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最新整理环境化学考点doc资料
2015年秋2013级环境化学复习题
名词解释:
1.环境问题:
是指由于人类活动或自然原因使环境条件发生不利于人类的变化,以致影响人类的生产和生活,给人类带来灾难的现象。
2.环境化学:
是研究有害化学物质在环境介质中的存在、特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。
3.可持续发展:
是指既满足当代人的需求,又不损害后代人满足需求的能力的发展。
4.决定电位:
若某个单体系的含量比其他体系高得多,则此时该单体系电位几乎等于混合复杂体系的pE,称之为决定电位。
5.水的酸度:
是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质,即能接受OH-的物质总量。
6.水的碱度:
是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质,即能接受质子H+的物质总量。
7.胶体零电位点PZC:
在某条件下,胶体的电动电位ξ为零时,称该条件为零电位点或等电位点。
8.生物富集:
生物通过非吞食方式,从周围环境蓄积某种元素或难降解的物质,使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。
9.生物放大:
同一食物链上的高营养级生物,通过吞食低营养级生物富集某种元素或难降解物质,使其在机体内浓度随营养级数提高而增大的现象(吞食方式)。
10.生物积累:
生物从周围环境和食物链蓄积某种元素或难降解物质,使其在机体中浓度超过周围环境中浓度的现象。
11.生物浓缩系数(BCF):
有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比,用BCF或KB表示.
12.大气稳定度:
大气在垂直方向上运动的强弱,是指气层的稳定程度。
13.逆温:
逆温是指气温的温度层结与正常相反的状况,及气温的垂直递减率小于零。
14.根际效应:
根际效应是根际受植物根系活动的影响,土壤的物理、化学和生物学性质上不同于其土体的性质。
15.污染源推断富集因子法:
用于研究大气颗粒物中元素的富集程度,判断和评价颗粒物中元素的天然来源和人为来源。
16.胶体聚结稳定性:
17.细粒子:
核模与积聚模合称细粒子。
18.潜性酸度:
土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代性H+和Al3+。
19.活性酸度:
土壤的活性酸度是土壤中氢离子浓度的直接反映,又称有效酸度,通常用pH表示。
20.被动扩散:
脂溶性物质从高浓度侧向低浓度侧,即顺浓度梯度扩散通过有类脂层屏障的生物膜。
21.主动转运:
在消耗代谢能量下,物质与特异性蛋白质载体结合逆化学势和浓度梯度方向通过生物膜的过程。
22.胞吞:
物质与膜蛋白通过某种特殊作用改变膜表面张力,引起膜外包或内陷,从而使物质被包入膜内,即包吞(对固体物质)或包饮(对液体物质),如白细胞杀死入侵病毒等。
23.胞饮:
24.土壤粒级:
将土壤矿物质颗粒(即土粒)按粒径的大小分为若干组,称为粒组或粒级.
25.土壤质地:
由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤粗细状况。
26.土壤盐基饱和度:
土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数.
27.交换性阳离子的饱和度:
胶体上被吸附的某种阳离子的量占土壤阳离子交换量的百分数。
28.土壤碱化度:
土壤胶体吸附的Na+、K+、Mg2+等会引起交换性阳离子水解作用产生NaOH,使土壤呈碱性,用土壤中Na+离子饱和度表示,
29.土壤淋溶作用:
由土壤水向下迁移引起的质体流动。
30.土壤退化:
又称土壤衰弱,是指土壤肥力衰退导致生产力下降的过程。
31.标化分配系数:
有机毒物在沉积物(或土壤)与水之间的分配,往往可用分配系数Kp表示。
32.阈剂量:
是指在长期暴露毒物下,会引起机体受损害的最低剂量。
33.最高允许剂量:
是指长期暴露在毒物下,不引起机体受损害的最高剂量。
简答:
1.目前世界性环境问题有哪些?
答:
温室效应臭氧层耗竭POPs污染转移人口问题城市化问题淡水资源短缺生物多样性减少海洋污染危险废弃物越境转移
2.决定大气稳定度的主要气象因子有哪些?
如何判定大气稳定度?
