《環(huán)境化學(xué)》教案

1、環(huán)境化學(xué)教案環(huán)境化學(xué)課堂教學(xué)主要包括四大部分：第一部分為緒論，介紹當(dāng)前人類面臨的環(huán)境問(wèn)題，環(huán)境科學(xué)的形成和發(fā)展，環(huán)境化學(xué)的研究?jī)?nèi)容和發(fā)展方向，化學(xué)污染物及其在多介質(zhì)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為。第二部分為大氣污染化學(xué)，主要介紹大氣的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)，大氣中主要污染物及其遷移，光化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)，溫室效應(yīng)、酸沉降、臭氧層破壞、光化學(xué)煙霧等重要的大氣污染化學(xué)問(wèn)題及其形成機(jī)理，氣溶膠化學(xué)，室內(nèi)空氣污染及健康風(fēng)險(xiǎn)，大氣污染的防治對(duì)策。第三部分為水污染化學(xué)，主要介紹天然水的基本特征，水中重要化學(xué)污染物的存在形態(tài)及分布，污染物在水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的基本原理及水質(zhì)模型；重點(diǎn)介紹重金屬在水環(huán)境中沉淀-溶解、氧化-還原、吸附

2、-解吸、絮凝-沉降、配合作用、生物轉(zhuǎn)化等遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的基本原理及影響因素，有機(jī)污染物在水環(huán)境中揮發(fā)、吸附、化學(xué)與生物降解等遷移轉(zhuǎn)化和多介質(zhì)環(huán)境過(guò)程的基本原理、影響因素及其模型。第四部分為土壤污染化學(xué)，介紹土壤的組成和基本性質(zhì)，化學(xué)污染物在土壤-植物體系中的遷移、作用機(jī)理及影響因素，土壤中氮磷污染及遷移轉(zhuǎn)化，重點(diǎn)介紹土壤中重金屬和有機(jī)農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化行為及生物生態(tài)效應(yīng)，土壤中溫室氣體的形成及釋放機(jī)理，土壤污染防治與修復(fù)等。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握環(huán)境化學(xué)的基本知識(shí)、基本原理和基本技能，為從事環(huán)境保護(hù)和環(huán)境科學(xué)研究工作奠定基礎(chǔ)。第一章 緒論重點(diǎn)要求：1、了解環(huán)境化學(xué)的內(nèi)容、作用及其地位。 2、了

3、解環(huán)境化學(xué)各分支學(xué)科的發(fā)展動(dòng)向。 3、掌握環(huán)境污染物和化學(xué)污染物的分類及主要組成。 4、環(huán)境效應(yīng)的基本概念。 5、環(huán)境污染物在環(huán)境各圈層的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程（了解）。第一節(jié) 環(huán)境化學(xué)一、環(huán)境問(wèn)題環(huán)境污染可持續(xù)發(fā)展二、環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué)的概念環(huán)境化學(xué)的任務(wù)；內(nèi)容及特點(diǎn)環(huán)境化學(xué)的發(fā)展動(dòng)向環(huán)境分析化學(xué)各圈層環(huán)境化學(xué)環(huán)境工程化學(xué)第二節(jié) 環(huán)境污染物一、環(huán)境污染物的類別1、人類社會(huì)不同功能產(chǎn)生的污染物工業(yè)農(nóng)業(yè)交通運(yùn)輸生活2、化學(xué)污染物元素?zé)o機(jī)物有機(jī)化合物和烴類金屬有機(jī)和準(zhǔn)金屬有機(jī)化合物含氧有機(jī)化合物有機(jī)氮化合物有機(jī)鹵化合物有機(jī)硫化合物有機(jī)磷化合物二、環(huán)境效應(yīng)及其影響因素1、環(huán)境物理效應(yīng)2、環(huán)境化學(xué)效應(yīng)3、環(huán)境生物

