《环境化学》第四章
环境化学 -1第四章 土壤环境化学1(2)
Ellipsometric Search for Vapor Layers at Liquid-hydrophobic Solid Surfaces. Y. Takata, J.-H. J. Cho, B. M. Law, and M. Aratono pp 1715 - 1721; (Research Article) DOI: 10.1021/la052599s
Langmuir, 2006, 22 (4), pp 1715–1721
Figure 2 Three rough surfaces in superhydrophobic Cassie’s state. A) Microstructure model; B) Nanostructure model. c) Hierarchical micro-and nanostructure model; Blue:water; gray: solid; white: air.
硅铝粘土层 准三层，d001~2.17 nm
硅铝粘土层 倾斜立式，d001~2.21 nm
图4-7 经CTMAB交换后的蒙脱石的层间距
探针
表面
原子力显微镜
7.88 [nm]
10.00 nm
bent
2 1 . 0 5 x 2 1 . 0 5 n m0 . 0 0
内蒙膨润土二维形貌与三维形貌断面线性轮廓AFM图
斥
力
作用区域
吸
引
感觉到表面
力
“feel” the
surface
环保应用 水合氧化铁、氧化铝——汤鸿霄院士（生态中心）
典型Al13硫酸盐与转化为Al30硫酸盐沉淀晶体形貌图像
铝总量， % 平均电荷
平均电荷
环境化学复习资料第四章 土壤环境化学 名词术语
第四章土壤环境化学名词术语1.土壤化学组成（Chemical composition of soil）指构成土壤的各种化学物质的种类和比例，土壤的化学组成包括①土壤矿物质：包括原生矿物和次生矿物；②土壤有机质，主要源于动植物和微生物残体，包括非腐殖物质和腐殖质；③土壤水分，并非纯水，实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成的溶液；④土壤中的空气。
2.土壤反应（Soil reaction）土壤酸碱性质的量度。
取决于土壤中氢离子浓度的大小，以pH值表示。
氢离子浓度高时，土壤呈酸性反应。
反之，呈碱性反应。
3.盐基饱和度（Base saturation percentage of soil）指土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数，与土壤母质、气候等因素有关4.土壤吸附（Soil adsorption）指土壤矿物质、土壤胶体和土壤有机质通过各种物理化学作用力对外源物质的结合。
土壤吸附能降低污染物的扩散系数，影响其生物可利用性，从而影响污染物在土壤中的行为和生态风险。
5.土壤络合（Soil complex）指土壤中，一些配位体通过配位键结合与进入土壤的物质结合而形成复杂的分子或离子，从而影响土壤中污染物的迁移和转化行为。
6.土壤退化（Soil degradation）又称土壤衰弱，是指土壤肥力衰退导致生产力下降的过程。
是土壤环境和土壤理化性状恶化的综合表征，包括有机质含量下降、营养元素减少、土壤结构遭到破坏、土壤侵蚀，土层变浅，土体板结、土壤盐化、酸化、沙化等。
其中，有机质下降，是土壤退化的主要标志。
在干旱、半干旱地区，原来稀疏的植被受破坏，土壤沙化，就是严重的土壤退化现象。
7.土壤污染源(Soil contaminant source)造成土壤污染的污染物来源，主要为工业和城市的废废弃物堆放、农业用的化肥及农药、污水直接排放、受污染的地表径流、大气沉降、以及放射性物质和有害微生物等。
8.土壤酸化(Soil acidification)土壤内部产生和外部输入的氢离子引起土壤pH值降低和盐基饱和度减少的过程，它又是一种重要的土壤退化形式，对区域食物安全、环境质量及人畜健康产生明显负面影响。
环境化学第二版课后题详解(第4、5章)
(辛硫磷）
(C2H 5O)2P ON C
（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。化学农药对土壤微 生物有抑制作用。 同时， 土壤微生物也会利用有机农药为能源， 在体内酶或分泌酶的作用下， 使农药发生降解作用，彻底分解为 CO2 和 H2O。如马拉硫磷可能被两种土壤微生物——绿 色木霉和假单胞菌——以不同方式降解，其反应如下：
阳离子交换吸附作用原理：以离子价为为依据，受质量作用定律支配，土壤胶体吸附的阳离 子与土壤溶液中的阳离子进行等价交换。 阳离子交换吸附作用特点：1 离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。 2 同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因而具有 较强的交换能力。 3 土 壤 中 一 些 常 见 阳 离 子 的 交 换 能 力 顺 序 ： Fe3+＞Al3+＞H+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞Cs+＞Rb+＞NH
3.土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。
土壤溶液的缓冲作用，土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐植酸和其他有机酸等弱酸及其 盐类，构成了一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。 举例：当向土壤加入盐酸时，土壤溶液中的碳酸钠与其作用生成氯化钠和碳酸，抑制了酸度 的提高。 NaCO3+2HCl=2NaCl+H2CO3 土壤的缓冲作用， 土壤胶体吸附有各种阳离子， 其中盐基离子和氢离子分别对酸和碱起缓冲 作用。
②光降解：有机磷农药可发生光降解反应，如辛硫磷在 253.7nm 的紫外光照射 30h 下，光解 产物如下：
O (C2H5O)2P SN O S (C2H5O)2P CN (C2H5O)2P O
CN C （辛硫磷感光异构体）
完整版一到四章《环境化学》(戴树桂_第二版)课后习题解答..