答:
地面风速、太阳辐射及云量。
稳定:
γ<γd,a、∆z异号
不稳:
γ>γd,a、∆z同号
中性:
γ=γd,a=0
γ—大气垂直递减率γd—干绝热垂直递减率
3.试述大气中HO•,RO•,RO2•的来源。
HO•的来源
清洁大气中来源:
O3的光解
O3+hv(<320nm)→O2+O•
O•+H2O→2HO•
污染大气中来源:
HNO2和H2O2的光解
HNO2+hv(<400nm)→HO•+NO(主要)
H2O2+hv(<360nm)→2HO•
RO•的来源:
烷基亚硝酸酯和烷基硝酸酯的光解
CH3ONO+hv→CH3O•+NO
CH3ONO2+hv→CH3O•+NO2
RO2•的来源:
R•与O2结合
R•+O2→RO2•
4.重金属在土壤中迁移转化途径。
扩散与挥发质体流动与淋溶作用吸附与分配作用土壤中化学农药的降解
5.污染物在机体内的运动过程有哪些?
其主要转化类型有哪些?
吸收分布蓄积排泄生物转化
前三者统称转运,而排泄与生物转运又称为消除。
6.影响土壤胶体的离子(静电)吸附因素。
a.土壤胶体对反号离子的亲和能力一般与离子的感胶离子序相同,即反离子的价数越高,受胶体表面电荷引力越大;同价离子的半径越小,水化壳越厚,所受b.引力越小:
c.土壤组成及表面电荷数量
d.溶液pH
e.相伴异性离子
f.被吸附离子浓度、共存同号离子竞争吸附。
7.微生物的代谢机理可分为哪几类?
试用数学模式表达之。
答:
微生物代谢可分为生长代谢和共代谢两类,
其数学表达式分别为Monod模式μ=μmS/(Ks+S),
Michaelis-Menten模式d[S]/dt=Vm[S]/(KM+[S])。
8.影响胶体稳定的因素有哪些?
胶体聚集的主要途径有哪些?
答:
影响胶体稳定的因素:
外加电解质的影响温度的影响浓度的影响胶体体系的相互作用
胶体聚集的主要途径:
压缩双电层凝聚吸附凝聚桥架絮凝扫卷(网捕)
9.配位吸附的特点。
答:
a.是化学键形成过程,吸附与表面的电性无关,吸附呈不可逆趋势;
b.吸附点位发生在双电层内层(Stern层),配位离子为非交换态,不易被静电吸附离子置换,呈高度专一性;
c.使胶体表面电位及溶液pH发生变化,影响土壤的表面性质。
10.试比较写写出三种典型吸附的数学模式,说明其意义。
答:
Henry型G=kC
该等温式表明溶质在吸附剂与溶液之间按固定比值分配。
Freundlich型G=kc1/n
以lgG对lgc做图可得一直线。
Lgk为截距,因此,k值是lgc=0时的吸附量,它可以大致表示吸附能力的强弱。
1/n为斜率,它表示吸附量随浓度增长的强度。
该等温线不能给出饱和吸附量。
Langmuir型G=G0c/(A+c)1/G=1/G0+(A/G0)(1/c)
G对c做图得到一条双曲线,其渐近线为G=G0,即当c→∞时,G→G0。
在等温式中A为吸附量达到G0/2时溶液的平衡浓度。
11.溶解态金属的形态分类及分析方法。
答:
有机态和无机态:
通过氧化有机质,根据氧化前后金属离子的变化计算结合态。
氧化方法:
UV氧化,HClO4氧化、K2S2O8氧化。
胶体态和离子态:
通过螯合树脂柱,被截留者为离子态,未截留者为胶体态。
稳定态与不稳定态:
能被电极还原的含金属离子部分为不稳定态,反之为稳定态。
测定方法:
阳极溶出伏安法(AnodicStripping
12.Whitby三模态及其特点。
答:
爱根核模(AitkenNucleimode):
dp<0.05μm,
积聚模(Accumulationmode):
0.05μm≤dp≤2μm,
粗粒子模(Coarseparticlemode):
dp>2μm,
13.植物对重金属污染耐性机理。
答:
a.通过改变根际化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子的跨膜吸收。
.b.重金属与植物的细胞壁结合
c.酶系统的作用
d.形成重金属硫蛋白或植物络合素
14.土壤胶体的离子交换的一般规律。
答:
