《环境化学》课后习题解答



第一章绪论
2、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？
环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特征、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。环境化学以化学物质在环境中出现而引起环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新型科学。其内容主要涉及：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态，潜在有害物质的来源，他们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效用的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。环境化学的特点是要从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。目前，国界上较为重视元素（尤其是碳、氮、硫和磷）的生物地球化学循环及其相互偶合的研究；重视化学品安全评价、臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。当前我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是：以有机物污染为主的水质污染、以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废物和城市垃圾对水题和土壤的污染。
3、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：大气污染物、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：
1.元素:如铅、镉、准金属等。2.无机物：氧化物、一氧化碳、卤化氢、卤素化合物等
3.有机化合物及烃类：烷烃、不饱和脂肪烃、芳香烃、PAH等；
4.金属有机和准金属有机化合物：如,四乙基铅、二苯基铬、二甲基胂酸等；
5.含氧有机化合物：如环氧乙烷、醚、醛、有机酸、酐、酚等；
6.含氮有机化合物：胺、睛、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、氯代二噁瑛；
8.有机硫化物:硫醇、二甲砜、硫酸二甲酯等；
9.有机磷化合物:磷酸酯化合物、有机磷农药、有机磷军用毒气等。




第二章：大气环境化学
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）污染源本身的特性。
7.大气中有哪些重要自由基?其来源如何?
  大气中主要自由基有：HO、HO2、R、RO2
  HO的来源：①O3的光解：O3＋ｈr           Ｏ＋Ｏ2
O+H2O              2HO
② HNO2的光解：   HNO2 +ｈr            HO +NO
③ H2O2的光解：   H2O2 +ｈr           2HO
HO2的来源：① 主要来自醛特别是甲醛的光解
           H2CO +ｈr            H + HCO
           H + O2 + M             HO2 + M
           HCO + O2 +M            HO2 + CO + M
           ② 亚硝酸酯的光解：CH3ONO +ｈr             CH3O + NO
           CH3O + O2             HO2 + H2CO
           ③ H2O2的光解：H2O2 +ｈr           2HO
           HO + H2O2            HO2 + H2O
R的来源：RH + O           R + HO
         RH + HO           R + H2O
CH3的来源：CH3CHO的光解 CH3CHO +ｈr          CH3 + CHO
           CH3COCH3的光解 CH3COCH3 +ｈr              CH3 + CH3CO
CH3O的来源：甲基亚硝酸酯的光解 CH3ONO +ｈr           CH3O + NO
             甲基硝酸酯的光解 CH3ONO2 +ｈr           CH3O + NO2
RO2的来源：R + O2             RO2
9.叙述大气中NO转化为NO2的各种途径。
① NO + O3               NO2 + O2
② HO + RH              R + H2O
   R + O2             RO2
NO + RO2           NO2 + RO
RO + O2            R`CHO + HO2 （R`比R少一个C原子）
NO + HO2         NO2 + HO
13.说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。
  烷烃可与大气中的HO和O发生摘氢反应。
RH + HO           R + H2O
RH + O            R + HO
R + O2              RO2
RO2 + NO             RO + NO2
RO + O2                R`CHO + HO2
RO + NO2             RONO2
另外：RO2 + HO2             ROOH + O2
ROOH +ｈr              RO + HO
稀烃可与HO发生加成反应，从而生成带有羟基的自由基。它可与空气中的O2结合成相应的过氧自由基，由于它有强氧化性，可将NO氧化成NO2，自身分解为一个醛和CH2OH。如乙烯和丙稀。
CH = CH + HO            CH2CH2OH
CH3CH = CH2             CH3CHCH2OH + CH3CH(OH)CH2
CH2CH2OH + O2           CH2(O2)CH2OH
CH2(O2)CH2OH + NO          CH2(O)CH2OH + NO2
CH2(O)CH2OH               CH2O + CH2OH
CH2(O)CH2OH + O2            HCOCH2OH + HO2
CH2OH + O2                 H2CO + HO2
稀烃还可与O3发生反应，生成二元自由基，该自由基氧化性强，可氧化NO和SO2等生成相应的醛和酮。光化学反应的链引发反应主要是NO2的光解，而烷烃和稀烃均能使NO转化为NO2，因此烃类物质在光化学反应中占有很重要的地位。
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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NH3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。
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答 （1）依据大气颗粒物按表面积与粒径分布关系得到了三种不同类型的粒度模，并用它来解释大气颗粒物的来源与归宿，即爱根核模，积聚模，粗粒子模。
爱根模：Dp＜0.05μM
积聚模：0.05＜Dp＜2μM
粗粒子模：Dp＞2μM。