《环境化学》（戴树桂第二版）课后部分习题解答第一章绪论4、根据环境化学的任务、内容和特点以及发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课？环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特征、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。
环境化学以化学物质在环境中出现而引起环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新型科学。
其内容主要涉及：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态，潜在有害物质的来源，他们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效用的机制和风险性；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。
环境化学的特点是要从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。
目前，国界上较为重视元素（尤其是碳、氮、硫和磷）的生物地球化学循环及其相互偶合的研究；重视化学品安全评价、臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。
当前我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是：以有机物污染为主的水质污染、以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废物和城市垃圾对水题和土壤的污染。
5、环境污染物有哪些类别？主要的化学污染物有哪些？按环境要素可分为：大气污染物、水体污染物和工业污染物。
按污染物的形态可分为：气态污染物、液态污染物和固体污染物；按污染物的性质可分为：化学污染物、物理污染物和生物污染物。
主要化学污染物有：1.元素:如铅、镉、准金属等。
2.无机物：氧化物、一氧化碳、卤化氢、卤素化合物等3.有机化合物及烃类：烷烃、不饱和脂肪烃、芳香烃、PAH等；4.金属有机和准金属有机化合物：如,四乙基铅、二苯基铬、二甲基胂酸等；5.含氧有机化合物：如环氧乙烷、醚、醛、有机酸、酐、酚等；6.含氮有机化合物：胺、睛、硝基苯、三硝基甲苯、亚硝胺等；7.有机卤化物：四氯化碳、多氯联苯、氯代二噁瑛；8.有机硫化物:硫醇、二甲砜、硫酸二甲酯等；9.有机磷化合物:磷酸酯化合物、有机磷农药、有机磷军用毒气等。
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_第四章 大气环境和性质
中毒情况
数千人发病60人死亡，咳嗽、呼 吸短促、流泪等 4天内6000人患病，17人死亡， 咳嗽、喉痛、胸闷 5天内4000人死亡，已发生12次 死近万人，胸闷、咳嗽、喉痛 400人死亡，多数人患病，刺激 眼、鼻、喉，引起眼病，喉炎
原因
SO2转化为SO3进入 肺部 SO2同烟尘作用生成硫 酸盐，吸入肺部 粉尘中Fe2O3使SO2转为 硫酸，吸入肺部
食用含有甲基汞的鱼
使用含镉米和含镉水 有毒重金属颗粒及 SO2吸入肺部 食用含有多氯联苯的 米糠油
第一节 60年代后
大气污染化学概述
酸性降水在北美、北欧的出现，人们便开展了酸
雨形成机制的研究，并发现了酸雨的前体物（SOx和NOx）以 及几种氧化致酸的途径和作用。（发展了液相和多相化学）
70年代后 由于南极上空“臭氧洞”的发现以及温室效应对气
增加而降低。
第二节 天然大气环境特征及化学组成
2、电离状态------ 60km以上为电离层，离子密度大， 60~90km主要为NO光解离； 90~120km主要为O2光解
大气的总质量约为5.2×1015吨，仅占地球质量的106分之一。其中90%集中
在地球表面30km以内。
第二节 天然大气环境特征及化学组成 一、大气的范围及结构 根据大气在铅直方向上的温度、化学组成、物理特性，大气
圈可分为若干层次。
●按大气中化学组成的分布，大气圈可分为均质层（90km 以下）和非均质层（90km以上）； ●按大气的电离状态分布，可将在大气分为电离层（60km 以上）和非电离层（60km以下）。
候变暖的作用，使得人们开始注意并研究 氯氟烃（CFCs）等痕量气体对平流层O3的耗损， 及CO2、CH4增多而造成的地球温室效应。 （平流层化学迅速发展）（目前臭氧洞已达2800万平方公里）.
