环境化学练习题课后习题自己做做看答案

第四章 土壤环境化学一、填空1、重金属在土壤植物体系中的迁移过程与 重金属 的种类、价态、存在形态及 植物 的种类、特性有关。2、Cr(VI)与 Cr()比较， Cr(VI) 的迁移能力强， Cr(VI) 的毒性和危害大。3、重金属污染土壤的特点 ： 形态多变，价态不同毒性不同；金属有机态毒性大于无机态；金属羰基化合物常剧毒 ， 产生毒性效应的浓度范围低，对人体的毒性是积累性的 ， 迁移转化形式多，物理化学行为多具可逆性，属于缓冲型污染 ， 微生物不能降解，反而会毒害微生物或者使之有机化，增强毒性 。4、土壤污染的特点：隐蔽性、累积性、复杂性三、问答题 T1 土壤有哪些主要成分？他们对土壤的性质与作用有哪些影响？【P266-269】答：（1）土壤矿物质：A、原生矿物 B、次生矿物。土壤矿物质直接影响土壤的理化性质，是植物营养元素的重要来源（2）土壤有机质：是土壤形成的标志，对土壤的性质有很大影响。（3）土壤水分：既是植物养分的主要来源，也是进入土壤的各种污染物向其他环境圈层迁移的媒介。（4）土壤空气：与大气组成基本相似，主要成分是 N2、O2 和 CO2 。土壤空气存在于相互隔离的土壤孔隙中，是一个不连续的体系；在 O2，和 CO2 含量上有很大的差异。土壤空气中 CO2 含量比大气中高得多。大气中 CO2 含量为 0.02-0.03，而土壤空气中CO2 含量一般为 0.15一 0.65，甚至高达 5，这主要由于生物呼吸作用和有机物分解产生。氧的含量低于大气。土壤空气中水蒸气的含量比大气中高得多。土壤空气中还含有少量还原性气体，如 CH4、H2S、H2、NH3 等。如果是被污染的土壤，其空气中还可能存在污染物。T2 什么是土壤的活性酸度与潜在酸度？试用两者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因答：根据土壤中 H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用 pH 表示。（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性 H+和 Al3+。当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的 H+浓度，使土壤 pH 值降低。南方土壤中岩石或成土母质的晶格被不同程度破坏，导致晶格中 Al3+释放出来，变成代换性 Al3+，增加了土壤的潜性酸度，在一定条件下转化为土壤活性酸度，表现为 pH 值减小，酸度偏高。T3 土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。答：土壤缓冲性能包括土壤溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能：（1）土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液中 H2CO3、H 3PO4、H 4SiO4、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类具有缓冲作用。以碳酸及其钠盐为例说明。向土壤加入盐酸，碳酸钠与它生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2CO3当加入 Ca(OH)2 时，碳酸与它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土壤碱度的变化范围。H2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2H2O土壤中的某些有机酸（如氨基酸、胡敏酸等）是两性物质，具有缓冲作用，如氨基酸既有氨基，又有羧基，对酸碱均有缓冲作用。R CH NH2COOH+ HCl NH3ClR CH COOH+ NaOH + H2OR CH NH2COH R CH NH2COONa（2）土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。对酸缓冲（M盐基离子）： MHCl HMCl对碱缓冲： HMO MH2OAl3+对碱的缓冲作用：在 pH 小于 5 的酸性土壤中，土壤溶液中 Al3+有 6 个水分子围绕，当 OH 增多时，Al 3+周围的 6 个水分子中有一、二个水分子离解出 H+，中和 OH-：2Al(H2O)63 + 2OH Al2(OH)2(H2O)84+ + 4H2OT4 什么是盐基饱和度?它对土壤的性质有何影响？