環(huán)境化學習題-2014(1)

1、常 州 大 學 環(huán) 境 與 安 全 工 程 學 院碩士 環(huán)境化學習題1、環(huán)境化學的概念。其分支學科有哪些？（第1章）環(huán)境化學是研究化學物質在環(huán)境中的來源、存在、化學特性、行為和效應及其控制的化學原理和方法的學科，它是化學科學的一個重要分支，也是環(huán)境科學的核心組成部分。2、1995年諾貝爾化學獎授予三位研究大氣化學的科學家。試述他們的研究成果。（第1章）三位科學家：Paul J Cruzen、Mario J Molina、F. Sherwood Rowland研究成果：Paul Crutzen, Mario Molina and Sherwood Rowland have all ma

2、de pioneering contributions to explaining how ozone is formed and decomposes through chemical processes in the atmosphere. Most importantly, they have in this way showed how sensitive the ozone layer is to the influence of anthropogenic emissions of certain compounds. The thin ozone layer has proved

3、 to be an Achilles heel (致命弱點) that may be seriously injured by apparently moderate changes in the composition of the atmosphere. In 1974, Molina and Rowland proposed in their Nature article that the chemically inert CFC could gradually be transported up to the ozone layer, there to be met by such i

4、ntensive ultra-violet light that they would be separated into their constituents, notably chlorine atoms. They calculated that if human use of CFC gases was to continue at an unaltered rate the ozone layer would be depleted by many percent after some decades. 他們對解釋臭氧在大氣中的分解與形成的化學過程做出了先驅性的貢獻。更重要的是，他們

5、以這種方式表明臭氧層是如何對某些人為排放的化合物所產生的影響產生敏感性。薄薄的臭氧層已被證明是一個致命的弱點。臭氧層通過大氣成分的適度改變可能會受到嚴重的損傷。Molina 和 Rowland 認為化學惰性的CFC能逐漸被運送到臭氧層，遇到密集的紫外光時，CFC氣體會破化臭氧分子，特別是氯原子。他們計算出，如果人類繼續(xù)以不變的速率使用CFC氣體，幾十年后，會耗盡臭氧層的許多百分比。3、在環(huán)境化學優(yōu)先發(fā)展領域中，分支學科大氣污染控制化學領域的關鍵科學問題和重要研究方向有哪些？水體污染與控制領域呢？（第1章）大氣污染控制的關鍵科學問題：完善新經濟形勢下我國主要大氣污染物的排放清單，發(fā)展主要大氣污染

6、物的在線監(jiān)測方法；揭示典型大氣污染物的環(huán)境微界面過程和區(qū)域性復合大氣污染的形成機制，提出控制策略；提出優(yōu)先控制大氣污染物，并發(fā)展關鍵污染物控制的新原理、新方法。大氣污染控制的重要研究方向：灰霾污染、成因與控制；大氣中持久性有機污染物的遷移、轉化機制；氮氧化合物控制；溫室氣體控制；室內空氣凈化和消毒水污染與控制的關鍵科學問題：地表水、地下水和水處理及污染水體修復過程中，典型污染物的化學性質、遷移轉化和歸趨；新型高風險環(huán)境污染物的高效處理新技術原理與生態(tài)安全性；廢水中污染物資源化利用過程中的轉化原理水污染與控制的重要研究方向：水質轉化的化學過程；廢/污水中傳統(tǒng)污染物削減新技術及其原理；難降解有毒有

7、機污水的處理原理、排放標準與生態(tài)安全性；污染水體的修復原理與方法；給水處理工藝中新型環(huán)境污染物的風險控制原理；廢水資源化利用的安全風險評價。4、在重大交叉研究領域中，污染物多介質界面行為、區(qū)域環(huán)境過程與調控領域的關鍵科學問題和重要研究方向有哪些？（第1章）關鍵科學問題：污染物的多介質界面行為與區(qū)域環(huán)境過程、遷移轉化過程的調控原理、污染物的削減與修復技術原理。重要研究方向：區(qū)域環(huán)境介質中典型污染物的濃度水平、源匯機制及復合污染過程；污染物的多介質界面行為、生物有效性、影響因素及機制；典型污染物的區(qū)域環(huán)境過程及調控機制；環(huán)境污染緩解與修復的技術原理。5、何謂全球變化？國際上對全球變化進行了哪些研究

