《高等環(huán)境化學(xué)》試題答案

1、研究生課程高等環(huán)境化學(xué)試題專業(yè) 學(xué)號姓名 成績一、 名詞解釋：（40分）POPs、選擇規(guī)則、環(huán)境效應(yīng)、紅移、 KoW、Koc、VoCS、EdS、源與匯、鹽基飽和度POPs：持續(xù)性有機(jī)污染物（POPS）是指通過各種環(huán)境介質(zhì)（大氣、水、生物體等）能夠長距離遷移并長 期存在于環(huán)境，具有長期殘留性、生物蓄積性、半揮發(fā)性和高毒性，對人類健康和環(huán)境具有嚴(yán)重危害的天 然或人工合成的有機(jī)污染物質(zhì)。選擇規(guī)則：選擇規(guī)則（SeleCtiVe rule）,即原子或分子在改變狀態(tài)時(shí)發(fā)射或吸收光線的過程中所遵守的規(guī)則。在原子光譜中，只要主量子數(shù),就可發(fā)生吸附或發(fā)射光譜，為電子躍遷的選擇規(guī)則。在分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜中，除掉非極性

2、分子沒有轉(zhuǎn)動(dòng)光譜外，對極性分子只有轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)的差為,才符合選擇規(guī)則，給出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜；對于振動(dòng)能階，只要振動(dòng)量子數(shù)的差為! : - !:時(shí)，原子發(fā)生振動(dòng)光譜。環(huán)境效應(yīng)：自然過程或人類的生產(chǎn)和生活活動(dòng)會(huì)對環(huán)境造成污染和破壞，從而導(dǎo)致環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 發(fā)生變化，謂之環(huán)境效應(yīng)，并可分為自然環(huán)境效應(yīng)和人為環(huán)境效應(yīng)。紅移：當(dāng)飽和單鍵碳?xì)浠衔镏械臍浔谎?、氮、鹵素、硫等雜原子取代時(shí)，由于這類原子中有n電子，n電子較鍵電子易于激發(fā)，使電子躍遷所需能量減低，吸收峰向長波長方向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為深色移動(dòng) 或稱紅移。KOW :即辛醇一水配系數(shù)，即化學(xué)物質(zhì)在平衡狀態(tài)時(shí)在辛醇中的濃度和水中濃度之比。KOW反映了

3、有機(jī)物的疏水性或脂溶性大?。篕OW越大，表明化合物越容易溶于非極性介質(zhì)中，越容易被生物體細(xì)胞吸收。KOC :即標(biāo)化的分配系數(shù)，沉積物一水分配系數(shù)，是以有機(jī)碳為基礎(chǔ)表示的分配系數(shù)，是化合物在水和沉 積物一土壤兩相中的平衡濃度關(guān)系，它也是單位重量沉積物上吸附的化合物量除以單位體積環(huán)境水中溶解 的該同一化合物量之比值。VOCS:即揮發(fā)性有機(jī)化合物（ Volatile Organic ComPoUnds,VOCs）,根據(jù) WHo 定義，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCS ）是指在常壓下，沸點(diǎn) 50260C的各種有機(jī)化合物。Eds： 一種測試方法，EDS（Energy DiSPerSiVe SPeCtrOmet

4、er）,電子顯微鏡（掃描電鏡、透射電鏡）的重要附 屬配套儀器，結(jié)合電子顯微鏡，能夠在1-3分鐘之內(nèi)對材料的微觀區(qū)域的元素分布進(jìn)行定性定量分析。？源與匯： 源（SOUrCeS）:向大氣排放污染物的過程或行為，分為天然（自然）源（natural SOUrCeS）和人為（人工）源（anthropogenic SOUrCeS）。匯（Sink）:大氣中污染物的去除，消除污染物的過程和機(jī)制。鹽基飽和度：即土壤吸附的交換性鹽基離子占交換性陽離子總量的百分?jǐn)?shù)。二、 問答與解析題：（60分）1、簡述有機(jī)物產(chǎn)生紫外吸收的機(jī)理；紫外吸收帶的類型有哪些，并列舉出其對應(yīng)的特征有機(jī)物。（6分）答：機(jī)理：紫外吸收是由于分子

5、中價(jià)電子的躍遷而產(chǎn)生的。因此，這種吸收決定于分子中價(jià)電子的分布和 結(jié)合情況。按分子軌道理論，在有機(jī)化合物分子中有幾種不同性質(zhì)的價(jià)電子；形成單鍵的電子稱為鍵電 子；形成雙鍵的電子稱為鍵電子；氧、氮、硫、鹵素等含有未成鍵的孤對電子，稱為n電子（或稱P電子）。當(dāng)它們吸收一定能量后，這些價(jià)電子將躍遷到較高的能級（激發(fā)態(tài)）。此時(shí)電子所占的軌道稱為反鍵軌道，反鍵軌道具有較高的能量。類型：K吸收帶：由于共軛雙鍵中*躍遷所產(chǎn)生的吸收帶，例如乙烯，丁二烯。R吸收帶：是相當(dāng)于助色團(tuán)及生色團(tuán)中n *躍遷所引起的，例如乙?；?。Ei和E2吸收帶：是由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個(gè)乙烯的環(huán)狀共軛系統(tǒng)的躍遷產(chǎn)生的，是芳香族化合物的特征 吸