4、效應(yīng)三、環(huán)境污染物在環(huán)境各圈的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程簡(jiǎn)介污染物的遷移與轉(zhuǎn)化遷移方式轉(zhuǎn)化方式污染物在多介質(zhì)中的遷移、轉(zhuǎn)化和循環(huán)舉例：大氣水土壤第二章 大氣環(huán)境化學(xué)重點(diǎn)要求：1、了解大氣層結(jié)構(gòu)及大氣污染物遷移的主要因素。 2、光化學(xué)煙霧的形成過(guò)程和機(jī)理。 3、硫酸型煙霧的形成過(guò)程和機(jī)理。 4、酸雨及其化學(xué)組成。 5、大氣顆粒物及其組成。 6、溫室氣體和溫室效應(yīng)。 7、臭氧層的形成與耗損。第一節(jié) 大氣中污染物的轉(zhuǎn)移一、大氣溫度層結(jié)出示大圖：圖1 大氣溫度的垂直分布圖2 大氣密度的垂直分布大氣垂直遞減率二、輻射逆溫層三、絕熱過(guò)程與干絕熱過(guò)程四、大氣穩(wěn)定度五、影響大氣污染物遷移的因素風(fēng)和大氣湍流的影響天氣形勢(shì)和地

5、理地勢(shì)的影響第二節(jié) 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化一、光化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)1、光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程什么是光化學(xué)反應(yīng)？初級(jí)過(guò)程： A + h A*次級(jí)過(guò)程：舉例： HCl + h H + Cl H + HCl H2 + Cl Cl + Cl Cl22、量子產(chǎn)率（不做介紹）3、大氣中重要吸光物質(zhì)的光離解：（1）氧分子和氮分子的光離解O2 + h O + ON2 + h N + N（2）臭氧的光離解O3 + h O + O2（3）NO2的光離解 NO2 + h NO + O（4）亞硝酸和硝酸的光離解HNO2 + h HO + NOHNO2 + h H + NO2HNO3 + h HO + NO2（5）二氧化硫?qū)獾奈誗O

6、2 + h SO2*（6）甲醛的光離解H2CO + h H + HCOH2CO + h H2 + CO（7）鹵代烴的光離解CH3X + h CH3 + X二、大氣中重要自由基的來(lái)源1、大氣中HO和HO2自由基的濃度2、大氣中HO和HO2自由基的來(lái)源：HO來(lái)源一： O3 + h O + O2O + H2O 2HOHO來(lái)源二： HNO2 + h HO + NO H2O2 + h 2HOHO2的來(lái)源： H2CO + h H + HCO H + O2 + M HO2 + M HCO + O2 HO2 + CO3、R、RO和RO2等自由基的來(lái)源大氣中存在最多的烷基是甲基，主要來(lái)源是：CH3CHO + h

7、 CH3 + HCOCH3COCH3 + h CH3 + CH3CO烷基自由基：RH + O R + HORH + HO R + H2O甲氧基： CH3ONO + h CH3O + NO CH3ONO2 + h CH3O + NO2過(guò)氧烷基： R + O2 RO2三、氮氧化物的轉(zhuǎn)化1、大氣中的含氮化合物2、氮氧化合物和空氣混合體系中的光化學(xué)反應(yīng) NO2 + h NO + O O + O2 + M O3 + M O3 + NO NO2 +O23、氮氧化物的氣相轉(zhuǎn)化（1）NO 的氧化 NO + O3 NO2 + O2 NO + RO2 NO2 + RO NO + HO2 NO2 + HO NO +

8、 HO HNO2 NO + RO RONO（2）NO2的轉(zhuǎn)化NO2 + HO HNO3NO2 + O3 NO3 + O2NO2 + NO3 N2O5（3）PANCH3CO + O2 CH3COOOCH3COOO + NO2 CH3COOONO24、氮氧化物的液相轉(zhuǎn)化（補(bǔ)充內(nèi)容）四、碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)化1、大氣中主要的碳?xì)浠衔?、碳?xì)浠衔镌诖髿庵械姆磻?yīng)（1）烷烴的反應(yīng) RH + HO R + H2O RH + O R + HO（2）烯烴的反應(yīng) 與HO發(fā)生加成反應(yīng)和氫原子摘除反應(yīng)五、光化學(xué)煙霧現(xiàn)象1、什么是光化學(xué)煙霧（1）光化學(xué)煙霧的日變化曲線出示大圖：光化學(xué)煙霧日變化曲線（2）煙霧箱模擬曲線2、

9、光化學(xué)煙霧形成的簡(jiǎn)化機(jī)制引發(fā)反應(yīng)： NO2 + h NO + O O + O2 + M O3 + M NO + O3 NO2 + O2自由基傳遞反應(yīng)： RH + HO RO2 + H2O RCHO + HO RC（O）O2 + H2O RCHO + h RO2 + HO2 + CO HO2 + NO NO2 + HO RO2 + NO NO2 + RCHO + HO2 RC（O）O2 + NO NO2 + RO2 +CO2終止反應(yīng)： HO + NO2 HNO3 RC（O）O2 + NO2 RC（O）O2NO2 RC（O）O2NO2 RC（O）O2 + NO23、光化學(xué)煙霧的控制對(duì)策六、硫氧化物

