O土壤中的某些有機(jī)酸(如氨基酸、胡敏酸等)是兩性物質(zhì)，具有緩沖作用，如氨基酸既有氨基，又有羧基，對酸堿均有緩沖作用。(2)土壤膠體的緩沖作用：土壤膠體吸附有各種陽離子，其中鹽基離子和氫離子能分別對酸土壤膠體土壤膠體土壤膠體Al3+對堿的緩沖作用：在pH小于5的酸性土壤中，土壤溶液中Al3+有6個(gè)水分子圍繞，當(dāng)OH增多時(shí)，Al3+周圍的6個(gè)水分子中有一、二個(gè)水分子離解出H+,中和OH:2Al(H?O)?3++2OH~=-[Al?(OH)?(H?O)s]?++4H?O4.什么是鹽基飽和度?它對土壤性質(zhì)有何影響?鹽基飽和度：在土壤交換性陽離子中鹽基離子所占的百分?jǐn)?shù)成為土壤的鹽基飽和度。鹽基飽和度越高，土壤對酸的緩沖能力越大；土壤的鹽基飽和度越低，土壤對堿的緩沖能力越大。陽離子交換吸附作用原理：以離子價(jià)為為依據(jù)，受質(zhì)量作用定律支配，土壤膠體吸附的陽離子與土壤溶液中的陽陽離子交換吸附作用特點(diǎn)：1離子電荷數(shù)越高，陽離子交換能力越強(qiáng)。2同價(jià)離子中，離子半徑越大，水化離子半徑就越小，因而具有較強(qiáng)的交換能力。陰離子交換吸附作用原理：帶正電荷的膠體所吸附的陰離子與溶液中陰離子進(jìn)行交換。陰離子交換吸附作用特點(diǎn)：(1)土壤陰離子與膠體微?；蛉芤褐械年栯x子形成難溶性沉淀而被強(qiáng)烈地吸附。(2)各種陰離子被土壤膠體吸附的順序如下：F>草酸根>檸檬酸根>>硅酸根>CH?COO>SCN->CI土壤中重金屬向植物遷移的主要方式為跨膜吸收，影響因素主要有土壤的理化性質(zhì)、重金屬種類、濃度及在土壤中的存在形態(tài)，植物種類、生長發(fā)育期，復(fù)合污染，施肥等。土壤的理化性質(zhì)主要通過影響重金屬在土壤中存在形態(tài)而影響重金屬的生物有效性，其主要包括pH、土壤質(zhì)地、土壤的氧化還原電位、土壤中有機(jī)質(zhì)的含量等。(2)重金屬的種類、濃度及在土壤中的存在形態(tài)重金屬對植物的毒害程度首先取決于土壤中重金屬的存在形態(tài)，其次才取決于該元素的數(shù)量。從總量上來看隨著土壤中重金屬含量的增加，植物體內(nèi)各部分的積累量也相應(yīng)增加。重金屬的存在形態(tài)可分為交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，交換態(tài)的重金屬遷移能力最強(qiáng)，具有(3)植物的種類、生長發(fā)育期植物的種類和生長發(fā)育期影響著重金屬在土壤-植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化。植物的種類不同，其對重金屬的富集規(guī)律不同；植物的生長發(fā)育期不同，其對重金屬的富集量也不同。在復(fù)合污染狀況下，影響重金屬遷移轉(zhuǎn)化的因素涉及污染物因素(包括污染物的種類、性質(zhì)、濃度、比例和時(shí)序性)、環(huán)境因素(包括光、溫度、pH、氧化還原條件等)和生物種類、發(fā)育階段及所選擇指標(biāo)施肥可以改變土壤的理化性質(zhì)和重金屬的存在形態(tài)，并因此而影響重金屬的遷移轉(zhuǎn)化。由于肥料、植物和重金屬種類的多樣性以及重金屬行為的復(fù)雜性，施肥對土壤-植物體系中重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響機(jī)制十7.植物對重金屬污染產(chǎn)生耐性作用的主要機(jī)制是什么?不同種類的植物對重金屬的耐性不同，同種植物由于其分布和生長的環(huán)境各異可能表現(xiàn)出對某(1)植物根系通過改變根系化學(xué)性狀、原生質(zhì)泌溢等作用限制重金屬離子的跨膜吸收。