大连理工大学 环境化学 所有作业答案

绪论部分：

2、简述环境问题的分类？（10分）

答：环境问题是多方面的，但大致可分为两类：原生环境问题和次生环境问题。由自然力引起的为原生环境问题，也称为第一环境问题。由于人类生产和生活引起生态系统破坏和环境污染，反过来又危及人类自身和生存和发展的现象，为次生环境问题，也叫第二环境问题。原生环境问题和次生环境问题很难截然分开，它们之间常常存在着某种程度的因果关系和相互作用。

4、什么是环境化学，学习环境化学有什么意义？（10分）

答：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。

意义：用来掌握污染来源，消除和控制污染，确定环境保护决策，以及提供科学依据诸方面都起着重要的作用。

5、简述环境化学的分支学科。（10分）

答：主要包括6类。

①环境分析化学：是研究化学品的形态、价态、结构、样品前处理和痕量分析的学科。 ②环境污染化学：大气、水体和土壤环境化学，元素循环的化学过程。 ③污染控制化学：主要研究与污染控制有关的化学机制及工艺技术中化学基础性问题。 ④污染生态化学：是研究化学污染物在生态系统中产生生态效应的化学过程的学科。 ⑤环境计算化学：主要利用有效的数学近似以及电脑程序计算分子的性质。 ⑥环境生物化学：是研究环境化学品对生命影响的学科。

第一章：

1、地球环境主要由哪些圈层构成？英文单词？各之间有什么联系？各有哪些性质？（10分）

答：地球环境主要由大气圈（atmosphere）、水圈（hydrosphere）、土壤圈（pedosphere）、岩石圈（lithosphere）和生物圈（biosphere）构成。

联系：大气圈、水圈、土壤圈和生物圈共同组成了地球环境系统，每个圈层都离不开太阳所提供的能量，这几个圈层密切联系，相互作用，不停的进行着物质、能量交换，维持着动态的自然平衡，使地球及其生物得以生存、繁衍和发展。 性质：

①大气圈：是地球生物生存的重要物质条件，不仅是生命所需的要素，而且也参与地球表面的物质循环过程。其中空气垂直分布不均匀，大气的温度和密度等在垂直方向上呈不均匀分布，有大气温度层结和密度层结。

②水圈：是参与生命形成过程及其物质、能量转化的重要因素，是组成地球外壳最基本的自然圈层之一，处于连续的运动状态中。

③土壤圈：一般处于大气圈、岩石圈、水圈及生物圈的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。

④生物圈：主要由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质三部分组成，是地球上最大的生态系统，其中有多种类型的生态系统。

⑤岩石圈：厚度不均一，其板块的运动与岩石的形成与演化有密切联系。

2、环境介质、相的概念，连续和非连续的介质，对于污染物的运动变化有哪些影响？（10分）

答：环境介质：某一具体的环境单元世界，可看作由物质、能量和信息三部分组成，其中有

形的物质部分。

相：系统中物理性质及化学性质均匀的部分。

连续的介质使污染物的运动变化有一定方向性，污染物运动加快；非连续介质使污染物运动变化没有方向性，可吸附污染物使其运动发生改变，减缓污染物运动。

3、区分大气和空气的概念，各自对应哪个英文单词？（10分）

答：大气（atmosphere）：是多种物质的混合物，是各种固体或液体均匀地分散在空气中形

成的一个庞大的分散体系，自然状况下，由干洁空气、水汽、悬浮颗粒物或杂质组成。 空气（air）：除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体为干洁空气，主要成分有N2和O2，以及少数的惰性气体等。

4、什么是大气温度层结？各层结的特点如何？不同波长的太阳辐射，各能到达哪些层结？（10分）

答：大气温度层结：静大气的温度在垂直方向上的分布，其动力是地球自转作用和对太阳辐

射吸收的不同。

根据大气的温度层结、密度层结和运动规律，大气可分为：

对流层：温度随高度增加而降低，气体垂直运动剧烈，含有全部的大气质量的3/4的大气和全部水汽，大气中绝大多数天气现象都发生在对流层。 平流层： 温度随高度的增加保持不变或稍有上升，高度为15－35 km 范围内存在一臭氧层。该层空气垂直对流运动小，只能随地球自转而产生平流运动。平流层内水汽和尘埃都很少，几乎没有天气现象出现。

