环境化学课后习题答案

环境化学(戴树桂iM部分重点习题及参考答案

1.如何认决现代环境问题的发展过程？

3.你对于氧、碳、氯、磷、碱几种典型营养性元素循环的重要意义有何体会？

(1)氧的循环：

(1)氧的循环:

2CO+O.-.2CO；

(2)碳的循环:

(4)璘的循环

(5)琉的循环

大气中的硫，so..H2S.

H;SO4.CSJ.(CHjhS

大气中的硫物种与其它环境

圈层中硫物种的相互变化

(6)体会：氧、碳、软、磷和硫等营养元素的生物地球化学循环是地球系统的主要构成部分，它涉及地

层环境中物质的交换、迁移和转化过程，是地球运动和生命过程的主要甘力.

4、根据环境化学的任务、内容和特点以及发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课？

(1)环境化学的任务、内容、特点：环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础I；发展起来的，以化

学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科.环境化学是

一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学.

它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支.

(2)环境化学的发展动向；国际上较为重视元素(尤其是碳、氯、硫、磷)的生物地球化学循环及其相

互耦合的研究；重视化学品安全评价；重视臭辆层破炼、气候变暖等全球变化问题.我国优先考虑的环境

问题中4环境化学密切相关的是：以有机物污染为主的水质污染：以大气颗粒物和一氧化硫为主的城市空

气污染；工业有毒有害废充物和城市垃圾对大气、水和土地的污奥等.

(3)我对学好这门课的观点：环境化学包含大气、水体和土壤环境化学多个分支学科，研究有害化学物

质在大气、水体和土壤环境中的来源、存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法.这就决

定了环境化学研究中需要运用现场研究、实验室研究、实验模拟系统研究和计算机模拟研究相结合的系统

研究方法，主要以化学方法为主，还要配以物理、生物、地学、气象学等其他学科的方法,因此，要求研

究人员具有较广泛的各相关学科的理论知识和实验动手能力。我们在日常学习中应当以开阔的视野，除了

环境化学之外，广泛涉猎各相关学科，并注重培养自己的实验操作，如此才可能学好这门课.

S、环境污染物有哪些类别？主要的化学污染物有哪些？

按环境要素可分为：人气污染物、水体污染物和工业污染物。

按污染物的形态可分为：气态污染物、液态污染物和固体污染物；

按污染物的性质可分为，化学污染物、物理污染物和生物污染物，

主要化学污染物有：

I.元素:如铅、镉、准金属等。2.无机物：氧化物、一轲化碳、卤化氢、卤素化合物等

3.有机化合物及烧类：烷烧、不饱和脂肪燃、芳香燃、PAH等：

4.金属有机和准金属有机化合物：如，四乙基铅、二紫基钠、二甲基肺酸等：

5.含辆有机化合物：如环缄乙烷、醍、酸、有机酸、酊、酚等：

6.含氮有机化合物：胺、睹、硝基苯、三硝基甲苯、亚硝胺等：

7.有机卤化物：四氯化碳、多氯联苯、氯代二嚏瑛；

8.有机硫化物:硫醇、二甲做、硫酸:甲酯等：

9.有机磷化合物:磷屐国化合物、有机磷农药、有机磷军用毒气等.

6.举例简述污染物在环境各圈的迁移转化过程.

以汞为例，说明其在环境各隔层的迁移转化过程，见下图。

汞在环境中的存在形态有金属汞、无机汞化合物和有机汞化合物三种。在好氧或厌氧条件下，水体底质中

某些微生物能使二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞.甲基汞脂溶性大，化学性质稳定，容易被鱼类等

生物吸收，难以代谢消除，能在食物链中逐级放大.甲基汞可进一步转化为二甲基汞.二甲基汞难溶于水，

有挥发性，易散逸到大气中，容易被光解为甲烷、乙烷和汞，故大气中二甲基汞存在量很少.在弱酸性水

体（pH4〜5）中，二甲基汞也可转化为一甲基汞.

环境化学（戴树桂主编）《大气环境化学》重点习题及参考答案

3.大气中有哪些重要污染物？说明其主要来源和消除途径.

环境中的大气污染物种类很多，若按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类；若按形成过程则可分为

一次污奥物和二次污染物.按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氨化合物、含碳化合物和含卤素化合

物。主要按照化学组成讨论大气中的气态污染物主要来源和消除途径如下；

(1)含硫化合物

大气中的含硫化合物主要包括：氧屈［化碳(COS),二硫化碳(CS2)、二甲基硫(CH3)2S、硫化里(H2S).

二轴化硫(S02),三轴化破(S03)、硫酸(H2SO4)、亚破酸盐(MSO3)和硫酸盐(MSO4)等。大气中的S02

(就大城市及其周闱地区来说)主要来源于含硫燃料的燃烧。大气中的S02约有50%会转化形成H2S04或

SO42-,另外50%可以通过下、湿沉降从大气中消除.H2s主要来自动植物机体的腐烂，即主要由植物机体

中的硫酸盐经微生物的厌氧活动还原产生.大气中H2s主要的去除反应为：HO+H2S-H20+SH.