(2)重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合，而不能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)影響細(xì)胞代謝活動，使植物對重金屬表(3)酶系統(tǒng)的作用。耐性植物中酶活性在重金屬含量增加時(shí)仍能維持正常水平，此外在耐性植物中還發(fā)現(xiàn)另一些酶可被激活，從而使耐性植物在受重金屬污染時(shí)保持正常代謝過程。(4)形成重金屬硫蛋白或植物絡(luò)合素，使重金屬以不具生物活性的無毒螯合物形式存在，降低了重金屬離子活性，從而減輕或解除其毒害作用。8.舉例說明影響農(nóng)藥在土壤中進(jìn)行擴(kuò)散和質(zhì)體流動的因素有哪些?(1)影響農(nóng)藥在土壤中擴(kuò)散的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度、溫度及農(nóng)藥本身的性質(zhì)①土壤水分含量：研究表明林丹的汽態(tài)和非汽態(tài)擴(kuò)散情況隨土壤水分含量增加而變化。②吸附：土壤對農(nóng)藥的吸附改變了其擴(kuò)散的情況，如土壤對2,4-D的化學(xué)吸附，使其有效擴(kuò)散系數(shù)降低了，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。③土壤緊實(shí)度：土壤緊實(shí)度對農(nóng)藥的擴(kuò)散的情況有影響是因?yàn)閷τ谝哉羝问竭M(jìn)行擴(kuò)散的化合物來說，增加緊實(shí)度就降低了土壤孔隙率，擴(kuò)散系數(shù)就自然降低了。如二溴乙烷、林丹等農(nóng)藥在土壤中的擴(kuò)散系數(shù)隨緊實(shí)度增加而降低。④溫度：溫度增高的總效應(yīng)是使擴(kuò)散系數(shù)增大。⑤氣流速度：氣流速度可直接或間接地影響農(nóng)藥的揮發(fā)。如果空氣的相對濕度不是100%,那么增加氣流就促進(jìn)土壤表面水分含量降低，可以使農(nóng)藥蒸汽更快地離開土壤表面，同時(shí)使農(nóng)藥蒸汽向土壤表面運(yùn)動的速度加快。⑥農(nóng)藥種類：不同農(nóng)藥的擴(kuò)散行為不同。如有機(jī)磷農(nóng)藥樂果和乙拌磷在Broadbalk粉砂壤土中(2)影響農(nóng)藥在土壤中質(zhì)體流動的因素有農(nóng)藥與土壤的吸附、土壤種類和農(nóng)藥種類等。①農(nóng)藥與土壤吸附：非草隆、滅草隆、敵草隆、草不隆四種農(nóng)藥吸附最強(qiáng)者移動最困難，反之③農(nóng)藥種類：不同農(nóng)藥在土壤中通過質(zhì)體流動轉(zhuǎn)移的深度不同。如林丹和DDT。9.比較DDT和林丹在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化與歸趨的主要途徑與特點(diǎn)。DDT和林丹遷移轉(zhuǎn)化、歸趨主要途徑與特點(diǎn)比較如下表所示：特點(diǎn)1)在土壤中移動不明顯，易被吸附2)通過根系滲入植物體3)在土壤中按還原、氧化和脫氯化氫等機(jī)理被微生物降解1)不溶于水，高親脂性，易通過食物鏈放大，積累性強(qiáng)2)揮發(fā)性小，持久性高3)在缺氧和高溫時(shí)降解速度快4)南方水田里DDT降解快于北方林丹1)從土壤和空氣轉(zhuǎn)入水體2)揮發(fā)而進(jìn)入大氣3)在土壤生物體內(nèi)積累4)植物積累1)易溶于水2)揮發(fā)性強(qiáng)，持久性低3)在生物體內(nèi)積累性較DDT低10.試述有機(jī)磷農(nóng)藥在環(huán)境中的主要轉(zhuǎn)化途徑，并舉例說明其原理。