环境化学课后题

1、何谓大气温度层结？答：静大气的温度在垂直方向上的分布，称为大气温度层结。

2、逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响？答：逆温对大气垂直对流运动形成巨大障碍，地面气流不易上升，使地面污染源排放出来的污染物难以借气流上升而扩散。

3、何谓大气垂直递减率和干绝热垂直递减率？如何用其判断大气稳定度？答：随高度升高气温的降低率称为大气的垂直递减率，用Γ表示。

干空气在上升时温度降低值与上升高度的比，称为干绝热垂直递减率，用dΓ表示。

若Γ<dΓ，表明大气是稳定的；Γ>dΓ，大气是不稳定的；Γ=dΓ，大气处于平衡状态。

4、影响大气中污染物迁移的主要因素是什么？答：主要有空气的机械运动，如风和湍流，由于天气形势和地理地势造成的逆温现象，以及污染物本身的特性等。

5、大气中有哪些重要的吸光物质？其吸光特征是什么？答：①氧分子和氮分子：240nm以下的紫外光可引起O2的光解；N2只对低于120nm的光有明显的吸收。

②臭氧：主要吸收来自太阳波长小于290nm的紫外光。

③NO2：是城市大气中重要的吸光物质，在低层大气中可以吸收全部来自太阳的紫外光和部分可见光。

④亚硝酸和硝酸：HNO2可以吸收300nm以上的光而离解；HNO3对于波长120~335nm的辐射均有不同程度的吸收。

⑤二氧化硫：由于SO2的键能较大，240~400nm的光不能使其离解，只能生成激发态的SO2*参与许多光化学反应。

⑥甲醛：对260~360nm波长范围的光有吸收，醛类的光解是大气中HO2的重要来源之一。

⑦卤代烃：以卤代甲烷对大气污染化学作用最大，在紫外光照射下，其卤素原子离解；若卤代甲烷中含有一种以上的卤素，则断裂的是最弱的键；高能量的短波长紫外光照射，可能发生两个键断裂，应断两个最弱键；即使是最短波长的光，三键断裂也不常见。

6、太阳的发射光谱和地面测得的太阳光谱有何不同？为什么？答：因为在太阳光到达地面的过程中，大气中的各种物质对太阳光进行了不同程度的吸收。

（书上没有答案，个人猜测）7、大气中有哪些重要自由基？其来源如何？（书上有很多反应方程式，很麻烦，没有一一列出）答：①HO：主要来自于O3、HNO2的光离解，以及H2O2的光离解。

②HO2：主要来源于醛的光离解，尤其是甲醛；亚硝酸酯和H2O2的光解也会导致生成HO2。

③R：大气中存在量最多的烷基是甲基，主要来源于乙醛和丙酮的光解；O和HO与烃类发生H摘除反应时也可生成烷基自由基。

④RO：甲烷基主要来源于甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解。

⑤RO2：过氧烷基都是由烷基与空气中的氧气结合而形成的。

8、大气中有哪些重要含氮化合物？说明它们的天然和人为来源及对环境的污染。

答：大气中主要含氮化合物有N2O、NO、NO2、NH3、HNO2、HNO3、亚硝酸酯、硝酸酯、亚硝酸盐、硝酸盐和铵盐等。

氧化亚氮（N2O）：主要来自天然源，即环境中的含氮化合物在微生物作用下分解而产生，其惰性很大，在对流层中稳定，但进入平流层中会吸收紫外光光解产生NO，会对臭氧层起破坏作用。

