《高等環(huán)境化學(xué)》試題答案

1、研究生課程高等環(huán)境化學(xué)試題專業(yè)學(xué)號姓名成績一、名詞解釋：（40分）POPs、選擇規(guī)則、環(huán)境效應(yīng)、紅移、Kow、Koc、VOCs、Eds、源與匯、鹽基飽和度POPs:持續(xù)性有機污染物（POPs）是指通過各種環(huán)境介質(zhì)（大氣、水、生物體等）能夠長距離遷移并長期存在于環(huán)境，具有長期殘留性、生物蓄積性、半揮發(fā)性和高毒性，對人類健康和環(huán)境具有嚴重危害的天然或人工合成的有機污染物質(zhì)。選擇規(guī)則：選擇規(guī)則（selectiverule）,即原子或分子在改變狀態(tài)時發(fā)射或吸收光線的過程中所遵守的規(guī)則。在原子光譜中，只要主量子數(shù),就可發(fā)生吸附或發(fā)射光譜，為電子躍遷的選擇規(guī)則。在分子的轉(zhuǎn)動光譜中，除掉非極性分子沒有轉(zhuǎn)動光

2、譜外，對極性分子只有轉(zhuǎn)動量子數(shù)的差為AJ=J/-J=±1,才符合選擇規(guī)則，給出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動光譜；對于振動能階，只要振動量子數(shù)的差為Au=±L±2j±3時，原子發(fā)生振動光譜。環(huán)境效應(yīng)：自然過程或人類的生產(chǎn)和生活活動會對環(huán)境造成污染和破壞，從而導(dǎo)致環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，謂之環(huán)境效應(yīng)，并可分為自然環(huán)境效應(yīng)和人為環(huán)境效應(yīng)。紅移：當(dāng)飽和單鍵碳氫化合物中的氫被氧、氮、鹵素、硫等雜原子取代時，由于這類原子中有n電子，n電子較b鍵電子易于激發(fā)，使電子躍遷所需能量減低，吸收峰向長波長方向移動，這種現(xiàn)象稱為深色移動或稱紅移。Kow：即辛醇一水配系數(shù)，即化學(xué)物質(zhì)在平衡狀

3、態(tài)時在辛醇中的濃度和水中濃度之比。Kow反映了有機物的疏水性或脂溶性大?。篕ow越大，表明化合物越容易溶于非極性介質(zhì)中，越容易被生物體細胞吸收。Koc：即標(biāo)化的分配系數(shù)，沉積物一水分配系數(shù)，是以有機碳為基礎(chǔ)表示的分配系數(shù)，是化合物在水和沉積物一土壤兩相中的平衡濃度關(guān)系，它也是單位重量沉積物上吸附的化合物量除以單位體積環(huán)境水中溶解的該同一化合物量之比值。VOCs:即揮發(fā)性有機化合物（VolatileOrganicCompounds,VOCs）,根據(jù)WHO定義，揮發(fā)性有機化合物（VOCs）是指在常壓下，沸點50260c的各種有機化合物。Eds：一種測試方法，EDS（EnergyDispersive

4、Spectrometer）,電子顯微鏡（掃描電鏡、透射電鏡）的重要附屬配套儀器，結(jié)合電子顯微鏡，能夠在1-3分鐘之內(nèi)對材料的微觀區(qū)域的元素分布進行定性定量分析。？源與匯：源（Sources）:向大氣排放污染物的過程或行為，分為天然（自然）源（naturalsources）和人為（人工）源（anthropogenicsources）。匯（Sink）:大氣中污染物的去除，消除污染物的過程和機制。鹽基飽和度：即土壤吸附的交換性鹽基離子占交換性陽離子總量的百分數(shù)。二、問答與解析題：（60分）1、簡述有機物產(chǎn)生紫外吸收的機理；紫外吸收帶的類型有哪些，并列舉出其對應(yīng)的特征有機物。（6分）答：機理：紫外吸收

5、是由于分子中價電子的躍遷而產(chǎn)生的。因此，這種吸收決定于分子中價電子的分布和結(jié)合情況。按分子軌道理論，在有機化合物分子中有幾種不同性質(zhì)的價電子；形成單鍵的電子稱為（T鍵電子；形成雙鍵的電子稱為冗鍵電子；氧、氮、硫、鹵素等含有未成鍵的孤對電子，稱為n電子（或稱p電子）。當(dāng)它們吸收一定能量后，這些價電子將躍遷到較高的能級（激發(fā)態(tài)）。此時電子所占的軌道稱為反鍵軌道，反鍵軌道具有較高的能量。類型：K吸收帶：由于共軻雙鍵中兀一兀*躍遷所產(chǎn)生的吸收帶，例如乙烯，丁二烯。R吸收帶：是相當(dāng)于助色團及生色團中n一兀*躍遷所引起的，例如乙酰基。Ei和E2吸收帶：是由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個乙烯的環(huán)狀共軻系統(tǒng)的躍遷產(chǎn)生的，是芳