10、的轉(zhuǎn)化及硫酸煙霧型污染1、二氧化硫的氣相氧化（1）SO2的直接光氧化SO2 + O2 SO4 SO3 + O或 SO2 + SO4 2SO3（2）SO2被自由基氧化 SO2與HO的反應(yīng) HO + SO2 HOSO2 HOSO2 + O2 HO2 + SO3 SO3+ H2O H2SO4 與其他自由基反應(yīng) CH3CHOO + SO2 CH3CHO + SO3 HO2 + SO2 HO + SO3 CH3O2 + SO2 CH3O + SO32、二氧化硫的液相氧化3、硫酸煙霧型污染七、酸性降水1、降水的pH2、降水pH的背景值3、降水的化學(xué)組成（1）降水的組成大氣中固定氣體成分無(wú)機(jī)物有機(jī)物光化學(xué)反

11、應(yīng)產(chǎn)物不溶物（2）降水中的離子成分4、酸雨的化學(xué)組成 SO2 + O SO3 SO3 + H2O H2SO4 SO2 + H2O H2SO3 HSO3 + O H2SO4 NO + O NO2 2NO2 + H2O HNO3 + HNO25、影響酸雨形成的因素（1）酸性污染物的排放及其轉(zhuǎn)化條件（2）大氣中的氨（3）顆粒物酸度及其緩沖能力（4）天氣形勢(shì)的影響八、大氣顆粒物1、顆粒物的粒度及表面性質(zhì)（1）顆粒物的粒度分布總懸浮顆粒物飄塵降塵可吸入粒子（2）大氣顆粒物的三模態(tài)2、大氣顆粒物的化學(xué)組成（1）無(wú)機(jī)顆粒物（2）有機(jī)顆粒物3、大氣顆粒物的去除過(guò)程（1）干沉降（2）濕沉降九、溫室氣體和溫室效應(yīng)

12、十、臭氧層的形成與耗損1、臭氧層形成與耗損的化學(xué)反應(yīng)生成： 3O2 + h 2O3消耗： O3 + h O2 + O O3 + O 2O22、南極的臭氧洞現(xiàn)象第三章 水環(huán)境化學(xué)水環(huán)境化學(xué)是研究物質(zhì)在天然水體中的存在形態(tài)、反應(yīng)機(jī)制、遷移和轉(zhuǎn)化、歸趨規(guī)律與化學(xué)行為及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。它是環(huán)境化學(xué)的重要組成部分，這些研究將為水污染控制和水資源的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。主要內(nèi)容：1、天然水基本特征。 2、水中重要污染物存在形態(tài)及分布。 3、水中無(wú)機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化。 4、水中有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化。重點(diǎn)內(nèi)容：1、天然水的碳酸平衡。 2、水中顆粒物的聚集。 3、溶解沉淀、氧化還原、配合作用的基本原理。 4、分配作用、

13、揮發(fā)作用、水解作用、光解作用、生物降解的原理。難點(diǎn)內(nèi)容：1、天然水碳酸平衡的計(jì)算。 2、絮凝原理的理解。 3、pE-pH圖的獲得和理解。 4、揮發(fā)作用的雙膜理論。第一節(jié) 天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài)一、天然水體的基本特征1、天然水的組成（1）天然水中的主要離子組成（2）水中的金屬離子（3）氣體在水中的溶解性亨利定律（4）水生生物2、天然水的性質(zhì)（1）碳酸平衡CO2 + H2O = H2CO3H2CO3 = HCO3 + H+HCO3- = CO32- + H+（2）天然水中的堿度和酸度總堿度 = HCO3- + 2CO32- + OH- H+總酸度 = H+ + HCO3- + 2H2C

14、O3 - OH- 二、水中污染物的分布和存在形態(tài)1、有機(jī)污染物（1）農(nóng)藥（2）多氯聯(lián)苯（3）鹵代脂肪烴（4）醚類（5）單環(huán)芳香族化合物（6）苯酚類和甲酚類（7）酞酸酯類（8）多環(huán)芳烴（9）亞硝胺和其他化合物2、金屬污染物鎘 汞 鉛 砷 鉻 銅 鋅 鉈 鎳 鈹?shù)诙?jié) 水中無(wú)機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化一、顆粒物與水之間的遷移1、水中顆粒物的類別（1）礦物微粒和黏土礦物（2）金屬水合化合物（3）腐殖質(zhì)（4）水體懸浮沉積物（5）其他2、水環(huán)境中顆粒物的吸附作用（1）吸附等溫線和等溫式H 型等溫線F型等溫線L型等溫線（2）氧化物表面吸附的配合模式3、沉積物中重金屬的釋放 誘發(fā)釋放的因素：鹽濃度升高氧化還原條件的

