北京林业大学2005至2006学年第1学期环境化学期末考试试题B.doc

北京林业大学2005至2006学年第1学期环境化学期末考试试题B
北京林业大学20 05 --20 06  学年第 1 学期考试试卷
试卷名称：  环境化学(B卷)         课程所在院系： 资源与环境学院环境科学学科 
考试班级               学号            姓名            成绩          
试卷说明：
1.       本次考试为闭卷考试。本试卷共计 2 页，共 6 大部分，请勿漏答；
2.       考试时间为 120 分钟，请掌握好答题时间；
3.       答题之前，请将试卷和答题纸上的考试班级、学号、姓名填写清楚；
4.       本试卷所有试题答案写在        纸上；（特殊要求请详细说明）
5.       答题完毕，请将试卷和答题纸正面向外对叠交回，不得带出考场；
6.       考试中心提示：请你遵守考场纪律，参与公平竞争！
一 填空题(每空0.6分,共30分)
1        大气颗粒物中粒径______的称为细粒子，其主要的化学组分为____________________________；粒径______的称为粗粒子，其主要的化学组分为____________________________。
2        腐殖质分为________ 、 ________ 、 ________ 三类。
3        絮凝过程的机理为________ 、 ________ 、 ________ 、 ________。
4        光子能量公式为________ ，通常波长大于________nm的光就不能引起光化学离解，此时对应的化学键能是________KJ/mol。(h = 6.626*10-34J.s/光量子, c = 2.9979*1010cm/s)
5        光化学烟雾从产生到结束，其中主要污染物依次出现的顺序为
，二次污染物有                     。  
6        土壤碱化度为________       ，其产生过程为 ________        作用 。
7        组成水中酸度的三类物质为________ 、 ________ 、 ________ 。
8        天然水中的胶体物质分为_______、______、_______、_______ 、______________几类。
9        水环境中污染物的光解过程可分为________ 、 ________ 、 ________ 三类。
10    我国酸雨的关键性离子组分为____________________________。
11    化学物质的联合作用包括________ 、 ________ 、 ________ 、________。
12    向某一含碳酸的水体加入重碳酸盐，总酸度_____、无机酸度_____、CO2酸度______、总碱度_____、酚酞碱度_____和苛性碱度_____。
13    含碳化合物的厌氧分解过程中，在______细菌的作用下，生成_________________中间产物，然后在______细菌的作用下，生成______。
14    盐基饱和度为100%的土壤，其潜性酸度为________。
15    丙酮酸在有氧条件下，通过________辅酶，转化为________，然后与________反应生成________，进入________循环过程。
二 名词解释(每题2分,共12分)
标化分配系数      b氧化途径       被动扩散         专属吸附      生物积累 质体流动
三 公式推导(每题6分,共12分)
1推导水的氧化-还原限度，并计算在氧饱和时天然水体的pE，相应的氧化
  反应的pE0 = + 20.75。
  2 应用动力学观点解释生物富积现象，并推导BCF的表达式。
四 简答题(每题5分,共15分)
1        大气中丙烯与HO·、O3的反应过程。
2        汞在微生物作用下的转化过程。
3        简述NAD+/NADP+、细胞色素酶、辅酶A的作用及简单反应式。

五 计算题(每题8分,共16分)
  1  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，H2S离解常数K1=8.9*10-8，K2=1.3*10-15)
  2 若有水A，pH为7.5，其碱度为5.38mmol.L-1，水B的pH为9.0，碱度为0.70mmol.L-1，若这两种水以2:3的体积比混合，问混合后pH的表达式方程(有关H+的方程)。(pH为7.5时：a0 = 0.06626、a1 = 0.9324、a2 = 0.001383、a = 1.069；pH为9.0时：a0 = 0.002142、a1 = 0.9532、a2 = 0.04470、a = 0.9592)
六 综合题(每题15分,共15分)
   具体解释氮的微生物转化过程及其中涉及的硝化、反硝化过程作用细菌的特征。

