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环境化学试题及答案

环境化学试题及答案


《环境化学》 (A)
题号 得分 一 二 三 四 五 六 七 八 总 分

评阅人 一.填空(每空 1 分) 得分 1.环境问题是在 和过度开发
资源

复查人签名

合分人签名

工业化

过程中产生的,具体原因包括污染物 ;
协调 承载力

排放

2.可持续发展的战略思想是经济、社会和环境保护 心思想是:经济发展不能超过资源和环境的 3 在大气对流层中污染物易随空气发生 物易随地球自转发生 4.逆温层不利于污染物的 5.当Γ <Γ d 时,大气处于 6.大气中重要自由基产生于
水平 传输 稳定 光 垂直

发展,其核 ;

对流运动,在平流层中污染

运动; 。 状态。 离解。
多环芳烃

7.由若干个苯环稠和在一起的化合物称为



8.在有氮氧化物和碳氢化合物存在于大气中时可能发生光化学烟雾, 该反应机制 为:
自由基引发

、 自由基转化和增殖
吸收紫外线 光化学烟雾 硫酸型烟雾 5.0 ﹤10um 过氧乙酰硝酸酯 自养生物



自由基氧化 NO

、 链终止



9.平流层中的臭氧层能够 10.洛杉矶烟雾也称为 11.伦敦烟雾也称为 12.当降水的 pH 值 13.可吸入粒子是指粒径 14.PAN 是指大气中的 15.水中异养生物利用 命体; 16.导致痛痛病的污染物是 17.导致水俁病的污染物是

从而保护生物,维持生态平衡; 。 。

时,称为酸雨。 的颗粒物; 污染物;

产生的有机物为能源及材料构成生

Cd 甲基汞

; 。

18.腐殖质分子中含有

多元环状

结构,其上联接有

-OH

-COOH

-CHO

等官能团; 19.非离子型有机物可通过
溶解

作用分配到土壤

有机质

中;

20.pH 值在 4.5 至 8.3 之间时,水中碳酸的主要形态分别 为
CO2



H2CO3



HCO3吸附 氧化还原 分配

; 、
凝聚絮凝

21.水中无机污染物的迁移转化方式有
溶解沉淀



、 配合



; 、 ;
水解

22. 水中有机污染物的迁移转化方式有
光解





挥发



生物降解

23.pE 值低表示环境为 24.标化分配系数是以 25.次生矿物由

有机碳 有机碳

性环境。 为基础表示的分配系数。
化学

物理

分化和

分化而成; 、
腐败区

26.氧垂曲线可依次划分为清洁区及
恢复区

分解区



及清洁区
极限溶解氧 异向絮凝

27.在 S-P 模型中,溶解氧有一个最低值称为

28. 天 然水 中 的颗 粒物 聚 集的 动 力学 方 程分 别 称为 为
同向絮凝





差速沉降絮凝 硅氧四面体

。 层和 石。
铝氢氧八面体

29.次生铝硅酸盐由
高岭

层构成,它们是

石、

蒙脱

石和

伊利

1.已知某土壤有机碳含量为 5%,某有机物的辛醇-水分配系数为 Kow=4×105,则 该有机物在土壤上的分配系数 Kp 为 2.气团的稳定性与
密度层结 1.26×10
4

(不考虑颗粒粒径大小的影响) 两个因素有关。 、
CFCs



温度层结

3.能引起温室气体效应的气体主要有 CO2 4.腐殖质中不能被酸和碱提取的部分称为 的部分称为
腐殖酸

、 CH4 、 CO
腐黑物



,可溶于稀碱但不溶于酸
富黑酸

,既溶于碱又溶于酸的的部分称为

。 和


5.土壤是由气、 液、 固三相组成的, 其中固相可分为

土壤矿物质

壤有机质

,两者占土壤总量的

90%以上



6.土壤及沉积物(底泥)对水中有机物的吸附作用(sorption)包括
表面吸附



分配作用


振荡法

7.测定正辛醇-水分配系数的方法有 相色谱法。 8.降水中主要的阴离子有 9.CFC-11 的分子式为 得分
SO42CFCl3



产生柱法

和高效液



NO3-



Cl-



HCO3-





二.选择题(共 20 分,每小题 2 分)