中间层：温度随高度的增加而降低，空气垂直运动相当强烈。

热层：温度随高度的增加而迅速上升，层内空气稀薄，处于高度电离状态。 逸散层：空气更为稀薄，地球引力小，大气质点向星际空间逃逸。

λ<100nm：太阳辐射到达热层； 200nm<λ<300nm：太阳辐射到达中间层；

λ>300nm：太阳辐射到达对流层。

5、简述大气颗粒物的来源和分类。（10分）

答：来源：分为两种，一是天然来源，二是认为来源。

天然来源包括地面扬尘、海浪溅出的泡沫、火山灰、森林火灾、宇宙陨星尘埃等。

人为来源包括飞灰和气态污染物等。

分类：①按来源分：天然来源颗粒物、人为来源颗粒物。

②按存在形态分：液态颗粒物、固态颗粒物、液固混合颗粒物。 ③按形成方式分：一次颗粒物、二次颗粒物。 ④按组成分：无机颗粒物、有机颗粒物。

⑤按粒径分：总悬浮颗粒物、降尘、飘尘、可吸入颗粒物及呼吸性颗粒物。

1、 臭氧是如何生成和损耗的（天然和人为因素）？（8分）

答：臭氧存在对流层顶和平流层之间，臭氧的生成是由于平流层中氧气光解的结果。臭氧的天然来源为：

O2 + hv →O + O (λ < 243 nm)

2O + 2O2 + M →2O3 + M 总反应为：3O2 + hv →2O3

臭氧形成的人为来源：汽车尾气排放的氮氧化物光解形成的氧原子与氧气结合生成臭 氧。复印机、高压电线释放物等都可以形成臭氧。

NO2 + hv →NO + O (λ < 420 nm)

O + O2 + M → O3 + M

臭氧在正常情况下的耗损：臭氧的消耗过程，主要为吸收紫外光而光解和与氧原子反 应生成氧气。

O3 + hv → O2 + O O3 + O → 2O2

正常情况下，臭氧的生成和耗损处于动态平衡状态。

非正常情况下：由于水蒸气、NOx、氟氯烃等污染物进入平流层，它们能加速臭氧耗损过程，破坏臭氧层的稳定状态。

Y+O3→YO+O2 YO+O→Y+O2

总反应为：O3+O→2O2

其中：Y = NOX (NO, NO2); HOX (H, HO, HO2); ClOX (Cl, ClO)

2、 什么是温室效应？大气中有哪些温室气体？（6分）

答：大气中的CO2、CH4等气体可以强烈地吸收红外辐射，起到了单向过滤作用，吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留在大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。 大气中温室气体有：二氧化碳、甲烷、氟氯烃、氮氧化物、臭氧，还有水，一氧化碳等。

3、 试述全球气候变化的原因及影响。（6分）

答：原因：分为自然原因和人为原因。

其中，自然原因主要是自然的气候波动，包括太阳辐射的变化，火山爆发等。

人为原因主要是人类活动的影响，包括人类燃烧化石燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度的增加，硫化物气溶胶浓度的变化，陆面覆盖和土地利用的变化等。 影响：①对环境的影响：气候变化引起大气圈、水圈、生物圈等自然地理环境要素的变化，

从而引起自然资源变化和自然灾害频繁，以及生态环境破坏。

②对人类生产生活的影响：由于环境变化，自然资源条件变化，从而影响人类的生产

生活。如人体健康、产业领域、居住环境的变化。

4、Deduce the formulas for the compounds with the following code numbers: (4分)