                                            
第三章 水环境化学（P195）
4.    (1) 查表知pH = 6.5时, α= 1.710
CT = [碱度]×α = 1.6×1.710 mmol/l = 2.736mmol/l 。
设加入的Na2CO3为n mmol/l
查表知：当pH = 8.0时, α` = 1.018
CT ` = CT + n  ----------(1)  CT `= [碱度]`×α` --------(2) [碱度]`= 1.6 +2 n --------(3)
由 (1)、（2）和（3）解得：n = 1.07 mmol/l 。
（2）∵加入NaOH后CT不变
  
碱度的增加值就应是加入的NaOH的量。
△A = [碱度]` － [碱度] = 2.688 － 1.6 = 1.088mmol/l

5.    解:当pH = 7.00时,CO3-的浓度与 HCO3-的浓度相比可以忽略,查表pH = 7.00时, α= 1.224,
则[HCO3-] = [碱度] = 2.00×10-3mol/l/l。
[H+] = [OH-] = 10-7 mol/l。
[HCO3※] = [H+][HCO3-]/K1 = 1.00×10-7×2.00×10-3/(4.55×10-7) = 4.49×10-4mol/l。
[CO3-] = K2[HCO3-]/[H+] = 4.69×10-11×2.00×10-3/(1.00×10-7) = 9.38×10-7 mol/l。
6.解: 查表 pH = 7.5时, α1 = 1.069, pH = 9.0时, α2 = 0.9592;
CT1 = [碱度]×α1 = 6.38×1.069 = 6.82 mmol/l
CT2 = [碱度]×α2 = 0.80×0.959 = 0.767 mmol/l;
 
 
       查表知pH = 7.58

7.解：由题意知 [Fe3+] + [Fe(OH)2+] + [Fe(OH)2+] = 1.00×10-4 mol/l；    （1）
                [Fe(OH)2+][H+]/[Fe3+] = 8.9×10-4                    (2)
                [Fe(OH)2+][H+]2/[Fe3+] = 4.9×10-7                    (3)
 
查表知Fe(OH)3的KSP = 3.2×10-38
代入(1)得[H+] = 1.9×10-3mol/l  (∵pH =2.72)
∴[Fe3+] = 3.2×104[H+]3 = 3.2×104×1.9×10-3×3 = 6.24×10-5 mol/l；
  [Fe(OH)2+] = 4.9×10-7[Fe3+]/[H+]2 = 4.9×10-7 KSP[H+]/ KW3 = 15.68×10-3×1.9×10-3 = 8.47×10-6mol/l；
  [Fe(OH)2+] = 8.9×10-4[Fe3+]/[H+] = 8.9×10-4 KSP[H+]2/ KW3 = 28.48×(1.9×10-3)2 = 2.92×10-5mol/l。
19.解：Hg2+ +2H2O = 2H+ + Hg(OH)2    lg K= -6.3 得: K = 10-6..3
       得            （1）
由物料守恒得：[Hg2+] + [Hg(OH)20] = 1.0×10-5 mol/l                (2)
由电荷守恒得：[H+] + 2[Hg2+] = [ClO4-] + [OH-]
∵Hg2+水解体系显酸性,∴[OH-]＜10-7,与[ClO4-]的浓度相比可忽略不计。
可得：[H+] + 2[Hg2+]≈[ClO4-] = 2×10-5                          （3）
（1）、（2）、（3）联立求解得：[H+] = 10-4.7；则pH = -lg[H+] = -lg10-4.7 = 4.7。
21.解：已知 PbCO3(S) + HT2- = PbT- + HCO3-   K = 4.06×10-2
       （1）；由（1）可得：         （2）