1.随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率(Γ ) ,对于逆温气层的大气垂 直递减率 a.Γ ﹥0 c 。 b. Γ =0 c. Γ ﹤0 a 。

2.某一氧化-还原反应体系的标准电极电位 0.80,气 pEo 为 a.13.55 b. 13.35 c c. 13.05 d.12.80

3.测定总磷时,下例

组物质均会产生干扰,是测定结果偏低?

a.亚砷酸盐、Cr(Ⅲ) 、Cu(Ⅱ) 、亚硝酸盐 b. 砷酸盐、Cr(Ⅵ) 、Cu(Ⅱ) 、硝酸盐 c. 砷酸盐、Cr(Ⅵ) 、Cu(Ⅱ) 、亚硝酸盐 d. 亚砷酸盐、Cr(Ⅲ) 、Cu(Ⅱ) 、硝酸盐 4.五十年代日本出现的痛痛病是由 a.As b. Hg c. Pb d d.Cr um 的粒子称为爱根核膜。 d.2 污染水体后引起的。

5.根据 Whittby 三模态模型,粒径小于 a a.0.05 b. 0.1 c. 1 b

6.在氨氮的测定中,氨与 定。 a.盐酸萘乙二胺显色剂 c. 混合试剂

生产黄色的络合物,可在 425nm 波长下比色测

b. 纳氏试剂 d.二磺酸酚试剂 原因可能诱

7.重金属从悬浮物或沉积物中重新释放属于二次污染问题, 下例 b 发重金属释放。 a.颗粒物聚沉 b. 降低水体的 pH 值

c. 水流速度加快

d.富营养化加重 a 。

8.下例吸附现象属于离子交换吸附的有 a.土壤胶体吸附碱土金属粒子

b. 土壤颗粒吸附非离子有机化合物

c. 金属水和氧化物吸附过渡金属离子 d.腐殖质吸附非离子型农药 9.下例说法正确的是 c 。

a.代换性酸度和水解性酸度属于活性酸度 b.潜性酸度是指土壤胶体吸附的可代换性 Al3+ c.土壤潜性酸度往往比活性酸度大得多 10.在一封闭的碳酸体系中加入重碳酸盐,其中, a.总碱度 b. pH c. 酚酞碱度 c 不发生变化。

d.苛性碱度

得分

三.名词解释

1.光化学烟雾
含有氮氧化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,这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象,称为光化学烟雾

2.酸性降水
指通过降水,如雨,雪,雾,冰雹等将大气中的酸性物质迁移到地面的过程。

3.生长代谢
当微生物代谢时, 某些有机污染物作为食物源提供能量和提供细胞生长所需的碳, 该有机物 被降解,这种现象称为生长代谢。

4.次生矿物
次生矿物是由原生矿物经化学风化后形成的新矿物,其化学组成和晶体结构却有所改变

5.质体流动
由水或土壤微粒或两者共同作用引起的物质流动

二.简答题 1、画图简要说明大气温度层结及其特点、产生的原因。 (10 分) 得分
静大气在垂直方向上的温度分布称为大气温度层结。可分为: 1 对流层:由于受到地面长波辐射的影响,下热上冷,空气垂直对流运动剧烈,污染物质 传输容易

2 3

平流层: 在其上中部有一臭氧层, 它吸收来自太阳的紫外线后放出能量, 该层上热下冷。 污染物不易传输扩散,只能随地球自转而平流而遍布全球 中间层:由于平流层中臭氧层放热的影响,下热上冷,空气垂直对流强 热层:由于受太阳辐射的影响,上热下冷。空气稀薄,处于电离状态。

