環境化學戴樹桂(第二版)課后習題答案(已修改)

　

【正文】 《緒論》部分重點習題及參考答案1．如何認識現代環境問題的發展過程？環境問題不止限于環境污染，人們對現代環境問題的認識有個由淺入深，逐漸完善的發展過程。a、在20世紀60年代人們把環境問題只當成一個污染問題，認為環境污染主要指城市和工農業發展帶來的對大氣、水質、土壤、固體廢棄物和噪聲污染。對土地沙化、熱帶森林破環和野生動物某些品種的瀕危滅絕等并未從戰略上重視，明顯沒有把環境污染與自然生態、社會因素聯系起來。b、1972年發表的《人類環境宣言》中明確指出環境問題不僅表現在水、氣、土壤等的污染已達到危險程度，而且表現在對生態的破壞和資源的枯竭；也宣告一部分環境問題源于貧窮，提出了發展中國家要在發展中解決環境問題。這是聯合國組織首次把環境問題與社會因素聯系起來。然而，它并未從戰略高度指明防治環境問題的根本途徑，沒明確解決環境問題的責任，沒強調需要全球的共同行動。c、20世紀80年代人們對環境的認識有新的突破性發展，這一時期逐步形成并提出了持續發展戰略，指明了解決環境問題的根本途徑。d、進入20世紀90年代，人們鞏固和發展了持續發展思想，形成當代主導的環境意識。通過了《里約環境與發展宣言》、《21世紀議程》等重要文件。它促使環境保護和經濟社會協調發展，以實現人類的持續發展作為全球的行動綱領。這是本世紀人類社會的又一重大轉折點，樹立了人類環境與發展關系史上新的里程碑。地球環境系統即為生物圈，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 也就影響了整個地球環境系統例如： 大氣圈,人類的工業化，是的礦物質燃料使得co2 so2等氣體大量進入大氣中 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 生物圈：人類的砍伐，屠殺野生動物，造成生態系統的破壞，食物鏈的斷裂或減少，是的生態系統的物質循環，能量流動受到影響 造成災害 各種生態系統的恢復力減弱 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 引發酸雨，溶洞腐蝕 ，砍伐造成風沙肆虐 風化現象加劇 而且五大圈層相輔相成，一個受到影響會引發其他的影響，進而造成自然災害，造成生命財產損失，人類的活動最終的苦果還要人類自己承受2．你對于氧、碳、氮、磷、硫幾種典型營養性元素循環的重要意義有何體會？（1）氧的循環：（2）碳的循環：（3）氮的循環（4）磷的循環（5）硫的循環（6）體會：氧、碳、氮、磷和硫等營養元素的生物地球化學循環是地球系統的主要構成部分，它涉及地層環境中物質的交換、遷移和轉化過程，是地球運動和生命過程的主要營力。3．根據環境化學的任務、內容和特點以及其發展動向，你認為怎樣才能學好環境化學這門課程？ （1）環境化學的任務、內容、特點：環境化學是在化學科學的傳統理論和方法基礎上發展起來的，以化學物質在環境中出現而引起的環境問題為研究對象，以解決環境問題為目標的一門新興學科。環境化學是一門研究有害化學物質在環境介質中的存在、化學特性、行為和效應及其控制的化學原理和方法的科學。它既是環境科學的核心組成部分，也是化學科學的一個新的重要分支。（2）環境化學的發展動向：國際上較為重視元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的生物地球化學循環及其相互耦合的研究；重視化學品安全評價；重視臭氧層破壞、氣候變暖等全球變化問題。我國優先考慮的環境問題中與環境化學密切相關的是：以有機物污染為主的水質污染；以大氣顆粒物和二氧化硫為主的城市空氣污染；工業有毒有害廢棄物和城市垃圾對大氣、水和土地的污染等。（3）我對學好這門課的觀點：環境化學包含大氣、水體和土壤環境化學多個分支學科，研究有害化學物質在大氣、水體和土壤環境中的來源、存在、化學特性、行為和效應及其控制的化學原理和方法。這就決定了環境化學研究中需要運用現場研究、實驗室研究、實驗模擬系統研究和計算機模擬研究相結合的系統研究方法，主要以化學方法為主，還要配以物理、生物、地學、氣象學等其他學科的方法。因此，要求研究人員具有較廣泛的各相關學科的理論知識和實驗動手能力。我們在日常學習中應當以開闊的視野，除了環境化學之外，廣泛涉獵各相關學科，并注重培養自己的實驗操作，如此才可能學好這門課。4．舉例簡述污染物在環境各圈的遷移轉化過程。以汞為例，說明其在環境各圈層的遷移轉化過程，見下圖。汞在環境中的存在形態有金屬汞、無機汞化合物和有機汞化合物三種。在好氧或厭氧條件下，水體底質中某些微生物能使二價無機汞鹽轉變為甲基汞和二甲基汞。甲基汞脂溶性大，化學性質穩定，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。甲基汞可進一步轉化為二甲基汞。二甲基汞難溶于水，有揮發性，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，二甲基汞也可轉化為一甲基汞?！洞髿猸h境化學》重點習題及參考答案3．大氣中有哪些重要污染物？說明其主要來源和消除途徑。環境中的大氣污染物種類很多，若按物理狀態可分為氣態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。主要按照化學組成討論大氣中的氣態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（CS2）、二甲基硫（CH3）2S、硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）、硫酸（H2SO4）、亞硫酸鹽（MSO3）和硫酸鹽（MSO4）等。大氣中的SO2（就大城市及其周圍地區來說）主要來源于含硫燃料的燃燒。