6、香族化合物的特征吸收，例如果。精細結(jié)構(gòu)吸收帶：亦稱B吸收帶，是由于兀一兀*躍遷和苯環(huán)的重疊引起的，例如苯甲酸。2、請列出5種環(huán)境工程領(lǐng)域你認為比較新的技術(shù)的名稱及原理。（10分）（改）答：中空纖維更新液膜：該技術(shù)采用疏水型中空纖維膜，膜的微孔中事先用有機萃取相浸潤，料液相與反萃相分別在中空纖維膜的兩側(cè)流動，在管內(nèi)相流體中加入一定量的有機萃取相，與管內(nèi)相流體形成極為細小的微滴。在流動的過程中，萃取相微滴與管內(nèi)相密切接觸，并由于表面張力和膜的浸潤性影響，使其黏附在膜的壁面上，利用管內(nèi)相流體流動所形成的剪切力，形成一層極薄有機相液膜。正滲透技術(shù)：正滲透技術(shù)是一種新興的利用滲透原理（是指水或其它溶劑透

7、過天然或人造的半透膜，由低溶質(zhì)濃度側(cè)傳遞到高溶質(zhì)濃度側(cè)的過程，是自然界中廣泛存在的一種物理現(xiàn)象）的膜分離技術(shù)，能自發(fā)進彳T,無需外加壓力即可實現(xiàn)，為水資源和環(huán)境問題提供了低能耗、高效率的解決途徑。臭氧催化氧化：臭氧催化氧化是利用催化劑將臭氧分解后產(chǎn)生的具有很強氧化能力的自由基，來強化分解水中高穩(wěn)定性，難生物降解的有機污染物的技術(shù)。氣提法：是指利用水蒸氣通過水層時水溶液蒸汽壓超過外壓時的沸騰作用和液體不斷向氣泡內(nèi)蒸發(fā)擴散的作用使水中揮發(fā)性溶解物質(zhì)（例如揮發(fā)酚等）不斷的從水中分離出來的水處理過程，屬傳質(zhì)過程。三維電極法：三維電極法處理二級出水的反應(yīng)機理為電化學(xué)、電氧化還原反應(yīng)和電吸附凝聚作用。當(dāng)電

8、極兩端接通電源時，填充粒子在高梯度的電場作用下，感應(yīng)而復(fù)極化為復(fù)極性粒子，即在粒子一端發(fā)生陽極反應(yīng)，另一端發(fā)生陰極反應(yīng)，整個粒子成了一個立體電極，粒子之間構(gòu)成無數(shù)個微電解池。3、請討論表面活性劑進入水體后所可能引發(fā)的環(huán)境效應(yīng)？（7分）答：首先，表面活性劑使水的感觀狀況受到影響，有研究報道，當(dāng)水體中洗滌劑質(zhì)量濃度在0.71mg/L時，就可能出現(xiàn)持久性泡沫。其次，由于洗滌劑中含有大量的聚磷酸鹽作為增凈劑，因此使廢水中含有大量的磷，這是造成水體富營養(yǎng)化的重要原因。再次，由于陽離子表面活性劑具有一定的殺菌能力，在濃度高時，可能破壞水體微生物的群落。最后，表面活性劑可以促進水體中石油和多氯聯(lián)苯等不溶性有

9、機物的乳化，分散，增加廢水處理的困難。4、土壤的理化性質(zhì)是如何影響重金屬或有機污染物的環(huán)境行為的。（7分）答：土壤的理化性質(zhì)主要通過影響重金屬在土壤中存在形態(tài)而影響重金屬的生物有效性。土壤的理化性質(zhì)主要包括pH、土壤質(zhì)地、土壤的氧化還原電位、土壤中有機質(zhì)含量等。pH:pH大小顯著影響土壤中重金屬的存在形態(tài)和土壤對重金屬的吸附量，一般來說，土壤pH越低，H+越多，重金屬被解析的越多，其活動性就越強，從而加大了土壤中的重金屬向生物體內(nèi)遷移的數(shù)量。土壤質(zhì)地：土壤質(zhì)地影響著土壤顆粒對重金屬的吸附。一般來說，質(zhì)地黏重的土壤對重金屬的吸附能力強，降低了重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力。土壤的氧化還原電位：它影響重金屬

