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南开大学环境化学课程试题（二） 一、名词解释（每题 3 分，共 5 题， 15 分） 1、 环境化学 环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应 及其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学 的一个新的重要分支 2、 大气垂直递减率 在大气对流层中，随着高度升高气温降低率为大气垂直递减率，通常用下式表示 =-dT/dz, T 为热力学温度，z 为高度。 pK 2 时，lgCO 3 2- 线斜率为零，lgCa 2 线斜率也为零。 B、当pK 1 pHpK 2 时，lgCO 3 2- 线斜率为1，lgCa 2 线斜率为-1 。 由于 Ca 2+ CO 3 2- =Ksp, 所以钙离子等与碳酸根具有正好相反的变化规律。 C、当pHpK 1 时，lgCO 3 2- 线斜率为 2，lgCa 2 线斜率为 -2。 4、用方程式举例说明有机磷农药在环境中的主要转化途径 参考答案：有机磷农药在环境中主要通过非生物降解以及生物降解两类作用发生转化，其中， (1) 有机磷农药的非生物降解包括吸附催化水解和光降解，举例如下： 水解: 地亚农等硫代磷酸酯的吸附催化水解反应如下： 身对温血动 物的毒性更大。又如辛硫磷在 253.7nm 的紫外光下照射 30 小时，其光解产物如下： 马拉硫磷的水解反应过程如下： 光降解：有机磷农药可发生光降解反应. 如马拉硫酸在大气中可以逐步发生光化学分解, 并在水和 臭氧存在下加速分解。在有机磷的光降解过程中 ,有可能生成比其自身毒性更强的中间产物。如乐 果在潮湿空气中可较快地发生光化学降解，但其第一步氧化产物氧化乐果比乐果本 (2) 有机磷农药的生物降解: 有机磷农药在土壤中被微生物降解是它们转化的另一条重要途径。如 马拉硫磷可被两种土壤微生物 绿色木霉和假单胞菌以不同的方式降解，其反应如下：（写出一种 反应路径即可得分） 5、请写出生物积累微分表达式及方程中各项的意义 式中： Cw 生物生存水中某物质浓度； () igieiiiiiiiwai i ckkcWck dt dc += 1,1,1, Ci 食物链 i 级生物中该物质的浓度； Wi， i-1 摄食率； i，i-1 同化率； kai i 级生物对该物质的吸收速率常数； kei i级生物中该物质的消除速率常数； kgi i级生物的生长速率常数。 6、请写出苯微生物降解的主要途径 O 单加 氧酶 O H H 2H H2O OH OH O 2 双 加 氧酶 COOH COOH COOH O-C=O COOH C=O O H 2 O -氧 化 CoASH COOH COOH O 儿茶酚 顺顺粘 康酸 粘康酸内 脂 酮己二酸烯 醇内酯 酮己二酸 CH 3 COSCoA + HOOC(CH 2 ) 2 COOH TCA循环CO 2 + H 2 O 乙酰辅酶A 琥珀酸 7、简述植物修复有机污染物的过程和机理 直接吸收 有机污染物被植物吸收后，可直接以母体化合物或以不具有植物毒性的代谢产物 的形态，通过木质化作用在植物组织中贮藏，也可代谢或矿化为水和二氧化碳等，或 随植物的蒸腾（呼吸）作用排出植物体。 植物分泌物的降解作用 植物的根系可向土壤环境释放大量分泌物，其数量约占植物年光合作用的 10 20%。植物产生的各种天然有机物或酶类，可以促进有机污染物在植物体外发生生物降 解。 增强根际微生物降解 植物根系分泌的一些物质及酶进入土壤，不但可以降解有机污染物，还向生活在 根际的微生物提供营养和能量，支持根际微生物的生长和活性，使根际环境的微生物 数量明显高于非根际土壤，生物降解作用增强。 8、请写出物质在直流电场作用下的主要迁移过程及原理 污染物主要通过下列过程进行迁移 电迁移指带电离子在土壤溶液中朝向带相反电荷电极向的运动； 电渗析流指土壤微孔中的液体( 一般带正电）在电场作用下的移动； 电泳指土壤中带电胶体粒子的迁移运动相对于稳定液体的运动。 