15、變化降低pH增加水中配合劑的含量二、水中顆粒物的聚集1、膠體顆粒物凝聚的基本原理和方式2、膠體顆粒絮凝動(dòng)力學(xué)三、溶解和沉淀1、氧化物和氫氧化物 Me（OH）n（s） = Men+ + nOH- Ksp = Men+OH-n Men+ = Ksp/OH-n = KspH+n/Kwn Pc = Ksp npKw + npH2、硫化物 H2S = H+ + HS- HS = H+ + S2- H2S = 2H+ + S2- K12 = K1K2 如溶液中存在二價(jià)金屬離子Me2+，則有： Me2+S2- = Ksp3、碳酸鹽4、水溶液中不同固相的穩(wěn)定性四、氧化-還原1、電子活度和氧化還原電位 pE =

16、 pE0 + 1/n lg（反應(yīng)物/生成物）2、天然水體的pE-pH圖3、天然水的pE和決定電位4、無(wú)機(jī)氮氧化物的氧化還原轉(zhuǎn)化5、無(wú)機(jī)鐵的氧化還原轉(zhuǎn)化6、水中有機(jī)物的氧化五、配合作用1、配合物在溶液中的穩(wěn)定性2、羥基對(duì)重金屬離子的配合作用3、氯離子對(duì)重金屬的配合作用4、腐殖質(zhì)的配合作用5、有機(jī)配體對(duì)重金屬遷移的影響第三節(jié) 水中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化一、分配作用1、分配理論2、標(biāo)化分配系數(shù)3、生物濃縮因子二、揮發(fā)作用1、亨利定律2、揮發(fā)作用的雙膜理論三、水解作用四、光解作用五、生物降解作用第四節(jié) 水質(zhì)模型一、氧平衡模型二、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化預(yù)測(cè)模型三、有毒有機(jī)污染物的歸趨模型第四章 土壤環(huán)境化學(xué)重點(diǎn)要求

17、：1、了解土壤的組成與性質(zhì)，土壤的粒級(jí)與質(zhì)地分組特征。2、了解污染物在土壤植物體系中遷移的特點(diǎn)、因素、機(jī)制。3、農(nóng)藥在土壤中遷移的特點(diǎn)、因素、機(jī)制。4、主要農(nóng)藥在土壤中的轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)。第一節(jié) 土壤的組成與性質(zhì)一、土壤的組成土壤由固體、液體和氣體組成1、土壤礦物質(zhì)（1）原生礦物（2）次生礦物2、土壤有機(jī)質(zhì)3、土壤水分4、土壤中的空氣二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組1、土壤礦物質(zhì)的粒級(jí)劃分2、各粒級(jí)的主要礦物成分和理化特性（1）石塊和石礫（2）沙礫（3）粘粒（4）粉粒3、土壤質(zhì)地分類及其特性三、土壤吸附性1、土壤膠體的性質(zhì)（1）土壤膠體具有巨大的比表面和表面能（2）土壤膠體的電性（3）土壤膠體的凝聚性和分散性2、土壤膠體的離子交換吸附（1）土壤膠體的陽(yáng)離子交換吸附影響吸附的因素：電荷數(shù)、離子半徑及水化程度（2）土壤膠體的陰離子交換吸附四、土壤酸堿性1、土壤酸度（1）活性酸度（2）潛性酸度2、土壤堿度3、土壤的緩沖性能（1）土壤溶液的緩沖作用（2）土壤膠體的緩沖作用對(duì)酸的緩沖作用對(duì)堿的緩沖作用鋁離子對(duì)堿的緩沖作用五、土壤的氧化還原性第二節(jié) 污染物在土壤植物體系中的遷移及其機(jī)制一、污染物在土壤植物體系中的遷移1、污染物由土壤向植物體遷移的方式2、影響重金屬在土壤-植物體系中轉(zhuǎn)移的因素（1）植物種類（2）土壤種類（3）重金屬形態(tài)（4）重金屬在植物體內(nèi)的遷移能力二、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的