环境化学第四章
非活体 非腐殖质（动植物残体、蛋白质、糖 类、纤维素、树脂、有机磷、有机氮、有 机酸等，约占10%） 腐殖质（土壤中特有的有机物，由植 物经微生物降解转化而成，不属于有机化 学中现有的任何一类，占85-90%）
3．土壤水分
土壤溶质包括：无机胶体、有机胶体、 无机盐类、有机化合物、配合物、溶 解气体 土壤水分的意义： 土壤水分既是植物 营养物的来源，也是污染物向其他圈 层迁移的媒介
|土壤胶体|-H+ + KCl → |土壤胶体|-K+ + HCl
|土壤胶体|-Al3++ 3KCl→|土壤胶体|-3K+ + AlCl3 AlCl3 + H2O → Al(HO)3 + 3HCl
水解性酸度
用强碱弱酸盐淋洗土壤，溶液中金
属离子可将土壤胶体吸附的 H+、Al3+ 离
子代换出来，同时生成弱酸，此时测定
在沙漠化的过程中人为破坏的因素是 最大的危害，由于不适当的开荒造成了内 蒙、黑龙江、吉林、宁夏等地区沙漠化面 积达 26400km2。同样由于天然植被的破 坏，新疆、内蒙、甘肃等土地沙漠化的面 积达22600 km2。原来著名的科尔沁草原 和额尔多斯草原不得不更名为科尔沁沙地 和毛乌素沙地。
月牙泉
第四章
土壤环境化学
参考书目 环境化学 戴树桂 主编 高等教育出版社
简
介
土壤是自然环境要素的重要组成之一， 它是处于岩石圈最外面的一层疏松的部 分,具有支持植物和微生物生长繁殖的能 力，称作土壤圈。 土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的 物质能力，所以土壤又是保护环境的重要 净化剂，这就是土壤的两个重要的功能。
2
环境化学第四章土壤
价交换和受质量作用定律支配外，各种阳离子交换能力的强
弱，主要依赖于以下因素： 电荷数，离子电荷数越高，阳离子交换能力越强；
离子半径及水化程度，同价离子中，离于半径越大，水
化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。
第二节 土壤的性质
土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序如下： Fe3+＞Al3+＞H+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞Cs+＞Ru+＞
第二节 土壤的性质
b.潜性酸：
其来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。当这些离
子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们通过离子交 换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的 H+ 浓度， 使土壤 pH 值降低。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其 大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。据测定土壤潜性酸
②水解性酸度： 用弱酸强碱盐 (如醋酸钠)淋洗土壤，溶液中金属离子可
以将土壤胶体吸附的 H+ 、 A13+ 代换出来，同时生成某弱酸
(醋酸)。此时，所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。
第二节 土壤的性质
③活性酸与潜性酸的关系：
土壤的活性酸与潜性酸是同一个平衡体系的两种强度，
二者可以互相转化，在一定条件下处于暂时平衡状态。土 壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体
第二节 土壤的性质
一般土壤缓冲能力的大小顺序是： 腐殖质土＞枯土＞砂土。 土壤的可变电荷越多，缓冲能力越强。土壤缓冲能力 越大，对酸碱污染物的容量就越大。但是，土壤的缓冲能 力的大小是有一定限度的，超出这个限度，土壤的酸碱度 会发生强烈的变化。
1 2 3 4 5 6
大气的环境化学第四章 对流层气相化学
第一节 NO、NO2和O3的基本光化学循环
NO、NO2和O3之间存在着的化学循环是大气光化学 过程的基础
N 2 h O N O O 3 P
O 3 P O 2 O 3
O 3 P O 2 M O 3
(4—1） （4—2） (4—3）
<424nm
NO浓度与O3生成的关系
NO浓度低于2×10-12~10×10-12时， CO和CH4将消耗O3，成为O3汇
k N 1H 1 O k 2 14 H N O 2O O 7 k 114 H 70 个 2 /c 2 O 3 m 体 NCOO积 浓 和度 CH高4分 3 将于 生11 0成--11 0 数 2O时23，，成约 为O3为 的源 k11
1940年，美国洛杉矶首次出现光化学烟雾 1950s，Haggen-simt 确定了空气中刺激性气体为O3， 并初次提出有关光化学烟雾形成的理论。 继美国之后，光化学烟雾在世界各地不断出现，欧洲O3 污染与美国类似。 1980s，中国甘肃兰州和北京先后出现光化学烟雾。 20世纪末，京津地区、珠江三角洲、长江三角洲都出现 了比较严重的光化学烟雾污染。
清洁大气中，非甲烷烃 含量很低 OH的生成主要依靠O(1D) 与H2O的作用 主要的汇是CO和CH4
二、NO在清洁大气化学过程中的作用
自然界除了向大气中排放CH4和CO外，还排放少量NO 和含碳数较高的碳氢化合物，这些天然CO、CH4和有机 物对O3的大气浓度有影响，主要取决于NO浓度。