【P274】答：土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为盐基饱和度（BS） 。酸 基 离 子 ： H+、 Al3+ 盐 基 离 子 ： K+、 Na+、 Ca2+、 Mg2+等 BS 真 正 反 映 土 壤 有 效(速 效 )养 分 含 量 的 大 小 ， 是 改 良 土 壤 的 重 要 依 据 之 一 。 土 壤 吸 附 性 阳 离 子 ， 根 据 其 解 吸后 的 化 学 特 性 可 区 分 为 致 酸 的 非 盐 基 离 子 （ 如 氢 和 铝 离 子 ） 与 非 致 酸 的 盐 基 离 子 （ 如 钙 、镁 、 钠 等 ） 两 大 类 。 当 土 壤 胶 体 所 吸 附 的 阳 离 子 基 本 上 属 于 盐 基 离 子 时 ， 称 为 盐 基 饱 和土 壤 ， 呈 中 性 、 碱 性 、 强 碱 性 反 应 ； 反 之 ， 当 非 盐 基 离 子 占 相 当 大 比 例 时 ， 称 为 盐 基 不饱 和 土 壤 ， 呈 酸 性 或 强 酸 性 反 应 。 土 壤 盐 基 饱 和 度 以 土 壤 的 交 换 性 盐 基 总 量 占 土 壤 阳 离子 代 换 量 的 百 分 比 表 示 。 盐 基 饱 和 度 的 大 小 ， 可 用 作 施 用 石 灰 或 磷 灰 石 改 良 土 壤 的 依 据T5 试比较土壤阳、阴离子交换吸附的主要作用原理与特点。 【P273-274】答：阳离子原理：特点： 电荷数：离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。 1离子半径及水化程度：同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因而 2具有较强的交换能力。阴离子原理：土壤中带正电的胶体所吸附的阴离子与溶液中的阴离子发生交换。特点：能与胶体微粒或溶液中的阳离子形成难溶性程佃而被强烈吸附。T6 土壤中重金属污染向植物体内转移的主要方式及影响因素有哪些？【P280-282】答:主要方式：（1）被动转移 脂溶性物质从高浓度一侧向低浓度侧，顺浓度梯度扩散，通过有类脂层屏障的生物膜。扩散速率与有机物的化学性质、分子体积或在液体 pH 条件下离解性有关被动扩散不耗能，不需载体参与，因而无竞争性抑制、特异性选择和饱和现象（2）主动迁移 在需消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度的特异性蛋白载体结合，通过生物膜至高浓度侧解离出原物质，所需代谢能量来自膜的三磷酸酰苷酶分解三磷酸酰苷(ATP)成二磷酸酰苷（ADP）和磷酸时所释放的能量。影响因素：（1）植物种类 不同植物种类或同种植物不同植株从土壤吸收转移重金属的能力不同（2）土壤种类 土壤的酸碱性和腐殖质含量均可影响重金属向植物体内转移的能量。（3）重金属形态 如 CdSO4、Cd3(PO4)2 和 CdS 三种不同形态的镉在土壤中，实验发现对水稻生长的抑制与镉的溶解度有关，此外土壤 pH 值、pE 值的变化都可影响植物对重金属的吸收（4）重金属在植物体内的迁移能力 Cd 和 Zn 在水稻体内的迁移能力不同Cd：大于 1 mg/kg 糙米中 Cd 含量急剧增加Zn：小于 250 mg/kg 糙米中 Zn 含量几乎不变T7 植物对重金属污染产生耐受性作用的主要机制是什么？答：不同种类的植物对重金属的耐性不同，同种植物由于其分布和生长的环境各异可能表现出对某种重金属有明显的耐性。（1）植物根系通过改变根系化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子的跨膜吸收。（2）重金属与植物的细胞壁结合，而不能进入细胞质影响细胞代谢活动，使植物对重金属表现出耐性。（3）酶系统的作用。耐性植物中酶活性在重金属含量增加时仍能维持正常水平，此外在耐性植物中还发现另一些酶可被激活，从而使耐性植物在受重金属污染时保持正常代谢过程。（4）形成重金属硫蛋白或植物络合素，使重金属以不具生物活性的无毒螯合物形式存在，降低了重金属离子活性，从而减轻或解除其毒害作用。T8 举例说明影响农药在土壤中进行扩散和质体流动的因素有哪些？答：（1）影响农药在土壤中扩散的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度、温度及农药本身的性质等：土壤水分含量：研究表明林丹的汽态和非汽态扩散情况随土壤水分含量增加而变化。吸附：土壤对农药的吸附改变了其扩散的情况，如土壤对 2,4-D 的化学吸附，使其有效扩散系数降低了，两者呈负相关关系。