 
25.解：∵水中的溶解氧为：0.32mg/l,故其pO2 = 0.32×105 Pa
天然水的pE = 20.75 + lg{( pO2/1.103×105)0.25 ×[H+]}
= 20.75 + lg{(0.32×105/1.103×105)0.25 ×1.0×10-7} = 20.75 + (-0.54－7) = 13.21。
氧化还原式：1/2O2 + 2H+ (10-7mol/l)+ 2e－ = H2O  E0 = 0.815V
根据Nernst方程式，上述反应可写成：
 
在湖中H2O可看作是常量,lg([Red]/[Ox]),在方程中为1。
 
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.解：（1）SO42- + 9H+ + 8e = HS- + 4H2O（t）
  ∵ ▽G0 = 12.6 － 237.2×4 + 742.0 = －194.2 ( kj)
又∵ ▽G0 = －2.303nRT(pE0)
 
 
∵lgK = lg[HS-] －lg[SO42-] －lg[H+]9－lg[e]8
又∵lgK = npE0
8 pE0 = lg[HS-] －lg[SO42-] + 9×10.0 + 8pE
∴ lg[HS-] －lg[SO42-] + 8pE  = 8×4.25 － 90 = －56     
   [HS-] + [SO42-] = 1.0×10-4
10 当 pE＜＜pE0 时,溶液给出电子的倾向很高。
∴ [HS-] ≈ C总 = 1.0×10-4 mol/l。
∴ lg[HS-] = －4.0  由(1)得lg[SO42-] = 52 + 8 pE。
20当 pE＞＞pE0 时, 溶液接受电子的倾向很强。
∴ [SO42-] ≈ C总 = 1.0×10-4 mol/l。
∴ lg[SO42-] = －4.0  由(1)得lg[HS-] = -60－ pE。
29.解：已知苯并[a]芘 Kow = 106
Koc = 0.63Kow = 0.63×106 = 6.3×105
Kp = Koc[0.2(1－f)XSOC + fXfOC] = 6.3×[0.2(1－0.7)×0.05 + 0.70×0.10] = 4.6×104
30.解：已知 Ka = 0, [H+] = 10-8.4  Kn = 1.6  Kb = 4.9×10-7
Kh = Ka[H+] + Kn + KbKw/[H+] = 0 + 1.6 + 4.9×10-7×10-5.6 = 1.6 (d-1)
32.解：Koc = 0.63Kow
      Kp = Koc[0.2(1－f)XSOC + fXfOC] = 0.63×3.0×105[0.2(1－0.70)×0.02 + 0.70×0.05] = 6.84×103
 



 
Kh = Kn +αw(KA[H+] + KB[OH-]) = 0.05 + 0.42×(1.7×10-8 + 2.6×106×10-6) = 1.14 (d-1)
KT = Kh + Kp + KB = 1.14 + 24×0.02 + 0.2 = 1.82 (d-1)。
33.解：
 
由Tomas模型知：
L = L0exp[-（k1 + k3）x/u] = 22.12exp[-(0.94+0.17)×6×103/4.6×103] = 19.14mg/l。

 

查表知: 13℃时,C饱和 = 10.60mg/l ； 14℃时，C饱和 = 10.37mg/l。
由间插法计算13.6℃时的C饱和。（1）10.60－(10.60－10.37)×6/10 = 10.46
                             (2) 10.37+(10.60－10.37)×4/10 = 10.46
D0 = C饱和－C0 = 10.46－8.55 = 1.91(mg/l)
D = D0exp(- k2x/u )－[k1 L0/(k1+k3-k2)][exp{- (k1+k3)x/u}－exp(- k2 x/u )]
= 1.91×exp{-(1.82×6)/46}－[(0.94×22.12)/(0.94+0.17－1.82)][exp{-(0.94+0.17)×6/46}－exp(-1.82×6/46)
= 3.7mg/l。



第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性
1.在试验水中某鱼体从水中吸收有机污染物质A的速率常数为18.76h-1,鱼体消除A的速率常数为2.38×10-2h-1；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。（788.2；5.24d）
解：∵A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→∞时，
BCF = Cf/Cw = ka/ke
∴ BCF = ka/ke = 18.76/2.38×10-2 = 788.2；

