环境化学课后答案第二版（1-7章）.doc

<p><span id="_baidu_bookmark_start_0" style="display: none; line-height: 0px;">‍</span>环
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化
学
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后
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第一章 绪论
1．如何认识现代环境问题的发展过程？
环境问题不止限于环境污染，人们对现代环境问题的认识有个由浅入深，逐渐完善的发展过程。
a、在20世纪60年代人们把环境问题只当成一个污染问题，认为环境污染主要指城市和工农业发展带来的对大气、水质、土壤、固体废弃物和噪声污染。对土地沙化、热带森林破环和野生动物某些品种的濒危灭绝等并未从战略上重视，明显没有把环境污染与自然生态、社会因素联系起来。
b、1972年发表的《人类环境宣言》中明确指出环境问题不仅表现在水、气、土壤等的污染已达到危险程度，而且表现在对生态的破坏和资源的枯竭；也宣告一部分环境问题源于贫穷，提出了发展中国家要在发展中解决环境问题。这是联合国组织首次把环境问题与社会因素联系起来。然而，它并未从战略高度指明防治环境问题的根本途径，没明确解决环境问题的责任，没强调需要全球的共同行动。
c、20世纪80年代人们对环境的认识有新的突破性发展，这一时期逐步形成并提出了持续发展战略，指明了解决环境问题的根本途径。
d、进入20世纪90年代，人们巩固和发展了持续发展思想，形成当代主导的环境意识。通过了《里约环境与发展宣言》、《21世纪议程》等重要文件。它促使环境保护和经济社会协调发展，以实现人类的持续发展作为全球的行动纲领。这是本世纪人类社会的又一重大转折点，树立了人类环境与发展关系史上新的里程碑。
2．你对于氧、碳、氮、磷、硫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：

（2）碳的循环：

（3）氮的循环

（4）磷的循环

（5）硫的循环

（6）体会：氧、碳、氮、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营力。
3．根据环境化学的任务、内容和特点以及其发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课程？
（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上发展起来的，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、氮、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；重视臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。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；工业有毒有害废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。
（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。
4．举例简述污染物在环境各圈的迁移转化过程。
以汞为例，说明其在环境各圈层的迁移转化过程，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。

第二章 &nbsp;大气环境化学
1．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染物和二次污染物。按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、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：氧硫化碳（COS）、二硫化碳（CS2）、二甲基硫（CH3）2S、硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）、硫酸（H2SO4）、亚硫酸盐（MSO3）和硫酸盐（MSO4）等。大气中的SO2（就大城市及其周围地区来说）主要来源于含硫燃料的燃烧。大气中的SO2约有50%会转化形成H2SO4或SO42-，另外50%可以通过干、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 → H2O + SH。
（2）含氮化合物
大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮（N2O）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。主要讨论一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），用通式NOx表示。NO和NO2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：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）以及有机的碳氢化合物（HC）和含氧烃类，如醛、酮、酸等。
CO的天然来源主要包括甲烷的转化、海水中CO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。CO的人为来源主要是在燃料不完全燃烧时产生的。大气中的CO可由以下两种途径去除：土壤吸收（土壤中生活的细菌能将CO代谢为 CO2 和 CH4）；与HO自由基反应被氧化为CO2。
CO2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菌的发酵过程。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HO自由基反应被消除：CH4 + HO→CH3 + H2O。
（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烃和无机的氯化物和氟化物。
大气中常见的卤代烃以甲烷的衍生物，如甲基氯（CH3Cl）、甲基溴（CH3Br）和甲基碘（CH3I）。它们主要由天然过程产生，主要来自于海洋。CH3Cl和CH3Br在对流层大气中，可以和HO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）。许多卤代烃是重要的化学溶剂，也是有机合成工业的重要原料和中间体，如三氯甲烷（CHCl3）、三氯乙烷（CH3CCl3）、四氯化碳（CCl4）和氯乙烯（C2H3Cl）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，三氯甲烷和氯乙烯等可通过与HO自由基反应，转化为HCl，然后经降水而被去除。
氟氯烃类中较受关注的是一氟三氯甲烷（CFC－11或F－11）和二氟二氯甲烷（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、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。大气中的氟氯烃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氟氯烃类化合物，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。
2．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、HO2、R（烷基）、RO（烷氧基）和RO2（过氧烷基）等。它们的来源如下：
（1）HO来源
对于清洁大气而言，O3的光离解是大气中HO的重要来源：