(2)含氮化合物

大气中存在的含置比较高的凝的氧化物主要包括氧化亚氮(N20)、一氧化辄(N0)和二氧化氮(N02),主

要讨论一氧化氮(N0)和..氧化软,(N02),用通式NOx表示.N0和N02是大气中主要的含氮污染物，它们

的人为来源主要是燃料的燃烧.大气中的NOx最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中

去除。其中湿沉降是最主要的消除方式。

(3)含碳化合物

大气中含碳化合物主要包括：一敏化碳(C0)、二氧化硬(C02)以及有机的碳氢化合物(HC)和含氧燃类，

如酹、酮、酸等。

00的天然来源主要包括甲烷的转化、海水中C0的挥发、植物的排放以及森林火灾和农业废弃物焚烧，其

中以甲烷的转化最为重要.C0的人为来源主要是在燃料不完全燃烧时产生的.大气中的C0可由以下两种

途径去除：土壤吸收(土壤中生活的细的能将C0代谢为C02和CH4)i4Ho自由基反应被轼化为82。

C02的人为来源主要是来自于矿物燃料的燃烧过程.天然来源主要包括海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸

和腐败作用以及燃烧作用等.

甲烷既可以由天然源产生，也可以由人为源产生.除了燃烧过程和原油以及天然气的泄漏之外，产生甲烷

的机制都是厌氧细阳的发酵过程.反刍动物以及蚂蚁等的呼吸过程也可产生甲烷.甲烷在大气中主要是通

过与H0自由基反应被消除：CH4+H0-CH3+H20.

(4)含卤素化合物

大气中的含卤素化合物主要是指有机的卤代燃和无机的氯化物和氧化物。

大气中常见的卤＞(蹄以甲烷的衍生物，如甲基氯(CH3CD、甲基澳(CH3Br)和甲基碘(GI3I).它们主要

由天然过程产生，主要来自于海洋.CH3C1和CH3Br在对流层大气中，可以和H0自由基反应,而CH3I在

对流层大气中，主要是在太阳光作用下发生光解，产生原子碘(I).许多卤代燃是重要的化学溶剂，也是

有机合成工业的重要原料和中间体，如三氯甲烷(CHC13)、三氯乙烷(CH3CC13)、四农化碳(CC14)和氯

乙烯(C2H3C1)等均可通过生产和使用过程挥发进入大气，成为大气中'常见的污染物。它们主要是来自于

人为源.在对流层中，三氯甲烷和氯乙库等可通过与H0自由基反应，转化为HC1,然后经降水而被去除,

筑氯燃类中较受关注的是一菰三氯甲烷(CFC-U或F-1D和二策二氯甲烷(CFC-12或F-12).它们

可以用做致冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造裁料的泡沫发生剂和消防灭火剂等.大气中的薇

氯泾类主要是通过它们的生产和使用过程进入大气的。由人类活动排放到对流层大气中的叙氯煌类化合

物，不易在对流层被去除，它们在对流层的停留时间较长，最可能的消除途径就是扩散进入平流层.

4.影响大气中污染物迁移的主要因素是什么？

主要有：(1)空气的机械运动如风和大气湍流的影响；

(2)天气和地理地势的影响；(3)污染源木身的特性.

7.大气中有哪些重要的自由基？其来源如何？

大气中存在的重要自由基有HO、H02、R(烷基)、R0(烷氧基)和R02(过氧烷基)等,它们的来源如下:

(1)H0来源

对于清洁大气而言，03的光离解是大气中H0的重要来源：

Oi+hv-^O+O1

O+HZOt2HO

对于污染大气，如有HN02和H2O2存在，它们的光离解也可产生H0：

HNO-hvtHO+NO

夕+加f2HO

其中HN02的光离解是大气中H0的重要来源.

(2)H02的来源

大气中H02主要来源于酸的光解，尤其是甲醛的光解：

H2CO+hv^H+HCO

H+O2+MtHO1+M

HCO+氏—HOi+C。

任何光解过程只要有H或HC0自由基生成,它们都可与空气中的02结合而导致生成H02。亚硝酸酣和H202

的光解也可导致生成H02：

CH0NO+h”tCH30+NO

CH3O+0]tHO2+H2CO

2HO

HO+H1O1fHO2+H2O

如体系中有CO存在：

HO+COtCO2+H

H+O2THO2

(3)R的来源

大气中存在量最多的烷基是甲基，它的主要来源是乙醛和丙雨的光解：

CHUCHO+方vtCH3+HCO

CH.COCH3+Av->CH3+CH3co

这两个反应除生成CH3外，还生成两个黑基自由基HCO和CH3C0-

0和HO与泾类发生H摘除反应时也可生成烷基自由基:

RH+0tR+H0

RH+HOtR+H0

(4)R0的来源

大气中甲氧基主要来源于甲基亚硝酸酝和甲基硝酸酌的光解：

CHQNO+弱tCH0+NO

CH、ONOT+hvfCH,O+NO、

(5)R02的来源

大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的02结合而形成的：

R+O2t/?O

9叙述大气中NO转化为NO2的各种途径.

