大連理工大學(xué)環(huán)境化學(xué)所有作業(yè)答案.doc

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緒論部分： 2、簡(jiǎn)述環(huán)境問題的分類？（10分） 答：環(huán)境問題是多方面的，但大致可分為兩類：原生環(huán)境問題和次生環(huán)境問題。由自然力引起的為原生環(huán)境問題，也稱為第一環(huán)境問題。由于人類生產(chǎn)和生活引起生態(tài)系統(tǒng)破壞和環(huán)境污染，反過來又危及人類自身和生存和發(fā)展的現(xiàn)象，為次生環(huán)境問題，也叫第二環(huán)境問題。原生環(huán)境問題和次生環(huán)境問題很難截然分開，它們之間常常存在著某種程度的因果關(guān)系和相互作用。 4、什么是環(huán)境化學(xué)，學(xué)習(xí)環(huán)境化學(xué)有什么意義？（10分） 答：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)。 意義：用來掌握污染來源，消除和控制污染，確定環(huán)境保護(hù)決策，以及提供科學(xué)依據(jù)諸方面都起著重要的作用。 5、簡(jiǎn)述環(huán)境化學(xué)的分支學(xué)科。（10分） 答：主要包括6類。 ①環(huán)境分析化學(xué)：是研究化學(xué)品的形態(tài)、價(jià)態(tài)、結(jié)構(gòu)、樣品前處理和痕量分析的學(xué)科。 ②環(huán)境污染化學(xué)：大氣、水體和土壤環(huán)境化學(xué)，元素循環(huán)的化學(xué)過程。 ③污染控制化學(xué)：主要研究與污染控制有關(guān)的化學(xué)機(jī)制及工藝技術(shù)中化學(xué)基礎(chǔ)性問題。 ④污染生態(tài)化學(xué)：是研究化學(xué)污染物在生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)生生態(tài)效應(yīng)的化學(xué)過程的學(xué)科。 ⑤環(huán)境計(jì)算化學(xué)：主要利用有效的數(shù)學(xué)近似以及電腦程序計(jì)算分子的性質(zhì)。 ⑥環(huán)境生物化學(xué)：是研究環(huán)境化學(xué)品對(duì)生命影響的學(xué)科。 第一章： 1、地球環(huán)境主要由哪些圈層構(gòu)成？英文單詞？各之間有什么聯(lián)系？各有哪些性質(zhì)？（10分） 答：地球環(huán)境主要由大氣圈（atmosphere）、水圈（hydrosphere）、土壤圈（pedosphere）、巖石圈（lithosphere）和生物圈（biosphere）構(gòu)成。 聯(lián)系：大氣圈、水圈、土壤圈和生物圈共同組成了地球環(huán)境系統(tǒng)，每個(gè)圈層都離不開太陽所提供的能量，這幾個(gè)圈層密切聯(lián)系，相互作用，不停的進(jìn)行著物質(zhì)、能量交換，維持著動(dòng)態(tài)的自然平衡，使地球及其生物得以生存、繁衍和發(fā)展。 性質(zhì)： ①大氣圈：是地球生物生存的重要物質(zhì)條件，不僅是生命所需的要素，而且也參與地球表面的物質(zhì)循環(huán)過程。其中空氣垂直分布不均勻，大氣的溫度和密度等在垂直方向上呈不均勻分布，有大氣溫度層結(jié)和密度層結(jié)。 ②水圈：是參與生命形成過程及其物質(zhì)、能量轉(zhuǎn)化的重要因素，是組成地球外殼最基本的自然圈層之一，處于連續(xù)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中。 ③土壤圈：一般處于大氣圈、巖石圈、水圈及生物圈的過渡地帶，是聯(lián)系有機(jī)界和無機(jī)界的中心環(huán)節(jié)。 ④生物圈：主要由生命物質(zhì)、生物生成性物質(zhì)和生物惰性物質(zhì)三部分組成，是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，其中有多種類型的生態(tài)系統(tǒng)。 ⑤巖石圈：厚度不均一，其板塊的運(yùn)動(dòng)與巖石的形成與演化有密切聯(lián)系。 2、環(huán)境介質(zhì)、相的概念，連續(xù)和非連續(xù)的介質(zhì)，對(duì)于污染物的運(yùn)動(dòng)變化有哪些影響？（10分） 答：環(huán)境介質(zhì)：某一具體的環(huán)境單元世界，可看作由物質(zhì)、能量和信息三部分組成，其中有形的物質(zhì)部分。 相：系統(tǒng)中物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)均勻的部分。 連續(xù)的介質(zhì)使污染物的運(yùn)動(dòng)變化有一定方向性，污染物運(yùn)動(dòng)加快；非連續(xù)介質(zhì)使污染物運(yùn)動(dòng)變化沒有方向性，可吸附污染物使其運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變，減緩污染物運(yùn)動(dòng)。 3、區(qū)分大氣和空氣的概念，各自對(duì)應(yīng)哪個(gè)英文單詞？（10分） 答：大氣（atmosphere）：是多種物質(zhì)的混合物，是各種固體或液體均勻地分散在空氣中形成的一個(gè)龐大的分散體系，自然狀況下，由干潔空氣、水汽、懸浮顆粒物或雜質(zhì)組成。 空氣（air）：除水汽、液體和固體雜質(zhì)外的整個(gè)混合氣體為干潔空氣，主要成分有N2和O2，以及少數(shù)的惰性氣體等。 4、什么是大氣溫度層結(jié)？各層結(jié)的特點(diǎn)如何？不同波長(zhǎng)的太陽輻射，各能到達(dá)哪些層結(jié)？（10分） 答：大氣溫度層結(jié)：靜大氣的溫度在垂直方向上的分布，其動(dòng)力是地球自轉(zhuǎn)作用和對(duì)太陽輻射吸收的不同。 根據(jù)大氣的溫度層結(jié)、密度層結(jié)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，大氣可分為： 對(duì)流層：溫度隨高度增加而降低，氣體垂直運(yùn)動(dòng)劇烈，含有全部的大氣質(zhì)量的3/4的大氣和全部水汽，大氣中絕大多數(shù)天氣現(xiàn)象都發(fā)生在對(duì)流層。 平流層： 溫度隨高度的增加保持不變或稍有上升，高度為15－35 km 范圍內(nèi)存在一臭氧層。該層空氣垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)小，只能隨地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生平流運(yùn)動(dòng)。平流層內(nèi)水汽和塵埃都很少，幾乎沒有天氣現(xiàn)象出現(xiàn)。 中間層：溫度隨高度的增加而降低，空氣垂直運(yùn)動(dòng)相當(dāng)強(qiáng)烈。 熱層：溫度隨高度的增加而迅速上升，層內(nèi)空氣稀薄，處于高度電離狀態(tài)。 逸散層：空氣更為稀薄，地球引力小，大氣質(zhì)點(diǎn)向星際空間逃逸。 λ<100nm：太陽輻射到達(dá)熱層； 200nm<λ<300nm：太陽輻射到達(dá)中間層； λ>300nm：太陽輻射到達(dá)對(duì)流層。 5、簡(jiǎn)述大氣顆粒物的來源和分類。（10分） 答：來源：分為兩種，一是天然來源，二是認(rèn)為來源。 天然來源包括地面揚(yáng)塵、海浪濺出的泡沫、火山灰、森林火災(zāi)、宇宙隕星塵埃等。 人為來源包括飛灰和氣態(tài)污染物等。 分類：①按來源分：天然來源顆粒物、人為來源顆粒物。 ②按存在形態(tài)分：液態(tài)顆粒物、固態(tài)顆粒物、液固混合顆粒物。 ③按形成方式分：一次顆粒物、二次顆粒物。 ④按組成分：無機(jī)顆粒物、有機(jī)顆粒物。 ⑤按粒徑分：總懸浮顆粒物、降塵、飄塵、可吸入顆粒物及呼吸性顆粒物。 1、 臭氧是如何生成和損耗的（天然和人為因素）？（8分） 答：臭氧存在對(duì)流層頂和平流層之間，臭氧的生成是由于平流層中氧氣光解的結(jié)果。