大氣中的SO2約有50%會轉化形成H2SO4或SO42，另外50%可以通過干、濕沉降從大氣中消除。H2S主要來自動植物機體的腐爛，即主要由植物機體中的硫酸鹽經微生物的厭氧活動還原產生。大氣中H2S主要的去除反應為：HO + H2S → H2O + 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（N2O）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。主要討論一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），用通式NOx表示。NO和NO2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NOx最終將轉化為硝酸和硝酸鹽微粒經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（CO2）以及有機的碳氫化合物（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化、海水中CO的揮發、植物的排放以及森林火災和農業廢棄物焚燒，其中以甲烷的轉化最為重要。CO的人為來源主要是在燃料不完全燃燒時產生的。大氣中的CO可由以下兩種途徑去除：土壤吸收（土壤中生活的細菌能將CO代謝為 CO2 和 CH4）；與HO自由基反應被氧化為CO2。CO2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生，也可以由人為源產生。除了燃燒過程和原油以及天然氣的泄漏之外，產生甲烷的機制都是厭氧細菌的發酵過程。反芻動物以及螞蟻等的呼吸過程也可產生甲烷。甲烷在大氣中主要是通過與HO自由基反應被消除：CH4 + HO→CH3 + H2O。（4）含鹵素化合物大氣中的含鹵素化合物主要是指有機的鹵代烴和無機的氯化物和氟化物。大氣中常見的鹵代烴以甲烷的衍生物，如甲基氯（CH3Cl）、甲基溴（CH3Br）和甲基碘（CH3I）。它們主要由天然過程產生，主要來自于海洋。CH3Cl和CH3Br在對流層大氣中，可以和HO自由基反應。而CH3I在對流層大氣中，主要是在太陽光作用下發生光解，產生原子碘（I）。許多鹵代烴是重要的化學溶劑，也是有機合成工業的重要原料和中間體，如三氯甲烷（CHCl3）、三氯乙烷（CH3CCl3）、四氯化碳（CCl4）和氯乙烯（C2H3Cl）等均可通過生產和使用過程揮發進入大氣，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，轉化為HCl，然后經降水而被去除。氟氯烴類中較受關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、電子工業的溶劑、制造塑料的泡沫發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和使用過程進入大氣的。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間較長，最可能的消除途徑就是擴散進入平流層。?主要有：（1）空氣的機械運動如風和大氣湍流的影響；（2）天氣和地理地勢的影響；（3）污染源本身的特性。？為什么？太陽輻射的光譜包括紅外線、可見光和紫外線等，其經過大氣層被削弱了約一半，其中紫外線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地表，其比重也由47%上升到92%。即光譜分布就不同了。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、HOR（烷基）、RO（烷氧基）和RO2（過氧烷基）等。它們的來源如下：（1）HO來源對于清潔大氣而言，O3的光離解是大氣中HO的重要來源：對于污染大氣，如有HNO2和H2O2存在，它們的光離解也可產生HO： 其中HNO2的光離解是大氣中HO的重要來源。（2）HO2的來源大氣中HO2主要來源于醛的光解，尤其是甲醛的光解：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O2 結合而導致生成HO2。亞硝酸酯和H2O2 的光解也可導致生成HO2：如體系中有CO存在：（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：這兩個反應除生成CH3外，還生成兩個羰基自由基HCO和CH3CO。O和HO與烴類發生H摘除反應時也可生成烷基自由基：（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）RO2的來源大氣中的過氧烷基都是由烷基與空氣中的O2結合而形成的： 。 ①NO+O3NO2+O2②HO+RHR+H2O R+O2RO2 NO+RO2NO2+ROR`CHO+HO2（R`比R少一個C原子）RO+O2NO+HO2NO2+HO10．大氣中有哪些重要的碳氫化合物？它們可發生哪些重要的光化學反應？甲烷、石油烴、萜類和芳香烴等都是大氣中重要的碳氫化合物。它們可參與許多光化學反應過程。（1）烷烴的反應：與HO、O發生H摘除反應，生成R氧化成RO2與NO反應RH + OH → R + H2ORH + O → R + HOR + O2 → RO2RO2 + NO → RO + NO2（2）烯烴的反應：與OH主要發生加成、脫氫或形成二元自由基加成：RCH=CH2 + OH → RCH(OH)CH2RCH(OH)CH2 + O2 → RCH(OH)CH2O2RCH(OH)CH2O2 + NO → RCH(OH)CH2O + NO2脫氫：RCH=CH2 + HO → RCHCH2 + H2O生成二元自由基：二