有機(jī)磷農(nóng)藥在環(huán)境中轉(zhuǎn)化途徑有非生物降解和生物降解。(1)有機(jī)磷農(nóng)藥的非生物降解①吸附催化水解：吸附催化水解是有機(jī)磷農(nóng)藥在土壤中降解的主要途徑。如地亞農(nóng)等硫代硫酸酯的水解反應(yīng)如下②光降解：有機(jī)磷農(nóng)藥可發(fā)生光降解反應(yīng)，如辛硫磷在253.7nm的紫外光下照射30小時(shí)，其光解產(chǎn)物如下(2)有機(jī)磷農(nóng)藥的生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥在土壤中被微生物降解是它們轉(zhuǎn)化的另一條重要途徑?；瘜W(xué)農(nóng)藥對土壤微生物有抑制作用。同時(shí)，土壤微生物也會利用有機(jī)農(nóng)藥為能源，在體內(nèi)酶或分泌酶的作用下，使農(nóng)藥發(fā)生降解作用，徹底分解為CO?和H?O。如馬拉硫磷被綠色木霉和假單胞菌兩種土壤微生物以不同方式降解，其反應(yīng)如下：《生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運(yùn)動過程及毒性》重點(diǎn)習(xí)題及參考答案1.在試驗(yàn)水中某魚體從水中吸收有機(jī)污染質(zhì)A的速率常數(shù)為18.76h-1,魚體消除A的速率常數(shù)為2.38×10-2h-1;設(shè)A在魚體內(nèi)起始濃度為零，在水中的濃度可視作不變。計(jì)算A在該魚體內(nèi)的濃縮系數(shù)及其濃度達(dá)到穩(wěn)定濃度95%時(shí)所需的時(shí)間。當(dāng)t=0,Cf=0,Cw為常數(shù)時(shí)，解微分方程當(dāng)t→~時(shí)，濃縮系數(shù)穩(wěn)態(tài)濃度C=788.2Cw濃度為穩(wěn)態(tài)濃度的95%時(shí)，有聯(lián)解上兩式，得t=125.76h故在該魚體內(nèi)的濃縮系數(shù)為788.2,其濃度達(dá)到穩(wěn)態(tài)濃度的95%時(shí)所需時(shí)間為125.76小時(shí)。2.在通常天然水中微生物降解丙氨酸的過程如下，在其括號內(nèi)填寫有關(guān)的化學(xué)式和生物轉(zhuǎn)化途徑名稱，并說明這一轉(zhuǎn)化過程將對水質(zhì)帶來什么影解：有關(guān)的化學(xué)式和生物轉(zhuǎn)化途徑如下：(1)CO?;(2)CH?COOH;(3)NH?;(4)CoASH;(5)H?O;(6)CH?COCoASH;(7)CH?COCOOH;(8)H?O;(9)CoASH;(10)(CH?COOH)?C(OH)COOH;(11)三羧酸循環(huán)；(12)NO?;(13)硝化。該過程將氮由不能被植物吸收利用的有機(jī)態(tài)轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮，利于植物利用；且此過程是耗氧過程，可能引起水體富營養(yǎng)化，使水質(zhì)變差。3.比較下列各對化合物中微生物降解的快慢，指出所依據(jù)的定性判別規(guī)(2)CH?(CH?)sCHCH?CH?CH?答：(1)硝基苯降解要慢于苯酚，根據(jù)取代規(guī)律，在芳香族化合物中羥基取代基加快其降解，硝基取代基使其降解減緩。(2)庚烷的降解要快于丙烷，根據(jù)鏈長規(guī)律，在一定范圍內(nèi)，碳鏈越長，降解越快。(3)前者降解要快于后者，根據(jù)鏈分支規(guī)律，在烷基苯磺酸鹽中，分支程度越大，降解越慢。N—CH?R?R?CH?