6、收，例如苯。精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶：亦稱 B吸收帶，是由于 *躍遷和苯環(huán)的重疊引起的，例如苯甲酸。2、 請列出5種環(huán)境工程領(lǐng)域你認(rèn)為比較新的技術(shù)的名稱及原理。（10分）（改）答：中空纖維更新液膜：該技術(shù)采用疏水型中空纖維膜，膜的微孔中事先用有機(jī)萃取相浸潤，料液相與 反萃相分別在中空纖維膜的兩側(cè)流動(dòng)，在管內(nèi)相流體中加入一定量的有機(jī)萃取相，與管內(nèi)相流體形成極為 細(xì)小的微滴。在流動(dòng)的過程中，萃取相微滴與管內(nèi)相密切接觸，并由于表面張力和膜的浸潤性影響，使其 黏附在膜的壁面上，利用管內(nèi)相流體流動(dòng)所形成的剪切力，形成一層極薄有機(jī)相液膜。 正滲透技術(shù)：正滲透技術(shù)是一種新興的利用滲透原理（是指水或其它溶劑透過天然或人

7、造的半透膜，由低溶質(zhì)濃度側(cè)傳遞到高溶質(zhì)濃度側(cè)的過程 ，是自然界中廣泛存在的一種物理現(xiàn)象）的膜分離技術(shù)，能自發(fā)進(jìn)行，無需外加壓力即可實(shí)現(xiàn)，為水資源和環(huán)境問題提供了低能耗、高效率的解決途徑。 臭氧催化氧化：臭氧催化氧化是利用催化劑將臭氧分解后產(chǎn)生的具有很強(qiáng)氧化能力的自由基，來強(qiáng)化分 解水中高穩(wěn)定性，難生物降解的有機(jī)污染物的技術(shù)。 氣提法：是指利用水蒸氣通過水層時(shí)水溶液蒸汽壓超過外壓時(shí)的沸騰作用和液體不斷向氣泡內(nèi)蒸發(fā)擴(kuò)散 的作用使水中揮發(fā)性溶解物質(zhì)（例如揮發(fā)酚等）不斷的從水中分離出來的水處理過程，屬傳質(zhì)過程。 三維電極法：三維電極法處理二級出水的反應(yīng)機(jī)理為電化學(xué)、電氧化還原反應(yīng)和電吸附凝聚作用。當(dāng)電

8、 極兩端接通電源時(shí)，填充粒子在高梯度的電場作用下，感應(yīng)而復(fù)極化為復(fù)極性粒子，即在粒子一端發(fā)生陽 極反應(yīng)，另一端發(fā)生陰極反應(yīng)，整個(gè)粒子成了一個(gè)立體電極，粒子之間構(gòu)成無數(shù)個(gè)微電解池。3、請討論表面活性劑進(jìn)入水體后所可能引發(fā)的環(huán)境效應(yīng)？ （7分）答：首先，表面活性劑使水的感觀狀況受到影響，有研究報(bào)道，當(dāng)水體中洗滌劑質(zhì)量濃度在 0.71mgL時(shí)，就可能出現(xiàn)持久性泡沫。其次，由于洗滌劑中含有大量的聚磷酸鹽作為增凈劑，因此使廢水中含有大量的磷，這是造成水體富營養(yǎng) 化的重要原因。再次，由于陽離子表面活性劑具有一定的殺菌能力，在濃度高時(shí)，可能破壞水體微生物的群落。最后，表面活性劑可以促進(jìn)水體中石油和多氯聯(lián)苯等

9、不溶性有機(jī)物的乳化，分散，增加廢水處理的困難。4、 土壤的理化性質(zhì)是如何影響重金屬或有機(jī)污染物的環(huán)境行為的。（7分）答：土壤的理化性質(zhì)主要通過影響重金屬在土壤中存在形態(tài)而影響重金屬的生物有效性。土壤的理化性質(zhì) 主要包括PH、土壤質(zhì)地、土壤的氧化還原電位、土壤中有機(jī)質(zhì)含量等。 pH: PH大小顯著影響土壤中重金屬的存在形態(tài)和土壤對重金屬的吸附量，一般來說，土壤PH越低，H+越多，重金屬被解析的越多，其活動(dòng)性就越強(qiáng)，從而加大了土壤中的重金屬向生物體內(nèi)遷移的數(shù)量。 土壤質(zhì)地：土壤質(zhì)地影響著土壤顆粒對重金屬的吸附。一般來說，質(zhì)地黏重的土壤對重金屬的吸附能力 強(qiáng)，降低了重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力。 土壤的氧化

