环境化学答案解析

《大气环境化学》第二章重点习题及参考答案1.大气的主要层次是如何划分的?每个层次具有哪些特点?（1）主要层次划分：根据温度随海拔高度的变化情况将大气分为四层。

（2）各层次特点：①对流层：0～18km；气温随高度升高而降低；有强烈的空气垂直对流；空气密度大（占大气总质量的3/4和几乎全部的水汽和固体杂质）；天气现象复杂多变。

②平流层：18～50km；平流层下部30～35km以下气温变化不大（同温层），30～35km以上随高度升高温度增大(逆温层)；有一20km厚的臭氧层，可吸收太阳的紫外辐射，并且臭氧分解是放热过程，可导致平流层的温度升高；空气稀薄，水气、尘埃的含量极少、透明度好，很少出现天气现象，飞机在平流层低部飞行既平稳又安全；空气的垂直对流运动很小，只随地球自转产生平流运动，污染物进入平流层可遍布全球。

③中间层： 50～80km；空气较稀薄；臭氧层消失；温度随海拔高度的增加而迅速降低；大气的垂直对流强烈。

④热层：80～500km；在太阳紫外线照射下空气处于高度电离状态（电离层），能反射无线电波，人类可利用它进行远距离无线电通讯；大气温度随高度增加而升高；空气更加稀薄，大气质量仅占大气总质量的0．5％。

热层以上的大气层称为逃逸层。

这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用与大气温度不同，大气的压力总是随着海拔高度的增加而减小。

2. 逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响？一般情况下，大气温度随着高度增加而下降，每上升100m，温度降低0.6℃左右。

即是说在数千米以下，总是低层大气温度高、密度小，高层大气温度低、密度大，显得“头重脚轻”。

这种大气层结容易发生上下翻滚即“对流运动”，可将近地面层的污染物向高空乃至远方疏散，从而使城市上空污染程度减轻。

因而在通常情况下，城市上空为轻度污染，对人体健康影响不大。

可是在某些天气条件下，一地上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的反常现象，从而导致大气层结“脚重头轻”，气象学家称之为“逆温”。

发生逆温现象的大气层称为“逆温层”。

它像一层厚厚的被子罩在我们城乡上空，上下层空气减少了流动，近地面层大气污染物“无路可走”，只好原地不动，越积越多，空气污染势必加重。

3．大气中有哪些重要污染物？说明其主要来源和消除途径。

环境中的大气污染物种类很多，若按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类；若按形成过程则可分为一次污染物和二次污染物。

按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。

主要按照化学组成讨论大气中的气态污染物主要来源和消除途径如下：（1）含硫化合物大气中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳（COS）、二硫化碳（CS2）、二甲基硫（CH3）2S、硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）、硫酸（H2SO4）、亚硫酸盐（MSO3）和硫酸盐（MSO4）等。

大气中的SO2（就大城市及其周围地区来说）主要来源于含硫燃料的燃烧。

大气中的SO2约有50%会转化形成H2SO4或SO42-，另外50%可以通过干、湿沉降从大气中消除。

H2S主要来自动植物机体的腐烂，即主要由植物机体中的硫酸盐经微生物的厌氧活动还原产生。

大气中H2S主要的去除反应为：HO + H2S → H2O + SH。

（2）含氮化合物大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮（N2O）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。

主要讨论一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），用通式NO x表示。

NO和NO2是大气中主要的含氮污染物，它们的人为来源主要是燃料的燃烧。

大气中的NO x最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除。

其中湿沉降是最主要的消除方式。

（3）含碳化合物大气中含碳化合物主要包括：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）以及有机的碳氢化合物（HC）和含氧烃类，如醛、酮、酸等。

CO的天然来源主要包括甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物的排放以及森林火灾和农业废弃物焚烧，其中以甲烷的转化最为重要。

CO的人为来源主要是在燃料不完全燃烧时产生的。

大气中的CO可由以下两种途径去除：土壤吸收（土壤中生活的细菌能将CO代谢为 CO2和 CH4）；与HO自由基反应被氧化为CO2。

CO2的人为来源主要是来自于矿物燃料的燃烧过程。

天然来源主要包括海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸和腐败作用以及燃烧作用等。

甲烷既可以由天然源产生，也可以由人为源产生。

除了燃烧过程和原油以及天然气的泄漏之外，产生甲烷的机制都是厌氧细菌的发酵过程。

反刍动物以及蚂蚁等的呼吸过程也可产生甲烷。

甲烷在大气中主要是通过与HO自由基反应被消除：CH4 + HO→CH3 + H2O。

（4）含卤素化合物大气中的含卤素化合物主要是指有机的卤代烃和无机的氯化物和氟化物。

大气中常见的卤代烃以甲烷的衍生物，如甲基氯（CH3Cl）、甲基溴（CH3Br）和甲基碘（CH3I）。

它们主要由天然过程产生，主要来自于海洋。

CH3Cl和CH3Br 在对流层大气中，可以和HO自由基反应。

而CH3I在对流层大气中，主要是在太阳光作用下发生光解，产生原子碘（I）。

许多卤代烃是重要的化学溶剂，也是有机合成工业的重要原料和中间体，如三氯甲烷（CHCl3）、三氯乙烷（CH3CCl3）、四氯化碳（CCl4）和氯乙烯（C2H3Cl）等均可通过生产和使用过程挥发进入大气，成为大气中常见的污染物。