10、的存在形態(tài)，從而影響重金屬的化學(xué)行為、遷移能力及對生物的有效性。一般來說，在還原條件下，很多重金屬易產(chǎn)生難溶性的硫化物，而在氧化條件下，溶解態(tài)和交換態(tài)含量增加。土壤中有機質(zhì)含量：它影響土壤顆粒對重金屬的吸附能力和重金屬的存在形態(tài)，有機質(zhì)含量較高的土壤對重金屬的吸附能力高于有機質(zhì)含量低的土壤。5、請闡述酸性礦水產(chǎn)生的機理，為什么用石灰石進行治理的效果不理想？（5分）答：酸性礦水是含硫礦山在開采過程中，所含的硫及硫化物被氧化成硫酸而產(chǎn)生的酸性水。黃鐵礦氧化產(chǎn)酸過程如下：。見PDF石灰石是碳酸鈣，就是普通的大理石，中性；所以中和酸性礦水效果不理想，可以用熟石灰，因為熟石灰是堿石灰，堿性，才可以中和酸

11、性土壤。6、如何進行金屬的形態(tài)分級，進行金屬的形態(tài)分級有何環(huán)境學(xué)意義？（8分）答：金屬的形態(tài)是指金屬的價態(tài)、化合態(tài)、結(jié)合態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)四個方面，即某一金屬元素在環(huán)境中以某種離子或分子存在的實際形式。五步連續(xù)提取法是應(yīng)用最廣泛的方法，它將金屬賦存形態(tài)分為：交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、氧化鎰結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、殘留態(tài)。BCR法提取法把重金屬形態(tài)分為酸可提取態(tài)、氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、殘余態(tài)。意義：重金屬進入土壤后，通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合吸附等各種反應(yīng)，形成不同的化學(xué)形態(tài)，并表現(xiàn)出不同的活性。土壤重金屬形態(tài)分級與重金屬在土壤中的遷移性、可給性、活性及污染土壤修復(fù)有密切關(guān)系。7、下圖為某有機物料堆肥前后其

12、中的溶解性有機質(zhì)(dissokedorganicmatter)的紅外掃描圖譜，請對此圖進行解析，能得出哪些結(jié)論。(7分)波數(shù)(cm-1)圖1.堆肥起始與結(jié)束時DOMC外光譜圖Fig1.FT-IRspectraofDOMderivedfromcompostatdifferentstages答：堆肥開始和結(jié)束時其DOM的紅外光譜均出現(xiàn)相似的5個強的(35003000cm-1,16401630cm-1,14101390cm-1,825cm-1,680600cm-1)和1個較弱的(24002200cm-1)吸收區(qū)域。按照Monison和Boyd(1983)的解析，由于3500-3000cm-1,164

13、0-1630cm-1,830820cm-1和670cm-1吸收峰的存在，表明堆肥樣品的水溶性有機物中含有苯環(huán)和酚基官能團；3500-3000cm-1,1640-1630cm-1和1420-1330cm-1存在吸收峰預(yù)示著樣品中有一COOH,12001040cm-1吸收峰是樣品中多糖存在的暗示；而24002200cm-1吸收峰表明樣品中含有蛋白類及其降解物質(zhì)。盡管堆肥起始與結(jié)束時均存在相同的官能基團，但從圖中可以看出，某些吸收峰的強度已發(fā)生了較大的改變，說明某些物質(zhì)的含量在發(fā)生變化；堆肥開始時其DOM在24002200cm-1有一中等強度的吸收峰，而在堆肥結(jié)束時，其強度明顯變?nèi)?，這說明堆肥過程中

14、水溶性有機物的一NH4+含量降低，堆肥中蛋白類物質(zhì)被微生物降解并利用了。12001040cm-1處的吸收峰也有相似趨勢，1070/1380cm-1吸收峰強度比在堆肥開始時為1.48,在堆肥結(jié)束時僅為0.56,該區(qū)域吸收峰強度的降低表明了水溶性有機物中的多糖類物質(zhì)含量在減少。而另一方面，堆肥后16401630cm-1和670cm-1處吸收峰強度明顯增強，前者1640/1380cm-1吸收峰強度比，起始時為0.42,堆肥后為0.71,增加69%;后者670/600cm-1吸收強度比，起始時為0.75,堆肥后為0.97,增加了29%,特別是經(jīng)過堆肥后，其DOM在830820cm-1處出現(xiàn)了一個較強的

15、新的吸收峰，這些都表征了在堆肥過程中，形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的芳香族物質(zhì)。8、試預(yù)測并作出苯胺的紅外、氫核磁共振和質(zhì)譜圖。(10分)答：axjemujsuejl產(chǎn)HC、CHIIIHC、<CH"CH一1111I1a1.80：-111111.1111.1a,(1.70-111111111ra>ii1.60；111111I1ai1.50：iw品120；iTo：11111卜11111I0i1+I1a111111eti1，-一11111.1-J一廠.什.i1eJ.11111111ai1.00；,'一一.1111匕rfrr1-1一一.一一廣、.111.0.90：Ia10.80-r一-.-一-1一一-一一.，-_-一一.一._.tie110.70：._一-一-一1II.I0.60；0.50：.