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环境化学期末复习纲要


绪论
(一) 环境的定义 广义:环境是相对于某一事物来说的,是指围绕着某一事物(通常称其为主体)并对 该事物会产生某些影响的所有外界事物(通常称其为客体),即环境是指相对并相关于某 项中心事物的周围事物。 狭义:指相对于人类这个主体而言的一切自然环境要素的总和。 (二) 环境问题 由于人为因素使环境的构成或状态发生变化,环境素质下降,从而扰乱和破坏了生 态系统和人类的正常的生活和生产条件,就叫做环境污染。 (三) 环境化学 环境化学是在化学学科的传统理论和方法的基础上,以化学物质在环境中引起的环 境问题为研究对象,以解决环境问题为目的的一门新兴学科。 (四) 环境化学研究的主要内容 1. 有害物质在环境介质中存在的浓度水平和化学形态; 2. 潜在有害物质的来源,以及他们在个别环境介质中和不同介质之间的化学环境行 为; 3. 有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性; 4. 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。 (五) 目前国际上较为重视的环境问题 1. 元素的生物地球化学循环以及其相互耦合的研究; 2. 化学品安全评价; 3. 臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题; 4. 开展创造无污染生产过程。 (六) 环境污染物 进入环境以后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质 成为环境污染物。判断标准为外来物质和对环境产生不利影响。 (七) 环境污染物的分类 按受污染物影响的环境要素:大气污染物,水体污染物,土壤污染物等; 按污染物的形态:气体污染物,固体废弃物,液体污染物; 按污染物的性质:物理污染物,化学污染物,生物污染物。 (八) 环境效应 自然过程或人来的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏,从而导致环境系统的 结构和功能发生变化,谓之为环境效应,并可分为自然环境效应和人为环境效应。按环 境变化的性质可分为环境物理效应,环境化学效应,环境生物效应。 (九) 环境化学研究的重要领域十字总结为污染物的:来源,迁移,转化,归趋和效应。

大气环境化学
(一) 大气的层次划分及其特点 大气层按海拔高度分为对流层,平流层,中间层和热层。 对流层:大气的最下层,厚度为 8~20km,并随季节变化。气温随海拔高度的增加而降 低,密度较大,集中了大气 3/4 的质量,空气有强烈的对流,有各种天气现象 发生; 平流层:从对流层顶到海拔高度约为 50km 的大气层。空气无对流运动,以平流运动为 主导空气比对流层稀薄很多,无天气现象,在 15~60km 范围内,有厚约 20km 的臭氧层; 中间层:平流层顶到海拔 80km 的大气层。空气较为稀薄,温度随海拔的增加而迅速降 低,对流运动激烈; 热 层:80km 到约 500km 的大气层。空气高度电离,更加稀薄,大气质量仅占总质量 的 0.5%,大气温度随海拔高度增加而迅速升高。 (二) 大气主要污染物及其来源和消除(一般不考) 1. 含硫污染物 H2S:主要来源为动植物机体的腐烂,主要去除反应为 HO·+ H2S → H2O + ·SH ; SO2:主要来自含硫燃料(煤)的燃烧,石油的燃烧和炼制过程,最终转化为硫酸 或硫酸根(50%)或者通过大气的干、湿沉降从大气中消除; 2. 含氮化合物 NOX(NO2 和 NO)一般有 2/3 来自汽车等流动燃烧源的排放,1/3 来自固定燃烧源的排 放,最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降(主要)和干沉降从大气中去除。 3. 含碳化合物 CO:人为来源是燃料的不完全燃烧,天然来源为甲烷的转化(主要) ,海水中 CO 的挥发等,主要通过土壤吸收和与 HO·自由基反应消除; CO2:人为来源是矿物燃料的燃烧,天然来源为海洋脱气,动植物呼吸等, 碳氢化合物:甲烷:来源为燃烧和石油以及天然气的泄漏和厌氧细菌的发酵,主要 通过与 HO·自由基反应而被消除:CH4 + HO·→ CH3 + H2O; 非甲烷烃: 来源为植被, 汽油燃烧, 主要通过化学反应 (主要与 HO· 反 应)或转化成有机气溶胶消除; 4. 含卤素化合物 简单卤代烃: 主要来自海洋或人类使用过程中挥发进入大气, 三氯甲烷和氯乙烯等 可以通过与 HO·自由基反应转化为 HCl,后经降水除去; 氟氯烃类:通过其生产机使用过程进入大气,在大气中不易被除去,可能的方式是 扩散进入平流层。 (三) 污染物在大气中的迁移影响因素 两个梯度:温度梯度和浓度梯度。 1. 空气的机械运动,如风和湍流; 2. 污染源本身的特性; 3. 由于天气形势和地理形势造成的逆温现象。

(四) 近地面逆温层的形成(课本 P48 图片)以及对大气中污染物迁移的影响 近地面的逆温现象多由于热力条件形成, 以逆温辐射为主。 逆温辐射经常发生在晴 朗无云的夜空,由于地面有效辐射减弱,近地面层气温迅速下降,而高处大气层降温较 少,从而出现上暖下冷的逆温现象,与正常平流层气温随海拔高度升高相悖。这种逆温 黎明前最强,日出后自下而上消失。 逆温层的形成阻碍了空气的垂直对流运动,妨碍了烟尘、污染物、水汽凝结物的扩 散,使地面污染源排放出的污染物难以借上升气流扩散,聚集在原地,造成污染加剧。 (五) 大气中主要的吸光物质及其特性 1. 氧分子的光解:吸收紫外波段光线,波长 240nm 以下,机理为: O2+hv→O·+O· 2. 氮分子的光解:光解仅限于臭氧层以上,只对波长低于 120nm 的光才有明显吸收, 机理为: N2+hv→N·+N· 3. 臭氧的光解:解离能较低,主要吸收来自太阳波长小于 290nm 的紫外光,机理为: O3+O·→O·+O2 4. NO2 的光解:在底层大气中可吸收全部来自太阳的紫外光和部分可见光,吸收小于 420nm 波长的光可发生解离产生 O3: NO2+hv→O·+NO O·+O2+M→O3+M 5. 亚硝酸的光解:亚硝酸有两个初级光解过程: HNO2+hv→HO·+NO HNO2+hv→H·+NO2 6. 硝酸的光解:硝酸对波长为 120~335nm 的辐射均有不同程度的吸收,机理为: HNO3+hv→HO·+NO2 7. 二氧化硫对光的吸收:SO2 的键能较大,240~400nm 的光不能使其接力,只能生成 激发态,SO2·在污染大气中可参与许多光化学反应,机理如下: SO2+hv→SO2· 8. 甲醛的光解:对 240~360nm 波长范围内的光有吸收,有两个初级光解过程: CH4+hv→H·+HCO· CH4+hv→H2+CO 空气中甲醛光解可产生 H02·自由基,H·+O2→H2O· ,是大气中 H02·的重要来源; 9. 卤代烃的光解:卤代甲烷光解对大气污染化学作用最强,若含多种卤素,则断裂最 弱键,高能紫外光辐射时可能断裂两个键,三键断裂不常见,机理如下: CH3X+hv→CH3+X· (六) 大气中重要自由基的来源 自由基在其电子壳层的外层有一个不成对的电子, 因而具有很高的活性, 具有强氧 化性,大气中存在的重要自由基有: 1. HO·的来源 1) O3 的光解: 2) HNO2 和 H2O2 的光解: 其中 HNO2 的光解是大气中 HO·的重要来源 2. H02·的来源

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