大气环境化学习题 本科

一．基本概念：

平流层：自对流层顶向上到55km左右的气层。

对流层：是靠近地面的大气的最低层，厚度随纬度和季节的不同而变化。对流层中集中了大气质量的3/4，90％以上的水汽集中在对流层中，大气中主要的天气现象如云、雾、雨、雪、雹等都形成在此层内。

酸雨：酸雨正式的名称是为酸性沉降，它可分为“湿沉降”与“干沉降”两大类，前者指的是所有气状污染物或粒状污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面者，后者则是指在不下雨的日子，从空中降下来的落尘所带的酸性物质而言。

有机污染物：有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。

颗粒物污染：悬浮在空气中的固体或液体颗粒物，（不论长期或短期）因对生物和人体健康会造成危害而称之为颗粒物污染。颗粒物的种类很多，一般指0.1-75μm之间的尘粒、粉尘、雾尘、烟、化学烟雾和煤烟。

气溶胶：粒径在100μm以下的颗粒物，称为总悬浮物或称气溶胶。

PM10：通常把空气动力学当量直径在10微米以下的颗粒物称为PM10，又称为可吸入颗粒物或飘尘。

PM2.5：指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。

VOC：是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写。美国联邦环保署(EPA)的定义：挥发性有机化合物是除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的碳化合物。

温室气体：温室气体指的是大气中能吸收地面反射的太阳辐射,并重新发射辐射的一些气体,如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等。它们的作用是使地球表面变得更暖,类似于温室截留太阳辐射,并加热温室内空气的作用。水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)和臭氧(O3)是地球大气中主要的温室气体。

温室效应：温室气体使地球变得更温暖的影响称为“温室效应”。

臭氧耗损物质（ODS）：工业上大量生产和使用的全氯氟烃、全溴氟烃等物质，当它们被释放并上升到平流层时，受到强烈的太阳紫外线UV-C的照射，分解出Cl.自由基和Br.自由基，这些自由基很快地与臭氧进行连锁反应，每一个Cl.自由基可以摧毁10万个臭氧分子。这些破坏大气臭氧层的物质称为“臭氧耗损物质”，英文名Ozone Depleting Substances

二．简答题

1、干洁大气主要有哪些组份？根据温度的垂直分布可以将大气圈分为哪些层？

答：（1）大气混合层中不包含水汽及各种气溶胶颗粒物的气体。主要成分为容积占99.97% 的氮、氧、氩、二氧化碳，以及氖、氦、氪、氢、氙、臭氧等微量气体。

（2）根据垂直温度梯度的方向，把大气分成对流层、平流层、中层、热层和外层。

2、请比较对流层和平流层的物理、化学特征。

答：（1）对流层：对流层中集中了大气质量的3/4，90％以上的水汽集中在对流层中，大气中主要的天气现象如云、雾、雨、雪、雹等都形成在此层内。对流层空气直接吸收太阳辐射

很少，主要吸收地面发射的红外辐射。

（2）平流层：一是空气没有垂直对流运动，平流运动占据显著优势；二是空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象；三是在高约15~35km范围内，有厚约20km的臭氧层，因为臭氧吸收太阳辐射的紫外线，使得平流层温度升高。

3、CH4是一种温室气体，为什么？试讨论CH4的环境效应。

答：（1）地球红外线在向太空的辐射过程中被地球周围大气层中的甲烷气吸收最终导致全球温度普遍上升，甲烷只允许太阳光进，而阻止其反射，近而实现保温、升温作用，因此被称为温室气体。每分子甲烷的吸热量是二氧化碳的21倍。

（2）甲烷被氧化所生成的过氧甲基将NO氧化为NO2是一个关键步骤,随后NO2光解产生O3。O3是氧化剂,对生物有毒害和破坏作用。但是在平流层,CH4能与Cl原子作用生成HCl,HCl 扩散到对流层,被雨水冲洗清除掉,终止Cl-ClO循环,以保护平流层中的臭氧层,使人类免遭强大紫外线辐射。

4、写出丙烯的大气化学反应机理，并比较烷烃、烯烃和芳烃在光化学烟雾形成中的作用。答：（1）

（2）烷烃：主要与·OH和原子O反应：RH + ·OH →R·+ H2O，RH + O →R·+ ·OH，RH与·OH的反应速率比与O的反应速率快得多，而且随RH分子中碳原子数目增加而增大。烷烃与O3的反应缓慢，故不太重要。

烯烃：反应活性比烷烃大，故易与·OH、O、O3及HO2·等反应；

芳烃：与·OH基的反应如下：

5、讨论光化学烟雾的特征、形成条件、对环境的危害。

答：（1）特征：烟雾呈蓝色，具有强氧化性，能使橡胶开裂，剌激人的眼睛，伤害植物叶子，并使大气能见度降低；

（2）光化学烟雾的形成条件是大气中有氮氧化物和碳氢化合物存在，大气湿度较低，而且有强的阳光照射。

（3）光化学氧化剂的生成不仅包括光化学氧化过程，而且还包括一次污染物的扩散输送过程。光化学烟雾的成分非常复杂，但是对人类、动植物和材料有害的主要是臭氧、PAN 和丙烯醛、甲醛等二次污染物。臭氧、PAN等还能造成橡胶制品的老化、脆裂，使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。

6、讨论平流层和对流层O3的简要生成机制，并分析O3相应的环境效应。

答：平流层：

对流层：对流层臭氧的形成需经历一系列复杂的化学反应，分别把一氧化碳和VOC氧化成二氧化碳和水蒸气。如氧化CO：氧化反应首先发生在一氧化碳和有机物的羟基之间。此过程中形成的游离氢原子迅速被氧化成过氧基HO2，OH + CO →H + CO2，H + O2 →HO2 紧接着，过氧基将NO氧化成NO2，NO2在阳光照射下会发生光解反应，释放出游离氧原子。最后，极不稳定的氧原子O和空气中的氧气分子O2化合，就生成了终产物臭氧。上述反应可表示为:HO2 + NO →OH + NO2, NO2 + hν→NO + O, O + O2 →O3上面一系列反应的实际效果是：CO + 2O2 →CO2 + O3

7、论述平流层臭氧损耗的原理。

答：人类生产的氟氯烃化合物破坏平流层臭氧。由于氟氯烃物质的化学惰性, 它们可以无阻碍地穿越对流层, 进入平流层, 在太阳紫外光的照射下被激化, 分解成氯原子, 形成一种对臭氧有反复破坏作用的催化剂。

8、中国降水污染有一个鲜明的特征，北方大部分地区降水不酸而南方大部分地区降水严

重酸化，为什么？

答：酸雨的形成是与酸性气体及降水两个条件有关的，缺一不可。我国北方盛行西北风非常干燥，含水少，故酸性气体溶解在水中的几率小。而南方在夏季受太平洋影响盛行东南季风，刮来的风多水汽，所以我国的酸雨南方发生的次数比北方多。

9、当前大气环境的主要环境问题包括什么？

答：温室效应，臭氧层破坏，酸雨，光化学烟雾等。