單加氧酶(16途徑，脫氫酶(11)酶H?OR?CH?NHR?CH?;(7)加氧酶；(8)R?CHO;(9)NH?;(10)R?CHO;(11)水化酶；(12)R?CH(OH)?;(13)NAD;(14)NADH+H*;(15)R?COOH;(16)脂肪酸β氧化；(17)TCA循環(huán)河段設(shè)置的斷面流經(jīng)時(shí)間(h)氨氮濃度(mg/L)被硝化的氨氮濃度(mg/L)I00ⅡⅢ由穩(wěn)態(tài)、擴(kuò)散忽略不計(jì)的河段氨氮硝化數(shù)學(xué)模式Y(jié)為河段水橫斷面中被硝化的氨氮濃度，Sn為河段水橫斷面氨氮的起始濃度，t(1)協(xié)同作用，是指聯(lián)合作用的毒性大于其中各毒物成分單獨(dú)作用毒性的總和。即是說，其中某一毒物成分能促進(jìn)機(jī)體對其他毒物成分的吸收加強(qiáng)、講解受阻、排泄遲緩、蓄積增多或產(chǎn)生高毒代謝物等，是混合物毒性增加。如四氯化碳與乙醇，臭氧與硫酸氣溶膠等。(2)相加作用，是指聯(lián)合作用的毒性等于其中各毒物成分單獨(dú)作用毒性的總和，即其中各毒物成分之間均可按比例取代另一毒物成分，而混合物毒性均無改變。當(dāng)各毒物成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)相近、性質(zhì)相似、對機(jī)體作用的部位及機(jī)理相同時(shí)，其聯(lián)合作用結(jié)果往往呈現(xiàn)毒性相加作用。如丙烯腈與乙腈，稻瘟凈與樂果等。(3)獨(dú)立作用，是指各毒物對機(jī)體的侵入途徑、作用部位、作用機(jī)理等均不相同，因而在其聯(lián)合作用中各毒物生物學(xué)效應(yīng)彼此無關(guān)、互不影響。即獨(dú)立作用的毒性低于相加作用，但高于其中單項(xiàng)毒物的毒性。如(4)拮抗作用，是指聯(lián)合作用的毒性小于其中各毒物成分單獨(dú)作用毒性的總和。就是說，其中某一毒物成分能促進(jìn)機(jī)體對其他毒物成分的講解加速、排泄加快、吸收減少或產(chǎn)生低毒代謝物等，使混合毒性降低。如二氯乙烷與乙醇，亞硝酸與氰化物，硒與汞，硒與鎘等。7.試說明化學(xué)物質(zhì)致突變、致癌和抑制酶活性的生物化學(xué)作用機(jī)理。(1)致突變作用機(jī)理：致突變性是指生物體中細(xì)胞的遺傳性質(zhì)在受到外源性化學(xué)毒物低劑量的影響和損傷時(shí)，以不連續(xù)的跳躍形式發(fā)生了突然的變異。致突變作用發(fā)生在一般體細(xì)胞時(shí)，則不具有遺傳性質(zhì)，而是使細(xì)胞發(fā)生不正常的分裂和增生，其結(jié)果表現(xiàn)為癌的形成。致突變作用如影響生殖細(xì)胞而使之產(chǎn)生突變時(shí)，就有可能產(chǎn)生遺傳特性的改變而影響下一代，即將這種變化傳遞給子細(xì)胞，使之具有新的遺傳特性。(2)致癌機(jī)理：致癌是體細(xì)胞不受控制的生長。其機(jī)理一般分兩個(gè)階段：第一是引發(fā)階段，即致癌物與DNA反應(yīng)，引起基因突變，導(dǎo)致遺傳密碼改變。第二是促長階段，主要是突變細(xì)胞改變了遺傳信息的表達(dá)，增殖成為腫瘤，其中惡性腫瘤還會向機(jī)體其他部位擴(kuò)展。(3)抑制酶活性作用機(jī)理：有些有機(jī)化合物與酶的共價(jià)結(jié)合，這種結(jié)合往往是通過酶活性內(nèi)羥基來進(jìn)行的；有些重金屬離子與含硫基的酶強(qiáng)烈結(jié)合；某些金屬取代金屬酶中的不同金屬。8.解釋下列名詞的概念。