①NO+O,---------------►NOj+O：

②HO+RH-------►R+HQ

R+O2----------RO2

NO+RO2---------NO.+RO

RO+O2---------R'CHO+HO,(R,比R少一个C原子)

NO+HOj-►NO2+HO

10.大气中有哪些重要的碳氢化合物？它们可发生哪些重要的光化学反应？

甲烷、石油运、格类和芳香煌等都是大气中重要的震氢化合物。它们可参与许多光化学反应过程。

(D烷燃的反应：与H0、。发生H摘除反应，生成R氧化成R02与N0反应

RH+0H—R+H20

RH+0—R+H0

R+02-R02

R02+NO-RO+N02

(2)烯燃的反应：与OH主要发生加成、脱氢或形成二元自由基

加成：RCH^CH2+0H—RCH(0H)CH2

RCH(0H)CH2+02-RCH(0H)CH202

RCH(0H)Q!202+NO-RCH(0H)Q120+N02

脱氢：RC4cH2+HO-RCHCH2+H20

生成二元自由基：

o

二元自由基能量很高，可进一步分解为两个自由基以及一些稔定产物。另外，它可靠4tN0和S02等:

R1R2COO+NO-RLR2CO+N02

R1R2COO+S02-R1R2C0+S03

（3）环燃的轼化：以环己烷为例

0+ho*+H20

生成的自由基可与N02反应，生成硝基甲苯:

加成反应生成的自由基也可写02作用，经氢原子摘除反应，生成H02和甲酚:

生成过氧自由基:

(b)多环芳崎：恿的统化可转变为相应的H

H

它可转变为相应的配:

HO

(5)酸、醇、酮、醛的反应

它们在大气中的反应主要是与H0发生氢原子摘除反应：

CH30CH3+H0-CH30CH2+H20

□13CH20H+H0-ai3CH0H+H20

CH3COCH3+H0-CH3C0CH2+H20

Q13CH0+H0-CH3C0+H20

上述四种反应所生成的自由基在有02存在下均可生成过氧自由基，与R02有相类似的家化作用.

13.说明是类在光化学烟雾形成过程中的重要作用.

光化学烟券形成过程是由多种自由基参4的一系列反应，N02和醛的光解可引发0、H自由基的产生，而思

类RH的存在又是自由基转化和增殖为数量大，种类多的根本原因.燃类在光化学烟雾形成过程中占有很

重要的地位。

RH+0-R+H0

RH+HO-R+H20

H+02fH02

R+02-R02

RC0+02-RC(0)00

其中R为烷基、R02为过氧烷基，RC0为酰基、RC(0)00[RC(0)02]为过氧酰基•通过如上途径生成的H02、

R02和RC(0)02均可将N0轼化成N02.

18.确定酸雨pH界限的依据是什么？

国际上把pH为5.6作为判断酸雨的界限.依据以下过程得出：

在未污染大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是C02,所以只把C02作为影响天然降水pH的因素，

根据C02的全球大气浓度330ml/ni3与纯水的平衡：

KH一

C02(g)+H20・、-C02+H20

K1.

C02+H20--H++HC03-

K,

HC03--2—H++CO32-

根据电中性原理：[H+]=[0H-]+[HC03-]+2[CO32-],将用KH、KI、K2、[H+]表达的式子代入，得：

[H+]3-(KW+KHKlpC02)[H+]-2KHKlK2pC02=0

在一定温度下，对、KH、KI、K2、pC02都有固定值，将这些已知数值带入上式，计算结果是pH=5.6.

19论述影响酸雨形成的因素.

答影响酸雨形成的因素主要有，

(1)酸性污染物的排放及其转化条件.

(2)大气中NH的含量及其对酸性物质的中和性.

(3)大气颗粒物的碱度及其缓冲能力.

(4)天气形势的影响.

20.什么是大气颗粒物的三模态？如何识别各种粒子模？

Whitby等人依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模.按这个模型，可把大

气颗粒物表示成三种模结构，即爱根(Aitken)核模(Dp<0.05Um),积聚模(0.05Um<Dp<2Um)和粗粒

子模(Dp>2um).

(1)爱根核模主要源于燃烧产生的一次颗粒物以及气体分子通过化学反应均相成核而生成的二次颗粒物，

由于它们的粒径小、数量多、表面积大而很不稳定，易于相互碰撞结成大粒子而转入积聚模。也可在大气

湍流扩散过程中很快被其他物质或地面吸收而去除.