8、，取得了什么研究成果？（第2章）全球變化：在不同的時間尺度和空間尺度上，地球自誕生以來一直不斷地發(fā)生著演化；在全球尺度上影響地球系統(tǒng)功能的變化稱為全球變化。國際上對全球變化的主要課題：國際地圈生物圈計劃(IGBP)、世界氣候研究計劃(WCRP)、國際全球環(huán)境變化的人文領域(IHDP)計劃、生物多樣性(DIVERSITAS)。研究成果：（一）對地球系統(tǒng)及其運行與演變規(guī)律有了較好的認識：地球系統(tǒng)是一個有機整體 ；對地球系統(tǒng)過去變化的認識；對南極臭氧洞變化的認識；就改變生物圈、影響地球系統(tǒng)運行的其它層面而言，人類活動已經開始趕上甚至超越了自然力；人類活動已經成為地球系統(tǒng)的一種顯著強迫（二）地球是一個

9、由生命自身進行控制的系統(tǒng)。（三）全球的變化不僅是氣候變化，這是真實的，并且正在發(fā)生和被加速。（四）人類的活動驅動多重和相互作用的影響，這些影響以復雜的連串方式作用于地球系統(tǒng)。（五）地球的動態(tài)可以通過臨界極限變化和突變來表征，人類活動能夠不經意地引發(fā)地球系統(tǒng)發(fā)生災難性后果的變化。（六）地球系統(tǒng)目前正以沒有相類似的狀態(tài)在運行。6、國際地圈-生物圈計劃正在開展的研究項目有哪些？（第2章）地球系統(tǒng)的分析、綜合與模擬；全球土地計劃；國際全球大氣化學；陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣化學綜合研究；綜合的海洋生物地球化學與生態(tài)系統(tǒng)研究；海岸區(qū)域內陸地海洋相互作用；過去的全球變化；海洋表面與低層大氣研究7、試述國際地圈-生

10、物圈計劃(IGBP)中的核心項目“國際全球大氣化學項目”(IGAC)的主要研究主題是什么？（第2章）主要研究大氣化學過程是如何調控的，生物過程在產生和消耗微量氣體中的作用，預報自然和人類活動對大氣化學成分變化的影響。 Theme 1: What is the role of atmospheric chemistry in amplifying or damping climate change? 主題1：在增強或減弱氣候變化中，大氣化學的作用是什么？Theme 2: Within the Earth System, what effects do changing regional emis

11、sions and depositions, long-range transport, and chemical transformations have on air quality and the chemical composition of the planetary boundary layer? 主題2：在地球系統(tǒng)：改變區(qū)域的排放和沉積，遠距離運輸，和化學變化對空氣質量以及行星邊界層的化學成分產生了什么影響？8、什么叫持久性有機污染物（POPs）？國際上自簽署了關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約以來，已確定禁止使用的POPs共有21種，它們分別是什么？（第3章）持久性有機污染物

12、(POPs)是指具有毒性、生物蓄積性和半揮發(fā)性,在環(huán)境中持久存在的,且能在大氣環(huán)境中長距離遷移并沉積回地球的偏遠極地地區(qū),對人類健康和環(huán)境造成嚴重危害的有機化學污染物質。 艾氏劑；DDT；狄氏劑；異狄氏劑；呋喃；HCB； 滅蟻靈；毒殺芬；氯丹； 二噁英；七氯；PCBs；-六氯環(huán)己烷； -六氯環(huán)己烷； 六溴聯(lián)苯醚和七溴聯(lián)苯醚； 四溴聯(lián)苯醚和五溴聯(lián)苯醚； 十氯酮； 六溴聯(lián)苯； 林丹；五氯苯；全氟辛烷磺酸、全氟辛烷磺酸鹽和全氟辛基磺酰氟。 9、判斷一種物質是否是POPs應當建立科學的判斷基準，ICCA（化學品協(xié)會國際理事會）推薦的判斷基準是什么？（第3章）持久性基準：用半衰期（t1/2）來判斷，在水

13、體中為180d，在底泥和土壤中為360d； 生物蓄積性基準：用生物富集系數來判斷，BCF>5000; 關于遠距離遷移并返回到地球上的基準：半衰期2d（空氣中）以及蒸汽壓在0.011kPa； 判斷在偏遠的極低地區(qū)一種物質是否存在的基準：該物質在水體中質量濃度大于10ng/L。 10、當前持久性有機污染物研究領域關注的熱點有哪些？（第3章）（1）采樣方法 （2）源問題（3）多溴代二惡英問題（4）介質間的遷移（5）氣候變化與POPs（6）規(guī)范分析方法（7）發(fā)展中國家POPs分析能力及能力構建的評估11、環(huán)境化學的研究方法包括哪幾類？（第1章）（1）現場研究；(2)實驗室研究；(3)實驗模擬系統(tǒng)