土壤紧实度：土壤紧实度对农药的扩散的情况有影响是因为对于以蒸汽形式进行扩散的化合物来说，增加紧实度就降低了土壤孔隙率，扩散系数就自然降低了。如二溴乙烷、林丹等农药在土壤中的扩散系数随紧实度增加而降低。温度：温度增高的总效应是使扩散系数增大。气流速度：气流速度可直接或间接地影响农药的挥发。如果空气的相对湿度不是100%，那么增加气流就促进土壤表面水分含量降低，可以使农药蒸汽更快地离开土壤表面，同时使农药蒸汽向土壤表面运动的速度加快。农药种类：不同农药的扩散行为不同。如有机磷农药乐果和乙拌磷在 Broadbalk 粉砂壤土中的扩散行为就是不同的。（2）影响农药在土壤中质体流动的因素有农药与土壤的吸附、土壤种类和农药种类等。农药与土壤吸附：非草隆、灭草隆、敌草隆、草不隆四种农药吸附最强者移动最困难，反之亦然。土壤种类：土壤有机质含量增加，农药在土壤中渗透深度减小；增加土壤中粘土矿物的含量，农药的渗透深度也减小。农药种类：不同农药在土壤中通过质体流动转移的深度不同。如林丹和 DDT。T9 比较 DDT 和林丹在环境中迁移转化与归趋的主要途径与特点。答：DDT 和林丹迁移转化、归趋主要途径与特点比较如下表所示：迁移转化、归趋途径 特点DDT1）在土壤中移动不明显，易被吸附2）通过根系渗入植物体3）在土壤中按还原、氧化和脱氯化氢等机理被微生物降解4）光解1） 不溶于水，高亲脂性，易通过食物链放大，积累性强2）挥发性小，持久性高3）在缺氧和高温时降解速度快4）南方水田里 DDT 降解快于北方林丹1）从土壤和空气转入水体2）挥发而进入大气3）在土壤生物体内积累4）植物积累1） 易溶于水2） 挥发性强，持久性低3） 在生物体内积累性较 DDT 低T10 试述有机磷农药在环境中的主要转化途径，并举例说明其原理。有机磷农药在环境中转化途径有非生物降解和生物降解。（1）有机磷农药的非生物降解吸附催化水解：吸附催化水解是有机磷农药在土壤中降解的主要途径。如地亚农等硫代硫酸酯的水解反应如下 RO2PSOR+H2O (-)RO2PSOH+ ROH光降解：有机磷农药可发生光降解反应，如辛硫磷在 253.7nm 的紫外光下照射 30 小时，其光解产物如下(C2H5O)2PSNC(C2H5O)2PSNC(C2H5O)2PPO(C2H5)(C2H5O)2P(C2H5)S( (C2H5O)2PNC（2）有机磷农药的生物降解有机磷农药在土壤中被微生物降解是它们转化的另一条重要途径。化学农药对土壤微生物有抑制作用。同时，土壤微生物也会利用有机农药为能源，在体内酶或分泌酶的作用下，使农药发生降解作用，彻底分解为 CO2 和 H2O。如马拉硫磷被绿色木霉和假单胞菌两种土壤微生物以不同方式降解，其反应如下：(CH3O)2PSCHO2H52CH2O(CH3O)2PSH+ HOCO2H52CSPCH3OCH2OC2H5(CH3O)2PSCH2OC2H5(3O)2PSCHO2第三章 水环境化学1 写出天然水体的八大离子，并解释电中性原理。答：八大离子：K+, Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3-, NO3-, Cl-, SO42- .电中性原理：2 从环境化学角度综合分析我国酸雨的地域分布和形成过程。答：我国酸雨的地域分布：我国降水酸度分布存在明显的区域性差异,降水酸度年均 pH 5.6 的地区主要分布在长江以南,并由北向南逐渐加重, 西南地区最为严重。在四川、贵州和广西的一些地方, 降水年平均 pH 5.0 , 是目前我国酸雨污染最严重的地区。近年来东南沿海地区酸雨污染趋于严重,以南京、上海、杭州、福州和厦门为代表的地区也逐渐成为我国的主要酸雨区。同时华北的京津、东北的一些地区也开始频繁出现酸性降水。形成过程：3 推导出与大气中 CO2 平衡的降水的 pH 计算式。 【P109】4 持久性有机污染物（POPs） 。5 简述酸雨的来源、形成制约因素与危害【参考自己做做看 10】6 含镉废水通入 H2S 达到饱和并调整 pH 值为 8.0，请算出水中剩余镉离子的浓度。(已知 CdS 的溶度积为 7.9*10-27，饱和水溶液中 H2S 浓度保持在 0.1mol/L，H 2S 离解常数K1=8.9*10-8，K 2=1.3*10-15) 7 组成水中酸度的三类物质为_强酸_、_弱酸_、_强酸弱碱盐_。 【P155】8 水中有机污染程度的指标是什么？并分别加以说明。9 降低 pH 值，水中沉积物重金属的释放量随之（1） 【P178】（1）升高 （2）降低 （3）无影响 （4）无法判断10 试述有机配体对重金属迁移的影响【P212】答：水中共存的金属离子和有机配体经常生成金属配合物，这种配合物能够改变金属离子的特征，从而对重金属的迁移产生影响：1、影响颗粒物对重金属的吸附 2、影响重金属化合物的溶解度。