(2)积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再被聚长大.这些粒子多为二次污奥物,其中硫酸盐占80%

以上.它们在大气中不易由扩散或碰撞而去除.积柒模与爱根核模的颗粒物合称细粒子.

(3)粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬尘、液淘蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙

等一次颗粒物所构成，因此它的组成与地面土壤十分相近，主要靠干沉降和湿沉降过程而去除.

环境化学(戴树桂主编)林环境化重点习题及参考答案

1.请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中(H2c03*]、[HCO3T和[CO32T的表达式，并讨论

这两个体系之间的区别.

解：(1)封闭体系(溶解性C024人气没有交换)中存在下列平衡

C02+H20H2CO3*pKO=l.46

H2C03*HC03-+H+pKl=6.35

HC03--=-C032-+H+pK2=10.33

其中K1=[HCO3-][H+]/[H2C03*],K2=[C032-][H+]/[HC03-]

用a0、al和a2分别表示三种碳酸化合态在总量中所占比例，得下面表达式

a0=[H2C03*]/{[H2C03»]+[H003-]+[CO32-])

a1=[HC03-]/{[H2003*]+[HC03-]+[C032-]}

a2=[C032-]/{[H2C03»]+[H003-]+[CO32-]}

把KI、K2的表达式代入以上三式，得

a0=(1+K1/[H+]+KlK2/[H+]2)-l

a1=(1+[H+]/KI+K2/[H+])-1

a2=(1+[H+]2/KLK2+[H+]/K2)-l

设CT=[H2CO3*]+[HC03-]+[C032-],则有

[H2C03*]=CT(1+K1/[H+]+KlK2/[H+]2)-l

[HC03-]=CT(1+[H+]/KI+K2/[H+])-1

[C032-]=CT(1+[H+]2/K1K2+[H+]/K2)-l

(2)开放体系中C02在气相和液相之间平衡，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为PC02和pH的函数.

依亨利定律：[C02(aq)]=KH-PC02

溶液中，碳酸化合态相应为：

CT=[C02]/a0=KH-PC02/a0

[HC03-]=(al/aO)K11•PCO2=(K1/[H+])KH•PCO2

[CO32-]=(a2/aO)KH•PCO2=(K1K2/[H+]2)KH•PCO2

(3)比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，[H2c03*]、[HC03-].[C032-]等可随pH值变化，

但总的碳酸粒CT始终不变.而对于开放体系CT、[HC03-],[C032-]均随pH值改变而变化，但[H2co3*]

总保持4大气相平衡的固定数值,

4.在一个pH为6.5、碱度为KBWIWL的水体中，若加入碳酸钠使其球化，问需加多少mmoVL

的碳酸勤才能使水体pH上升至8.0.若用N.OH强碱进行碱化，又需加入多少碱？

解：总碱度=KW/[H+]+CT(al+2a2)-[H+]

CTuCO+Zaz{[总碱阅+[H+]-[OH-])

1

Q=ai+2a2

当pH在5〜9范闱内、[碱度]》10-3mol/L时，[H+]、[0H-]项可以忽略不计,得到简化式：CT=a[碱度]

当pH=6.5时,查教材P110表得a1=0.5845,a2=8.669X10-5,则a=L7LCT=a[碱度]=1.71

X1.6=2.736nnol/L

若加入硬酸钠将水的pH升至8.0,jJt表得a'=1.018,此时CT值与喊度值均有变化.设加入的碳酸钠量

为A[CO32-],则有

CT+A[C032-]=az{[碱度]+2A[C032-]]

即2.736+A[C032-]=l.018{1,6+2A[C032-])

解得，A[CO32-]=1.069nmol/L

若加入氢氧化钠将水的pH升至8.0,其CT值并不变化，可得：

[碱度]=CT/a'=2.736/1.018=2.688mmol/L

碱度增加值就是应加入的氢狙化钠强碱量：

A[at-]=2.688-1.6=1.088nmol/L

5.具有29・X10"m・1•L"碱度的水，PH为7,请计算[H2cO3*MHCO3-],[CO32-],和[OH-]

的浓度各是多少？

解:当pH=7.00时,GV的浓度4HC&的浓度相比可以忽略,查表pH=7.00时，a=1.224,

JBILHCOi-J=[碱度]=2.00X10-SIM>1/1/1.

[H*]=[0H-]=10-1mol/1.

[HCOs*]=[H4][HCOfl/K,=1.00Xl(rTX2.OOXl(r>/(4.55X1Q-T)=4.49XlO-'mol/l.

sTT

[C0s-]=Ks[HCOs-]/[H*]=4.69X10-"X2.00Xl(r/(1.00X10-)=9.38Xl(rmol/1.