a.离子交换的本质是胶体旧静电吸附平衡的破坏与新平衡的重建过程,交换过程依据离子电荷等价交换,遵守质量作用定律。
离子交换作用包括阳离子交换作用和阴离子交换作用。
b.离子交换顺序一般情况下与胶感离子序相同:
阳离子:
Fe3+>Al3+>H+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>Li+
阴离子:
F->草酸根>柠檬酸根>PO43-≥AsO3-≥硅酸根>HCO3->
CH3COO->SO42->Cl->NO3-。
15.生物转化主要辅酶及其作用。
答:
FAD/FMN、NAD+/NADP+、CoQ(泛醌),CoASH(辅酶A),Cytn。
作用:
a.脱氢酶的辅酶,具有传递H的功能。
二甲基异咯嗪上的N1、N10载运H于不同底物之间。
b.均接受从底物脱下的2H(2H++2e),然后传给另一传递体,NADH传递给FMN,而NADPH一般是非线粒体氧化辅酶。
c.辅酶Q是线粒体呼吸链氧化还原酶的辅酶,在酶与底物分子之间递氢或传递电子,是唯一不与蛋白结合的电子载体。
d.CoASH是泛酸的活性形式,为转移辅酶,所含巯基与酰基形成硫酯,在酶促反应中起着传递酰基的作用。
e.在酶促反应时辅酶铁卟啉中的铁不断的进行氧化还原,当铁获得电子时从+3价还原为+2价,在后者把电子传递出去后又氧化为+3价,从而起到传递电子作用。
16.写出污染大气中由乙烷反应形成过氧乙酰基硝酸酯(PAN)的过程。
答:
反应如下:
C2H6+HO·→C2H5·+H2O
C2H5·+O2→C2H5O2·
C2H5O2·+NO→C2H5O·+NO2
C2H5O·+O2→CH3CHO+HO2·
CH3CHO+hv→CH3CO·+H·
CH3CO·+O2→CH3C(O)OO·
CH3C(O)OO·+NO2→CH3C(O)OONO2
17.光化学烟雾与煤烟型烟雾形成机理。
答:
光化学烟雾的形成机理:
●引发反应:
NO2光解导致O3生成:
NO2+hv(<420nm)→NO+O
O+O2+M→O3+M
NO+O3→NO2+O2
●自由基形成:
有机碳氢合物氧化产生HO•、HO2•:
O3+hv(<340nm)→O(1D)+O2
O(1D)+H2O→2HO•
HCHO+hv(250-370nm)→HO2•+CO
HCHO+hv(250-370nm)→H2+CO
●自由基传递:
NO向NO2转化,O3积累:
RH+HO•+O2→RO2•+H2O
HCHO+HO•+O2→HO2•+CO+H2O
RCHO+HO•+O2→RC(O)O2•+H2O
RO2•+NO+O2→NO2+HO2•+R'CHO
RC(O)O2•+NO+O2→NO2+RO2•+CO2
RO•+O2→R'CHO+HO2•
HO2•+NO→NO2+HO•
●终止反应:
HNO3、H2O2、PAN形成及分解:
HO2•+HO2•→H2O2+O2
HO2•+O3→HO•+2O2
HO•+NO2+M→HNO3+M
RO2•+HO2•→ROOH(烷基过氧化氢)+O2
RC(O)O2•+NO2+M↔RC(O)O2NO2+M
煤烟型烟雾形成机理:
大气中的SO2首先氧化成SO3,随后SO3被水吸收而生成硫酸,从而形成酸雨或硫酸烟雾。
硫酸与大气中的NH4+等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。
SO2—SO3—H2SO4—(NH4)2SO4
18.腐殖质有哪几种化学性质不同的物质组成?
简述腐殖质的环境化学意义。
答:
腐殖质:
胡敏酸(HA)富里酸(FA)胡敏素(Hu)
环境化学意义:
与水体金属离子形成稳定水溶性或不溶性化合物;与有机物相互作用,影响水体重金属、有机污染物迁移、转化,影响生物有效性;影响自来水氯化消毒。
19.试述Tessier颗粒态金属形态分类。
答:
交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机物及硫化物结合态、残渣态。
20.RCH2CH2COOH的β氧化途径,
答:
下面反应中有答案。
21.大气中的主要温室气体有哪些?