(1)被動擴(kuò)散；(2)主動轉(zhuǎn)運(yùn)；(3)腸肝循環(huán)；(4)血腦屏障；(5)半數(shù)有效劑量(濃度);(6)閾劑量(濃度);(7)助致癌物；(8)促癌物；(9)酶的可逆和不可逆抑制劑答：(1)被動擴(kuò)散：脂溶性物質(zhì)從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)，即順濃度梯度擴(kuò)散通過有類脂層屏障的生(2)主動轉(zhuǎn)運(yùn)：在需要消耗一定代謝能量下，一些物質(zhì)可在低濃度側(cè)與膜上高濃度特異性蛋白載體結(jié)合，通過生物膜，至高濃度側(cè)解離出原物質(zhì)。(3)腸肝循環(huán)：有些物質(zhì)由膽汁排泄，在腸道運(yùn)行中又重新被吸收，該現(xiàn)象叫腸肝循環(huán)。(4)血腦屏障：腦毛細(xì)血管阻止某些物質(zhì)(多半是有害的)進(jìn)入腦循環(huán)血的結(jié)構(gòu)。(5)半數(shù)有效劑量(濃度):毒物引起受試生物的半數(shù)產(chǎn)生同一毒作用所需的毒物劑量(濃度)。(6)閾劑量(濃度):在長期暴露毒物下，會引起機(jī)體受損害的最低劑量(濃度)。(7)助致癌物：可加速細(xì)胞癌變和已癌變細(xì)胞增殖成瘤塊的物質(zhì)。(8)促癌物：可使已經(jīng)癌變細(xì)胞不斷增殖而形成瘤塊。(9)酶的可逆和不可逆抑制劑：抑制劑就是能減小或消除酶活性，而使酶的反應(yīng)速率變慢或停止的物質(zhì)。其中，以比較牢固的共價(jià)鍵同酶結(jié)合，不能用滲析、超濾等物理方法來恢復(fù)酶活性的抑制劑，稱為不可逆抑制劑；另一部分抑制劑是同酶的結(jié)合處于可逆平衡狀態(tài)，可用滲析法除去而9.在水體底泥中有下圖所示反應(yīng)發(fā)生，填寫圖中和有關(guān)分解反應(yīng)中所缺的化學(xué)式或輔酶簡式。圖中的轉(zhuǎn)化對汞的毒性有何影響。CH?;(9)HCl;(10)NADH+H*;(11)HCl;(12)CH?;(13)C?H?;(14)Hg因而其毒性比可溶性無機(jī)汞化合物大10到100倍。圖中所示的氯化甲基汞變成金屬汞的轉(zhuǎn)化過程，是微生物以還原作用轉(zhuǎn)化汞的主要途徑，是降?10試簡要說明氯乙烯致癌的生化機(jī)制和在一定程度上防御致癌的解毒轉(zhuǎn)化途徑谷妍等應(yīng)用C?MFA(比較分子力場法)分別研究了112種含氟農(nóng)藥的抗小麥赤酶病活性和對小麥生長的毒性，為研究設(shè)計(jì)新的更高效、安全的含氟農(nóng)藥提供了有益的參考。所有農(nóng)藥母體酒后中的RI,R2,R3和R?表示不同的供電集團(tuán)和吸電集團(tuán)。農(nóng)藥的活性和毒性以抑制率的測量值表示。采用標(biāo)準(zhǔn)鍵長、鍵角構(gòu)建所有化合物分子的初始三維結(jié)構(gòu)；通過計(jì)算，在對能量進(jìn)行優(yōu)化后選擇各分子最低能量構(gòu)象為其可能的優(yōu)勢構(gòu)象，并確定后者中各原子凈電荷。選取78個(gè)化合物作為訓(xùn)練集建立C?MFA模型，余下34個(gè)化合物為測試集，檢驗(yàn)所建模型對化合物的活性和毒性的預(yù)測能力。將訓(xùn)練集所有分子的優(yōu)勢構(gòu)象，在共有的特征點(diǎn)組合上，即在共有的對受體結(jié)合、活性及在空間的相對位置所需的重要官能團(tuán)上疊合起來，置于一個(gè)設(shè)定的三維網(wǎng)格內(nèi)。選用sp3雜化的一價(jià)碳正離子作為探針，沿該網(wǎng)格格點(diǎn)移動，計(jì)算各分子周圍立體勢場和靜電勢場的能值分布，連同對應(yīng)的活性與毒性測量數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行偏最小二乘法回歸分析，建立有關(guān)活性與毒性的兩個(gè)C?MFA模型，評價(jià)模型質(zhì)量，用等高圖形顯示模型的結(jié)果。