臭氧的天然來源為： O2 + hv →O + O (λ < 243 nm) 2O + 2O2 + M →2O3 + M 總反應(yīng)為：3O2 + hv →2O3 臭氧形成的人為來源：汽車尾氣排放的氮氧化物光解形成的氧原子與氧氣結(jié)合生成臭 氧。復(fù)印機(jī)、高壓電線釋放物等都可以形成臭氧。 NO2 + hv →NO + O (λ < 420 nm) O + O2 + M → O3 + M 臭氧在正常情況下的耗損：臭氧的消耗過程，主要為吸收紫外光而光解和與氧原子反 應(yīng)生成氧氣。 O3 + hv → O2 + O O3 + O → 2O2 正常情況下，臭氧的生成和耗損處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 非正常情況下：由于水蒸氣、NOx、氟氯烴等污染物進(jìn)入平流層，它們能加速臭氧耗損過程，破壞臭氧層的穩(wěn)定狀態(tài)。 Y+O3→YO+O2 YO+O→Y+O2 總反應(yīng)為：O3+O→2O2 其中：Y = NOX (NO, NO2); HOX (H, HO, HO2); ClOX (Cl, ClO) 2、 什么是溫室效應(yīng)？大氣中有哪些溫室氣體？（6分） 答：大氣中的CO2、CH4等氣體可以強(qiáng)烈地吸收紅外輻射，起到了單向過濾作用，吸收了地面輻射出來的紅外光，把能量截留在大氣之中，從而使大氣溫度升高，這種現(xiàn)象稱為溫室效應(yīng)。 大氣中溫室氣體有：二氧化碳、甲烷、氟氯烴、氮氧化物、臭氧，還有水，一氧化碳等。 3、 試述全球氣候變化的原因及影響。（6分） 答：原因：分為自然原因和人為原因。 其中，自然原因主要是自然的氣候波動(dòng)，包括太陽輻射的變化，火山爆發(fā)等。 人為原因主要是人類活動(dòng)的影響，包括人類燃燒化石燃料以及毀林引起的大氣中溫室氣體濃度的增加，硫化物氣溶膠濃度的變化，陸面覆蓋和土地利用的變化等。 影響：①對(duì)環(huán)境的影響：氣候變化引起大氣圈、水圈、生物圈等自然地理環(huán)境要素的變化，從而引起自然資源變化和自然災(zāi)害頻繁，以及生態(tài)環(huán)境破壞。 ②對(duì)人類生產(chǎn)生活的影響：由于環(huán)境變化，自然資源條件變化，從而影響人類的生產(chǎn)生活。如人體健康、產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、居住環(huán)境的變化。 4、Deduce the formulas for the compounds with the following code numbers: (4分) (1) 12; (2) 113; (3) 123; (4) 134 答：(1) 12+90=102 表示1個(gè)碳，0個(gè)氫和2個(gè)氟，非碳原子總數(shù)2n+2=4，氯原子個(gè)數(shù)：4-(0+2)=2，所以分子式：CF2Cl2 (2) 113+90=203 表示2個(gè)碳，0個(gè)氫和3個(gè)氟，非碳原子總數(shù)2n+2=6，氯原子個(gè)數(shù)：6-(0+3)=3，所以分子式：C2F3Cl3 (3) 123+90=213 表示2個(gè)碳，1個(gè)氫和3個(gè)氟，非碳原子總數(shù)2n+2=6，氯原子個(gè)數(shù)：6-(1+3)=2，所以分子式：C2HF3Cl2 (4) 134+90=224 表示2個(gè)碳，2個(gè)氫和4個(gè)氟，非碳原子總數(shù)2n+2=6，氯原子個(gè)數(shù)：6-(2+4)=0，所以分子式：C2H2F4 5、Deduce the code numbers for each of the following compounds (3分) (1) CH3CCl3; (2) CCl4; (3) CH3CFCl2 答：(1) 2個(gè)碳，3個(gè)氫和0個(gè)氟，所以代碼為：230-90=140； (2) 1個(gè)碳，0個(gè)氫和0個(gè)氟，所以代碼為：100-90=10； (3) 2個(gè)碳，3個(gè)氫和1個(gè)氟，所以代碼為：231-90=141。 6、舉例說明怎樣表示大氣中的氣體與同種氣體在溶液中的平衡？(5分) 答：大氣中的氣體分子與溶液中相應(yīng)的同種氣體分子之間的平衡可以表述為： G(g) G(aq) 大氣中的氣體與溶液中同種氣體間的平衡為： [G(aq)] = KHpG [G(aq)]－氣體在溶液中的濃度(mol/L); KH －氣體在一定溫度下的亨利定律常數(shù)(mol/LPa) pG－氣體在大氣中的分壓(Pa) 舉例：CO2在干燥空氣中的含量為 0.0314% ，水在25℃時(shí)的蒸汽壓為0.03167 105 Pa，CO2的亨利定律常數(shù)為3.34 10-7 mol/L.Pa。則CO2在水中的濃度為： 7、水體富營養(yǎng)化的機(jī)理與危害。（8分） 答：定義：人類活動(dòng)影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，導(dǎo)致水體溶解氧下降、水質(zhì)惡化、魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象，即為水體富營養(yǎng)化。 機(jī)理：由于污染物質(zhì)排入水體湖泊、河口、海灣等，引起水化學(xué)失衡，藻類和浮游生物大量增殖，溶解氧量下降，最終導(dǎo)致魚類及其它生物死亡、生態(tài)紊亂以及內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì)釋放。 危害： （1）水體中的藻類大量繁殖可以阻塞水道，縮小魚類生存空間，水體變色、透明度降低，其分泌物引起水臭，給水處理造成各種困難；更重要的是富營養(yǎng)化還可能破壞水體中生態(tài)系統(tǒng)的原有平衡； （2）水體富營養(yǎng)化后，藻類繁生將使有機(jī)物生成速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其消耗速度，積累大量的有機(jī)物。其后果是促使細(xì)菌類微生物繁殖，加快異氧生物的生長(zhǎng)，使水體耗氧量增加。富營養(yǎng)化引起有機(jī)體大量生長(zhǎng)，反過來又會(huì)使某些藻類、植物及水生生物、魚類趨于衰亡，以致絕跡。這些藻類及其他浮游生物殘?bào)w在腐爛過程中，又把生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)釋放到水中，供新的一代藻類等生物利用。因此，富營養(yǎng)化了的水體，即使切斷外界營養(yǎng)物質(zhì)的來源，也很難自凈和恢復(fù)到正常狀態(tài)。 8. 分別論述封閉和開放水體系中的碳酸平衡過程。（5分） 答：水體中存在CO2，H2CO3，HCO3-，CO32-四種化合態(tài)。因?yàn)镠2CO3含量極低，故把CO2和H2CO3合并H2CO3*。 則水中存在的平衡體系為： 以上討論未考慮CO2與大氣交換過程，故屬于封閉的體系。 以下考慮CO2在氣、液兩相達(dá)到平衡時(shí)(開放體系)： 9. 什么是天然水酸度和堿度？如何計(jì)算？和pH有什么關(guān)系？（10分） 答：堿度：堿度是指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，亦即能接受H+的物質(zhì)總量。 總堿度 = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+] 酚酞堿度= [CO32-]+ [OH-]-[H2CO3*]- [H+] 苛性堿度= [OH-]-[HCO3-]-2[H2CO3*]-[H+] 酸度：是指水中能與強(qiáng)堿發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，亦即放出H+或經(jīng)水解能產(chǎn)生H+的物質(zhì)總量。包括強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)酸弱堿鹽等。 總酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]- [OH-] CO2酸度=[H+]+[H2CO3*]- [CO32-]-[OH-] 無機(jī)酸度=[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-] 與pH關(guān)系：pH=-lg[H+]，即pH是[H+]的負(fù)對(duì)數(shù)。 10. 論述土壤的組成和性質(zhì)。（10分） 答: 土壤是由固體、液體和氣體三相共同組成的多相體系。固相指土壤礦物質(zhì)(原生礦物和次生礦物質(zhì))和土壤有機(jī)質(zhì)，兩者占土壤總量的90~95%。液相指土壤水分及其可溶物，兩者合稱為土壤溶液。氣相指土壤空氣。土壤中還有數(shù)量眾多的細(xì)菌和微生物，一般作為土壤有機(jī)物而視為土壤固相物質(zhì)。土壤礦物是土壤的主要組成物質(zhì)，占土壤固體總量的90％以上。它源于巖石的風(fēng)化作用，在大小和組成上復(fù)雜多變。土壤礦物按成因可分為原生礦物和次生礦物。土壤有機(jī)質(zhì)概指土壤中動(dòng)植物殘?bào)w、微生物體及其分解和合成的物質(zhì)，是土壤的固相組成部分。約占土壤固體總重量的1％－10％，土壤水分是土壤的重要組成部分，主要來自大氣降水、灌溉水和地下水。這些水充當(dāng)了土壤中所發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，對(duì)于巖石風(fēng)化、土壤形成、植物生長(zhǎng)有著決定性的意義。土壤空氣也是土壤的重要組分之一。土壤空氣來源大氣，它存在于未被水分占據(jù)的孔隙中，它對(duì)土壤微生物活動(dòng)、營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及植物的生長(zhǎng)發(fā)育都有重大的作用。總體來看，土壤空氣和大氣的主要成分都是氮?dú)?、氧氣和二氧化碳。土壤中生活著一個(gè)生物群體，它們不但積極參與巖石的風(fēng)化作用，并且是成土作用的主要因素。土壤生物是土壤的重要組成成分。 土壤具有如下性質(zhì)： (1)土壤吸附性。土壤膠體以其巨大的比表面積、帶電性、土壤膠體的凝聚性和分散性以及土壤膠體的離子交換作用，使土壤具有吸附性。 (2)土壤酸堿性。由于土壤是一個(gè)復(fù)雜的體系，其中存在著各種化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)，因而土壤表現(xiàn)出不同的酸堿性。根據(jù)土壤中氫離子的存在方式不同，土壤酸度可分為活性酸度和潛性酸度。 (3)土壤的緩沖性能。土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激烈變化的能力，其中土壤溶液中的各種弱酸及鹽類，構(gòu)成了一個(gè)良好的緩沖體系。 (4)氧化還原性。氧化還原反應(yīng)是土壤中無機(jī)物和有機(jī)物發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化并對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響的化學(xué)過程。 11、名詞解釋：原生礦物、次生礦物、腐殖質(zhì)、雙電層及熱力學(xué)電位、電動(dòng)電位、土壤陽離子交換量、鹽基飽和土壤、鹽基飽和度、土壤酸度、活性酸度、潛性酸度、代換性酸度和水解酸度。（14分） 答：原生礦物：各種巖石(主要是巖漿巖)受到程度不同的物理風(fēng)化而未經(jīng)化學(xué)風(fēng)化而形成的物質(zhì)，其原來的化學(xué)組成和結(jié)晶構(gòu)造都沒有改變。 次生礦物：原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后形成的新礦物，其化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)都有所改變。 腐殖質(zhì)：腐殖質(zhì)是生物體物質(zhì)在土壤、水和沉積物中轉(zhuǎn)化而成，是一種帶負(fù)電的高分子弱電解質(zhì)，分子量300-30000，一般根據(jù)其在堿和酸溶液中的溶解度劃分為三類：腐殖酸、富里酸、腐黑物。 雙電層：土壤膠體具有雙電層，微粒的內(nèi)部稱為粒核，一般帶負(fù)電荷，形成一個(gè)負(fù)離子層（決定電位離子層），其外部由于電性吸引，形成一個(gè)正離子層（反離子層，包括非活動(dòng)性離子層和擴(kuò)散層），合稱為雙電層。 熱力學(xué)電位：決定電位層與液體間的電位差通常叫做熱力學(xué)電位，在一定的膠體系統(tǒng)內(nèi)它是不變的。 電動(dòng)電位：非活動(dòng)離子層與液體之間的電位差。 土壤陽離子交換量：每千克干土中所含的全部陽離子總量，稱為陽離子交換量。 鹽基飽和土壤：當(dāng)土壤膠體上吸附的陽離子均是鹽基離子，且已經(jīng)達(dá)到吸附飽和時(shí)的土壤。 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)為鹽基飽和度。 土壤酸度：土壤溶液中H+的存在方式，土壤酸度可以分為活性酸度和潛性酸度。 活性酸度：是土壤溶液中氫離子濃度的直接反映，又稱為有效酸度，通常用pH表示。 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)這些離子通過離子交換作用進(jìn)入土壤溶液中之后，即可增加土壤溶液的H+濃度。 代換性酸度：用過量中性鹽(如NaCl或KCl)溶液淋洗土壤，溶液中金屬離子與土壤中H+和Al3+ 發(fā)生離子交換作用，而表現(xiàn)出的酸度。 水解酸度：用弱酸強(qiáng)堿鹽(如乙酸鈉)淋洗土壤，溶液中的金屬離子可以將土壤膠體吸附的H+和Al3+ 代換出來，同時(shí)生成某弱酸。此時(shí)測(cè)定的弱酸的酸度為水解性酸度。 12. 環(huán)境污染物如何分類？主要來源？（9分） 答：定義：進(jìn)入環(huán)境后，使環(huán)境的正常組成和性質(zhì)發(fā)生直接或間接有害于人類的變化的物質(zhì)。 分類： 按受污染物影響的環(huán)境要素可分為大氣污染物、水體污染物、土壤污染物等； 按污染物的類型可分為有機(jī)污染物、無機(jī)污染物和有機(jī)金屬化合物； 按污染物的性質(zhì)可分為化學(xué)污染物、物理污染物和生物污染物。 來源： 工業(yè)(如“三廢”，有毒有害化學(xué)品等)； 農(nóng)業(yè)(如農(nóng)藥、化肥等)； 生活(如固體廢物、廢水、廢氣)； 服務(wù)業(yè)(如交通運(yùn)輸中排放的汽車尾氣、廢油等)。 13. 各環(huán)境介質(zhì)中的典型化學(xué)污染物有哪些？來源？（12分） 答：(1) 空氣中典型化學(xué)污染物 SO2(主要來源于煤的燃燒)、NOx(如NO，NO2等，主要來源于礦物燃料的燃燒及汽車尾氣)、CO和CO2(來源于煤的燃燒，汽車尾氣)、揮發(fā)性有機(jī)污染物(如烷烴、烯烴、芳烴，化石燃料的燃燒)、顆粒物、以及室內(nèi)家俱裝飾釋放的甲醛、多環(huán)芳烴(PAHs)、多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)等。 (2) 水中典型的化學(xué)污染物 好氧有機(jī)物：碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和纖維素等。 有毒有機(jī)物：農(nóng)藥、表面活性劑、芳烴、藥物等。 金屬離子、無機(jī)物：汞、鉛、鎘、鉻、砷、氰化物等。 飲用水消毒副產(chǎn)物 (3) 土壤中典型的化學(xué)污染物 農(nóng)藥：有機(jī)氯、有機(jī)磷、氨基甲酸酯類等 其他：污水灌溉、干濕沉降等。 第二章： 1. 大氣、水、土壤和生物相中的污染物可以發(fā)生哪些遷移行為？ 答： (1) 大氣中污染物的遷移： a風(fēng)力擴(kuò)散：由外摩擦力介入而產(chǎn)生的風(fēng)因流經(jīng)起伏不平的地形而具有湍流性質(zhì)，使得由風(fēng)力攜帶的污染物在較小范圍內(nèi)向各個(gè)方向擴(kuò)散。風(fēng)力越大，污染物沿下風(fēng)向擴(kuò)散的越快。 