土壤中的含氮化肥经微生物分解可产生N2O，这是人为产生N2O的原因之一。

大气污染化学中所说的氮氧化物通常主要指一氧化氮和二氧化氮，用NO x表示。

它们的天然源主要是生物有机体腐败过程中微生物将有机氮转化为NO，NO继续被氧化为NO2。

另外，有机体中的氨基酸分解产生的氨也可被HO氧化成NO x。

NO x的人为来源主要是矿物燃料的燃烧。

城市大气中的NO x主要来自汽车尾气和一些固定排放源。

矿物燃料燃烧过程中所产生的NO x以NO为主，通常占90%以上，其余为NO2。

9、叙述大气中NO转化为NO2的各种途经。

答：①以O3为氧化剂：NO+O3→NO2+O2②在HO与烃反应时，HO可从烃中摘除一个H而形成烷基自由基，该自由基与大气中的O2结合生成RO2。

RO2具有氧化性，可将NO氧化成NO2：RH+HO→R+H2OR+O2→RO2NO+RO2→NO2+RO③上一步生成的RO可进一步与O2反应，O2从RO中靠近O的次甲基中摘除一个H，生成HO2和相应的醛：RO+O2→R’CHO+HO2HO2+NO→HO+NO2④HO和RO也可与NO直接反应生成亚硝酸或亚硝酸酯：HO+NO→HNO2RO+NO→RONO而HNO2和RONO都极易光解产生NO2。

10、大气中有哪些重要的碳氢化合物？它们可发生哪些重要的光化学反应？答：①甲烷②石油烃③？（这个字电脑上找不着）类：④芳香烃：11、碳氢化合物参与的光化学反应对各种自由基的形成有什么贡献？答：12、说明光化学烟雾现象，解释污染物与产物的日变化曲线，并说明光化学烟雾产物的性质与特征。

答：含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物的大气，在阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。

由污染物与产物的日变化曲线可以看出，烃和NO的最大值发生在早晨交通繁忙时刻，这时NO2浓度很低。

随着太阳辐射的增强，NO2、O3的浓度迅速增大，中午时已达到较高浓度，它们的峰值通常比NO峰值晚出现4~5h。

由此可以推断NO2、O3和醛是在阳光照射下由大气光化学反应而产生的，属于二次污染物。

早晨由汽车排放出来的尾气是产生这些光化学反应的直接原因。

傍晚交通繁忙时刻，虽然仍有较多汽车尾气排放，但由于日光已较弱，不足以引起光化学反应，因而不能产生光化学烟雾现象。

用光化学烟雾形成的机制解释图中各条曲线。

清晨，大量的碳氢化合物和NO由汽车尾气及其他污染源排放到大气中，由于夜间NO被氧化的结果，大气中已存在少量的NO2。

在日出时，NO2光解生成O，随之发生一系列次级反应。

所产生的HO开始氧化碳氢化合物，进而与空气中的O2作用而生成HO2、RO2和RC(O)O2等自由基。

它们有效地将NO氧化为NO2，于是NO2浓度上升，碳氢化合物与NO浓度下降。

当二氧化氮浓度达到一定值时，O3开始积累。

又由于自由基与NO2所发生的终止反应使NO2增长受到限制，当NO向NO2转化速率等于自由基与NO2的反应速率时，NO2浓度达到极大。

此时O3仍不断地增加着。

当NO2浓度下降到一定程度时，其光解而产生的O量不断减少，于是就会减少O3生成速度。

当O3的增加与其消耗达到平衡时，O3浓度达到最大。

下午，因日光减弱，NO2光解受到限制，于是反应趋于缓慢，产物浓度相继下降。

光化学烟雾是高浓度氧化剂的混合物，也称为氧化烟雾。

光化学烟雾的特征是：烟雾呈蓝色，具有强氧化性，能使橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，并使大气能见度降低。

其刺激物浓度的高峰在中午和午后，污染区域往往在污染源的下风向几十到几百公里处。

13、说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。

（回答得较简单）答：在光化学反应中，自有基反应占很重要的地位，自由基的引发反应主要是由NO2和醛光解而引起的。

而碳氢化合物的存在是自由基转化和增值的根本原因。

14、何谓有机物的反应活性？如何将有机物按反应活性分类？答：有机物反应活性表示某有机物通过反应生成产物的能力。

可以用有机化合物与HO之间的反应速度常数来反映碳氢化合物的反应活性。

15、简述大气中SO2氧化的几种途径。

答：（1）SO2的气相氧化：①SO2的直接光氧化：低层大气中SO2吸收紫外光后形成激发态的SO2分子，直接氧化成SO3；②SO2被自由基氧化；③SO2被氧原子氧化。