6.若有水A,pH为7.5,碱度为£38m・l・LT,水B的pH为9.0,碱度为0.8HOI•L”若以

等体积混合，为混合后的pH为多少？

解：查表pH=7.5时，a,=1.069,pH=9.0时，a,=0.9592;

=[碱度]Xa1=6.38X1.069=6.82mmol/1

C,s=[碱度]Xa,=0.80X0.959=0.767nunol/1;

vaucC,1+C-6.82+0.77,，八

混合JSQ=--------------=-----------------=3.79mmo//L

22

[碱度]=6,弋0*。=359mmoUL

C379

a=---------=——=1.005查表知pH=7.58

四度]3.59

7.溶解1.MX1«-4B«1•L'的

解：由题意知吃*]+[FeCOHyt]+[Fe(OH)r]=1.00X104mol/1：(1)

=8.9XIL(2)

[Fe(OH)j][H+口[Fe»]=4.9X1(T(3)

••・"[叫]急L

L"J

3

查表知Fe(OH)3的K1P=3.2XKT,

代入⑴得[FT]=L9xl0/mol/1(VpH=2.72)

・・・[FA]=3.2X1O[H*]}=3.2X10*X1.9X1O?XS=6.24X1(Hmol/1：

73

[Fe(OH)2-]=4.9X|/正/]伸疗=4.9XIO^[TTl/K^=15.68X10?X1.9XIO=8.47X10^mol/1：

[FqOHy」=8.9X10T[F6]/[H+]=8.9XIX^[irp/Kw1=28.48X(1.9X10-3)2=2.92Xiasmol/lo

IS.已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下,

Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+lgKl=-2.16

Fe3++2H2OFe(OH)2++2H+lgK2=-6.74

Fe(OH)3(s)=Fe3++3OH-lgKso=-38

Fe3++4H2OFe(OH)4-+4H+lgK4=-23

2FG3++2H2O=Fe2(OH)24++2H+lgK=-2.91

请用pc-pH图表示Fe(0H)3(s堆纯水中的溶解度与pH的关系。

解：

(1)Kl=[Fe(OH)2+][H+]/[Fe3+]=[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H+]2

p[Fe(OH)2+]=3IgKW-lgKso+2pH-lgKl=2pH-1.84

(2)K2=[Fe(OH)2+][H4-]2/[Fe3+]=[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H+]

p[Fe(OH)2+]=3IgKW-lgKso+pH-lgK2=pH+2.74

(3)Kso=[Fe3+][0H-]3=[Fe3-t-]KW3/[H+]3

p[Fe3+]=3IgKW-lgKso+3pH=3pH-4

(4)K4=[Fe(0H)4-][H+]4/[Fe3+]=[Fe(OH)4-][H+]KW3/KSO

p[Fe(0H)4-]=31gKW-lgK4-lgKso-pH=19-pH

(5)K=[Fe2(0H)24+][H+]2/[Fe3+]2=[Fe2(OH)24+]KW6/Kso2[H+]4

p[Fe2(0H)24+]=61gKW-IgK-2lgKso+4pH=4pH-5.09

用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系如下：

30

图3-lFe（OH）3（s）在水中溶解图

19.已知Hg2++2H2O-Hg(OH)2+2H+

解：Hg2++2H20=2H++Hg(OH)2lgK=-6.3得：K=10-6..3

K=--------；------1/7J=----------

[ffg]得[Hg(O")：J⑴

由物料守恒得：[Hg2+]+[Hg(0H)20]=1.0X10-5mol/1(2)

由电荷守恒得：[H+]+2[Hg2+]=[C104-]+[OH-]

；Hg2+水解体系显酸性，二[OH-]<10-7,与[C104-]的浓度相比可忽略不计.

可得：[H+]+2[Hg2+]«s[C104-]=2X10-5(3)

(1),(2)、(3)联立求解得：O]=10-4.7：则pH=-lg[H+]=-lglO-4.7=4.7.

21.在pH-7.0*jRl[[HCO3-]-1.25*l0-4m.l/l的介质中,

解：已知PbCO3(S)+HT2-=PbT-+HC03-K=4.06X10-2

下方][HT1-][ffCO;]

中「a”由（D可得：适汨=一^

[HT1][HC。；]__________1.25x10-'

由（2）得：=2.99%

[PhT]+[HT2]K+[HCO；]-4.06x1O-2+1.25x10-5

23.从湖水中取出深层水，其pH・7.・，含溶解氧质量浓度为0.32mg/L,请计算pE和Eh

解：•.•水中的溶解氧为：0.32mg/L故其P02=0.32X105Pa

天然水的pE=20.75+lg((pO2/L103X105)0.25X[H+]}

=20.75+lg{(0.32X105/1.103X105)0.25XLOX10-7]=20.75+(-0.54-7)=13.21.