b氣流擴(kuò)散：穩(wěn)定大氣不產(chǎn)生氣流，而大氣穩(wěn)定度越差，氣流越劇烈，污染物在縱向的擴(kuò)散越快。 c干沉降：大氣污染物通過重力沉降或被地面建筑物、樹木等阻留從而沉積在地面的過程，或者進(jìn)入人或其他動(dòng)物呼吸道（器官）并積留的過程。 d濕沉降：大氣中所含污染物氣體或微粒物質(zhì)隨降水過程（雨水、雪等）降落并積留在地表的過程。 (2) 水中污染物的遷移： a水流推移作用: 污染物在水流作用下發(fā)生的遷移運(yùn)動(dòng)。 b分散作用： 包括： ①分子擴(kuò)散：由污染物分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的。 ②湍流擴(kuò)散：湍流流場(chǎng)中，污染物質(zhì)點(diǎn)之間及污染物質(zhì)點(diǎn)與水分子之間由于各自的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而發(fā)生相互碰撞、混合。 ③彌散：是由于水體橫斷面上的實(shí)際流速分布不均勻引起的。 c重力沉降：吸附于水體顆粒物上的污染物可以發(fā)生物理性重力沉降或膠體顆粒沉降。 d吸附和分配：天然水體是一個(gè)巨大的分散體系，其中的分散物質(zhì)包括各種溶解態(tài)的離子和分子、膠體粒子、懸浮粒子以及較大的粗粒子等。這些粒子可以吸附水中的各種污染物質(zhì)，明顯影響著污染物在水體中的狀態(tài)和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。 e揮發(fā)：水體中污染物向大氣遷移的重要過程，是在水-空氣界面進(jìn)行的物理遷移過程。 (3) 土壤中污染物的遷移： a揮發(fā)；b分配；c淋溶、滲濾；d植物吸收；e土壤擴(kuò)散 (4) 生物相中污染物的遷移： a吸收、分布、排泄和生物轉(zhuǎn)化。 b生物富集、生物放大和生物積累。 c植物提取、植物轉(zhuǎn)運(yùn)、植物固定、植物揮發(fā)以及根際效應(yīng)。 2. 如何基于雙膜理論，推導(dǎo)水中污染物的揮發(fā)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式 ？ 雙膜理論：該理論認(rèn)為：化學(xué)物質(zhì)從水中揮發(fā)時(shí)，必須克服來自近水表層和空氣層的阻力。這種阻力控制著化學(xué)物質(zhì)由水向空氣遷移的速率。 假設(shè)：a 膜層以外的氣液相主體，由于流動(dòng)的充分湍動(dòng)，分壓或濃度均勻化，無分壓或濃度梯度，故無傳質(zhì)阻力。 b 相界面氣/液達(dá)到平衡，無傳質(zhì)阻力。濃度差存在氣膜(pi - p)和液膜(c - ci)內(nèi)，故全部阻力存在兩膜內(nèi)。 c 在氣液兩相接觸面附近，分別存在著呈滯流流動(dòng)的穩(wěn)態(tài)氣膜與液膜。在此滯膜層內(nèi)傳質(zhì)嚴(yán)格按分子擴(kuò)散方式進(jìn)行，膜的厚度隨流體流動(dòng)狀態(tài)而變化。 d 在氣液膜層內(nèi)，濃度梯度在兩個(gè)層中的分布是線性的，而在有效膜層以外，濃度梯度消失。 推導(dǎo)： 3. 什么是干、濕沉降？酸雨的形成原因？確定降水的pH背景值，需要考慮哪些因素？ (1)干沉降（Dry Deposition）：大氣中的污染氣體和氣溶膠等物質(zhì)隨氣流的對(duì)流、擴(kuò)散作用，被地球表面的土壤、水體和植被等吸附去除的過程。 濕沉降（Wet Deposition）：大氣中的物質(zhì)通過降水而落到地面的過程。濕沉降對(duì)氣體和顆粒物都是最有效的大氣凈化機(jī)制。包括雨除(Rainout)和沖刷(Washout)。 (2)酸雨形成原因： a酸性是大氣化學(xué)過程和物理過程的綜合效應(yīng)。酸雨中含有許多無機(jī)酸（硫酸和硝酸）和有機(jī)酸（甲酸和乙酸等），其中絕大部分是硫酸和硝酸，多數(shù)情況下為硫酸。 b酸雨的形成過程為：SO2+[O]→SO3 SO3+H2O→H2SO4 SO2+H2O→H2SO3 H2SO3+[O]→H2SO4 NO+[O]→NO2 2NO2+H2O→HNO3+HNO2 c自然因素（火山爆發(fā)）和人為因素（含硫化物燃料燃燒等）排放到大氣中的SO2和NOX經(jīng)氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亞硝酸等致酸性物質(zhì)，這是造成降水pH降低的主要原因。 d許多氣態(tài)或固態(tài)物質(zhì)進(jìn)入大氣對(duì)降水pH也會(huì)有影響。大氣中存在大量的固體顆粒物使降水具備了凝結(jié)核。大氣顆粒物中許多金屬如錳、銅和釩等是酸性氣體氧化的催化劑，可以形成更多的酸性物質(zhì)。 e封閉的地形。在通風(fēng)條件不好的封閉地區(qū)，風(fēng)速小，空氣的流動(dòng)性差，空氣污染物不易擴(kuò)散，如果空氣中酸性污染物的含量過多的話，易形成酸雨。 (3) 確定降水的pH背景值，需要考慮哪些因素 a大氣中CO2以及各種酸性和堿性氣體以及氣溶膠物質(zhì)的含量； b天然來源的強(qiáng)酸； c大氣中的堿性塵粒和其他堿性氣體（如NH3）； d地區(qū)自然條件（如地質(zhì)、氣象、水文等的差異）。 4. 表征有機(jī)污染物多介質(zhì)分配的參數(shù)有那些？如何定義？ 答：表征有機(jī)污染物在土壤/沉積物、水、空氣以及生物體中多介質(zhì)分配行為的參數(shù)有： (1) 土壤（沉積物）有機(jī)碳吸附系數(shù)(KOC)：Koc=Kp/Xoc，Kp=Cs/Cw，其中Cs和Cw分別表示污染物在土壤（沉積物）和水中達(dá)到平衡時(shí)的濃度，Kp為分配系數(shù)，Xoc為沉積物中有機(jī)碳的含量； (2) 正辛醇/水分配系數(shù)(KOW)：分配平衡時(shí)，某一有機(jī)化合物在辛醇相中的濃度(CO)與其在水相中非離解形式濃度(CW)的比值； (3) 水溶解度 (SW)：在一定溫度下，該物質(zhì)溶解在單位量的純水中的最大量； (4) 正辛醇/空氣分配系數(shù)(KOA)：分配平衡時(shí)，某一有機(jī)化合物在正辛醇中的濃度與空氣中該化合物濃度的比值； (5) 空氣顆粒物/空氣分配系數(shù)(KP)：某有機(jī)物在單位濃度TSP中顆粒物中的濃度與在空氣相中的濃度的比值(單位：m3/μg)； (6) 蒸氣壓：某物質(zhì)，當(dāng)氣相與其純凈態(tài)(液體或固體)達(dá)到平衡時(shí)的氣壓。 5. 根據(jù)電中性原理，計(jì)算降水的pH。 電中性原理： 溶液一定是電中性的，即陽離子所帶電荷總量與陰離子所帶電荷總量一定相等。由于降水要維持電中性，如果對(duì)降水中化學(xué)組分作全面測(cè)定，最后陽離子的濃度之和必然等于陰離子的濃度之和。 計(jì)算： 在未被污染的大氣中，可溶于水且含量比較大的酸性氣體是CO2，如果只把CO2作為影響天然降水pH的因素，根據(jù)CO2在全球大氣濃度330 mL/m3與純水的平衡，可以求得降水的pH背景值。 解得pH = 5.6。 6. 理解并論述線性溶解能關(guān)系(LSER)。 答：線性溶解能關(guān)系即Linear Solvation Energy Relationships, 簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)SER。 Kamlet 等人的研究表明，溶解包括三個(gè)與自由能有關(guān)的過程： （1）在溶劑中形成一個(gè)可以容納溶質(zhì)分子的空穴； （2）溶質(zhì)分子互相分離并進(jìn)入空穴； （3）溶質(zhì)與溶劑間產(chǎn)生吸引力； SP ＝ SP0 + 空穴項(xiàng) + 偶極項(xiàng) + 氫鍵項(xiàng) SP代表溶解度或與溶解、分配有關(guān)的性質(zhì) (例如水溶解度、有機(jī)溶劑/水分配系數(shù)、生物組織間分配系數(shù)等)，常以某一測(cè)得值的對(duì)數(shù)表示； SP0 代表模型中的常數(shù)項(xiàng)； 空穴項(xiàng)描述在溶劑分子中形成空穴時(shí)的吸收能量效應(yīng)； 偶極項(xiàng)表示溶質(zhì)分子與溶劑分子間的偶極-偶極和偶極-誘導(dǎo)偶極相互作用，這種作用常常是釋放能量的； 氫鍵項(xiàng)表示溶質(zhì)分子與溶劑分子間的氫健作用，這種作用也是釋放能量的。 