环境化学 复习要点

绪论1.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。

2.有害化学物质即环境污染物：进入环境后使环境的正常组成和性质发生变化，这种变化会直接或间接地有害于人类，这样的物质称为环境污染物3.环境污染：由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件，就叫环境污染。

4.环境容量：在人类生存和自然生态不致受害的前题下，某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量。

5.环境效应—自然过程或人类的生产生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化。

6. 环境化学效应—在各种环境因素的影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应，分为土壤盐碱化地下水硬度增高光化学烟雾地下水污染酸雨造成土壤酸化、建筑物受腐蚀环境物理效应—由物理作用引起的环境效应，包括噪声地面沉降热岛效应温室效应大气能见度降低7. 各圈层的环境化学：大气环境化学水环境化学土壤环境化学环境生态学第二章1. 三大环境热门话题：全球气候变化酸沉降臭氧损耗2. 温度层结－大气的温度在垂直方向的分布3. 对流层特点：气温随高度升高而降低：大气降温率0.6k/100m；垂直方向对流，上冷下热，有利于污染扩散；逆温（上热下冷）易发生污染事件；平流层特点：同温层：对流层的下层，大约25km以下，气温保持不变或稍有上升; 大约25km以上，温度随高度升高而升高平均递增率为 1.4K/km，到平流层顶，温度接近0℃4. 源－大气组分产生的途径和过程汇－指大气组分从大气中去除的途径和过程源强－进入大气的组分输入速率(Fi）汇强－从大气输出组分的速率为（Ri）某种组分在进入大气后到被清除之前在大气中停留的平均时间－称为平均停留时间或停留时间（存在时间、寿命）－τ τ＝大气中的总贮量Mi / Fi 或者Ri停留时间意义：某组分的停留时间越长，表明该组分在离开大气或转化成其它物质以前，在环境中存留的时间也越长；某组分的停留时间越长，表明该组分在大气中的储量相对于输入（出）来说是很大的，即使人类活动大大改变了该组分的的输入（出）速度，对其总量的影响也不明显；若组分停留时间越短，其输入（出）速率的改变就对总贮量很敏感。

5.在对流层中，气温一般是随高度增加而降低。

但在一定条件下会出现反常现象。

这可由垂直递减率（Г=dT/dz）的变化情况来判断。

当Г＝0时，称为等温气层；当Г< 0时，称为逆温气层。

例如：在山区，山峰上方，日光照射，上面的空气热，下面冷，就形成逆温层。

逆温现象经常发生在较低气层中，这种气层稳定性特强，对于大气中垂直运动的发展起着阻碍作用。

逆温不利于污染物的扩散。

辐射逆温产生的条件：晴朗的夜空无风或风速小原因：地面白天升温，近地面温度升高；夜间地面冷却降温，近地面层气温迅速下降；高处大气层降温较少，从而出现上暖下冷的逆温现象6.环境本底值：指自然环境在未受污染的情况下,各种环境要素中的化学元素或化学物质的基线含量,又叫环境背景值.7.海陆风对空气污染的影响有如下几种作用：①循环作用，如果污染源处在局地环流之下，污染物就可能循环积累达到较高浓度。

直接排入上层反向气流的污染物，有一部分也会随环流重新带回地面，提高了下层上风向的浓度。

②往返作用，在海陆风转换期间，原来随陆风输向海洋的污染物有会被发展起来的海风带回陆地。

海风发展侵入陆地时，下层海风的温度低，陆地上层气流的温度高，在冷暖空气的交界面上，形成一层倾斜的逆温顶盖，阻碍了烟气向上扩散，造成城市空气污染。

城郊风：在城市中，工厂企业和居民要燃烧大量的燃料，燃烧过程中会有大量热能排放到大气中，于是便造成了市区的温度比郊区高，这个现象称为城市热岛效应。

城市热岛上暖而轻的空气上升，四周郊区的冷空气向城市流动，于是形成城郊环流。

在这种环流作用下，城市本身排放的烟尘等污染物聚积在城市上空，形成烟幕，导致市区大气污染加剧。

8. 光化学反应的初级过程：化学物质吸收光量子形成激发态物种 A+hv→ A*A*－物种A的激发态/活化分子hv－光量子次级过程：激发态A*发生反应A* → A+hv 辐射跃迁荧光或磷光A*+M → A+M 碰撞失活这两种过程均为光物理过程。

A* → B1+B2＋B3… 光离解成两种或两种以上的新物种A*+C → D1+D2… 与C反应生成新物种光化学过程，对于环境化学中的光化学过程更为重要。

9.光化学第一定律：只有分子吸收的光，才能引起分子的化学反应光子的能量>化学键能时，才能引起光离解反应；并不是大于该分子化学键能的光子都能引起该分子发生光化学反应。