四 综合及计算题（每题 7 分，共 3 题，21 分） 1、 综述环境中含卤素污染物的种类、来源、环境危害及归趋 （1） 含卤素小分子烷烃，如氟利昂 作为制冷剂 发泡剂等 臭氧层破坏 （2） 有机溶剂 四氯乙烯、三氯甲烷 地下水污染 （3） 有机氯农药 土壤污染，全球持久性有机污染物 （4） PCBs 和 PCTs 的产量曾超过 100 万吨，这些物质广泛用作蜡、打印用墨、油漆 和颜料，以及电容器绝缘液、变压器散热剂、液压机液体、传热液体、润滑油、增塑 剂、阻燃剂等。这些物质在生产、储存时 ，尤其在处置地都能进入环境。虽然 PCBs 和 PCTs 在很多国家已经禁止或严格限制生产和使用，但是它们在环境中仍然无处不 在。PCBs 和 PCTs 以及其他多氯有机物（如传统的农药 DDT， HCB， HCH 等）在世 界各地、大洋的底部乃至北极的冰雪中都可以检出，说明这类物质具有很强的远距离 迁移能力。 （ 5） 废水和饮用水中用氯进行消毒，以及造 纸厂的漂白工艺等都会产生很多已知的 和未知的氯代化合物，并进入环境。例如，三卤甲烷化合物（THMs ）就是这些氯代污 染物中比较重要的一类，其中包括 CHCl3、 CHBrCl2、 CHBr2Cl 及 CHBr3 等。 2、 最近，我国云南省阳宗海（30 平方公里）水中砷浓度迅速增高，目前尚未完全 搞清楚污染物的来源和分布，也没有很好的治理办法。请根据环境化学所学知识，针 对这一污染案例，提出污染特征调 查及污染治理的综合方案。 砷在水环境中主要以无机砷形式存在，有两个价态， 5 价砷和 3 价砷，随着pH 的变 化，砷酸和亚砷酸随着逐步电离的进行，以阴离子状态存在。砷可以与铁或铝形成很 强的配合物，而被土壤悬浮颗粒物吸附，沉降到底泥。因此对于砷污染特征的调查， 不仅仅要测定砷的总浓度，还要测定其价态。还要测定其在水相和底泥相的分布，因 为底泥的吸附可以暂时降低水相浓度，但是底泥可以作为一个污染内源造成阳宗海的 长期污染。还要测定可能影响到砷形态的一些环境条件，如pH 、氧化还原电位、含铁 量、有机质含量等，预测其最终归趋。微生物的活动还可以引起砷转化为AsH 3 ，挥发 到大气，还可以引起砷的甲基化，但是这些过程相对较弱。 对应砷可以采取含铁或铝的水合氧化物去除，但是亚砷酸吸附性能较差，可以利 用氧化剂对其进行先期氧化。 3、请计算当水溶液中有 0.1 mol/L 的 Cl - 离子存在时，在pH 7 时， Cd (OH) 2 的表观溶 解度如何增加。已知， Cd 2+ 与 OH - 形成配合物的逐级稳定常数为K 1 =4.3， K 2 =1.79， K 3 =1.34， K 4 =1.16， Cd 2+ 与 Cl - 的形成配合物的逐级稳定常数为 K 1 =34.7， K 2 =4.55， K 3 =1.27， K 4 =0.2 首先没有氯离子存在时，其在水中的物种形态包括 Cd 2 ，CdOH ，Cd(OH) 3 - ， Cd(OH) 4 2- = 1 1 OH- 2 OH- 2 3 OH- 3 4 OH- 4 Cd 2 0 = 1/ CdOH 1 =01OH - =0K 1 OH - Cd(OH) 3 - 3 =01OH - 3 =0K 1 K 2 K 3 OH - 3 Cd(OH) 4 2- 4 = 04OH - 4 = 0K 1 K 2 K 3 K 4 OH - 4 因此 由于配合作用，水中离子浓度是自由态镉离子浓度的 1 K 1 OH - K 1 K 2 K 3 OH - 3 K 1 K 2 K 3 K 4 OH - 4 1 4.3 10 3 。 1 同理，由于有氯离子存在，形成氯的配合物，水中离子浓度是自由态镉离子浓度的 1 K 1 Cl - K 1 K 2 Cl - 2 K 1 K 2 K 3 Cl - 3 K 1 K 2 K 3 K 4 Cl - 4 1 34.7 10 1 34.7 4.55 10 2 34.7 4.55 1.27 10 3 34.7 4.55 1.27 0.210 4 146.6 所以表观溶解度增高 146 倍。