CO OH CO 2 H H O 2 M HO 2 HO 2 NO NO 2 OH HO 2 HO 2 H 2O 2 O 2 HO 2 O 3 OH 2O 2
环境化学_第四章 污染物的生态毒理
一、物质通过生物膜的方式
(5) 胞吞和胞饮 少数物质与膜上某种蛋白质具有特殊的亲和力， 少数物质与膜上某种蛋白质具有特殊的亲和力，当其 与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力， 与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起膜的外包 或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一转运称为胞吞， 或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一转运称为胞吞， 液体物质的这一转运称为胞饮。 液体物质的这一转运称为胞饮。
dQ ∆C ∆C = − DA dt ∆x ∆x − − − 膜厚度； ∆C − − − 膜两侧物质浓度梯度； A − − − 扩散面积； D − − − 扩散系数；
一、物质通过生物膜的方式
水分配系数越大， 脂/水分配系数越大，分子越小，不容易离解的分子，扩 水分配系数越大 分子越小，不容易离解的分子， 散系数越大。被动扩散不需要耗能，不需要载体参与， 散系数越大。被动扩散不需要耗能，不需要载体参与， 没有 特异性选择、竞争性抑制及饱和现象。 特异性选择、竞争性抑制及饱和现象。
一、生物富集
影响生物富集因子的因素： 影响生物富集因子的因素： 污染物质因素：脂溶性、可降解性、（结构） 污染物质因素：脂溶性、可降解性、（结构） 、（结构 生物因素：生物种类、大小、性别、器官、 生物因素：生物种类、大小、性别、器官、发育阶段 环境因素：温度、盐度、硬度、 、氧含量、 环境因素：温度、盐度、硬度、pH、氧含量、光照
内容
生物富集、 第三节 生物富集、放大与积累
一、生物富集 二、 生物放大 三、生物积累
一、生物富集
Bioconcentration 生物富集是指生物通过非吞食方式， 生物富集是指生物通过非吞食方式，从周围环境中蓄积 是指生物通过非吞食方式 某种元素或难降解性物质， 某种元素或难降解性物质，使其在机体内的浓度超过周围环 元素 境中的浓度的现象。生物富集常用生物富集系数(生物浓缩系 境中的浓度的现象。生物富集常用生物富集系数 生物浓缩系 数、生物富集因子)表示： 表示： 生物富集因子 表示
环境化学 -1第四章 土壤环境化学1(3)
假设含有3%SOM、3%水、94%无机成分，中间部分 为HA，在其孔隙中包含有1个三糖和1个六肽；周围部 分为8个硅氧层；SOM通过Fe3+和Al3+离子与硅酸盐结 合；该模型中包含23个氢键，其中13个为SOM分子内 氢键、9个为在粘土组分中、1个为SOM和硅酸盐层之 间。SOM结构模型中的孔隙能够容纳有机物质、无机 物质和水，其官能团能与金属和无机矿物发生反应， 并为植物和微生物提供营养成分
核磁共振（NMR，Nuclear Magnetic Resonance）是基 于原子尺度的量子磁物理性 质。具有奇数质子或中子的 核子，具有内在的性质：核 自旋，自旋角动量。核自旋 产生磁矩。
NMR观测原子的方法，是 将样品置于外加强大的磁场 下，现代的仪器通常采用低 温超导磁铁。
Classes alkyl C (0-50 ppm) O-alkyl C (50-110 ppm) aromatic C (110-160 ppm) phenolic C (140-160 ppm) carboxyl C (160-185 ppm) carbonyl C (185-220 ppm)
Schnitzer和Khan的富里酸模型(1972)
元素组成式为C308H328O90N4。其结构特点是芳香环通过脂肪链 相互连接，氧原子以羧基、酚羟基、醇羟基、酯、醚和酮的形 式存在，氮原子以杂环和氰基的形式存在；碳的骨架中含有大 量不同尺度的孔隙，可以捕获和固定其它有机物质(如糖类和 蛋白质等)、无机物质(如粘土矿物和金属氧化物等)和水分子
Schulten和Schnitzer(1993)的HA的二维结构模型 Schulten和Schnitzer(1990)应用热解场离子化质谱法(PyFIMS)和裂解/色谱-质谱(Py-GC/MS)等手段分析腐殖酸
环境化学课件(第四章土壤环境化学)
2. 次生矿物 次生矿物是岩石经历化学风化（氧化、水解和酸
性水解）形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都发 生了改变。次生矿物粒径较小，大部分以黏粒和胶体 （粒径小于0.002 mm）分散状态存在。
分类：根据次生矿物的性质与结构划分为简单盐类、 氧化物类和次生铝硅酸盐类。
氧化物类和次生铝硅酸盐类是土粒中最细小的部分， 比表面积大，在物理性质上表现为强烈的吸水膨胀、 失水收缩的特点， 称为黏土矿物。有明显的胶体特征， 所以土壤学中习惯把黏土矿物视为土壤矿物胶体。次 生矿物是构成土壤的最主要组成部分，对土壤中无机 污染物的行为和归宿影响很大。
极细砂
0.2~0.06
100
粉砂 粘粒
砂质粉砂 中粉砂 细粉砂 粘粒 胶体
0.06~0.02 0.02~0.006 0.006~0.002
<0.002 <0.0002
10000
100000 1000000
（二）土壤质地分类和主要特性 土壤质地：土壤粒级组合体所表现的粗细程度称为质地 .