與測試集34個(gè)含氟化合物的活性與毒性測量值相比較，兩個(gè)模型預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)偏差對極差之比分別是10.4%和6.4%,都具有良好的預(yù)測能力。《典型污染物在環(huán)境各圈層中的轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)》在人體內(nèi)能長期滯留?舉例說明它們可形成哪些化合物?烷基汞具有高脂溶性，且它在生物體內(nèi)分解速度緩慢(其分解半衰期約為70d),因而會在人體內(nèi)Hg2+和CH?Hg*可以與羥基、組氨酸、半胱氨酸、白蛋白形成絡(luò)合物。甲基汞能與許多有機(jī)配2.砷在環(huán)境中存在的主要化學(xué)形態(tài)有哪些?其主要轉(zhuǎn)化途徑有哪些?砷在環(huán)境中存在的主要化學(xué)形態(tài)有五價(jià)無機(jī)砷化合物、三價(jià)無機(jī)砷化合物、一甲基胂酸及其鹽、二甲基胂酸及其鹽、三甲基胂氧化物、三甲基胂、砷膽堿、砷甜菜堿、砷糖等。砷的生物甲基化反應(yīng)和生物還原反應(yīng)是砷在環(huán)境中轉(zhuǎn)化的重要過程。主要轉(zhuǎn)化途經(jīng)如下：3.試述PCDD是一類具有什么化學(xué)結(jié)構(gòu)的化合物?并說明其主要污染來源。(1)PCDD這類化合物的母核為二苯并一對二噁英，具有經(jīng)兩個(gè)氧原子聯(lián)結(jié)的二苯環(huán)結(jié)構(gòu)。在兩個(gè)苯環(huán)上的1,2,3,4,6,7,8,9位置上可有1-8個(gè)取代氯原子，由氯原子數(shù)和所在位置的不同可能組合成75種異構(gòu)體，總稱多氯聯(lián)苯并一對二噁英。其結(jié)構(gòu)式如右：(2)來源：①在焚燒爐內(nèi)焚燒城市固體廢物或野外焚燒垃圾是PCDD的主要大氣污染源。例如存在于垃圾中某些含氯有機(jī)物，如聚氯乙烯類塑料PCDD廢物在焚燒過程中可能產(chǎn)生酚類化合物和強(qiáng)反應(yīng)性的氯、氯化氫等，從而進(jìn)一步生產(chǎn)PCDD類化合物的前驅(qū)物。除生活垃圾外，燃料(煤，石油)、枯草敗葉(含除草劑)、氯苯類化合物等燃燒過程及森林火災(zāi)也會產(chǎn)生PCDD類化合物。②在苯氧酸除草劑，氯酚，多氯聯(lián)苯產(chǎn)品和化學(xué)廢棄物的生產(chǎn)、冶煉、燃燒及使用和處理過程中進(jìn)入環(huán)境。③另外，還可能來源于一些意外事故和戰(zhàn)爭。4.簡述多氯聯(lián)苯(PCBs)在環(huán)境中主要分布、遷移與轉(zhuǎn)化規(guī)律。(1)分布：由于多氯聯(lián)苯揮發(fā)性和水中溶解度較小，故其在大氣和水中的含量較少。近期報(bào)導(dǎo)的數(shù)據(jù)表明，在地下水中發(fā)現(xiàn)PCBs的幾率與地表水中相當(dāng)。此外，由于PCBs易被顆粒物所吸附，故在廢水流入河口附近的沉積物中，PCBs含量較高。水生植物通?？蓮乃锌焖傥誔CBs,其富集系數(shù)為1×10?~1×10?。通過食物鏈的傳遞，魚體中PCBs的含量約在1～7mg/kg范圍內(nèi)(濕重)。在某些國家的人乳中也檢出一定量的PCBs。(2)遷移：PCBs主要在使用和處理過程中，通道揮發(fā)進(jìn)入大氣，然后經(jīng)干、濕沉降轉(zhuǎn)入湖泊和海洋。轉(zhuǎn)入水體的PCBs極易被顆粒物所吸附，沉入沉積物，使PCBs大量存在于沉積物中。雖然近年來PCBs的使用量大大減少，但沉積物中的PCBs仍然是今后若干年內(nèi)食物鏈污染的主要來源。