参考答案
一 填空题(每空0.6分,共30分)
1         大气颗粒物中粒径_小于2mm_的称为细粒子，其主要的化学组分为硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属和炭黑等；粒径__大于2mm __的称为粗粒子，其主要的化学组分为土壤及污染源排放出来的尘粒，大多是一次颗粒物。硅、铁、铝、钠、钙、镁、钛等30多种元素组成。
2         腐殖质可分为腐殖酸，富里酸，腐黑物。
3         絮凝过程的机理分为压缩双电层、专属吸附、粘结架桥、絮团卷扫。
4         光子能量公式为E=hc/λ ，通常波长大于700nm 的光就不能引起光化学离解，此时对应的化学键能是_167.4KJ/mol 。(h = 6.626*10-34J.s/光量子, c = 2.9979*1010cm/s)。
光化学烟雾从产生到结束，其中主要污染物依次出现的顺序为NO，NO2，烃，醛，O3，自由基，RC（O）O2，二次污染物有O3，醛，PAN，过氧化氢等。  
5         土壤碱化度为_Na+离子饱和度 ，其产生过程为 交换性阳离子的水解作用  作用  。
6         组成水中酸度的三类物质为强酸、弱酸、强酸弱碱盐。
7         天然水中的胶体物质分为矿物微粒和粘土矿物、金属水合氧化物、腐殖质、水体悬浮沉积物、藻类、油滴和气泡等几类。
8         水环境中污染物的光解过程可分为_直接光解_ 、 _敏化光解 、 _氧化反应_ 三类。
9         我国酸雨的关键性离子组分为SO42-，Ca2+，NH4+。
10     化学物质的联合作用包括协同作用，独立作用，相加作用，拮抗作用。
11     向某一含碳酸的水体加入重碳酸盐，总酸度_增加__、无机酸度_减少_、CO2酸度_不变_、总碱度_增加_、酚酞碱度_不变_和苛性碱度_减少_。
12     含碳化合物的厌氧分解过程中，在_产酸_细菌的作用下，生成_有机酸、醇等_中间产物，然后在产氢菌、产乙酸菌及产甲烷细菌的作用下，生成乙酸、甲酸、氢气和二氧化碳及甲烷。
13     盐基饱和度为100%的土壤，其潜性酸度为__0__。
14     丙酮酸在有氧条件下，通过_辅酶A__辅酶，转化为_乙酰辅酶A _，然后与_草酰乙酸__反应生成_柠檬酸___，进入_三羧酸__循环过程。
二 名词解释(每题2分,共12分)
标化分配系数：有机毒物在沉积物与水之间的分配比率用分配系数表示，分配系数（Kp)表示为：
KP=cs/cw，式中：cs、cw—分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度。分配系数与沉积物中有机碳的质量分数的比值称为标化分配系数。
b氧化途径：饱和脂肪酸与辅酶A结合，形成脂酰辅酶A，羧基的β位上的碳原子经历脱氢-加羟-羰基化等氧化过程，然后与辅酶A结合，形成乙酰辅酶A和少两个碳原子的脂酰辅酶A的过程，如下例：

被动扩散：脂溶性物质顺着浓度梯度扩散通过有类脂层屏障的生物膜，扩散速率服从菲克第一定律。
专属吸附：专属吸附现象是用来解释吸附过程中表面电荷改变符号，甚至使离子化合物吸附在同号电荷表面的现象，它是指在吸附过程中，除了化学键的作用，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。
生物积累：生物积累是生物从周围环境(水、土壤、大气)和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。生物积累也用生物浓缩系数（ BCF）表示。
质体流动：由水或土壤颗粒或两者共同作用引起的物质流动现象。
三 公式推导(每题6分,共12分) （要有具体推导过程可得满分）
1推导水的氧化-还原限度，并计算在氧饱和时天然水体的pE，相应的氧化
  反应的pE0 = + 20.75。
水的氧化限度

水的还原限度：
                pE0=0.00

氧饱和时，水中0.21*105Pa,将[H+]=10-7代入氧化限度式，得，
  2 应用动力学观点解释生物富积现象，并推导BCF的表达式。
由动力学观点来看，水生生物对水中难降解物质的富集速率，是生物对其吸收速率、消除速率及有生物机体质量增长引起的物质稀释速率的代数和。吸收速率`（Ra）、消除速率（Re）及稀释速率（Rg）的表达式为：

式中：表示水及生物体内部的瞬时物质浓度。
于是水生生物富集速率微分方程为：

如果富集过程中生物质量增长不明显，则kg可忽略不计，上式可简化为：

通常，水体足够大时，水中的物质浓度可视为恒定。设t=0时，cf(0)=0。在此条件下求解上述两式，水生生物富集速率方程为：

当时间足够长时，生物浓缩系数BCF依次为：

四 简答题(每题5分,共15分)
1        大气中丙烯与HO·、O3的反应过程。（将加成、抽氢、二元自由基等特征表示出即可得满分）

2        汞在微生物作用下的转化过程。（图和文字描述有一种即可得满分）
微生物参与汞形态转化的主要途径是汞的甲基化作用。

辅酶为甲基钴氨素，此辅酶把负甲基离子传递给汞离子形成甲基汞，本身变为水合钴氨素，后者由于其中的钴被辅酶FADH2还原，并失去水而转变为五个氮配位的一价钴氨素，最后，辅酶甲基四叶氢酸将正甲基离子转于五配位钴氨素，并从其一价钴上取得二个电子，以负甲基离子与之络合，完成甲基钴氨素的再生，使汞的甲基化能够顺利进行。
3        简述NAD+/NADP+、细胞色素酶、辅酶A的作用及简单反应式。
分别称为辅酶I和辅酶II，是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中起着传递氢的作用。NAD+/NADP+ + 2H =NADH/NADPH + H+，如下例所示：