7. 論述在哪些環(huán)境介質(zhì)中，污染物可以有哪些吸附分配行為。 （1）吸附(adsorption)：溶質(zhì)在界面層濃度升高的現(xiàn)象。 分配(partition)作用：物質(zhì)在兩種環(huán)境介質(zhì)(Phase, media)之間遷移，最后達(dá)到平衡的現(xiàn)象。 （2）吸附分配作用的類型包括： a水體顆粒物-水；b水體沉積物-水；c大氣顆粒物-空氣；d土壤-水； e土壤-空氣；f植物-空氣；g水-空氣；h水-脂相等等。 （3）吸附分配行為的機(jī)理分為：表面吸附、離子交換吸附以及專屬吸附。 a表面吸附：由于顆粒物具有巨大的比表面和表面能，顆粒物表面積越大，所產(chǎn)生的表面吸附能也越大，顆粒物的吸附作用也越強(qiáng)，它屬于物理吸附； b離子交換吸附：由于環(huán)境中大部分以膠體形式存在的顆粒帶負(fù)電荷，容易吸附各種陽離子，在吸附過程中，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，它屬于物理化學(xué)吸附。 c專屬吸附：是指吸附過程中，除了化學(xué)鍵的作用外，尚有加強(qiáng)的憎水鍵和范德華力或氫鍵在起作用。專屬吸附不但可使表面電荷改變符號(hào)，而且可以使離子化合物吸附在同號(hào)電荷表面。在水環(huán)境中，配合離子、有機(jī)離子、有機(jī)高分子和無機(jī)高分子的專屬吸附作用特別強(qiáng)。 第三章： 1. 重金屬類污染物在環(huán)境中可以發(fā)生哪些遷移和轉(zhuǎn)化行為？ 答：重金屬類污染物的環(huán)境行為有：它們?cè)诃h(huán)境中可以以游離態(tài)形式溶解，非溶解的可以揮發(fā)進(jìn)入另一環(huán)境介質(zhì)，也可以與某些物質(zhì)形成沉淀，也可以發(fā)生氧化與還原作用，同時(shí)也可以與環(huán)境介質(zhì)中某些物質(zhì)形成配合物，還可以被動(dòng)植物攝取，沿食物鏈進(jìn)行遷移，難降解的物質(zhì)可以富集在生物體內(nèi)，同時(shí)重金屬類物質(zhì)還可以經(jīng)過烷基化，吸附和淋溶作用在環(huán)境中進(jìn)行遷移和轉(zhuǎn)化。 2. 有機(jī)污染物的主要理化參數(shù)有那些？ 答：共有12個(gè)參數(shù)，分別是： (1)土壤（沉積物）有機(jī)碳吸附系數(shù)(Koc)：Koc= Kp/Xoc，Kp=Cs/Cw，其中Cs和Cw分別表示污染物在土壤（沉積物）和水中達(dá)到平衡時(shí)的濃度，Kp為分配系數(shù)，Xoc為沉積物中有機(jī)碳的含量。 (2)正辛醇/水分配系數(shù)(KOW)：分配平衡時(shí)，某一有機(jī)化合物在辛醇相中的濃度(CO)與其在水相中非離解形式濃度(CW)的比值。 (3)水溶解度 (SW)：在一定溫度下，該物質(zhì)溶解在單位量的純水中的最大量。 (4)正辛醇/空氣分配系數(shù)(KOA)：分配平衡時(shí)，某一有機(jī)化合物在正辛醇中的濃度與空氣中該化合物濃度的比值。 (5)空氣顆粒物/空氣分配系數(shù)(KP)：某有機(jī)物在單位濃度TSP中顆粒物中的濃度與在空氣相中的濃度的比值。 (6)蒸氣壓P：某物質(zhì)，當(dāng)氣相與其純凈態(tài)(液體或固體)達(dá)到平衡時(shí)的氣壓。 (7)酸解離常數(shù)Ka：定義為（對(duì)反應(yīng)），為了表示方便，Ka通常以負(fù)對(duì)數(shù)的形式表示，即表示成pKa。書146頁 (8)堿解離常數(shù)Kb：定義為（對(duì)反應(yīng)），為了表示方便，Kb通常以負(fù)對(duì)數(shù)的形式表示，即表示成pKb。書146頁 (9)水解速率常數(shù)kT：它實(shí)際上是某pH條件下的準(zhǔn)一級(jí)水解反應(yīng)速率常數(shù)，包括中性水解速率常數(shù)、強(qiáng)酸和強(qiáng)堿催化水解速率常數(shù)以及普通酸、普通堿催化水解速率常數(shù)等的貢獻(xiàn)。kT的表達(dá)式可以簡(jiǎn)化為或者 ，其中Kw為水的離子積常數(shù)；kA、kB、kN分別為酸性催化、堿性催化、中性過程的二級(jí)反應(yīng)水解速率常數(shù)，可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。書149頁 (10)氣相中有機(jī)污染物與OH的反應(yīng)速率常數(shù)kOH：kOH是表征有機(jī)污染物在大氣中歸趨的重要參數(shù)。書152頁 (11)水相中有機(jī)污染物被OH氧化降解的反應(yīng)速率常數(shù)kOH：kOH是表征有機(jī)污染物在水環(huán)境中的環(huán)境行為的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。書155頁 (12)微生物降解速率常數(shù)kb： ，符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，kb越大，降解半衰期越短，微生物降解能力越強(qiáng)。書156頁 3. 簡(jiǎn)述有機(jī)污染物的主要環(huán)境行為及其參數(shù)。 答：環(huán)境行為分為遷移行為和轉(zhuǎn)化行為。 其中，遷移行為包括揮發(fā)、吸附和分配等。 ①揮發(fā)：只污染物從水相、土壤相或植物相中遷移到氣相的過程。與其相關(guān)的參數(shù)為揮發(fā)速率常數(shù)Kv。 ②吸附和分配：吸附是指溶質(zhì)在界面層濃度升高的現(xiàn)象；分配是指物質(zhì)在兩種不同環(huán)境介質(zhì)間遷移，最后達(dá)到平衡的現(xiàn)象。與其相關(guān)的參數(shù)主要有土壤（沉積物）有機(jī)碳吸附系數(shù)Koc、水溶解度Sw、蒸氣壓P、正辛醇/水分配系數(shù)Kow、正辛醇/空氣分配系數(shù)Koa。 轉(zhuǎn)化行為分為以下幾種： ①光化學(xué)反應(yīng)：主要參數(shù)為量子產(chǎn)率和速率常數(shù)。 ②酸堿解離反應(yīng)：主要參數(shù)為酸堿解離常數(shù)。 ③水解反應(yīng)：主要參數(shù)為水解速率常數(shù)。 ④自由基或活性氧引發(fā)的氧化降解反應(yīng)：主要參數(shù)為在氣相或水相中有機(jī)污染物與OH的反應(yīng)速率常數(shù)。 ⑤生物降解反應(yīng)：主要參數(shù)為微生物降解速率常數(shù)。 4. 什么是光化學(xué)反應(yīng)? 可以分為哪幾類? 答：光化學(xué)反應(yīng)（photochemical reaction）：是物質(zhì)（原子、分子、自由基或離子吸收光子所引發(fā)的化學(xué)鍵斷裂和生成的化學(xué)反應(yīng)。 1、光解 ①光解生成自由基 醛和酮分子經(jīng)230~330 nm的光照射，可以斷裂為兩個(gè)自由基。 過氧化合物中的O-O鍵和脂肪偶氮化合物R-N=N-R中的C-N鍵也可以發(fā)生這種類型的反應(yīng)。R-N=N-R光解可以產(chǎn)生穩(wěn)定的產(chǎn)物N2，可以生成大量的R自由基。 ②光解生成小分子 醛分子經(jīng)光照射后還可以分裂為兩個(gè)小分子： 2、分子內(nèi)重排 在某些情況下，化合物在吸收光量子后能夠引起分子內(nèi)重排。例如，鄰硝基苯甲醛吸收光能后，可發(fā)生如下反應(yīng)： 鄰硝基苯甲醛 3、光致異構(gòu)化 某些有機(jī)化合物吸收光能后，可發(fā)生光致異構(gòu)化反應(yīng)，例如 4、摘取氫的反應(yīng) 當(dāng)溶解在異丙醇溶液中的二苯酮受到光的照射時(shí)，激發(fā)三線態(tài)的二苯酮可以抽取異丙醇分子上的α氫，這是一個(gè)摘取氫的反應(yīng)，即： 5、光致聚合反應(yīng) 光致聚合反應(yīng)實(shí)際上也是環(huán)加成反應(yīng)，α，β-不飽和羰基化合物可以經(jīng)光照生成二聚體。