(1) 12; (2) 113; (3) 123; (4) 134

答：(1) 12+90=102 表示1个碳，0个氢和2个氟，非碳原子总数2n+2=4，氯原子个数：

4-(0+2)=2，所以分子式：CF2Cl2

(2) 113+90=203 表示2个碳，0个氢和3个氟，非碳原子总数2n+2=6，氯原子个数：6-(0+3)=3，所以分子式：C2F3Cl3

(3) 123+90=213 表示2个碳，1个氢和3个氟，非碳原子总数2n+2=6，氯原子个数：6-(1+3)=2，所以分子式：C2HF3Cl2

(4) 134+90=224 表示2个碳，2个氢和4个氟，非碳原子总数2n+2=6，氯原子个数：6-(2+4)=0，所以分子式：C2H2F4

5、Deduce the code numbers for each of the following compounds (3分)

(1) CH3CCl3; (2) CCl4; (3) CH3CFCl2

答：(1) 2个碳，3个氢和0个氟，所以代码为：230-90=140；

(2) 1个碳，0个氢和0个氟，所以代码为：100-90=10； (3) 2个碳，3个氢和1个氟，所以代码为：231-90=141。

6、举例说明怎样表示大气中的气体与同种气体在溶液中的平衡？(5分)

答：大气中的气体分子与溶液中相应的同种气体分子之间的平衡可以表述为： G(g) ?? G(aq) 大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为： [G(aq)] = KH×pG [G(aq)]－气体在溶液中的浓度(mol/L);

KH －气体在一定温度下的亨利定律常数(mol/L·Pa) pG－气体在大气中的分压(Pa)

举例：CO2在干燥空气中的含量为 0.0314% ，水在25℃时的蒸汽压为0.03167 × 10 Pa，CO2的亨利定律常数为3.34 × 10 mol/L.Pa。则CO2在水中的浓度为：

pCO?(1.0130?1025-7

5

?0.03167?105)?0.0314%?30.8(Pa)[CO2(aq)]?KH?pCO?3.34?10?8?30.8?1.028?10?5(mol/L)27、水体富营养化的机理与危害。（8分）

答：定义：人类活动影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，导致水体溶解氧下降、水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象，即为水体富营养化。

机理：由于污染物质排入水体湖泊、河口、海湾等，引起水化学失衡，藻类和浮游生物大量增殖，溶解氧量下降，最终导致鱼类及其它生物死亡、生态紊乱以及内源营养物质释放。

危害： （1）水体中的藻类大量繁殖可以阻塞水道，缩小鱼类生存空间，水体变色、透明度

降低，其分泌物引起水臭，给水处理造成各种困难；更重要的是富营养化还可能破坏水体中生态系统的原有平衡；

（2）水体富营养化后，藻类繁生将使有机物生成速度远远大于其消耗速度，积累大

量的有机物。其后果是促使细菌类微生物繁殖，加快异氧生物的生长，使水体耗氧量增加。富营养化引起有机体大量生长，反过来又会使某些藻类、植物及水生生物、鱼类趋于衰亡，以致绝迹。这些藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把生物所需的氮、磷等营养物质释放到水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，也很难自净和恢复到正常状态。

8. 分别论述封闭和开放水体系中的碳酸平衡过程。（5分）

答：水体中存在CO2，H2CO3，HCO3，CO3四种化合态。因为H2CO3含量极低，故把CO2和H2CO3合并H2CO3*。

则水中存在的平衡体系为：

CO2?H2O?H2CO3(pK0?1.46)??H?(pK?6.35)H2CO3?HCO31-?CO2-?H?(pK?10.33)HCO323K1??][H?][HCO3[H2CO3]K2?2-][H?][CO3-][HCO3-2-

?]?K1[H2CO3][HCO3[H?]2-]?[CO3K1K2[H2CO3][H?]2[H2CO3][H2CO3]?K1[H2CO3]K1K2[H2CO3]?[H?][H?]2?(1?K1KK?12)?1[H?][H?]2 ?0?K2?1[H?]?1?(1??)?K1[H][H?]2[H?]?1 ?2?(1??)K1K2K2以上讨论未考虑CO2与大气交换过程，故属于封闭的体系。 以下考虑CO2在气、液两相达到平衡时(开放体系)：

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