         稳态浓度为 

 
得：0.95 = 1－ exp(-2.38×10-2t)  0.05 = exp(-2.38×10-2t)
    两边取ln得：-2.996 = - 2.38×10-2 t ,解得：t = 125.88(h) = 5.25(d)。
   2.(1) CO2 ；(2) CH3COOH ； (3) NH3； (4) CoASH; (5) H2O； (6) CH3COSCoA ； (7) HOOCCH2-COCOOH ；
(8) H2O ； (9) CoASH ； (10)   CH2COOH ；(11)三羧酸循环；（12） NO2- ；（13）硝化。
                           
HOCCOOH
                          
CH2COOH




1.土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物。2.物体表面的分子与该物体内部的分子所处的条件是不相同的。物体内部的分子在各方面都与它相同的分子相接触，受到的吸引力相等；而处于表面的分子所受到的吸引力是不相等的，3. 即合称为双电，决定电位层与液体间的电位差通常叫做热力电位，在一定的胶体系统内它是不变的；  4.在非活动性离子层与液体间的电位差叫电动电位，它的大小视扩散层厚度而定，随扩层厚度增大而增加。 5. 由于胶体的比表面和表面能都很大，为减小表面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性。
 在土壤溶液中，胶体常常带负电荷，即具有负的电动电势，所以胶体微粒又因相同电荷而互相排斥，电动电位越高，胶体微粒呈现出的分散性也越强。  影响土壤凝聚性能的主要因素是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度，
 在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换，称为离子交换 土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系， 胶体具有吸附性的原因是什么？物体表面的分子与该物体内部的分子所处的条件是不相同的。物体内部的分子在各方面都与它相同的分子相接触，受到的吸引力相等；而处于表面的分子所受到的吸引力是不相等的，表面分子具有一定的自由能，即表面能。物质的比表面积越大，表面能也越大。吸附性能越强当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为盐基不饱和土壤。  在土壤交换性阳离子中，盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度： 细胞壁对金属离子的固定作用不是植物的一个普遍耐性机制 植物对重金属污染产生耐性由植物的生态学特性、遗传学特性和重金属的物理化学性质等因素所决定， 土壤中污染物主要是通过植物根系根毛细胞的作用积累于植物茎、叶和果实部分。由于该迁移过程受到多种因素的影响，污染物可能停留于细胞膜外或穿过细胞膜进入细胞质。
16. 污染物由土壤向植物体内迁移的方式主要包括被动转移和主动转移两种。 17. 现已证明，MT是动物及人体最主要的重金属解毒剂。18. 农药在土壤中的迁移主要是通过扩散和质体流动两个过程。在这两个过程中，农药的迁移运动可以蒸汽的和非蒸汽的形式进行。  风速、湍流和相对湿度在造成农药田间的挥发损失中起着重要的作用。 生物膜主要是由磷脂双分子层和蛋白质镶嵌组成 一般，脂/水分配系数越大，扩散系数也越大，而容易扩散通过生物膜。 机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。 物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转化或代谢。 生物转化、化学转化和光化学转化构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。 酶是一类由细胞制造和分泌的，以蛋白质为主要成分的，具有催化活性的生物催化剂。 在酶催化下发生转化的物质称为底物或基质酶催化作用的三个特点： (1).催化具有专一性  一种酶只能对一种底物或一种底物起催化作用，促进一定的反应，生成一定的代谢产物。
(2).酶催化效率高  一般酶催化反应的速率比化学催化剂高107—1013倍。(3).酶催化需要温和的外界条件  如强酸、强碱、高温等都能使酶催化剂失去活性。 受氢体如果为细胞内的分子氧，就是有氧氧化，而若为非分子氧的化合物就是无氧氧化。 就微生物来说，好氧微生物进行有氧氧化，厌氧微生物进行无氧氧化。环境中污染物质的微生物转化速率，决定于物质的结构特征和微生物本身的特征，同时也与环境条件有关。毒理学把毒物剂量(浓度)与引起个体生物学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为效应； 把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。 把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。
阈剂量(浓度)是指在长期暴露毒物下，会引起机体受损害的最低剂量(浓度)。最高允许剂量(浓度)是指长期暴露在毒物下，不引起机体受损害的最高剂量(浓度)。