另外，環(huán)境中八氯代二苯并二噁英的一個(gè)重要來源為大氣液滴中五氯苯酚的光化學(xué)合成，反應(yīng)如下： PCP Octachlorodibenzo-p-dioxin (OCDD) 6、光敏化反應(yīng) 在光化學(xué)反應(yīng)中，某些化合物能夠吸收光能，但自身并不參與反應(yīng)，而把能量轉(zhuǎn)移給另一化合物，使之成為激發(fā)態(tài)參與反應(yīng)，這樣的反應(yīng)成為光敏化反應(yīng)。吸光的物質(zhì)稱為光敏劑（S），接受能量的化合物稱為受體（A）。光敏化反應(yīng)可表示為： 系間竄躍 能量轉(zhuǎn)移 能量轉(zhuǎn)移 5. 簡(jiǎn)述光吸收過程的基本原理。 答：原子和分子可以平動(dòng)，分子還可以振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，每一種運(yùn)動(dòng)都有一定的能量，這種能量是不連續(xù)的。電子吸收一定能量后，可以由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷。根據(jù)分子軌道理論，電子在軌道中的分布服從Pauli不相容原子和能量最低原子。一個(gè)分子有多少原子價(jià)電子軌道就有多少個(gè)分子軌道，分子軌道有不同能級(jí)，只有與能級(jí)間能量差相近的光子才能被粒子吸收。分子軌道粒子吸收光子而從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，電子激發(fā)類型為σ-σ* ，n-σ* ，π-π*和 n-π*，并遵守朗伯-比爾定律。躍遷和激發(fā)是兩種主要形式。 6. 簡(jiǎn)述光物理過程和光化學(xué)過程 答：光物理過程：激發(fā)態(tài)物質(zhì)回到較低能級(jí)或激發(fā)態(tài)過程。包括振動(dòng)馳豫、內(nèi)部轉(zhuǎn)變、輻射熒光、系間竄越，輻射磷光、熱失活和能量轉(zhuǎn)移。 其中振動(dòng)馳豫主要是指：在較高能級(jí)上的分子，可以通過碰撞釋放能量而回到能量較低的振動(dòng)態(tài)的過程。內(nèi)部轉(zhuǎn)變是指電子從激發(fā)單線態(tài)回到基態(tài)，同時(shí)釋放熱能的過程。激發(fā)單線態(tài)的電子具有不同振動(dòng)能級(jí)的基態(tài)位置，發(fā)出紫外或可見光。系間竄躍是電子從激發(fā)單線態(tài)回到較低的激發(fā)單線態(tài)軌道，并發(fā)生自旋反轉(zhuǎn)的過程。輻射磷光：處于某一時(shí)刻狀態(tài)的分子回到基態(tài)，同時(shí)釋放光能的過程。熱失活是指氧、一氧化氮等分子與激發(fā)態(tài)分子相碰撞，使能量以熱的形式耗散。能量轉(zhuǎn)移使指激發(fā)態(tài)分子與分子相碰撞，使另一個(gè)分子成為激發(fā)態(tài)的過程。 光化學(xué)過程：激發(fā)態(tài)分子通過各種反應(yīng)生成新物質(zhì)的過程。光化學(xué)過程包括單分子反應(yīng)（光解、分子內(nèi)重排、光致異構(gòu)化），雙分子反應(yīng)（摘取氫和光致聚合） 在某些情況下，化合物在吸收光量子后能夠引起分子內(nèi)重排和異構(gòu)化反應(yīng)。而某些羰基化合物容易發(fā)生摘?dú)浞磻?yīng)和光致聚合反應(yīng)。 7. 簡(jiǎn)述光化學(xué)的基本定律。 光化學(xué)第一定律：只有被體系吸收的光，對(duì)于產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)才是有效的。該定律指出，照射在反應(yīng)體系中的光，必須在能量或波長(zhǎng)上滿足體系中分子激發(fā)的條件，否則將不能被分子所吸收。但應(yīng)指出的是，即使照射光的能量滿足激發(fā)所需，若未被體系中的分子所吸收，則光照同樣不能引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)。 光化學(xué)第二定律：分子吸收光的過程是單光子過程。這一定律簡(jiǎn)單地說，就是每個(gè)分子只能依靠吸收一個(gè)光量子而達(dá)到它的激發(fā)態(tài)。在普通光照射的情況下，該定律是適用的?；瘜W(xué)物種吸收光子后，所產(chǎn)生的光物理或光化學(xué)過程的相對(duì)效率可用量子產(chǎn)率表示，其定義式為： 如果光物理和光化學(xué)過程具有發(fā)生，則∑Φi=1，即所有初級(jí)過程的量子產(chǎn)率之和必定等于1。 8. 影響污染物直接光解速率的因素有哪些？為什么？ 直接光解速率常數(shù)的計(jì)算公式為： 可以看出直接光解速率與以下因素有關(guān)： ①光解量子產(chǎn)率：光化學(xué)反應(yīng)的量子產(chǎn)率表示發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)對(duì)光子的利用效率。 ②摩爾吸光系數(shù)；它表示物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光的吸收特性，因而是鑒定化合物的重要依據(jù)。該值越大，表示物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光的吸收能力越強(qiáng)。 ③光強(qiáng) ④光程 其中，光程和光強(qiáng)主要反映了環(huán)境條件的影響；量子產(chǎn)率和摩爾吸光系數(shù)則說明：分子的本質(zhì)特征是決定其能否光解及光解速率大小的內(nèi)因。 9. 簡(jiǎn)述光催化反應(yīng)原理。 答：定義：光催化降解指在有催化劑存在的條件下，有機(jī)物的降解(分解)反應(yīng)。通常是催化劑吸收光子，通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，生成強(qiáng)氧化性/還原性的自由基，導(dǎo)致物質(zhì)降解。 光催化反應(yīng)的原理：半導(dǎo)體是一種活性粒子，含有能帶結(jié)構(gòu)。當(dāng)半導(dǎo)體催化劑受到能量大于其禁帶寬度的光輻射時(shí)，價(jià)帶里的電子被激活進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶區(qū)形成空穴。電子具有高活性的還原位能而空穴具有高活性的氧化位能，從而可在半導(dǎo)體表面誘發(fā)一個(gè)催化反應(yīng)。書112頁 10. 簡(jiǎn)述大氣中重要吸光物質(zhì)的光離解。 (1) 氧分子和氮分子 氧分子的鍵能為493.8 kJ/mol，通常認(rèn)為240nm以下的紫外光可以引起O2的分解。 N2的鍵能較大，為939.4kJ/mol，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為127nm。 (2) 臭氧的光離解 臭氧吸收1180 nm以下的光就可以離解，但主要吸收290 nm以下的光，較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光可能進(jìn)入對(duì)流層和地面。 (3) NO2的光離解 NO2的鍵能為300.5 kJ/mol，是城市大氣中的重要吸光物質(zhì)，在290-410 nm有吸收。 據(jù)稱是大氣中唯一已知O3的人為來源。 (4) 硝酸和亞硝酸的光解離 初級(jí)過程 次級(jí)過程 初級(jí)過程 次級(jí)過程 (5) SO2的光吸收 SO2的鍵能為545.1 kJ/mol。 (6) 甲醛光吸收 初級(jí)過程 次級(jí)過程 (7) 鹵代烴的光離解 以鹵代甲烷為例： 11. 簡(jiǎn)述光化學(xué)煙霧的反應(yīng)機(jī)理。 答：定義：含有氮氧化物NOx和碳?xì)浠衔颮H等一次污染物的大氣，在日光照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生二次污染物(O3、醛、PAN(過氧乙酰硝酸酯)、H2O2等)，這種由一次污染物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。 