轲化还原式：1/202+2H+(10-7mol/l)+2e-=H20EO=0.815V

根据Nen1st方程式，上述反应可写成：

2.303&T[Red]

E„=t-------------------1g------------

nF[Ot]

在湖中H20可看作是常量,1g([Red]/[Qx]),在方程中为1.

根据lgK="EV=

2.3O3RT0.069

得：F=2.303RT/0.059,将E0=0.815和F=2.303RT/0.059代入Nernst方程式得：

Eh=E0-0.059/2=0.815-0.03=0.785V

27.在一个pH为10.»的SO4--HS-体系中，其反应为

S：(1)S042-+9H++8e=HS-+4H20(t)

VVGO=12.6-237.2X4+742.0=-194.2(kj)

又•:VGO=-2.303nRT(pE0)

AG0-194.2

pE-----------------=--------------------------------=4.25

-2.303n/fT-2.303x8x8.314x298

IHS1

(SO：]田W

VlgK=lg[HS-]-lg[S042-]-lg[H+]9-lg[e]8

XVlgK=npEO

8pEO=lg[HS-]-lg[S042-]+9X10.0+8pE

二lg[HS-]-lg[S042-]+8PE=8X4,25-90=-56

[HS-]+[S042-]=1.0Xl(M

10当PE«pEO时，溶液给出电子的倾向很高.

...[HS-]*CJ&=1.0X10-4mol/1.

二lg[HS-]=-4.0由(1)得lg[S042-]=52+8pE»

20当pE>>pEO时，溶液接受电子的倾向很强.

[S042-]=(：总=1.0X10-4mol/1.

:.lg[S042-]=-4.0由(1)用IgtHS-]=-60-pE.

28.解释下列名词，分配系数；标化分配系数；辛醉一水分配系数：生物浓缩因子；亨利定

律常数：水解速率；直接光解：光量子产率；生长物质代谢和共代谢.

(1)分配系数：在士地一水体系中，土地对乖离子性有机化合物的吸若主要是溶质的分配过程(溶解)，

即非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土填有机质中，并经过一定时间达到分配平衡，此时有机化

合物在土填有机质和水中含粒的比值称为分配系数，

(2)标化分配系数：有机化合物在颗粒物一水中的分配系数与颗粒物中有机碳呈正相关，以周相有机碳

为基础的分配系数即标化分配系数.

(3)辛醇一水分配系数：有机化合物的正辛醇-水分配系数(KOM)是指平衡状态下化合物在正辛醇和水

相中浓度的比值。它反映了化合物在水相和有机相之间的迁移能力，是描述有机化合物在环埴中行为的重

要物理化学参数。KOW与化合物的水溶性、土壤吸附常数和生物浓缩因子等宙切相关.

(4)生物浓缩因子；有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比.

(5)亨利定律常数：通常可理解为非电解质稀溶液的气一水分配系数。

(6)水解速率：反映某一物质在水中发生水解快慢程度的一个参数.

(7)直接光解：化合物本身直接吸收太阳能而进行分解反应.

(8)光遗子产率：分子被活化后，它可能进行光反应，也可能通过光辎射的形式进行“去活化”再回到

基态，进行光化学反应的光子数占吸收光子数之比称为光量子产率.

(9)生长物质代谢和共R谢：生物降解过程中，一些有机污染物作为食物源提供能量和提供前催化反应

分解有机物，这称为生长物质代谢。某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源4能源，必须有另外的化

合物存在提供微生物碳源或能源时，该有机物才能被降解，这种现象称为共RW.

29.某水体中含有300mg/L的悬浮颗粒物，有机碳含量为10%……

解：已知苯并[a]花Kow=106

Koc=0.63Kow=0.63X106=6.3X105

Kp=Koc[0,2(l-f)XS0C+fXfOC]=6,3X[0.2(1-0.7)X0.05+0.70X0.10]=4.6X104

30.一个有毒化合物排入pH・8.4,t・25・C的江水中，八%的有毒物质被悬浮物所吸着，……

解：已知Ka=0,[H+]=10-8.4Kn=1.6Kb=4.9X10-7

Kh=Ka[H+]+Kn+KbKr/[H+]=0+1.6+4.9X10-7X10-5.6=1.6(d-1)

32.某有机污染物溶解在一个含有2Mmg/L悬浮物，pH-8.0和……

解：Koc=0.63Kov

Kp=Koc[0.2(l-f)XS0C+fXfOC]=0.63X3.0X105[0.2(1-0.70)X0.02+0.70X0.05]=

6.84X103

Cr\+KrC„1+2.00X10*x6.84xl0

Kh=Kn+aw(KA[H+]+KB[OH-])=0.05+0.42X(1.7X10-8+2.6X106X10-6)=1.M(d-1)

KT=Kh+Kp+KB=1.14+24X0.02+0.2=1.82(d-1).