答:
CO2、CH4、N2O及卤代烃(CFCs)。
环境化学反应:
1、完成下列反应
C2H5·+O2→C2H5O2·
C2H5O2·+NO→C2H5O·+NO2
C2H5O·+O2→CH3CHO+HO2·
CH3CHO+hv→CH3CO·+H·
CH3CO·+O2→CH3C(O)OO·
(CH3C(O)O2·+CH3O2·→CH3COOH+HCHO+O2
CH3C(O)OO·+NO2→CH3C(O)OONO2(PAN)
NO2+hν(<420nm)→NO+O·
O∙+O2+M→O3+M
O3+NO→NO2+O2
RH+HO∙→R∙+H2O
R∙+O2→RO2∙
RO2∙+NO→NO2+RO∙
RO∙+O2→R'CHO+HO2∙,(R-R'=1)
HO2∙+NO→HO∙+NO2
ArCN(苯乙腈)+H2O→Ar-CHC2OOH+NH3
ClArNHC(O)OCH(CH3)2+H2O→(其中ClAr-为氯苯基)ClArNH2+CO2
ClAr-NH-C(O)OCH(CH3)2+H2O→(CH3)2CHOH+CO2
(CH3O)2P(O)OCH=CCl2+H2O→(CH3O)2P(O)OH+HOCH=CCl2
RCHOHCH2CO~SCoA
H2O
RCH2CH2COOH+HSCoA
RCH2CH2CO~SCoA
FAD
FADH2
RCH=CHCO~SCoA
H2O
NADH+H+
NAD+
RCOCH2CO~SCoA
HSCoA
RCOSCoA
CH3COSCoA
Second
TCA
2、试RCH2CH2COOH脂肪酸β氧化历程
3、若下列链反应中没有其它过程发生:
O3+hv→O3*
O3*→O2*+O*
O2*+O3→2O2+O
O*+O3→O2+2O
3O+3O3→6O2
(1)写出该光化学反应的初级过程
O3+hv→O3*
(2)推断该反应中O3的光量子效率。
总反应:
6O3+hv→9O2
吸收一个光子导致6个O3消失,所以,ΦO3=6,
4、完成下列反应
(1):
NH3,
(2):
CH3CH(OH)COOH,(3):
NAD+(4):
NADH+H+,(5):
CH3COCOOH,(6):
HSCoA,(7):
NAD+,(8):
NADH+H+,(9):
CH3COSCoA,(10):
TCA循环
计算
1)鱼从水中吸收有机污染物A的速率常数为18.76h-1,鱼体消除速率常数为2.38⨯10-2h-1,设A在鱼体内的起始浓度为零,在水中的浓度可视为不变,计算A在鱼体内的浓缩系数及达到稳态浓度95%时所需的时间。
2)在厌氧消化中与pH=7的水接触的气体含65%的CH4和35%的CO2,试计算pe和Eh(已知:
CO2+H++e→CH4+H2O,pe0=2.87)。
解:
1/8CO2+H++e=1/8CH4+1/4H2O
pE=pE0+lg[(PCO2/PCH4)1/8×aH+]
=pE0–pH+1/8lg(PCO2/PCH4)
=2.87–7.00+1/8lg(0.35/0.65)
=-4.16
Eh=2.303/F*(RTpE)=2.303×8.314×298×
(-4.16)/96484.5
=-0.246V
仅供参考!
!
!
不知正确不
3)若水体的pH=10.0,碱度为1.00×10-3mol/L,计算体系中碳酸盐的形态分布(Ka1=4.45×10-7mol/L,Ka2=4.68×10-11mol/L)。
解:
碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]–[H+]=1.00⨯10-3mol/L
Ka2=[CO32-][H+]/[HCO3-],代入解:
[HCO3-]=4.65⨯10-4mol/L,
故:
[CO32-]=2.18⨯10-4mol/L,
又:
Ka1=[HCO3-][H+]/[H2CO3*],
故:
[H2CO3*]=1.04⨯10-7mol/L
4)若有水A,pH为7.5,其碱度为6.38mmol/L,水B的pH为9.0,碱度为0.80mmol/L,若以等体积混合,问混合后的pH值为多少?