11 _ TN _、_ TP _和_DO _常作为衡量水体富营养化的指标。12 天然水中的总碱度= HCO -3 +2CO2-3 +OH- -H+ 【P154】13 水环境中胶体颗粒物的吸附作用分为 表面吸附 、 离子交换吸附 和 专属吸附等 。 【P172】14 有机污染物一般通过 吸附作用 、 挥发作用 、 水解作用 、 光解作用 、 生物富集和生物降解作用 等过程进行迁移转化。 【P214】15 正常水体中其决定电位作用的物质是 _； 厌氧水体中决定电位作用的物质是 。16 有机物的光解过程分为 直接光解 、 光敏化光解 、 光氧化反应 三类。【P227】17 _ TN _、_ TP _和_ DO _常作为衡量水体富营养化的指标。18 达分配平衡时， 有机化合物在水和 N-辛醇两相浓度之比称为有机物的辛醇-水分配系数。19 请简述诱发重金属从水体悬浮物或沉积物中重新释放的主要因素。【P178】答：（1）、盐浓度升高 碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来（2）、氧化还原条件的变化 在湖泊、河口及近岸沉积物中一般有较多的耗氧物质，使一定深度一下沉积物中的氧化还原电位急剧降低，并将使铁、锰氧化物部分或全部溶解，故被其吸附或与之共沉淀的重金属离子也能同时被释放出来。（3）、降低 pH pH 降低，导致碳酸盐和氢氧化物溶解，H +的竞争作用增加了金属离子的解析量。（4）、增加水中配合剂的含量20 天然水体中存在的颗粒物的类别有： 矿物微粒和黏土矿物 、 金属水化合物 、 腐殖质 、 水体悬浮沉积物 等。【P171】21 胶体颗粒物的聚集也可称为凝聚或絮凝，通常把由 电介质 促成的聚集称为凝聚；把由 聚合物 促成的聚集称为絮凝。【P179】22 试述水体中有机污染物的迁移转化途径。 【P214-232】答：(1)分配作用A 分配作用:在水溶液中,土壤有机质对有机化合物的溶解作用.作用力:范德华力B 吸附作用:在非极性有机溶剂中,土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用或干土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用.作用力:各种化学键力(氢键/离子偶极键/配位键/pi 键)(2) 挥发作用：溶解态有机物质转入气相的过程(3)水解作用：有机物与水之间的反应(4)光解作用：光解作用是真正意义上的有机物分解过程，它不可逆的改变了有机物的分子结构(5) 生物降解作用：挥发作用是有机质从溶解态转入气相的重要迁移过程.有机毒物在微生物（酶）的作用下，进行生物降解有二种模式：生长代谢，共代谢。23 叙述腐殖质在水环境中的作用。 【P209-212】答：（1）与有机物的作用：吸附效应、溶解效应、对水解反应的催化作用、对微生物过程的影响以及光敏效应和猝灭效应。（2）与金属离子生成配合物：腐殖酸与金属配合作用对重金属在环境中的迁移转化有重要影响，特别表现在强颗粒吸附和难溶化合物溶解度方面。腐殖酸本身的吸附能力很强，这种吸附能力甚至不受其他配合作用的影响。腐殖酸也能影响水生生物的毒性。24 根据在酸、碱溶液中的溶解程度，可将腐殖质分成哪几类？各有什么特点？【P209】答：（1）腐殖酸：可溶于稀碱但不容于酸，相对分子质量由数千到数万（2）富里酸：可溶于酸又可溶于碱，相对分子质量有数百到数千（3）腐黑物：不能被酸和碱提取的部分25 根据溶液质子平衡条件，总碱度、酚酞碱度、苛性碱度的表示式分别是什么？【P154-155】答：26 根据溶液质子平衡条件，总酸度、CO 2酸度、无机酸度的表示式分别是什么？【P155】答：27 请解释什么是水体富营养化。 【P169】答： 28 重金属在天然水体中主要以 腐殖酸 的配合物形式存在。 【P211】29 试述水环境中促成颗粒物絮凝的机理。 【P182-183】答：（1）异向絮凝 由颗粒的热运动即布朗运动推动下发生碰撞而絮凝（2）同向絮凝 在水流速率梯度(G)的剪切作用下，颗粒产生不同的速率而发生碰撞和絮凝。（3） 差速沉降絮凝 在重力作用下，沉降速率不同的颗粒会发生碰撞而絮凝，如果颗粒的密度和形状相同，则不同粒径的颗粒沉降速度也不同。30 试述天然水体中有机配体对重金属迁移的影响。 【P212-214】答：（2）影响重金属化合物的溶解度 重金属和羟基的配合作用，提高了重金属氢氧化物的溶解度。31 试述腐殖质的分类及其在水环境中的作用。 【P209-212】答：分类：（1）腐殖酸：可溶于稀碱但不容于酸，相对分子质量由数千到数万（2）富里酸：可溶于酸又可溶于碱，相对分子质量