分子基态与激发态能量是不连续的，受激分子从基态激到激发态所需的能量要与光子的能量相匹配。

分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能发生光化学反应。

光化学第二定律：在初级反应中，一个反应分子吸收一个光子而被活化吸收1mol光子的能量称为－“爱因斯坦” E = N0 hν= N0 hc/λ=1.196×105 /λ（kJ/mol）10. 光子的能量与波长成反比 E = N0hν= N0hc/λ=1.196×105/λ（kJ/mol）11. HO2主要来自醛的光解 H2CO＋h v → H＋HCO（λ＜360nm）H+O2＋M → HO2＋M HCO＋O2→ HO2＋CO亚硝酸酯和H2O2的光解也可生成HO2 CH3ONO＋hv → CH3O＋NOCH3O＋O2→ HO2＋H2CO3 H2O2＋hv → 2HOHO＋H2O2→ HO2＋H2OR－烷基，量最大的是甲基，它主要来自乙醛和丙酮的光解CH3CHO＋hv → CH3＋HCO CH3COCH3＋hv → CH3＋CH3COO和HO与烃类的反应也可生成烷基自由基 RH＋O → R＋HO RH＋HO → R＋H2ORO－烷氧基，以甲氧基为主（CH3O），主要来自甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解CH3ONO＋hv → CH3O＋NO CH3ONO2＋hv → CH3O＋NO2RO2－大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的O2结合而成 R＋O2→ RO212. 清洁大气，O3的光离解是HO的重要来源O3＋hv → O＋O2（λ＜230nm，发生在平流层） O＋H2O → 2HO污染大气，HNO2的光离解是HO的重要来源HNO2＋hv → HO＋NO（200～400nm） H2O2＋hv → 2HONO＋HO2→ NO2＋HO H2O＋hv → HO＋H （λ<238nm）13. 波长＜420nm的光可发生NO2光解NO2＋hv → NO＋O O＋O2＋M → O3＋M 大气中唯一已知O3的人为来源14. 过氧乙酰基硝酸酯（PAN）形成过程：CH3CO（乙酰基）＋O2→CH3C(O)OO（过氧乙酰基）CH3C(O)OO+NO2→CH3C(O)OONO2（PAN）15. 乙酰基的来源： C2H6＋HO·→C2H5·＋H2O C2H5·＋O2→C2H5O2C2H5O2＋NO→C2H5O＋NO2 C2H5O＋O2→CH3CHO＋HO2 CH3CHO＋hv → CH3CO＋HO216. 烷烃与HO·和O ·发生氢原子摘除反应，生成烷基自由基RH＋HO· → R·＋H2O RH＋O· → R·＋HO17.臭氧分子的光离解：O3吸收紫外光后发生光离解 O3＋hν→O2＋O (210nm＜λ＜290nm)消耗大部分紫外光，使地球上的生物免遭了紫外光的伤害。

“Ozone Shield”18. (1)波长＜420nm的光可发生NO2光解 NO2＋hv → NO＋OO＋O2＋M → O3＋M 大气中唯一已知O3的人为来源NO2吸收光谱特征：290～410nm，连续吸收光谱；(2)亚硝酸(HNO2)的光离解：200～400nm的光有吸收HNO2的光化学反应过程:初级反应：HNO2＋hv → HO＋NO HNO2＋hv → H＋NO2次级反应:HO＋NO → HNO2 HO＋HNO2 → H2O＋NO2 HO＋NO2 → HNO3(3)硝酸的光离解:120～335nm的光有吸收HNO3的光化学反应过程：初级反应：HNO3＋hv→ HO＋NO2次级反应：HO＋CO → CO2＋H H＋O2＋M → HO2＋M 2HO2 → H2O2＋O2(4)甲醛的光离解: 对240～360nm的光有吸收甲醛的光离解:初级过程：H2CO＋hv → H＋HCO H2CO＋hv → H2＋CO次级过程： H+HCO → H2＋CO 2H＋M → H2＋M 2HCO → 2CO＋H2对流层中，有O2存在： H＋O2 → HO2 HCO＋O2 → HO2＋CO20. 光化学烟雾：含有氮氧化合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产生二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合所形成的烟雾污染现象。

21.光化学烟雾形成的物理化学条件：氮氧化合物和碳氢化合物存在有引起光化学反应的紫外线烃类特别是烯烃的存在光化学烟雾发生的自然条件：大气相对湿度较低夏、秋季（气温24～32℃）晴天洛杉矶容易发生光化学烟雾的原因：洛杉矶机车拥有量大(＞800万辆)，每天消耗2万吨以上的汽油，排出污染物占90%－充足的一次污染物生成光化学烟雾；洛杉矶盆地，容易形成上热下冷的逆温现象.一年有300天以上处于逆温，污染物不易扩散;夏季阳光非常强烈;22.光化学烟雾形成的简化机制引发反应：NO2+ hv → NO + O （λ＜430nm）O + O2+ M → O3 + M NO + O3→ NO2 + O2自由基传递反应：RH＋HO → RO2＋H2O RCHO＋OH → RC(O)O2＋H2ORCHO＋hv → RO2＋HO2＋CO HO2＋NO → NO2＋OHRO2 ＋NO → NO2＋RCHO＋HO2 RC(O)O2＋NO → NO2＋RO2＋CO2链终止反应：HO ＋NO2→ HNO3RC(O)O2＋NO2→ RC(O)O2NO2 RC(O)O2NO2→ R C(O)O2＋ NO223.硫酸烟雾型污染：主要由燃煤而排放出来的SO2、颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒所造成的大气污染；从化学上看属于还原性混合物－还原烟雾一次污染物是SO2和煤烟、二次污染物是硫酸雾和硫酸盐。

硫酸烟雾型污染形成条件：气象条件：气温较低－冬季湿度较高日光较弱24.二氧化硫的气相氧化：（1）SO2的直接光氧化：低层大气中的SO2形成激发态SO2分子，而不直接离解两种跃迁形式：SO2＋hν→ 1SO2(单重态) (290～340nm)SO2＋hν→ 3SO2(三重态) (340～400nm)单重态能量高，不稳定，跃迁到三重态或基态SO2＋M→3SO2＋M （三重态）1SO2＋M→SO2＋M （基态）SO2直接氧化成SO3的机制：3SO2＋O2→SO4→SO3＋O SO4＋SO2→2SO3（2）SO2被自由基氧化：与HO自由基的反应（3）被氧原子氧化SO2的液相氧化25. 酸性降水定义：指通过雨、雪、雾和冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面的过程27.影响酸雨形成的因素：（1）污染物－SO2和NOX：降水酸度时空分布与大气中SO2和SO42-浓度时空分布相关。