產(chǎn)生條件：大氣中有氮氧化物與碳?xì)浠锏拇嬖?；大氣溫度較低；有強(qiáng)的陽光照射。 機(jī)理：光化學(xué)煙霧簡(jiǎn)化的反應(yīng)機(jī)理，即關(guān)鍵性的反應(yīng)如下： ① 引發(fā)反應(yīng)主要是NO2光解導(dǎo)致O3的生成； ② 碳?xì)浠衔?例如丙烯)氧化生成具有活性的自由基，如OH、HO2、RO2等； ③ 通過如上途徑生成的自由基促進(jìn)了NO向NO2的轉(zhuǎn)化； ④ 反應(yīng)終止的條件：NO、RH等消耗殆盡，O3、NO2、PAN、HNO3等最終形成。 其具體機(jī)理如下： 12. 簡(jiǎn)述二氧化硫的氣相氧化過程。 答：(1) 直接光氧化 (2)被自由基氧化（如OH） 其他自由基氧化： CH3CHOO + SO2 CH3CHO + SO3 HO2 + SO2 HO + SO3 CH3O2 + SO2CH3O + SO3 CH3C(O)O2 + SO2 CH3C(O)O + SO3 13. 理解生物降解的基本概念。書155頁 答：生物降解是引起有機(jī)污染物分解的最重要的環(huán)境過程之一，依賴于環(huán)境微生物的酶催化分解反應(yīng)。由于環(huán)境微生物的普遍存在，生物降解也是一種廣泛存在于水體、底泥、土壤中的環(huán)境行為，與光化學(xué)轉(zhuǎn)化、化學(xué)轉(zhuǎn)化并列成為環(huán)境中的三大轉(zhuǎn)化行為。 生物降解是指在微生物的作用下，使復(fù)雜的化合物結(jié)構(gòu)破壞并分解為簡(jiǎn)單物質(zhì)的過程。該過程可在有氧或無氧的條件下進(jìn)行，有氧條件下的最后產(chǎn)物主要是二氧化碳、水、硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽；無氧條件的最后產(chǎn)物是氨、硫化氫和有機(jī)酸等。生物降解是引起有機(jī)污染物分解的最重要的環(huán)境過程之一。有機(jī)物如果被降解成二氧化碳、水等簡(jiǎn)單無機(jī)化合物，則為徹底降解，否則為不徹底降解。該過程改變了有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)，使特定的化學(xué)物質(zhì)從環(huán)境系統(tǒng)中去除。 14. 論述污染物在環(huán)境中能夠發(fā)生哪些轉(zhuǎn)化過程。書96頁 答：污染物的轉(zhuǎn)化（transformation of pollutants）是指污染物在環(huán)境中通過物理、化學(xué)或生物的作用改變其存在形態(tài)或轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌镔|(zhì)的過程。廣義上講，污染物的轉(zhuǎn)化可分為物理轉(zhuǎn)化、化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物化學(xué)轉(zhuǎn)化。其中， ①物理轉(zhuǎn)化包括污染物的相變、凝聚及放射性元素的蛻變等。 ②化學(xué)轉(zhuǎn)化主要包括光化學(xué)轉(zhuǎn)化、氧化-還原和絡(luò)合水解等作用，通過化學(xué)轉(zhuǎn)化，往往發(fā)生了原有化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的生成。 ③生物化學(xué)轉(zhuǎn)化是污染物通過生物的吸收和代謝作用而發(fā)生的變化，主要是指生物降解。 污染物的轉(zhuǎn)化與遷移不同，后者只是空間位置的相對(duì)移動(dòng)。不過，環(huán)境污染物的遷移和轉(zhuǎn)化往往是伴隨進(jìn)行的，例如酸沉降，既涉及酸性氣體（如SO2和NO2）的氧化反應(yīng)，又涉及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的遷移過程。 第四章： 1. 物質(zhì)通過生物膜的方式主要有哪幾種？如何定義？分別有何特點(diǎn)？ 答：(1) 膜孔過濾 直徑小于膜孔的水溶性物質(zhì)，可借助膜兩側(cè)的靜水壓及滲透壓經(jīng)膜孔濾過。 (2) 被動(dòng)擴(kuò)散 脂溶性物質(zhì)從高濃度向低濃度側(cè)擴(kuò)散。擴(kuò)散速率服從費(fèi)克定律。 特點(diǎn)：脂/水分配系數(shù)越大，分子越小，不容易離解的分子，擴(kuò)散系數(shù)越大。被動(dòng)擴(kuò)散不需要耗能，不需要載體參與，沒有特異性選擇、競(jìng)爭(zhēng)性抑制及飽和現(xiàn)象。 (3) 被動(dòng)易化擴(kuò)散 在高濃度側(cè)與膜上特性性蛋白質(zhì)結(jié)合，通過生物膜，至低濃度側(cè)解離出原物質(zhì)。 特點(diǎn)：它受到膜特異性載體及其數(shù)量的制約，因此有特異性選擇，競(jìng)爭(zhēng)性抑制和飽和現(xiàn)象。 (4) 主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 在需要消耗一定的代謝能量下，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)解離出蛋白質(zhì)和原物質(zhì)。所需要的能量來自于ATP。這種轉(zhuǎn)運(yùn)具有特異性選擇、競(jìng)爭(zhēng)性抑制和飽和現(xiàn)象。例如鉀離子的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (5) 胞吞和胞飲 少數(shù)物質(zhì)與膜上某種蛋白質(zhì)具有特殊的親和力，當(dāng)其與膜接觸后，可改變這部分膜的表面張力，引起膜的外包或內(nèi)陷而被包圍進(jìn)入膜內(nèi)，固體物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)運(yùn)稱為胞吞，液體物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)運(yùn)稱為胞飲。 總之，物質(zhì)通過生物膜的方式取決于膜內(nèi)外環(huán)境、膜的性質(zhì)和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 2. 解釋ADME的內(nèi)容。 答：ADME is an acronym in pharmacokinetics and pharmacology for absorption, distribution, metabolism, and excretion, and describes the disposition of a pharmaceutical compound within an organism. 　“ADME”即“生物轉(zhuǎn)化”，指機(jī)體對(duì)外源化學(xué)物的吸收（absorption）、分布(distribution)、代謝(metabolism)及排泄(excretion)過程。外源化學(xué)物的代謝和排泄合成為消除，吸收、分布、代謝和排泄的過程可能同時(shí)發(fā)生。 3. 何為劑量-反應(yīng)關(guān)系和劑量-效應(yīng)關(guān)系？ 答：毒理學(xué)把讀物劑量或濃度與引起個(gè)體生物學(xué)的變化稱為效應(yīng)，把引起群體的變化稱為反應(yīng)。這種毒物劑量與反應(yīng)（效應(yīng)）變化之間的關(guān)系稱為劑量-反應(yīng)（效應(yīng)）關(guān)系。 劑量-反應(yīng)關(guān)系： 指外源化合物的劑量與出現(xiàn)某種效應(yīng)的個(gè)體在群體中所占比例的關(guān)系。 劑量-效應(yīng)關(guān)系： 外源化合物的劑量與在個(gè)體中引起某種效應(yīng)(計(jì)量指標(biāo))的強(qiáng)度改變的關(guān)系。 主要表現(xiàn)為直線關(guān)系(a)、對(duì)數(shù)曲線關(guān)系(c)和S狀曲線關(guān)系三種(b)（如圖所示）。 