(已知H2CO3*pK1=6.35,pK2=10.33)
解:
体系A:
pH=6.5-8.3时,可近似考虑一级电离,且体系的碱度可近似由HCO3-贡献,碱度=[HCO3-]=6.38mmol/L,由pH=pK1+lg([HCO3-]A/[H2CO3*]A),
即:
7.5=6.35+lg(6.38/[H2CO3*]),[H2CO3*]A=0.452mmol/L
体系B:
根据碳酸盐电离平衡分布,pH=7.5~9.5时,虽然HCO3-是体系中碳酸盐的主要形态(>95%),但只有当pH<8.3时,可近似认为HCO3-是体系中唯一的碱度贡献者,且可只考虑一级电离;当pH>9时,主要应考虑OH-的碱度贡献,若体系的碱度较高(一般应>10-3mmol/L),与OH-浓度(如[OH-]<10-7mol/L)相比,OH-碱贡献很小,则[OH-]可以不计,其次是考虑二级电离中CO32-碱度的贡献,这主要针对在pH>9.5时的情况,pH<9.5时可以不予考虑。
pH=9,总碱度=[HCO3-]B+2[CO32-]B+[OH-]B-[H+]=0.8mmol/L
根据上面分析,[CO32-]、[H+]均可不计,则:
[OH-]B=10-5mol/L=0.01mmol/L
即:
0.8=[HCO3-]B+0.01,[HCO3-]B=0.79mmol/L
A、B混合:
B中的游离OH-碱将使A中H2CO3*转换为HCO3-,假定等体积混合后pH在6.5-8.3间(因为A体系碱度大,缓能力强),由一级电离试算(等体积混合可以不考虑:
则
pHAB=pK1+lg{([HCO3-]A+[HCO3-]B+[OH-]B)/2}/{([H2CO3*]A-[OH-]B)/2}
=6.35+lg(6.38+0.79+0.01)/(0.452-0.01)=7.56
如考虑B二级电离:
总碱度=[HCO3-]B+2[CO32-]B+[OH-]B=0.8mmol/L,
[OH-]B=10-5mol/L=0.01mmol/L,[H+]B=10-9mol/L
由K2=[H+]B[CO32-]B/[HCO3-]B,即:
4.68×10-11=10-9[CO32-]B/[HCO3-]B
代人上式解得:
[HCO3-]B=0.722mmol/L,[CO32-]B=0.034mmol/L,
故pHAB=pK1+lg{([HCO3-]A+[HCO3-]B+[OH-]B)/2}/{([H2CO3*]A-[OH-]B)/2}
=6.35+lg(6.38+0.722+0.01)/(0.452-0.01)=7.56
结果近似相等,可见本题可不考虑二级电离影响。
事实上:
体系A碱度=[HCO3-]A,体系A碱度=[HCO3-]B,混合后体系总碱度不变,为两者碱度之和,只是体系A中H2CO3*由体系B游离OH-转换为HCO3-故计算体系A中[H2CO3*]A浓度后,直接给出计算:
pHAB=pK1+lg{([HCO3-]A+[HCO3-]B+[OH-]B)/2}/{([H2CO3*]A-[OH-]B)/2}
=6.35+lg(6.38+0.8)/(0.452-0.01)=7.56
5)某农药在土壤中的半衰期为0.1a,若对一新垦农田使用量为4.5kg/(hm)2•a,试估算土壤中该农药的最大残留量。
单位换算:
1公顷(hectare,ha,(hm)2)=100公亩(are)=100⨯100m2=15(市)亩
1亩地的表土重量约为150000kg
解:
农药极限积累公式:
A∝=QK/(1–K)
农药衰减动力学:
c=c0exp(-kt),
积累系数(残留率)K:
K=c/c0=exp(-kt),
又:
t1/2=0.693/k,
故:
A∝=Qexp(-0.693t/t1/2)/[1–exp(-0.693t/t1/2)],
农药使用以t=1a,Q=4.5kg/(hm)2•a为一周期,
故:
A∝=4.5⨯exp(-0.693⨯1/0.1)/[1–exp(-0.693⨯1/0.1)]
=4.4⨯10-3kg/(hm)2=4.4g/(hm)2=290mg/亩
=0.002mg/kg(土)
6)从湖水中取出深层水,其pH=7.0,含溶解氧浓度为0.32mg/L,试其计算pE和Eh(已知溶解氧Henry系数KH=1.26⨯10-8mol/L∙Pa)。
解:
1/4O2+H++e→1/2H2Ope0=20.75
Henry系数KH=1.26⨯10-8mol/L∙Pa
由Henry定律:
c=KH∙P
则:
0.32⨯10-3/32=1.26⨯10-8⨯PO2
得到:
PO2=794Pa=7.84⨯10-3atm
pe=pe0+lg(PO20.25[H+])
代入数值得:
pe=13.23
由pe=Eh/0.059得到:
Eh=0.78(V)
7)有两个单体系:
(A):
Cu2++e→Cu+pE0=5.82
已知:
[Cu2+]=10-5mol/L,[Cu+]=10-4mol/L,
(B):
Fe3++e→Fe2+pE0=13.05
已知:
[Fe3+]=10-3mol/L,Fe2+=0.1mol/L
求A、B等体积混合时体系的电位,计算结果说什么问题?
解:
(A):
Cu2++e→Cu+,pE0=5.82
[Cu
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