对于污染大气，如有HNO2和H2O2存在，它们的光离解也可产生HO：
&nbsp;
&nbsp;
其中HNO2的光离解是大气中HO的重要来源。
（2）HO2的来源
大气中HO2主要来源于醛的光解，尤其是甲醛的光解：

任何光解过程只要有H或HCO自由基生成，它们都可与空气中的O2 结合而导致生成HO2。亚硝酸酯和H2O2 的光解也可导致生成HO2：

如体系中有CO存在：

（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酮的光解：

这两个反应除生成CH3外，还生成两个羰基自由基HCO和CH3CO。
O和HO与烃类发生H摘除反应时也可生成烷基自由基：

（4）RO的来源
大气中甲氧基主要来源于甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解：

（5）RO2的来源
大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的O2结合而形成的：

3．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、石油烃、萜类和芳香烃等都是大气中重要的碳氢化合物。它们可参与许多光化学反应过程。
（1）烷烃的反应：与HO、O发生H摘除反应，生成R氧化成RO2与NO反应
RH + OH → R + H2O
RH + O → R + HO
R + O2 → RO2
RO2 + NO → RO + NO2
（2）烯烃的反应：与OH主要发生加成、脱氢或形成二元自由基
加成：RCH=CH2 + OH → RCH(OH)CH2
RCH(OH)CH2 + O2 → RCH(OH)CH2O2
RCH(OH)CH2O2 + NO → RCH(OH)CH2O + NO2
脱氢：RCH=CH2 + HO → RCHCH2 + H2O
生成二元自由基：

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稳定产物。另外，它可氧化NO和SO2等：
R1R2COO + NO → R1R2CO + NO2
R1R2COO + SO2 → R1R2CO + SO3
（3）环烃的氧化：以环己烷为例

（4）芳香烃的氧化
（a）单环芳烃：主要是与HO发生加成反应和氢原子摘除反应。

生成的自由基可与NO2反应，生成硝基甲苯：

加成反应生成的自由基也可与O2作用，经氢原子摘除反应，生成HO2和甲酚：

生成过氧自由基：

（b）多环芳烃：蒽的氧化可转变为相应的醌

它可转变为相应的醌：

（5）醚、醇、酮、醛的反应
它们在大气中的反应主要是与HO发生氢原子摘除反应：
CH3OCH3 + HO → CH3OCH2 + H2O
CH3CH2OH + HO → CH3CHOH + H2O
CH3COCH3 + HO → CH3COCH2 + H2O
CH3CHO + HO → CH3CO + H2O
上述四种反应所生成的自由基在有O2存在下均可生成过氧自由基，与RO2有相类似的氧化作用。
4．说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。
光化学烟雾形成过程是由多种自由基参与的一系列反应，NO2和醛的光解可引发O、H自由基的产生，而烃类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。烃类在光化学烟雾形成过程中占有很重要的地位。
RH + O → R + HO
RH + HO → R + H2O
H + O2 → HO2
R + O2 → RO2
RCO + O2 → RC(O)OO
其中R为烷基、RO2为过氧烷基，RCO为酰基、RC(O)OO[RC(O)O2]为过氧酰基。通过如上途径生成的HO2、RO2和RC(O)O2均可将NO氧化成NO2 。
5．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CO2，所以只把CO2作为影响天然降水pH的因素，根据CO2的全球大气浓度330ml/m3与纯水的平衡：
CO2 (g) + H2OCO2 + H2O
CO2 + H2OH+ + HCO3-
HCO3- &nbsp;H+ + CO32-
根据电中性原理：[H+]＝[OH-] + [HCO3-] + 2[CO32-]，将用KH、K1、K2、[H+]表达的式子代入，得：
[H+]3 – (KW + KHK1pCO2) [H+ ] – 2KHK1K2pCO2＝0
在一定温度下，KW、KH、K1、K2、pCO2都有固定值，将这些已知数值带入上式，计算结果是pH＝5.6。
6．什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&lt;0.05μm）、积聚模（0.05μm</p><dp<2μm）和粗粒子模（dp>2μm）。
（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凝聚长大。这些粒子多为二次污染物，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。积聚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、液滴蒸发、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。

第三章 &nbsp;水环境化学
1、 请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中[H2CO3*]、[HCO3-]和[CO32-]的表达式，并讨论这两个体系之间的区别。
解:

2、 请导出总酸度、CO2酸度、无机酸度、总碱度、酚酞碱度和苛性碱度的表达式作为总碳酸量和分布系数（α）的函数。

3、 向一含有碳酸的水体加入重碳酸盐，问：①总酸度、②总碱度、③无机酸度、④酚酞碱度和⑤CO2酸度，是增加、减少还是不变。

4、 在一个pH为6.5,碱度为1.6mmol/L的水体中,若加入碳酸钠使其碱化,问需加多少mmol/L的碳酸钠才能使水体pH上升至8.0.若用NaOH强碱进行碱化,又需加入多少碱
解:总碱度=KW/ [H+] + CT(α1 + 2α2) - [H+]
CT={[总碱度] + [H+] - [OH-]}
令α=
当pH在5～9范围内,[碱度]≥10-3mol/L时, [H+],[OH-]项可以忽略不计,得到简化式:CT=α[碱度]
当pH=6.5时,查教材P110表得α1=0.5845,α2=8.669×10-5,则α=1.71,CT =α[碱度]=1.71×1.6=2.736mmol/L
若加入碳酸钠将水的pH升至8.0,查表得α′=1.018,此时CT值与碱度值均有变化.设加入的碳酸钠量为Δ[CO32-],则有
CT + Δ[CO32-]=α′{[碱度] + 2Δ[CO32-]}
即2.736 + Δ[CO32-]=1.018{1.6 + 2Δ[CO32-]}
解得,Δ[CO32-]=1.069 mmol/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/ α′=2.736/1.018=2.688 mmol/L
碱度增加值就是应加入的氢氧化钠强碱量:
Δ[OH-]=2.688-1.6=1.088 mmol/L具有2.00×10-3mol/L碱度的水，pH为7.00，请计算 [H2CO3*]、[HCO3-]、 [CO32-]和[OH-]的浓度各是多少？
5、 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，问混合后的值是多少？

6、 溶解1.00×10-4mol/L的Fe(NO3)3于1L具有防止发生固体Fe(OH)3沉淀作用所需最小[H+]浓度的水中，假定溶液中仅形成Fe(OH)2+和Fe(OH)2+而没有形成Fe2(OH)24+。请计算平衡时该溶液中[Fe3+]、[Fe(OH)2+]、[Fe(OH)2+]、[H+]和pH。

7、 请叙述水中主要有机和无机污染物的分布和存在形态。
8、 什么叫优先污染物？我国优先控制污染物包括哪几类？

9、 请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？
10、 什么是表面吸附作用,离子交换吸附作用和专属吸附作用 并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别.
(1)表面吸附:由于胶体表面具有巨大的比表面和表面能,因此固液界面存在表面吸附作用.胶体表面积越大,吸附作用越强.
(2)离子交换吸附:环境中大部分胶体带负电荷,容易吸附各种阳离子.胶体每吸附一部分阳离子,同时也放出等量的其他阳离子,这种作用称为离子交换吸附作用,属于物理化学吸附.该反应是可逆反应,不受温度影响,交换能力与溶质的性质,浓度和吸附剂的性质有关.
(3)专属吸附:指在吸附过程中,除了化学键作用外,尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用.该作用不但可以使表面点荷改变符号,还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上.
(4)水合氧化物对金属离子的专属吸附与非金属吸附的区别如下表所示.
项目
专属吸附
非专属吸附
发生吸附的表面净电荷的符号
-,0,+
-
金属离子所起的作用
配位离子
反离子
吸附时所发生的反应
配位体交换
阳离子交换
发生吸附时要求体系的pH值
任意值
&gt;零电位点
吸附发生的位置
内层
扩散层
对表面电荷的影响
负电荷减少,正电荷增加
无
动力学可逆性
不可逆慢过程
快速可逆请叙述氧化物表面吸附配合模型的基本原理以及与溶液中配合反应的区别。
11、 用Langmuir方程描述悬浮物对溶质的吸附作用，假定溶液平衡浓度为3.00×10-3mol/L，溶液中每克悬浮固体吸附溶质为0.50×10-3mol/L，当平衡浓度降至1.00×10-3mol/L时，每颗吸附剂吸附溶质为0.25×10-3mol/L，问每克吸附剂可以吸附溶质的限量是多少？

12、 请说明胶体的凝聚和絮凝之间的区别。
13、 请叙述水中颗粒物可以哪些方式进行聚集？
14、 请叙述水环境中促成颗粒物絮凝的机理。
15、 含镉废水通入H2S达到饱和并调pH值为8.0，请计算水中剩余镉离子浓度（已知CdS的溶度积为7.9×10-27）。