14、研究“煙霧箱”；(4)計算機模擬研究12、什么叫做環(huán)境內分泌干擾物？ 試舉3例具有內分泌干擾作用的化合物。（第4章）環(huán)境內分泌干擾物質是可通過干擾生物或人體內保持自身平衡和調節(jié)發(fā)育過程天然激素的合成、分泌、運輸、結合、反應和代謝等,從而對生物或人體的生殖、神經和免疫系統(tǒng)等的功能產生影響的外源性化學物質 。雙酚A、雌二醇、辛基酚、多溴二苯醚13、氣溶膠的概念。什么是一次氣溶膠和二次氣溶膠？氣溶膠對環(huán)境的影響主要有哪些方面？目前氣溶膠的研究熱點主要有哪些？（第5章）氣溶膠：通常是指固態(tài)或液態(tài)微粒均勻分散在氣體中而形成的穩(wěn)定體系。一次氣溶膠 由天然和人類活動直接排放的物質所形成的氣溶膠稱為一次氣溶膠

15、。二次氣溶膠 排入大氣的物質(包括氣體物質、一次氣溶膠和大氣氣體組分)經過化學轉化而形成的氣溶膠稱為二次氣溶膠。氣溶膠的影響：（一）對氣候的影響：直接影響：氣溶膠散射及吸收可見和紅外輻射、光散射取決于顆粒的尺寸分布和折射率、整體影響: 變冷。間接影響：作為云的凝聚核(CCN) ，CCN 越多覆蓋的云越多可能的影響：地球的反照率改變、水文循環(huán)改變（二）對大氣能見度的影響；（三）對大氣中化學過程的影響；（四）對人體健康的影響。研究熱點：1. 源解析；2PM的化學組成及其特征；3. 危害研究；4. 次級氣溶膠的生成14、來自火山爆發(fā)的硫酸鹽氣溶膠的形成途徑有哪些？（第5章）15、天然排放的有機化合物

16、，能夠與大氣氣相中的許多重要的活性物質有OH自由基、臭氧、H2O2和NO3自由基等發(fā)生反應，從而形成二次氣溶膠。試述-pinene（-蒎烯）在大氣氣相中與OH自由基反應生成次級有機氣溶膠的機制。（用反應式表示）（第5章）16、試述醛的酸催化的有機氣溶膠生長反應機制。（用反應式表示）（第5章） 17、什么叫做生物氣溶膠（bioaerosol）？（第5章）Bioaerosols, a group of organic aerosols ranging from 10 nm to 10 m, are airborne particles or large molecules that are eit

17、her alive, carry living organisms or are released from living organisms (e.g., bacteria, fungi, virus, pollen, cell debris, and biofilms; )生物氣溶膠是一群粒徑在10nm10m之間粒子組成的氣溶膠，空氣粒子或大分子，它們是活的生物體或者是生物體內釋放出來的粒子。（如細菌、真菌、病毒、花粉、細胞碎片和生物膜）18、什么叫做光化學反應？與熱化學反應相比，其有何特征？（第6章1）This term is generally used to describe a c

18、hemical reaction caused by absorption of ultraviolet, visible, or infrared radiation. There are many types photochemical counterparts. Among these are, namely, Photoadditions （光加成）photoeliminations （光消除）,photoisomerizations （光異構化）,photooxidations （光氧化）,photoreductions （光還原）,Photosubstitutions（光取代）,

19、etc.這個術語通常被用來描述由紫外線吸收、可見、或紅外輻射造成的一個化學反應。有許多光化學反應類型。其中包括,即光加成、光消除、光異構化、光氧化、光還原、光取代等。 能量源：光化學反應：依賴于光，更少的依賴于溫度；熱反應：依賴于熱，更多的依賴于溫度。活化分子：光化學反應：激發(fā)態(tài)，電子異構體；熱反應：中介狀態(tài)，原子和分子異構產物的能量：光化學反應：高，自由基；熱反應：低，原子或分子19、試述光化學第一定律及第二定律。量子產率（F）的概念是什么？F可以大于1嗎？舉例說明。（第6章1）The first law of photochemistry, known as the Grothus-Dra

20、per law, states that light must be absorbed by a chemical substance in order for a photochemical reaction to take place. In other words, molecules that do not absorb light of a particular frequency will not undergo a photochemical reaction when irradiated at that frequency.光化學第一定律，亦稱作光化活性原理（principl