劑量-反應(yīng)(效應(yīng))曲線 直線關(guān)系，在這種關(guān)系中，劑量改變與效應(yīng)強(qiáng)度或反應(yīng)率成正比，這種關(guān)系是少見的 (線 a)。 對(duì)數(shù)曲線關(guān)系，是一條先銳后鈍的曲線，當(dāng)將劑量換算成對(duì)數(shù)劑量時(shí)，可轉(zhuǎn)換成直線 (線 c) S狀曲線，當(dāng)群體中的全部個(gè)體，對(duì)某一化合物的敏感性變異，呈對(duì)稱正態(tài)頻數(shù)分布時(shí)，劑量與反應(yīng)率關(guān)系成S狀曲線 (線b)。如果將效應(yīng)強(qiáng)度或發(fā)生率用概率單位表示，劑量用對(duì)數(shù)來表示，S形曲線亦變成直線。 4. 影響毒物毒性的因素有哪些？哪些指標(biāo)可以量化毒物毒性大??？ 答：毒物：進(jìn)入生物機(jī)體后能使體液和組織發(fā)生生物化學(xué)變化，干擾或破壞機(jī)體的正常生理功能，并引起暫時(shí)性或持久性的病理損害，甚至危及生命的物質(zhì)。 毒性(toxicity)影響因素 影響毒物毒性的因素很多，而且很復(fù)雜。概括來說： (1)有毒物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)（如毒物的分子立體結(jié)構(gòu)，分子大小，官能團(tuán)，溶解度，電離度，脂溶性等）； (2)毒物所處的基體因素（如基體的組成，性質(zhì)等）； (3)機(jī)體暴露于毒物的狀況（如毒物劑量，濃度，機(jī)體暴露的持續(xù)時(shí)間、頻率、總時(shí)間、機(jī)體暴露的部位及途徑等）； (4)生物因素（如生物種屬差異、年齡、體重、性別、遺傳及免疫情況、營養(yǎng)及健康情況等）； (5)生物所處的環(huán)境 如生物環(huán)境(溫度、濕度、氣壓、季節(jié)及晝夜節(jié)律的變化、光照、噪聲等)；其中關(guān)鍵因素之一是毒物的劑量(濃度)。 毒性指標(biāo) 計(jì)量指標(biāo): 用測(cè)量值表示毒性強(qiáng)度的差別。如有機(jī)磷農(nóng)藥抑制膽堿酯酶的程度，用膽堿酯酶的活性表示。 計(jì)數(shù)指標(biāo): 這類毒性效應(yīng)只有"有或無"的差別，沒有性質(zhì)和強(qiáng)度的差別。計(jì)數(shù)指標(biāo)主要用于群體，所得到的測(cè)定值是非連續(xù)性的，通常以一個(gè)群體中某效應(yīng)的出現(xiàn)率表示，常用于生態(tài)毒理研究及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)之中。 5. 什么是生物富集、生物放大和生物積累？它們的區(qū)別和聯(lián)系？影響生物富集因子的因素有哪些？生物富集因子和正辛醇/水分配系數(shù)之間有什么關(guān)系？如何推導(dǎo)生物積累的動(dòng)力學(xué)。 答：【1】a生物富集：是指生物通過非吞食方式，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難降解性物質(zhì)，使其在機(jī)體內(nèi)的濃度超過周圍環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象。 b生物放大：同一食物鏈上的高營養(yǎng)級(jí)的生物，通過吞食低營養(yǎng)級(jí)生物而蓄積某種元素或難降解物質(zhì)，使其在機(jī)體內(nèi)濃度隨營養(yǎng)級(jí)數(shù)升高而增大的現(xiàn)象。 c生物累積：所謂生物積累，就是生物從周圍環(huán)境和食物鏈蓄積某種元素或難降解性物質(zhì)，使其在機(jī)體中濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。生物積累也用生物濃縮系數(shù)表示。 【2】區(qū)別和聯(lián)系 生物富集是生物從周圍環(huán)境中續(xù)集某種元素或難降解性物質(zhì)；生物放大專指具有食物鏈關(guān)系的生物說的，如果生物之間不存在食物鏈關(guān)系，則用生物富集或生物積累來解釋；生物放大或生物富集是屬于生物積累的一種情況 【3】影響生物富集系數(shù)的因素： a污染物質(zhì)性質(zhì)因素：脂溶性、水溶性和可降解性。一般，降解性小、脂溶性高、水溶性低的物質(zhì)，生物濃縮系數(shù)高。 b生物特征方面影響因素：生物種類、大小、性別、器官、發(fā)育階段。 c環(huán)境條件方面的影響因素：溫度、鹽度、pH值、氧含量、光照狀況等。 【4】生物富集因子和正辛醇/水分配系數(shù)(KOW)之間的關(guān)系： 可以用KOW來估算生物富集因子，生物富集因子和KOW成線性相關(guān)。KOW增大，則BCF增大。 【5】動(dòng)力學(xué) 水生生物對(duì)水中難降解性物質(zhì)的富集是生物對(duì)其吸收速率、消除速率以及由于生物體的生長(zhǎng)所造成的稀釋速率的總和。 6. 論述：有毒有機(jī)污染物在生物體內(nèi)能發(fā)生哪些變化(MFO酶系、I相反應(yīng)II相反應(yīng))？ 答：有機(jī)毒物在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化途徑主要有氧化、還原、水解和結(jié)合反應(yīng)四種。 通常將氧化、還原、水解四種反應(yīng)稱為I相反應(yīng)或第一階段反應(yīng)；將結(jié)合反應(yīng)稱為II相反應(yīng)或第二階段反應(yīng)。 微粒體混合功能氧化酶(MFO)是催化機(jī)體內(nèi)外源化合物氧化降解的主要酶系。它利用細(xì)胞內(nèi)分子氧，將其中的一個(gè)氧原子與有機(jī)底物結(jié)合，使之氧化，而使另一個(gè)氧原子與氫原子結(jié)合成水。在這一催化過程中，混合功能氧化酶的成分之一，細(xì)胞色素P450起著關(guān)鍵作用。P450的活性部位是鐵卟啉的鐵原子。 第五章： 一、 列舉幾種典型的無機(jī)污染物(包括重金屬和無機(jī)非金屬物質(zhì))，說明其主要來源和危害。 答：重金屬： 1．汞（Hg）： 來源：俗稱水銀，是唯一在常溫下呈液態(tài)且能揮發(fā)的金屬。汞污染主要來自使用和生產(chǎn)汞及其化合物的工廠所排放的含汞“三廢”。氯堿、塑料、電子、煉金和雷汞生產(chǎn)排放的廢水是水體中汞的主要來源。土壤汞的污染主要來自燃煤、有色金屬冶煉等。大氣中汞的污染主要來自含汞金屬的冶煉廢氣以及化石燃料燃燒過程中排放出的含汞廢氣和顆粒態(tài)的汞塵。在正常的氧化還原電位和pH范圍內(nèi)，汞主要以單質(zhì)汞、HgOH2O和HgCl2的形式存在于環(huán)境中。 危害：汞是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一，其熔、沸點(diǎn)在金屬中最低，無色、味，引起水污染，在水生生物體內(nèi)富集，通過食物鏈又危害人及其他動(dòng)物。汞具有很強(qiáng)的神經(jīng)毒性，還會(huì)引起口腔消化道癥狀、腐蝕性腸炎等。金屬汞和無機(jī)汞在人體內(nèi)大部分可以排泄出去，但在水中由于污泥中微生物的作用，汞被轉(zhuǎn)化為甲基汞，甲基汞是一種有機(jī)汞，有很強(qiáng)的親脂性，會(huì)積累在中樞神經(jīng)，并排出緩慢。典型的有“水俁病”事件。 其中， 對(duì)于植物的危害體現(xiàn)在：汞是危害植物生長(zhǎng)的元素，如果土壤中的共含量過高，那么汞不但能在植物體內(nèi)積累，還會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害。 對(duì)于人類的危害體現(xiàn)在：汞可通過多種途徑進(jìn)入人體，金屬汞以蒸氣形式通過呼吸道侵入人體，皮膚也有一定的吸收能力。汞化合物侵入人體，被血液吸收后可迅速彌散到全身各器官。人體對(duì)汞雖然有一定的解毒和排毒能力，但重復(fù)接觸汞后，可能引起腎臟損害，排汞能力隨之降低。同時(shí)，甲基汞能改變細(xì)胞通