细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，它们起着传递电子的作用，如下式所示：

式中，cyt表示细胞色素酶系
      n代表b、c1、c、a和a3
辅酶A是一种转移酶的辅酶，在酶促反应中起着传递酰基的作用。

五 计算题(每题8分,共16分)（公式写对得4分数，推导正确得6分）
  1  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，H2S离解常数K1=8.9*10-8，K2=1.3*10-15)
解：H2S = H+ +HS-(一级)，K1=8.9*10-8
HS- = H+ + S2-(二级)，K2=1.3*10-15
合并上面反应：
H2S = 2H+ + S2-
所以，
K1，2=[H+]2[S2-]/[H2S]=K1*K2=1.16*10-23
[S2-]= K1，2*[H2S]/[H+]2
KSP= [Cd2+]*[S2-]
[Cd2+]= KSP/[S2-]= KSP/ K1，2*[H2S]/[H+]2
pH 值为8.0时，
[Cd2+]= KSP/[S2-]= KSP/ K1，2*[H2S]/[H+]2=7.9*10-27/1.16*10-24/10-16 =6.8*10-19 mol/L
  2 若有水A，pH为7.5，其碱度为5.38mmol.L-1，水B的pH为9.0，碱度为0.70mmol.L-1，若这两种水以2:3的体积比混合，问混合后pH的表达式方程(有关H+的方程)。(pH为7.5时：a0 = 0.06626、a1 = 0.9324、a2 = 0.001383、a = 1.069；pH为9.0时：a0 = 0.002142、a1 = 0.9532、a2 = 0.04470、a = 0.9592)
解：
[总碱度] = CT(α1 +α2) + Kw/[H+] –[H+]
CT = [1/(α1 +2α2)]{[总碱度] + [H+] –[OH-]}
令 α = 1/(α1 +2α2)
当pH值在5-9范围内，[总碱度]≧1.0mmol/L时，[H+] 、[OH-]项可以忽略不计，CT值与总碱度之间存在简化关系：
                           CT =α [总碱度]
依据题意，这两种水以2：3的体积比混合时，总碱度和碳酸盐总量不变
[总碱度]混合 = （2[总碱度] pH=7.5 + 3[总碱度] pH=9.0）/5
CT混合= （2CT pH=7.5  + 3CT pH=7.5  ）/5
计算出[总碱度]混合 和CT混合
[总碱度]混合 = CT混合(α1混合+α2混合) + Kw/[H+]混合–[H+]混合
将α1混合和α2混合用H+的方程表示，即最终的表达式也就可以表示出来。
六 综合题(每题15分,共15分) （概念清楚得1/2分数，讨论一般得4/5分数，讨论清楚得满分）
   具体解释氮的微生物转化过程及其中涉及的硝化、反硝化过程作用细菌的特征。
硝化分下列两个过程进行：

硝酸盐在通气不良条件下，通过微生物作用而还原的过程称为反硝化。反硝化通常有三种情形：
第一种情形，包括细菌、真菌和放线菌在内的多种微生物，能将硝酸盐还原成亚硝酸。

第二种情形，兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等能使硝酸盐还原成氮气，其基本过程是：

第三种情形，梭状芽孢杆菌等常将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨，其基本过程是：

通过微生物的作用把分子氮转化为氨的过程称为固氮。固氮必须在固氮酶催化下进行，其反应可表示为：

硝化过程中细菌均为以二氧化碳为碳源进行生活的化能自养型细菌，对环境条件呈现高度敏感型；严格要求高水平的氧，需要中性至微碱性条件，当pH值=9.5以上时硝化细菌受到抑制，而在pH值=6.0以下时亚硝化细菌受到抑制；最适宜温度为30℃，低于5℃或高于40℃时便不能活动；参与硝化的细菌虽为自养型细菌，但在环境中必须在有机质存在条件下才能活动。
微生物进行反硝化的重要条件是厌氧环境，环境氧分压越低，反硝化越强。但是在某些通气情况下，例如在疏松土壤或曝气的活性污泥池中，除有硝化外，还有反硝化发生。这两种作用长联在一起发生，很可能是环境中的氧气分布不均匀所致。反硝化要求的其他条件是：有丰富的有机物作为碳源和能源；硝酸盐作为氮源；pH一般是中性至微碱性；温度多为25℃左右。