33.某河段流氐0”21680・》13/d流速为46klli/d

,0xO+qx5OO10X104X500

Lo==z-=22.12

解：0+g2160000+10

由Tomas模型知：

L=LOexpt-(kl+k3)x/u]=22.12exp[-(0.94+0.17)X6X103/4.6X103]=19.14ag/l-

c2160000x8.95,…一

C.=------------------=8055mg/L

2160000+10

查表知：13七时,C饱和=10.60mg/l；PTC时，C饱和=10.37mg/L

由间插法计算13.6t时的C饱和.(1)10.60-(10.60-10.37)X6/10=10.46

(2)10.37+(10.60-10.37)X4/10=10.46

DO=C饱和一CO=10.46-8.55=1.91(mg/1)

D=D0exp(-k2x/u)-[klL0/(kl+k3-k2)][exp{-(kl+k3)x/u)—exp(-k2x/u)]

=1.91Xexp{-(l.82X6)/46)-[(0.94X22.12)/(0.94+0.17-1.82)][exp{-(0.94-K).17)X6/46}-

exp(-l.82X6/46)

=3.7mg/l#

35.请叙述有机物在水环境中的迁移、转化存在哪些重要过程.

(1)负我过程：污水排放速率、大气沉降以及地表径流引入有机而物至天然水体均将直接影响污染物在

水中的浓度.

(2)形态过程：

①酸碱平衡：天然水中pH决定若有机酸或碱以中性态存在的分数，因而影响挥发及其他作用。

②吸若作用：疏水有机化合物吸着至悬浮物上，由于悬浮物质的迁移而影响它们以后的归趋.

(3)迁移过程：

①沉淀一溶解作用：污染物的溶解度能用可限制污染物在迁移、转化过程中的可利用性或者实质上改变其

迁移速率.

②对流作用：水力流动可迁移溶解的或者被悬浮物吸附的污染物进入或排出特定的水生生态系统。

③挥发作用：有机污染物可能从水体进入大气，因而减少其在水中的浓度.

④沉积作用：污染物被吸附沉积于水体底部或从底部沉积物中解吸，均可改变污奥物的浓度.

⑷转化过程：

①生物降解作用：微生物代谢污染物并在代谢过程中改变它们的而性。

②光解作用：污染物对光的吸收有可能导致影响它们而性的化学反应的发生.

③水解作用：一个化合物与水作用通常产生较小的、筒单的有机产物.

④辆化还原作用：涉及减少或增加电子在内的有机污染物以及金属的反应都强烈地影响环境参数.

(5)生物累积过程：

①生物浓缩作用：通过可能的手段如通过鱼鲤的吸附作用，将有机污染物摄取至生物体。

②生物放大作用，高营养级生物以消耗摄取有机毒物进入生物体低营养级生物为食物，使生物体中有机用

物的浓度随营养级的提高而增大.

环境化学(戴树桂主编)《土城环境化学》重点习题及参考答案

2.什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用它们二者的关系讨论我国南方土填酸度偏高的原

因.

根据土填中卬的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类.

(1)活性酸度，土燧的活性酸度是土壤溶液中缎离子浓度的直接反映，又称有效限度，通'常用pH表示.

(2)潜性酸度：土填潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H*和AT.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填溶液后，即可增加土填溶液的H，浓度，使土壤pH值降

低。

南方土填中岩石或成土母质的品格被不同程度破坏，导致晶格中A13+释放出来，变成代换性A13+,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.

3.土壤的线冲作用有哪几种？举例说明其作用原理.

土壤缓冲性能包括土康溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能：

(1)土壤溶液的绫冲性能：土康溶液中H2c03、H3Po4、H4SiO4、腐益酸和其他有机酸等弱酸及其盐类

具有援冲作用。以娥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

土填酸憧的提高.

Na2co3+2HC1==2NaCl+H2CO3

当加入Ca(OH),时，碳酸4它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土填碱度的变化范围.

H2CO3+Ca(OH).==CaCO3+2H2O

土壤中的某些有机酸(如氨基酸、胡敏酸等)是两性物质，具有会冲作用，如氨基/既有氨基，又有嵬座,

对酸碱均有缓冲作用.

NH,C1

COOH

〜NH2

RCH+NaOH

R——CH+H2O

'''COOH

COONa

(2)土壤胶体的塔冲作用：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。

A13+对碱的缓冲作用：在pH小于5的酸性土壤中，土壤溶液中AI“有6个水分子围绕，当OH-增多时,

A13+周闱的6个水分子中有一、二个水分子离解出H+,中和OH-：

3+-0

2A1(H,O)6+2OH-=[AljfOHJ/HjO),]+4H2O

3.植物对货:金属污染产生耐性作用的主要机制是什么？

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.

CD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)酎系统的作用.耐性植物中酹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赤整合物形式存在，降低了重金属

离子活性，从而减轻或解除其而害作用.