21、e of photochemical activation）或格絡塞斯、德雷珀定律（Grothuss Drapers law，1818）。首先，只有當激發(fā)態(tài)分子的能量足夠使分子內的化學鍵斷裂時，亦即光子的能量大于化學鍵能時，才能引起光解反應。其次，為使分子產生有效的光化學反應，光還必須被所作用的分子吸收，即分子對某特定波長的光要有特征吸收光譜，才能產生光化學反應。The second law of photochemistry, the Stark-Einstein law, states that for each photon of light absorbed by a chemical

22、 system, only one molecule is activated for photochemical reaction. This latter law is also known as the photoequivalence law and was derived by Albert Einstein. 愛因斯坦在1905年提出，在初級光化學反應過程中，被活化的分子數（或原子數）等于吸收光的量子數，或者說分子對光的吸收是單光子過程（電子激發(fā)態(tài)分子壽命很短，吸收第二個光子的幾率很?。?，即光化學反應的初級過程是由分子吸收光子開始的，此定律又稱為Einstein光化當量定律。分子的

23、光吸收是單量子（光子）過程，在初始光化學過程中活化一個分子，所以初始過程的量子產額之和應為 1。量子產率（F）的概念：The quantum yield () of a process in which molecules give up their excitation energy (or "decay") is the fraction of excited molecules that decay via that pathway. Mathematically, the quantum yield of a process, such as photochemis

24、try, is defined as follows: 光化學反應中光量子的利用率。定義為進行光化學反應的光子與吸收總光子數之比可以大于1，例如：Thulium-doped 1.9-m fiber lasers, where ions are pumped into the level 3F24, and a cross-relaxation process populates the upper laser level 3H4. This could in principle lead to a quantum efficiency of up to 200%. Valu

25、es well above 100% can be reached in practice20、什么叫做分子的單線態(tài)（singlet states）和三線態(tài)（triplet states）？舉例說明。請寫出氧分子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的電子組態(tài)并注明單線態(tài)和三線態(tài)及對應光譜項。（第6章1）A molecule in which two unpaired electrons have the same spin is called a triplet（T） While one in which all spins are paired is a singlet（S）兩個未配對電子組成的的分子有著相同的自

26、旋被稱為三線態(tài)當自旋都成對時則稱為單線態(tài)。21、試寫出有機分子的四種激發(fā)類型。（第6章1）：烷烴有n或電子，只能以這種方式激發(fā)。：醇類，胺，醚類等也能以這種形式激發(fā)：這種路徑面向烯烴、醛，羧酸酯類：醛、酮、羧酸酯類經歷這種激發(fā)和其他三種類型22、試述熒光和磷光的產生機制。（第6章1）A molecule in the S1 state drops to some low vibrational level of the S0 state all at once by giving off the energy in the form of light. This process, which

27、generally happens within 10-9 sec, is called fluorescence (熒光) and is common for small molecules and rigid molecules (e.g., aromatic). 在S1態(tài)的分子遷移到S0的較低振動能級，此時以光的形式發(fā)出能量。這個過程被稱為熒光，一般在10-9秒內發(fā)生，常見的有小分子和剛性分子（如芳香族）A molecule in the T1 state may return to the S0 state by giving up heat (intersystem crossing

28、) or light (phosphorescence 磷光). T1態(tài)的分子遷移到S0態(tài)的同時放熱（系統(tǒng)間跨越）或發(fā)光（磷光）23、試述光化學過程有哪些？（第6章1）-D+/P+A (Electron Transfer電子轉移)P(Photoionization光致電離)P+M*24、環(huán)境光化學的研究領域有哪些？（第6章1）大氣中化學物質的光化學轉化；表水中化學物質的光化學轉化；土壤表面化學物質的光化學轉化；植物表面化學物質的光化學轉化25、環(huán)境光化學過程的作用有哪些？ （第6章1）使化合物發(fā)生轉化；改變化合物的環(huán)境行為；影響生物地球化學循環(huán)；26、潔凈對流層空氣光化學過程中吸收太陽光的重要

29、物質有哪些？其中臭氧（O3）的基本光化學反應有哪些（需寫出反應方程式）？（第6章1）答：潔凈對流層空氣光化學過程中吸收太陽光的重要物質有：O2、O3、NOx、HCHO、其他自然的有機化合物。O3 + hn(320nm) ® O2(1) + O(1D) (10%)O3 + hn(320nm) ® O2(1D or 1 S) + O(3 P)O3 +hn(440850nm) ® O2(3 S) + O(3 P)27、對流層大氣中O3的10%來自于平流層，90%源于本大氣層的光化學反應，試寫出其形成過程（用反應式表示）。O(1 D) + H2O ® 2OH (