土壤质地分类是以土壤中各粒级含量的相对百分比作 标准的。主要有国际制、美国制和前苏联制。
四、土壤的物理化学性质
（一）土壤的吸附性 土壤具有吸附性能是因为土壤中存在具有巨大表面能，并带有电荷的矿物胶 体和有机胶体，能吸附气体或液体、分子或离子。 1. 土壤胶体的性质 (1)土壤胶体具有巨大的比表面和表面能：比表面是单位体积或重量物质的总 表面积。土粒愈细，总表面积愈大，比表面也愈大，表面能也越大。
➢气候是直接的水、热、空气条件，它使相同的母质在不同的 气候条件下产生不同的物理、化学和生物学变化。
➢地形使气候因素发生局部的重新分配，是间接的水、热、空 气条件。
➢生物通过生长繁育、新陈代谢进行着有机物质的合成与分解， 一方面充实与丰富了土壤的基质，另一方面以有机物形式为土 壤累积化学能。
《环境化学》第四章
土壤的自净作用
• • • • • • 首先，土壤是一个多相的疏松多孔体系。 第二，土壤是一个胶体体系。 第三，土壤是一个络合-螯合体系。 第四，土壤是一个氧化-还原体系。 第五，土壤是一个化学体系。 第六，土壤是一个生物体系。
土壤环境污染
• 土壤环境污染是指人类活动产生的环境 污染物进入土壤并积累到一定程度，引 起土壤环境质量恶化的现象。 • 度量土壤污染时，不仅要考虑土壤的背 景值，更要考虑植物中有害物质的含量、 生物反应和对人体健康的影响。 • 土壤环境污染有隐蔽性和潜伏性、不可 逆性和长期性两大特点。
土壤中重金属的来源
• 由于采用城市污水或工业污水灌溉，使其中的 有机物及重金属污染物进入农田； • 矿渣、炉渣及其他固体废弃物任意堆放，其淋 溶物随地表径流进入农田；这些都可造成土壤 重金属污染。 • 当进入土壤的重金属元素积累到一定程度，超 过作物的需要和可忍受的程度，作物生长受到 影响；或作物生长并未受害，但其产品中重金 属含量超过卫生标准，就有可能对人、畜产生 一定的危害。
土壤空气
• 土壤空气是指土壤孔隙中存在的各种气体混合 物。
土壤空气与大气组成的比较
土壤空气 CO2 0.15%~0.Biblioteka 5% 大气 0.033%O2
H2O
10.36%~20.73%
＞70%
20.96%
＜4%
N2
78%~86%
78.1%
第三节 土壤的基本性质
土壤的吸附特性
土壤中具有胶体性 质的微细颗粒
土壤的吸收性能
（5）土壤的物理化学吸收性能：土壤对 可溶性物质中的离子态养分的保持能力。 土壤的阳离子交换：带负电荷的土壤胶 体所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离 子发生交换而达到动态平衡的过程。 土壤的阴离子交换：带正电荷的土壤胶 体所吸附的阴离子与土壤溶液中的阴离 子发生交换而达到动态平衡的过程。
(NEW)戴树桂《环境化学》(第2版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
第一章 绪 论 1.1 复习笔记 1.2 课后习题详解 1.3 考研真题详解
第二章 大气环境化学 2.1 复习笔记 2.2 课后习题详解 2.3 考研真题详解
第三章 水环境化学
3.1 复习笔记 3.2 课后习题详解 3.3 考研真题详解 第四章 土壤环境化学 4.1 复习笔记 4.2 课后习题详解 4.3 考研真题详解 第五章 生物体内污染物质的运动过 程及毒性 5.1 复习笔记
图1－6 汞在环境各圈层的迁移转化过程 汞在环境中的存在形态有金属汞、无机汞化合物和有机汞化合物三种。 在好氧或厌氧条件下，水体底质中某些微生物能使二价无机汞盐转变为 甲基汞和二甲基汞。甲基汞脂溶性大，化学性质稳定，容易被鱼类等生 物吸收，难以代谢消除，能在食物链中逐级放大。甲基汞可进一步转化 为二甲基汞。二甲基汞难溶于水，有挥发性，易散逸到大气中，容易被 光解为甲烷、乙烷和汞，故大气中二甲基汞存在量很少。在弱酸性水体 （pH4～5）中，二甲基汞也可转化为一甲基汞。
（2）生物圈。人类的砍伐、屠杀野生动物，造成生态系统的破坏，食 物链的断裂或减少，使生态系统的物质循环，能量流动受到影响，各种 生态系统的恢复力以及抗破坏力减弱； （3）土壤圈。树木的砍伐造成水土流失，人们盲目施肥造成土壤污 染。 （4）水圈。重金属等对水的污染日益凸显。 （5）岩石圈。酸雨产生溶洞腐蚀，过度砍伐使风化现象加剧。 五大圈层相辅相成，一个受到影响会引发其他的影响，进而造成自然灾 害，造成生命财产损失，人类的活动最终的苦果还要人类自己承受。 3．你对于氧、碳、氮、磷、硫几种典型营养性元素循环的重要意义有 何体会？ 答：（1）氧、碳、氮、磷、硫元素的循环过程 ①氧的循环
1.3 考研真题详解
一、填空题
1．环境化学是一门研究有害物质在环境介质中的存在、______、 ______、______及其控制的化学原理和方法的科学。（武汉科技大学 2015年研；江西理工大学2014年研）
环境化学第四章土壤环境化学
环境化学第四章土壤环境化学第四章土壤环境化学1、土壤圈：处于岩石圈最外面的一层疏松的部分，具有支持植物和微生物生长繁殖的能力。
是联系有机界和无机界的中心环节，还具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力。
主要元素O、Si、Al、Fe、C、Ca、K、Na、Mg、Ti、N、S、P等。
2、土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。