10、還原電位：它影響重金屬的存在形態(tài)，從而影響重金屬的化學(xué)行為、遷移能力及對生物的有 效性。一般來說，在還原條件下，很多重金屬易產(chǎn)生難溶性的硫化物，而在氧化條件下，溶解態(tài)和交換態(tài) 含量增加。 土壤中有機(jī)質(zhì)含量：它影響土壤顆粒對重金屬的吸附能力和重金屬的存在形態(tài)，有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤 對重金屬的吸附能力高于有機(jī)質(zhì)含量低的土壤。5、請闡述酸性礦水產(chǎn)生的機(jī)理，為什么用石灰石進(jìn)行治理的效果不理想？ （5分）答：酸性礦水是含硫礦山在開采過程中，所含的硫及硫化物被氧化成硫酸而產(chǎn)生的酸性水。 黃鐵礦氧化產(chǎn)酸過程如下：。見 PDF石灰石是碳酸鈣，就是普通的大理石，中性；所以中和酸性礦水效果不理想，可以用熟石灰，因

11、為熟石灰 是堿石灰，堿性，才可以中和酸性土壤。8 分）6、如何進(jìn)行金屬的形態(tài)分級，進(jìn)行金屬的形態(tài)分級有何環(huán)境學(xué)意義？（答：金屬的形態(tài)是指金屬的價(jià)態(tài)、化合態(tài)、結(jié)合態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)四個(gè)方面，即某一金屬元素在環(huán)境中以某種離 子或分子存在的實(shí)際形式。五步連續(xù)提取法是應(yīng)用最廣泛的方法，它將金屬賦存形態(tài)分為：交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、氧化錳結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘留態(tài)。BCR法提取法把重金屬形態(tài)分為酸可提取態(tài)、氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘余態(tài)。意義：重金屬進(jìn)入土壤后，通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合吸附等各種反應(yīng)，形成不同的化學(xué)形態(tài)，并表現(xiàn)出不同的活性。土壤重金屬形態(tài)分級與重金屬在土壤中的遷移性、可給性、活性及污染土壤修復(fù)

12、有密切關(guān)系。7、下圖為某有機(jī)物料堆肥前后其中的溶解性有機(jī)質(zhì)（dissolved Organic matter）的紅外掃描圖譜，請對此圖進(jìn)行解析，能得出哪些結(jié)論。（7分）波數(shù)（cm-1）圖1.堆肥起始與結(jié)束時(shí)Do紅外光譜圖Fig 1. FT-IR SPeCtra Of DOM derived from compost atdifferent StageS答:堆肥開始和結(jié)束時(shí)其 DOM的紅外光譜均出現(xiàn)相似的 5個(gè)強(qiáng)的（35003000cm-1,1640 1630cm-1, 1410 1390cm-1,825cm-1，680600cm-1）和 1 個(gè)較弱的（24002200cm-1）吸收區(qū)域。按照

13、Monison 和 Boyd（1983）的解析，由于 3500 3000cm-1,1640 1630cm-1，830820cm-1 和 670cm-1 吸收峰的存在，表明堆 肥樣品的水溶性有機(jī)物中含有苯環(huán)和酚基官能團(tuán)；35003000cm-1,1640 1630cm-1和1420 1330cm-1存在吸收峰預(yù)示著樣品中有一 COOH，1200 1040cm-1吸收峰是樣品中多糖存在的暗示；而2400 2200cm-1吸收峰表明樣品中含有蛋白類及其降解物質(zhì)。盡管堆肥起始與結(jié)束時(shí)均存在相同的官能基團(tuán)，但從圖中可以 看出，某些吸收峰的強(qiáng)度已發(fā)生了較大的改變，說明某些物質(zhì)的含量在發(fā)生變化；堆肥開始時(shí)其DOM在2400 2200cm-1有一中等強(qiáng)度的吸收峰，而在堆肥結(jié)束時(shí)，其強(qiáng)度明顯變?nèi)?，這說明堆肥過程中水溶性有 機(jī)物的一NH4+含量降低，堆肥中蛋白類物質(zhì)被微生物降解并利用了。1200 1040cm-1處的吸收峰也有相似趨勢，10701380cm-1吸收峰強(qiáng)度比在堆肥開始時(shí)為1.48,在堆肥結(jié)束時(shí)僅為 0.56 ,該區(qū)域吸收峰強(qiáng)度的降低表明了水溶性有機(jī)物中的多糖類物質(zhì)含量在減少。而另一方面，堆肥后16401630cm-1和670cm-1處吸收峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，前者16401380cm-1吸收峰強(qiáng)度比，起始時(shí)為0.42 ,堆肥后為0.71 ,增加6