（2）SO2的液相氧化：SO2被水吸收后，①被O3、H2O2氧化：②金属离子对SO2液相氧化具有催化作用。

16、论述SO2液相氧化的重要性，并对各种催化氧化过程进行比较。

答：大气中存在着少量的水和颗粒物。

SO2可溶于大气中的水，也可被大气中的颗粒物所吸附，并溶解在颗粒物表面所吸附的水中。

在水中，SO2被氧化而生成硫酸，从而形成酸雨或硫酸烟雾。

硫酸与大气中的NH4+等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。

当pH低于4或5时，H2O2是使S(Ⅳ)氧化为硫酸盐的重要途径。

pH≈5或更大时，O3的氧化作用比H2O2快10倍。

而在高pH下，Fe和Mn的催化氧化作用可能是主要的。

在所研究的浓度范围内，HNO2（NO2-）和NO2在所有pH条件下对S(Ⅳ)的氧化作用都不重要。

17、说明酸雨形成的原因。

答：大气中的SO2和NO x经氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亚硝酸，这是造成降水pH降低的主要原因。

（回答得较简单，不知是否全面）18、确定酸雨pH界限的依据是什么？答：在未被污染的大气中，可溶于水且含量比较大的酸性气体是CO2，如果只把CO2作为影响天然降水pH的因素，根据CO2的全球大气浓度330mL/m3与纯水的平衡：CO2(g)+H2OHK−−→←−−CO2·H2OCO2·H2O1K−−→←−−H++HCO3-HCO 3-2K −−→←−−H ++CO 32-式中：K H ——CO 2水合平衡常数，即亨利系数；K 1，K 2——分别为二元酸CO 2·H 2O 的一级和二级电离常数。

它们的表达式为：各组分在溶液中的浓度为：[CO 2·H 2O]=K H 2CO p按电中性原理有：[H +]=[OH -]+[HCO 3-]+2[CO 32-]将[H +]、[HCO 3-]和[CO 32-]代入上式，得：[H +]3-（K w +K H K 12CO p ）[H +]-2 K H K 12CO p =0 式中：2CO p ——CO 2在大气中的分压； K w ——水的离子积。

在一定温度下，K w 、K H 、K 1、K 2、2CO p 都有固定值，并可测得。

将这些已知数值代入上式，计算结果得pH=。

多年来国际上一直将此值看作未受污染的大气水pH 的背景值。

把pH 为作为判断酸雨的界限。

PH 小于的降雨称为酸雨。

19、论述影响酸雨形成的因素。

答：（1）酸性污染物的排放及其转化条件：降水酸度的时空分布与大气中SO 2和降水中SO 42-浓度时空分布存在着一定的相关性。

即某地SO 2污染严重，降水中SO 42-浓度就高，降水的pH 就低。

（2）大气中的氨：降水pH 决定于硫酸、硝酸与NH 3以及碱性尘粒的相互关系。

NH 3是大气中唯一的常见气态碱。

由于它易溶于水，能与酸性气溶胶或雨水中的酸起中和作用，从而降低了雨水的酸度。

在大气中，NH 3与硫酸气溶胶形成中性的硫酸铵或硫酸氢铵。

SO 2也可由于与NH 3反应而减少，从而避免了进一步转化成硫酸。

有人提出，酸雨严重的地区正是酸性气体排放量大并且大气中NH 3含量少的地区。

（3）颗粒物酸度及其缓冲能力：颗粒物对酸雨的形成有两方面的作用：一是所含的金属可催化SO 2氧化成硫酸；二是对酸起中和作用。

如果颗粒物本身是酸性的，就不能起中和作用。