其本质属性是具有肥力土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。
土壤矿物质：是岩石经过物理和化学风化的产物，由原生矿物和次生矿物构成。
土壤有机质：土壤中含碳有机物的总称，是土壤形成的标志，土壤肥力的表现。
土壤水分：来自大气降水和灌溉土壤中的空气：成分与大气相似，不连续，二氧化碳比氧气多。
3、土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，称为土壤的缓冲性能。
4、土壤中存在着由土壤动物、土壤微生物和细菌组成的生物群体。
5、典型土壤随深度呈现不同层次，分别为覆盖层、淋溶层、淀积层和母质层。
6、土壤的显著特点是具有：隐蔽性、潜在性和不可逆性。
7、岩石化学风化分为氧化、水解和酸性水解三个过程。
8、什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。
（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。
（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。
当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。
根据测定潜性酸度的提取液不同，可分为代换性酸度、水解性酸度：代换性酸度：用过量的中性盐（KCl、NaCl等) 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、Al3+离子交换。
用强碱弱酸盐淋洗土壤，溶液中金属离子可将土壤胶体吸附的H+、Al3+离子代换出来，同时生成弱酸，此时测定该弱酸的酸度称水解性酸度。
环境化学课后答案(戴树桂)主编-第二版(4-7章)
第四章土壤环境化学1．什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用它们二者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。
根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。
（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。
（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。
当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。
南方土壤中岩石或成土母质的晶格被不同程度破坏，导致晶格中Al3+释放出来，变成代换性Al3+，增加了土壤的潜性酸度，在一定条件下转化为土壤活性酸度，表现为pH值减小，酸度偏高。
2．土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。
土壤缓冲性能包括土壤溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能：（1）土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液中H2CO3、H3PO4、H4SiO4、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类具有缓冲作用。
以碳酸及其钠盐为例说明。
向土壤加入盐酸，碳酸钠与它生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。
Na2CO3 + 2HCl2NaCl + H2CO3当加入Ca(OH)2时，碳酸与它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土壤碱度的变化范围。
H2CO3 + Ca(OH)2CaCO3 + 2H2O土壤中的某些有机酸（如氨基酸、胡敏酸等）是两性物质，具有缓冲作用，如氨基酸既有氨基，又有羧基，对酸碱均有缓冲作用。
（2）土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。
对酸缓冲（M－盐基离子）：对碱缓冲：Al3+对碱的缓冲作用：在pH小于5的酸性土壤中，土壤溶液中Al3+有6个水分子围绕，当OH－增多时，Al3+周围的6个水分子中有一、二个水分子离解出H+，中和OH-：2Al(H2O)63＋+ 2OH－[Al2(OH)2(H2O)8]4+ + 4H2O3．植物对重金属污染产生耐性作用的主要机制是什么？不同种类的植物对重金属的耐性不同，同种植物由于其分布和生长的环境各异可能表现出对某种重金属有明显的耐性。
环 境 化 学 (第四章 土壤环境化学-第二节)
主动迁移
在需消耗一定的代谢能量下，一些物质可 在低浓度侧与膜上高浓度的特异性蛋白载体结 合，通过生物膜至高浓度侧解离出原物质。这 一转运称为主动转运 所需代谢能量来自膜的三磷酸酰苷酶分解 三磷酸酰苷(ATP)成二磷酸酰苷（ADP）和磷 酸时所释放的能量。
具有竞争性抑制、特异性选择和饱和 现象。 如钾离子在细胞内外浓度分布： [K+](细胞内) 》[K+](细胞外)
三、重金属在土壤－植物体系中的迁移及其机制
1．土壤－植物体系
土壤-植物体系具有转化储存太阳能为 生物化学能的功能，而微量重金属是土 壤中植物生长酶的催化剂；
又是一个强的“活过滤器”，当有机 体密度高时，生命活力旺盛，可以经过 化学降解和生物代谢过程分解许多污染 物；