16、 已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下:
Fe3+ + H2OFe(OH)2+ + H+ lgK1= - 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
2Fe3+ + 2H2OFe2(OH)24+ + 2H+ lgK= - 2.91
请用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系.
解:
(1)K1=[Fe(OH)2+][H+]/ [Fe3+]=[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H+]2
p[Fe(OH)2+]=3 lgKW - lgKso + 2 pH - lgK1=2 pH - 1.84
(2)K2=[Fe(OH)2+][H+]2/ [Fe3+]=[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H+]
p[Fe(OH)2+]=3 lgKW - lgKso + pH - lgK2=pH + 2.74
(3)Kso=[Fe3+][OH-]3=[Fe3+]KW3/[H+]3
p[Fe3+]=3 lgKW - lgKso + 3 pH=3 pH - 4
(4)K4=[Fe(OH)4-][H+]4/ [Fe3+]=[Fe(OH)4-][H+]KW3/ Kso
p[Fe(OH)4-]=3 lg KW - lgK4 - lgKso - pH=19 - pH
(5)K=[Fe2(OH)24+][H+]2/ [Fe3+]2=[Fe2(OH)24+]KW6/ Kso2[H+]4
p[Fe2(OH)24+]=6 lg KW - lgK - 2 lgKso + 4 pH=4 pH - 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
17、 已知，。溶液中存在[H+]、[OH-]、[Hg2+]、[Hg(OH)20]和[ClO4-]等形态,且忽略了[Hg(OH) +]和离子强度效应，求1.0×10-5mol/L的Hg(ClO4)2溶液在25℃时的pH值。

18、 请叙述腐殖质的分类及其在环境中的作用。
19、 在pH=7.00和[HCO3-]=1.25×10-3mol/L的介质中，HT2-与固体PbCO3(s)平衡，其反应如下：
&nbsp; &nbsp;
问作为HT2-形态占NTA的分数。

20、 请叙述有机配体对重金属迁移的影响。
21、 什么是电子活度pE，以及它和pH的区别。

22、 有一个垂直湖水，pE随湖的深度增加将起什么变化？
23、 从湖水中取出深层水，其pH=7.0，含溶解氧浓度为0.32mg/L，请计算pE和Eh。

24、 在厌氧消化池中和pH=7.0的水接触的气体含65%的CH4和35%的CO2，请计算pE和Eh。
25、 在一个pH为10.0的SO42-—HS-体系中（25℃），其反应为：
&nbsp; &nbsp; &nbsp;
&nbsp;已知其标准自由能Gf0值（kJ/mol）SO42-：-742.0，HS-：12.6，H2O(l):-237.2，水溶液中质子和电子的Gf0值为零。
⑴请给出该体系的pE0。
⑵如果体系化合物的总浓度为1.0×10-4mol/L，那么请给出下图中①、②、③和④的lgc-pE关系式。

26、 解释下列名词:分配系数;标化分配系数;辛醇-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:在土壤-水体系中,土壤对非离子性有机化合物的吸着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壤有机质中,并经过一定时间达到分配平衡,此时有机化合物在土壤有机质和水中含量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-水中的分配系数与颗粒物中有机碳呈正相关,以固相有机碳为基础的分配系数即标化分配系数.
(3)辛醇-水分配系数:有机化合物的正辛醇-水分配系数(KOW)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境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密切相关.
(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-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)光量子产率:分子被活化后,它可能进行光反应,也可能通过光辐射的形式进行&quot;去活化&quot;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)生长物质代谢和共代谢: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酶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与能源,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,这种现象称为共代谢.
27、 某水体中含有300 mg/L的悬浮颗粒物，其中70%为细颗粒（d&lt;50μm），有机碳含量为10%，其余的粗颗粒有机碳含量为5%。已知苯并[α] 芘的KOW为106，请计算该有机物的分配系数。

28、 一个有毒化合物排入至pH=8.4，T=25℃水体中，90%的有毒物质被悬浮物所吸着，已知酸性水解速率常数Ka=0，碱性催化水解速率常数Kb=4.9×10-7L/(d.mol)，中性水解速率常数Kh=1.6d-1,请计算化合物的水解速率常数。

29、 某有机污染物排入pH=8.0，T=20℃的江水体中，该江水中含悬浮颗粒物500mg/L，其有机碳含量为10%。
&nbsp; ⑴若该污染物分子量为129，溶解度为611 mg/L，饱和蒸汽压为1.21Pa(20℃)，请计算该化合物的亨利定律常数（Pa.m3/mol），并判断挥发速率是受液膜控制或气膜控制。
⑵假定Kg=3000cm/h，求该污染物在水深1.5m处挥发速率常数（Kv）。