它们主要是来自于人为源。

在对流层中，三氯甲烷和氯乙烯等可通过与HO自由基反应，转化为HCl，然后经降水而被去除。

氟氯烃类中较受关注的是一氟三氯甲烷（CFC －11或F －11）和二氟二氯甲烷（CFC －12或F －12）。

它们可以用做致冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。

大气中的氟氯烃类主要是通过它们的生产和使用过程进入大气的。

由人类活动排放到对流层大气中的氟氯烃类化合物，不易在对流层被去除，它们在对流层的停留时间较长，最可能的消除途径就是扩散进入平流层。

4. 影响大气中污染物迁移的主要因素是什么?答:由污染源排放到大气中的污染物在迁移过程中要受到各种因素的影响。

（1）风和大气湍流的影响，风可使污染物向下风向扩散稀释，湍流可使污染物向各方向扩散，在大气湍流混合层中，存在动力乱流和热力乱流两种扰动趋势，均影响着大气污染物的迁移。

尤其是乱流混合层的最大高度影响着污染物的迁移过程，在夏季和白天其最大混合层高度较高，污染物易扩散稀释，在冬季和夜间多发生逆温情形，其最大混合层高度较低，污染物不易扩散稀释。

(2)天气形势和地理形势的影响，天气形势指大范围气压分布的状况，影响着局 部地区的气象条件。

污染物的扩散条件与大型的天气形势和局部气象条件均有联系。

如因大气压分布不均，在高压区存在着下沉气流，由此使气温绝热上升，形成上热下冷的逆温现象，于是污染物会长时间的积累在逆温层中而不扩散。

由于不同地形地貌之间的物理性质存在着很大差异，从而引起热状况在水平方向上分布不均。

这种热力差异在弱的天气系统条件下就有可能产生局部环流。

局部环流造成局部逆温，致使污染物不易扩散稀释，形成严重的污染现象。

5. 大气中有哪些重要的吸光物质?其吸光特征是什么?(1)氧分子和氮分子：O O hv O +→+2 nm 240≤λ 平流层的反应(2)臭氧：高空：23O O O hv +−→− nm 290≤λ（3）NO 2：NO O hv NO +→+2 nm 420≤λ 对流层的反应（4）亚硝酸和硝酸：初级过程：NO HO hv HNO +→+2 nm nm 400200≤≤λ 22NO H hv HNO +→+ nm nm 335120≤≤λ 初级过程：23NO HO hv HNO +→+（5）二氧化硫：nm nm 400240≤≤λ 不离解，可生成激发态，参与许多光化学反应。

∙→+022SO hv SO（6）甲醛：初级过程：HCO H hv CO H +→+2CO H hv CO H +→+22（7）卤代烃：X R hv RX +→+ 近紫外线 碳卤键断裂顺序为：C-F>C-H>C-Cl>C-Br >C-I6. 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：太阳的发射光谱是连续的，而地面侧得的太阳光谱不是连续的，因为在大气中有许多吸光物质吸收了太阳光的部分光能。

7．大气中有哪些重要的自由基？其来源如何？大气中存在的重要自由基有HO 、HO 2、R （烷基）、RO （烷氧基）和RO 2（过氧烷基）等。

它们的来源如下：（1）HO 来源对于清洁大气而言，O 3的光离解是大气中HO 的重要来源：23O O hv O +→+HO O H O 22→+对于污染大气，如有HNO 2和H 2O 2存在，它们的光离解也可产生HO ：NO HO hv HNO +→+2HO hv O H 222→+nmnm 360240≤≤λ其中HNO 2的光离解是大气中HO 的重要来源。

（2）HO 2的来源大气中HO 2主要来源于醛的光解，尤其是甲醛的光解：HCO H hv CO H +→+2M HO M O H +→++22CO HO O HCO +→+22任何光解过程只要有H 或HCO 自由基生成，它们都可与空气中的O 2 结合而导致生成HO 2。

亚硝酸酯和H 2O 2 的光解也可导致生成HO 2：NO O CH hv ONO CH +→+33CO H HO O O CH 2223+→+HO hv O H 222→+O H HO O H HO 2222+→+如体系中有CO 存在：H CO CO HO +→+222HO O H →+（3）R 的来源大气中存在量最多的烷基是甲基，它的主要来源是乙醛和丙酮的光解：HCO CH hv CHO CH +→+33CO CH CH hv COCH CH 3333+→+这两个反应除生成CH 3外，还生成两个羰基自由基HCO 和CH 3CO 。

O 和HO 与烃类发生H 摘除反应时也可生成烷基自由基：HO R O RH +→+O H R HO RH 2+→+（4）RO 的来源大气中甲氧基主要来源于甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解：NO O CH hv ONO CH +→+332323NO O CH hv ONO CH +→+（5）RO 2的来源大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的O 2结合而形成的：22RO O R →+8. 大气中有哪些重要含氮化合物？说明它们的天然来源和人为来源及对环境的污染。

大气中含氮化合物有N 2O 、NO 、NO 2、HNO 2、HNO 3、亚硝酸酯、硝酸酯、亚硝酸盐。

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的。

土壤中的含氮化肥经微生物分解可产生N 2O ，这是人为产生N 2O 的原因之一。