微量重金属可以促进土壤中许多物质的 生物化学转化，但土壤受重金属污染负荷 超过它所承受的容量时，生物产量会受到 影响。 因此，土壤-植物系统通过一系列物理 化学或生物代谢过程对污染物进行吸附、 交换、沉淀或降解作用，使污染物分解或 去毒，从而净化和保护了环境。
五 几种重金属在土壤-植物体系中的积累和迁移 砷 (As)
土壤中砷的形态：水溶态、吸附态和 难溶态前二者又称可给态砷，可被植物吸收 吸收：有机态砷 → 被植物吸收 → 体内降 解为无机态 → 通过根系、叶片的吸收→体 内集中在生长旺盛的器官 如：水稻，根 > 茎叶 > 谷壳 > 糙米
毒性：甲基化砷 > H3AsO3> H3AsO4 微生物转化 （p276)
土壤背景值中含量较高的元素 为： Mn、Cr、Zn、Cu、Ni、La、 Pb、Co、 As、Be、Hg、Se、Sc、 Mo(mg/kg)。
土壤中重金属污染
重金属污染土壤的特点：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 土壤中因含有土壤胶体而具有吸附性。 无机胶体 • 土壤胶体 有机胶体 无机-有机复合胶体
土壤胶体的性质
（1）具有巨大的比表面和表面能：土壤 胶体由于颗粒细小，因而具有巨大的表 面积。 （2）电荷性质：土壤胶体带有一定电荷， 所带电荷性质主要决定于胶粒表面固定 离子的性质。 溶胶 （3）凝聚性和分散性 凝胶
土壤环境背景值
• 土壤是受自然过程和人为影响的一类成 分含量复杂的体系。 • 不受各种污染源（如工业、道路、矿山、 农用化学品等）明显影响的土壤中化学 物质检出量称为土壤背景值，或土壤环 境背景值。 • 土壤环境背景值只是代表土壤环境发展 中一个历史阶段的、相对意义上的数值。
土壤环境容量
• 土壤环境容量（或称土壤负载容量）是 指一定环境单元、一定时限内遵循环境 质量标准，既维持土壤生态系统的正常 结构和功能，保证农产品生物学产量与 质量，同时也不使环境系统污染时，土 壤所能容纳污染物的最大负荷量。 ①土壤环境静容量 ②土壤环境动容量
土壤的自净作用
• • • • • • 首先，土壤是一个多相的疏松多孔体系。 第二，土壤是一个胶体体系。 第三，土壤是一个络合-螯合体系。 第四，土壤是一个氧化-还原体系。 第五，土壤是一个化学体系。 第六，土壤是一个生物体系。
土壤环境污染
• 土壤环境污染是指人类活动产生的环境 污染物进入土壤并积累到一定程度，引 起土壤环境质量恶化的现象。 • 度量土壤污染时，不仅要考虑土壤的背 景值，更要考虑植物中有害物质的含量、 生物反应和对人体健康的影响。 • 土壤环境污染有隐蔽性和潜伏性、不可 逆性和长期性两大特点。
土壤有机质
• 土壤有机质是指土壤中动植物残体和微 生物体及其分解和合成的物质。 • 土壤有机质包括两大类，一类是动植物 残体及其分解的中间产物，占有机质总 量的10%~15%；第二类为土壤腐殖质， 占土壤有机质的85%~90%。 • 有机质对于土壤肥力的形成具有非常重 要的作用：
土壤有机质
（1）土壤有机质含有丰富的植物所需要 的营养元素，不断供应植物吸收利用； （2）土壤有机质具有很强的代换能力， 可以大量吸收、保存植物养分，以免淋 溶损失； （3）土壤有机酸和氨基酸是络合剂，与 钙、镁、铁、铝形成稳定的络合物，能 提高无机磷酸盐的溶解性，从而便于植 物的吸收；
土壤有机质
（4）土壤中腐殖质与金属离子形成络合 物的能力较强，有活化土壤微量元素的 作用； （5）土壤有机胶体中的有机弱酸，其盐 类具有两性胶体的作用，有缓冲酸碱化 的作用； （6）腐殖质是胶结剂，能使土壤形成良 好的团粒结构，改善土壤耕性； （7）腐殖质色暗，可增加土壤吸热力， 同时其导热性小，有利于保温。
800-900
土壤的吸收性能
（1）土壤机械吸收性能：土壤对物体的机 械阻留，其大小主要取决于土壤的孔隙状 况。 （2）土壤物理吸收性能：土壤对分子态物 质的保存能力。 （3）土壤化学吸收性能：土壤中的可溶物 经化学反应转化为沉淀物。 （4）生物吸收性能：土壤中植物根和微生 物对营养物质的吸收。
土壤水分
• 土壤水是土壤重要的组成成分和重要的 肥力因素。它不仅是植物生活的必需的 物质，而且还是土壤系统中物质与能量 的流动介质。 • 土壤水主要来源于大气降水、地下水、 灌溉水和大气凝结水，而主要损耗于土 壤蒸发、植物吸收、植物蒸腾和水的渗 漏与径流。
土壤水分的循环
土壤水分
• 土壤水可以划分为吸湿水、毛管水和重 力水。 • 吸湿水是指土壤颗粒表面张力所吸附的 水汽分子。 • 毛管水是指毛管空隙中毛管力吸附保存 的水。 • 重力水是指土壤含水量超过土壤持水量 时沿非毛管空隙下移的多余的水。
土壤中重金属污染的特点
• 重金属易与环境中的有机、无机配体形成络合 物，可被土壤胶体吸附，移动性小，不易被水 淋溶，也不易被微生物所降解； • 相反，重金属可在微生物作用下转化成毒性更 大的金属有机化合物。 • 由此可见，重金属易被土壤吸持并积累，植物 和其他生物能吸收、累积重金属。 • 土壤一旦受到重金属污染，就很难予以彻底消 除；若向地表水或地下水中迁移，可加重水体 污染。
土壤生物
土壤生物的功能
（1）分解有机物质，直接参与碳、氮、硫、磷等元 素的生物循环，使植物需要的营养元素从有机质 中释放出来，重新供植物利用。 （2）参与腐殖质的合成和分解作用。 （3）某些微生物具有固定空气中氮，溶解土壤中难 溶性磷和分解含钾矿物等的能力，从而改善植物 的氮、磷、钾的营养状况。 （4）土壤生物的生命活动产物如生长刺激素和维生 素等能促进植物的生长。 （5）参与土壤中的氧化还原过程。