(3)轉(zhuǎn)化：PCBs由于化學(xué)惰性而成為環(huán)境中持久性污染物，它在環(huán)境中主要轉(zhuǎn)化途徑是光化學(xué)介質(zhì)中取得質(zhì)子，或者發(fā)生二聚反應(yīng)。PCBs生物降解時(shí)，含氯原子數(shù)目越少，越容易降解。6.表面活性劑有哪些類型?對環(huán)境的人體的危害是什么?分類：陰離子表面活性劑，陽離子表面活性劑，兩性表面活性劑，非離子表面活性劑。危害：1,使水的感官狀況受到影響，出現(xiàn)持久性泡沫；2,造成水體富營養(yǎng)化；3.促進(jìn)水體中石油和多氯聯(lián)苯等不溶性有機(jī)物的乳化、分散，增加廢水處理困難；4,濃度高時(shí)破壞生物群?！妒芪廴经h(huán)境的修復(fù)》重點(diǎn)習(xí)題及參考答案1.微生物修復(fù)所需的環(huán)境條件是什么?微生物修復(fù)技術(shù)是指通過微生物的作用清除土壤和水體中的污染物，或是使污染物無害化的過程。它包括自然和人為控制條件下的污染物降解或無害化過程。在自然修復(fù)過程(naturalattenuation)中，利用土著微生物(indigenousmicroorganism)的降解能力，但需要有以下環(huán)境條件：①有充分和穩(wěn)定的地下水流；②有微生物可利用的營養(yǎng)物；③有緩沖pH的能力；④有使代謝能夠進(jìn)行的電子受體。如果缺少一項(xiàng)條件，將會影響生物修復(fù)的速率和程度。特別是對于外來化合物，如果污染新近發(fā)生，很少會有土著微生物能降解它們，所以需要加入有降解能力的外源微生物(exogenousmicroorganism)。2.請列舉幾種強(qiáng)化微生物原位修復(fù)技術(shù)。原位強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)包括生物強(qiáng)化法、生物通氣法、生物注射法、生物沖淋法及生物翻耕法等。(1)生物強(qiáng)化法是指在生物處理體系中投加具有特定功能的微生物來改善原有處理體系的處篩選、培養(yǎng)達(dá)到一定數(shù)量后投加，也可以是原來不存在的外源微生物。(2)生物通氣法(bioventing)用于修復(fù)受揮發(fā)性有機(jī)物污染的地下水水層上部通氣層(VadoseZone)土壤。這種處理系統(tǒng)要求污染土壤具有多孔結(jié)構(gòu)以利于微生物的快速生長。另外，污染物應(yīng)具有一定的揮發(fā)性，亨利常數(shù)大于1.01325Pa·m3·mol1時(shí)才適于通過真空抽提加以去除。生物通氣法的主要制約因素是影響氧和營養(yǎng)物遷移的土壤結(jié)構(gòu)，不適的土壤結(jié)構(gòu)會使氧和營養(yǎng)物在到達(dá)污染區(qū)之前被消耗。(3)生物注射法(biosparging)又稱空氣注射法，這種方法適用于處理受揮發(fā)性有機(jī)物污染的地下水及上部土壤。處理設(shè)施采用類似生物通氣法的系統(tǒng)，但這里的空氣是經(jīng)過加壓后注射到污染地下水的下部，氣流加速地下水和土壤有機(jī)物的揮發(fā)和降解。也有人把生物注射法歸入生物通氣(4)生物沖淋法(bioflooding)將含氧和營養(yǎng)物的水補(bǔ)充到亞表層，促進(jìn)土壤和地下水中的污染物的生物降解。生物沖淋法大多在各種石油烴類污染的治理中使用，改進(jìn)后也能用于處理氯代脂肪烴溶劑，如加入甲烷和氧促進(jìn)甲烷營養(yǎng)菌降解三氯乙烯和少量的氯乙烯。(5)土地耕作法(landfarming)就是對污染土壤進(jìn)行耕犁處理。在處理過程中施加肥料，進(jìn)行灌溉，施加石灰，從而盡可能為微生物代謝