30、 某有机污染物溶解在一个含有200 mg/L悬浮物、pH=8.0和T=20℃水体中，悬浮颗粒物中细粒为70%，有机碳含量为5%，粗颗粒有机碳含量为2%，已知此时该污染物的中性水解速率常数Kh=0.05d-1, 酸性水解速率常数Ka=1.7 L/(d.mol)，碱性催化水解速率常数Kb=2.6×106L/(d.mol)，光解速率常数Kp=0.02 h-1,污染物的辛醇-水分配系数KOW=3.0×105，并从表中查到生物降解速率常数KB=0.20 d-1，忽略颗粒物存在对挥发速率和生物降解速率的影响，求该有机污染物在水体中的总转化速率常数。

31、 某河段流量Q=2160000m3/d，流速为46km/d，T=13.6℃，耗氧系数K1=0.05d-1，复氧系数K2=1.82d-1，BOD沉浮系数K3=0.17d-1，起始断面排污口排放的废水约为10×104 m3/d，废水中含BOD5500mg/L，溶解氧为0 mg/L，上游河水中BOD5为0mg/L，溶解氧为8.95 mg/L，求排污口下游6km处河水中的BOD5和氧亏值。

32、 请说明湖泊富营养化预测模型的基本原理。
33、 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)负载过程:污水排放速率,大气沉降以及地表径流引入有机毒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决定着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吸着作用: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-溶解作用:污染物的溶解度范围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,均可改变污染物的浓度.
(4)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毒性.
②光解作用:污染物对光的吸收有可能导致影响它们毒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,简单的有机产物.
④氧化还原作用: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鳃的吸附作用,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,使生物体中有机毒物的浓度随营养级的提高而增大.请叙述有机物水环境归趋模式的基本原理。

第四章 土壤环境化学
1．什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壤酸度偏高的原因。
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。
2．土壤的缓冲作用有哪几种？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、H3PO4、H4SiO4、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 + 2HCl2NaCl + 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)2CaCO3 + 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。

（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）：

对碱缓冲：

Al3+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，Al3+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－ &nbsp;[Al2(OH)2(H2O)8]4+ + 4H2O
3．植物对重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。
（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。
4．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？
（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：
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。
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。
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。
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。
5．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
DDT
1）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
6．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
①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

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
（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：

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质A的速率常数为18.76 h-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定浓度95%时所需的时间。

2、 已知氨氮硝化数学模式适用于某一河段，试从下表中该河段的有关数据，写出这一模式的具体形式。
河段设置的断面
流经时间（h）
氨氮浓度（mg/L）
被硝化的氨氮浓度（mg/L）
Ⅰ
0
2.86
0
Ⅱ
2.37
2.04
0.63
Ⅲ
8.77
0.15
2.65

3、用查到的新资料，说明毒物的联合作用。

4、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机理。
答：(1)致突变作用机理:致突变性是指生物体中细胞的遗传性质在受到外源性化学毒物低剂量的影响和损伤时,以不连续的跳跃形式发生了突然的变异.致突变作用发生在一般体细胞时,则不具有遗传性质,而是使细胞发生不正常的分裂和增生,其结果表现为癌的形成.致突变作用如影响生殖细胞而使之产生突变时,就有可能产生遗传特性的改变而影响下一代,即将这种变化传递给子细胞,使之具有新的遗传特性.
(2)致癌机理:致癌是体细胞不受控制的生长.其机理一般分两个阶段:第一是引发阶段,即致癌物与DNA反应,引起基因突变,导致遗传密码改变.第二是促长阶段,主要是突变细胞改变了遗传信息的表达,增殖成为肿瘤,其中恶性肿瘤还会向机体其他部位扩展.
(3)抑制酶活性作用机理:有些有机化合物与酶的共价结合,这种结合往往是通过酶活性内羟基来进行的;有些重金属离子与含硫基的酶强烈结合;某些金属取代金属酶中的不同金属.
5、解释下列名词概念：
①被动扩散；②主动转运；③肠肝循环；④血脑屏障；⑤半数有效剂量（浓度）；⑥阈剂量（浓度）；⑦助致癌物；⑧促癌物；⑨酶<!--0.05μm）、积聚模（0.05μm<dp<2μm）和粗粒子模（dp--></dp<2μm）和粗粒子模（dp>