30、95%) ® O(3P) + H2O (5%)O(3P) + O2 + M ® O328、潔凈對流層空氣光化學過程中重要的自由基有哪些？其重要的源有哪些（需寫出反應方程式）？（第6章1）羥基自由基 OH· Major sources: Photolysis of ozone(臭氧的光分解): O3 + hn(320nm) ® O2(1) + O(1 D) O(1 D) + H2O ® 2OH·Photolysis of HONO, HONO2 and H2O2: HONO + hn (l < 400 nm) ® OH&

31、#183; + NO HONO2 + hn (200 < l < 400 nm) ® OH· + NO2 H2O2 + hn (l £ 360 nm) ® 2OH·氫過氧自由基, HO2· Major sources:HCHO + hn (l < 370 nm) ® H + HCO H + O2 + M ® HO2· + M HCO + O2 ® HO2· + CO RO react with O2: RCH2ONO2 + hn ® RCH2O + NO2

32、RCH2O + O2 ® RCHO + HO2·29、試述對流層污染的空氣中烯烴的主要光化學過程有哪些？（需寫出反應方程式）（第6章1）（1）與OH反應：a.Addition（加成反應）：對稱烯烴：不對稱烯烴:b. a-H abstraction（脫a-H）：+H2O（2）與臭氧反應：30、試述在光化學煙霧形成過程中為什么大多數的NO轉化成NO2后空氣中的O3的濃度才增加？（需寫出反應方程式）（第6章1）2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) 31、試述在光化學煙霧形成過程中OH自由基的來源。（需寫出反應方程式）（第6章1）原子氧與水蒸氣反應生成羥基自由基：

33、O (g) + H2O (g) 2 OH· (g)32、下圖是碳氫化合物（非甲烷）、NO、空氣(O2、N2)混合物經紫外線照射后的時間成分關系圖。從圖中可知，NO和碳氫化合物（非甲烷）隨時間按先增加后減少變化。同時隨著NO和碳氫化合物（非甲烷）等初始反應物的氧化消耗，NO2和醛量（Aldehydes）增加；當NO耗盡時，NO2出現最大值。此后，隨著NO2的消耗(濃度下降)，氧化劑（oxidant）如O3和過氧乙酰硝酸酯(PAN)的量逐漸達到最大。試利用環(huán)境化學原理分析其過程及可能發(fā)生的環(huán)境現象，并闡述其機制。（第6章1）環(huán)境現象是：光化學煙霧O3 production and los

34、sPrimary O3 formation Primary photochemical reaction producing oxygen atomsO3 also reacts with NOFree radical induced reactionProduction of organic free radicals from hydrocarbons, RH:The peroxy radicals (RO2) then result in the conversion without consuming O3.Free radical reaction stop33、臭氧層破壞的催化機制

35、。為什么臭氧層空洞僅在極地地區(qū)上空發(fā)現？（第6章1）臭氧層破壞的催化機制：機理：（X代表催化劑，可以是Cl×, NO×, × OH, H× or Br× ( free radicals) ）總反應：機理 II：總反應：機理I的限制性：XO必須與原子氧反應，在較低的平流層中原子氧的濃度非常低（紫外C已被濾過）在極地冬季和春季大氣，極地平流層云已經作為捕獲自由表面大氣中的氮氧化物,導致從儲存庫中釋放氯。游離氯是主要臭氧催化損耗。Reactions for the production of molecular chlorine during the

36、 polar Winter:Overall:Reactions for the production of atomic chlorine during the polar Spring：34、（1）試述天然水中光化學過程的主要研究領域有哪些？（2）天然水中光作用下產生的活性物種有哪些？（第6章2）(1)研究主要圍繞以下幾個方面進行：天然水光化學過程發(fā)生的機制;天然水光化學過程對化合物遷移、轉化、歸宿的影響;天然水光化學過程對水生生物和水生生態(tài)系統(tǒng)的影響;天然水光化學過程對生物地球化學循環(huán)的影響。(2)天然水中的活性物種自由基：HO、eaq、O2-、HO2、R、ROO、NO等自由基。氧化劑：1O2、O3、H2O2、ROOH等 35、天然水中，化合物發(fā)生過化學過程可以分為哪兩大類？試各舉一實例說明。在天然水中，化合物發(fā)生的光化學過程可以分為兩大類：直接光解(Direct Photolysis): 例1 CH3I + hn CH3 + I 例2 C6Cl5OH + hn C6Cl4OH + Cl 例3 NO2 + hn NO + OH 例4 Fe(III)-OH + h