4、土壤酸度有三种表示方法，其中 pHH2O＜pHKCl＜pHNaAC 5、土壤胶体吸附H+和Al3+时使土壤显酸 性，吸附Ca2+、Mg2+较多时使土壤显中 性，吸附Na+较多时使土壤显碱性。 6、电价数相同的交换性阳离子，其水化 半径小的交换能力强。 7、旱地通气条件良好，则Eh比水田要高。
土壤的氧化还原性
• (土壤胶体)—H++KCl⇌(土壤胶体)—K++HCl
• (土壤胶体)—Al3++3KCl⇌(土壤胶体)—3K++AlCl3 • AlCl3+H2O⇌Al(OH)3+HCl
• • • • • • •
Na2CO3+2H2O ⇌ 2NaOH+H2CO3 NaHCO3+H2O ⇌ NaOH+H2CO3 2CaCO3+2H2O+CO2 ⇌ Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2+ H2O ⇌ H2CO3+Ca(OH)2 Ca(OH)2 ⇌ Ca2++2OH胶粒＝Ca＋2H2O ⇌ H-胶粒-H+ Ca(OH)2 胶粒＝Na＋H2O ⇌ 胶粒-H+Na++OH-
土壤中重金属的来源
• 由于采用城市污水或工业污水灌溉，使其中的 有机物及重金属污染物进入农田； • 矿渣、炉渣及其他固体废弃物任意堆放，其淋 溶物随地表径流进入农田；这些都可造成土壤 重金属污染。 • 当进入土壤的重金属元素积累到一定程度，超 过作物的需要和可忍受的程度，作物生长受到 影响；或作物生长并未受害，但其产品中重金 属含量超过卫生标准，就有可能对人、畜产生 一定的危害。
第四章 土壤环境化学
第一节 土壤的形成和基本 环境机能
土壤在地理环境中的地位
土壤的形成和发育示意
生物对土壤形成的作用
土壤的形成
• 土壤是一种独立的自然体，它是在各种 成土因素非常复杂的相互作用下形成的。 • 对于土壤的形成来说，各种成土因素具 有同等重要性和相互不可替代性。其中 生物起着主导作用。土壤是一定时期内， 在一定的气候和地形条件下，生物体作 用于成土母质而形成的。
土壤空气
• 土壤空气是指土壤孔隙中存在的各种气体混合 物。
土壤空气与大气组成的比较
土壤空气 CO2 0.15%~0.65% 大气 0.033%
O2
H2O
10.36%~20.73%
＞70%
20.96%
＜4%
N2
78%~86%
78.1%
第三节 土壤的基本性质
土壤的吸附特性
土壤中具有胶体性 质的微细颗粒
土壤的酸碱性
• 由于土壤是一个复杂的体系，其中存在着各种 化学和生物化学反应，因而使土壤表现出不同 的酸性或碱性。 • 我国土壤的 pH 大多在 4.5～8.5 范围内，并 有由南向北 pH 值递增的规律性。 • 土壤中 H+主要来自水的解离，二氧化碳溶于 水形成碳酸，有机物分解产生有机酸以及某些 少数无机酸，其中 Al3+ 水解产生 H+ 是土壤 酸性的重要来源。 • OH-主要来自土壤溶液中的碳酸钠、碳酸氢钠、 碳酸钙以及胶体表面交换性 Na+的水解。
第五节 重金属在土壤中的 迁移转化
土壤中重金属污染的特点
• 土壤本身均含有一定量的重金属元素，其中有些 是作物生长所需要的微量元素，如Mn、Cu、Zn 等，而有些重金属如Cd、As、Hg等对植物生长 是不利的。即使是营养元素，当其过量时也会对 作物生长产生不利的影响。 • 同一浓度下，重金属对植物等的毒性与其存在形 态有密切关系。 • 重金属在土壤中的迁移转化及生态效应均与其存 在形态有关。
土壤污染源
（1）天然污染源—自然界自行向环境排 放有害物质或造成影响的场所。 （2）人为污染源—人类活动所形成的污 染源。 • 污染物进入土壤的途径按照所划分的土 壤污染源可分为污水灌溉、固体废弃物 堆放和填埋、工业废水和生活污水的排 放、农药和化肥的施用、农用薄膜的使 用、大气沉降等。
土壤环境主要污染物质及其来源
土壤的重金属危害
（1）影响植物生长。 （2）影响土壤生物群的变化及物质的转化。 （3）影响人体健康。
（a）通过挥发作用进入大气； （b）受水特别是酸雨的淋溶或地表径流作用， 重金属进入地表水和地下水，影响水生生物。 （c）植物吸收并积累土壤中的重金属，通过食在以下几个方面：(1)影响植物 生长。实验表明，土壤中无机砷含量达12μg/g时，水稻生长开 始受到抑制；无机砷为40μg/g时，水稻减产50%；含砷量为 160μg/g时，水稻不能生长；稻米含砷量与土壤含砷量呈正相 关。有机砷化物对植物的毒性则更大。(2)影响土壤生物群的变 化及物质的转化。重金属离子对微生物的毒性顺序为：Hg＞Cd ＞Cr＞Pb＞Co＞Cu，其中Hg2+、Ag+对微生物的毒性最强； 通常浓度在1μg/g时，就能抑制许多细菌的繁殖；土壤中重金 属对微生物的抑制作用对有机物的生物化学降解是不利的。(3) 影响人体健康。土壤重金属可通过下列途径危及人体和牲畜的健 康：(a)通过挥发作用进入大气；如土壤中的重金属经化学或微 生物的作用转化为金属有机化合物(如有机砷、有机汞)或蒸气态 金属或化合物(如汞、氢化砷)而挥发到大气中；(b)受水特别是 酸雨的淋溶或地表径流作用，重金属进入地表水和地下水，影响 水生生物；(c)植物吸收并积累土壤中的重金属，通过食物链进 入人体。土壤中重金属可通过上述三种途径造成二次污染，最终 通过人体的呼吸作用、饮水及食物链进入人体内。应当指出，经 由食物链进入人体的重金属，在相当一段时间内可能不表现出受 害症状，但潜在危害性很大。总之，重金属污染不仅影响土壤的 性质，还可影响植物生长乃至人类的健康。