8.举例说明影响农药在土填中进行扩散和质体流动的因素有哪些？

(1)影响农药在土壤中扩散的因素主要是土填水分含量、吸附、孔隙度、温度及农药木身的性质等：

①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.

②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"

③土墙紧实度：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

加曦实度就降低了土燧孔隙率，扩散系数就自然阐氐了.如二溟乙烷、林丹等农药在土壤中的扩散系数随

紧实度增加而降低。

④温度：温度增高的总效应是使扩散系数增大。

⑤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.

⑥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粉砂填土中的扩散行为

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地的吸附、土壤种类和农药种类等。

①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.

②土壤种类：土填有机质含量增加，农药在士康中渗透深度减小：增加土壤中粘土矿物的含昆，农药的港

透深度也减小.

③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。

9.比较DDT和林丹在环境中的迁移、转化与归趋的主要途径与特点.

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

1）在土壤中移动不明显，易被吸附不溶于水，高亲脂性，易通过食物链放

2）通过根系渗入植物体大，积累性强

DDT3）在土塔中按还原、氧化和脱品化氢等2）挥发性小，持久性高

机理被微生物降解3）在缺氧和高温时降解速度快

4）光解4）南方水田里DDT降解快于北方

1）从土埃和空气转入水体

易溶于水

2）挥发而进入大气

林丹挥发性强，持久性低

3）在土填生物体内积累

在生物体内积累性较DDT低

4）植物积累

10.试述有机礴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）有机璘农药的非生物降解

①吸附催化水解：吸附催化水解是有机磷农药在土地中降解的主要途径.如地亚农等硫代硫酸酯的水解反

应如下

/+H20〃

（R0）,OR，（H+OH＜（R0）,、OH+R一°H

②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

(GHdz2

5)

〃。°

GHQ乒O—卜一(85HB方()

(C^OKP-ON-t

(QHOjbP-or^c—

（2）有机磷农

药的生物降解

有机磷农药在土度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，在体内的或分泌酹的作用下，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毒和假单胞前两种土壤微生物以不同方式降解，其反应如下，

(CF^O^P-SH+HO-CHCOOC2K

HHCOOC凡

II0Hqi彳cooc凡

(CHQ'PS产OOQH

CH2COOC2HBCH2COOC2HB

II

HCOOH-------►(CHQ%巧HCOOH

CHCOOC2HCH2COOH

环境化学（戴树桂主编）柱物体内污染物质的运动过程及毒匿重点习题及

片答案

1.在试验水中某鱼体从水中吸收有机污染物摩A的速率常数为18.76h-l,鱼体消除A的速率常

数为2.3BX10.2h.l；设A在鱼体内起始浓度为零，在水中的浓度可视作不变.计算A在该

鱼体内的浓缩系数及其浓度达到稳态浓度95%时所需的时间.（7*8.2；5.J4d）

解：TA在鱼体内的起始浓度为零，且在水中的浓度可视为不变，相当于t-8时，

BCF=Cf7Cw=ka/ke

:.BCF=ka/kc=18.76/2.38X10-2=788.2；

•••一

[l-exp(-^O]

«稳态浓度为k-

kC,kC.

...0.95^-^=[1-exp(-*,，)]

得：0.95=I-exp(-2.38X10-2t)0.05=exp(-2.38X10-2t)

两边取In得：2996=-238X10-21,解得：t=125.88(h)=5.25(d).

2.在通常天然水中微生物降解丙氨酸的过程如下，在其括号内填写有关的化学式和生物转化

途径名称，并说明这一转化过程将对水质带来什么影响.

CO2,H2O

解：有关的化学式和生物转化途径如下：

(1)CO21(2)CHJCOOHt(3)NH,>(4)CoASHs(5)H2O>(6)CH}COCoASHf(7)CH,COCOOH；

(8)HQt(9)CoASHt(lOXCHQOOH)2c(OH)COOHt(11)三技酸循环；(IZJNOft(13)硝化.

该过程将鼠由不能被植物吸收利用的有机态转化为无机制，利于植物利用：旦此过程是

耗氧过程，可能引起水体自营养化，使水质变差.

3.比较下列各对化合物中微生物降解的快慢，指出所依据的定性判别规律.

(2)CHS(CH2)SCH5CH^HJCH,

(3)(CH2h-CH3

CH,CH,CH>CH,

CFL—CH—CH?-CH—CH:—CH—(CH2)2—CH,

CH.

答：(1)硝基苯降解要慢于基酚，根据取代规律，在芳香族化公物中羟基取代基加快其降解,

硝基取代基使其降解减缓。

（2）庚烷的降解要快于丙烷，根据链长规律，在•定范国内，碳链越长，降解越快“

（3）前者降解要快于后者，根据链分支规律，在烷基基横酸盐中，分支程度越大，降解越慢.

7.试说明化学物质致突变、致癌和抑制酶活性的生物化学作用