2、简要说明温室效应产生的机理及大气温度升高的原因,京都议定书的目标是 是么?(10 分) 得分
温室效益产生的机理:大气中的温室气体主要是 CO2 吸收了来自地面的长波辐射将能量截 面于大气中,使地球温度升高 大气温度升高的原因: (1)过度利用化石燃料(2)植被大量减少 京都议定书的目标:限制 CO2 的排放,特别是发达国家 CO2 的排放,以控制大气温度升高

3、试述伦敦烟雾的类型、起因和发生条件。 分) (5 得分
气相氧化: 1 直接光氧化 2 被自由基氧化 3 被氧原子氧化 液相氧化 1 被 O3 氧化 2 被 H2O2 氧化 金属离子催化氧化

4、 .试述水体富营养化产生的机理。 分) (5 得分
工业废水及生活污水排放水体,使水中氮磷等营养物增多。引起藻类繁殖,由于死藻在分解 时消耗溶解氧,使水质恶化

5、试述 DDT 的主要特性和在环境中迁移、转化与归趋的主要途径(10 分) 得分
答: ①热稳定性高,挥发性小,不溶于水,易溶于有机溶剂和脂肪; ②在植物叶片中积累大,通过食物链进入人体; ③易被土壤胶体吸附,在土壤中移动难; ④可发生生物降解,可分为还原氧化和脱氯化氢,在紫外光的照射下发生光解。和光 降解;

6、请叙述腐殖质的分类及其在环境中的作用(10 分)

得分
答:腐殖质可分为腐殖酸、富里酸、腐黑物。 在环境中的作用: ①对河流中的汞有显著的流出效应②抑制金属从水中沉降③减弱重金属毒 性④在给水消毒中产生 THMs⑤遇 Ca2+ 、Mg2+产生沉淀。

7、写出 S-P 模型的两个微分方程,并说明每一个变量的意义(10 分) 得分
?L ? 2 L ? —K1L ? x ?x 2 ?C ? —K1L+K2(Cs—C) u ?x
u 式中 L—BOD,X—河水流动方向的距离,u—河水平均流速,Ex—离散系数 K1——好氧系数,C—溶解氧,K2—复氧系数,Cs—饱氧溶解氧浓度

8、写出大气平流层中臭氧层吸收太阳辐射紫外线的化学反应式及臭氧层被大气 污染物破坏的催化反应式。 (10 分) 得分
1 O3﹢hv→O﹢O2 2 Y ﹢O3→YO﹢O2 YO﹢O→Y﹢O2 总 O3﹢O→2O2 O﹢O2﹢M→O3﹢M

9、将下列农药的商品名和化学名联线。 分) (5 得分 DDT 林丹 敌敌畏 乐果 敌百虫
1对a 2对d 3对c 4对b 5对e

P,P’-二氯二苯基三氯乙烷 硫代磷酸酯 磷酸酯 六氯环己烷 膦酸酯

10、简要说明碳氢化合物在光化学烟雾中所起的作用。
答:碳氢化合物与自由基反应,发生一系列自由基转化和增殖的链反应,在此过程中产生的 氧化性自由基将 NO 氧化成 NO2,替代了 O3 使之越积越多,同时产生许多污染物如过氧乙 酰硝酸脂。

1. 在“在硝酸盐氮的测定”实验中,试说明氯化物和亚硝酸盐氮如何影响实验 结果,怎样去除氯化物和亚硝酸盐氮的干扰?
(1)少量氯化物能引起硝酸盐的损失,使结果偏低; 加入硫酸银使其生成氯化银沉淀,过 滤去除,可消除氯化物的干扰 (2) 亚硝酸盐氮含量超过 0.2ūg/ml, 使结果偏高; 加入高锰酸钾将亚硝酸盐氧化成硝酸盐, 可消除亚硝酸盐氮的干扰,从测定结果中减去眼硝酸盐的含量即可

2.为什么排放到大气中的 CFCs 能破坏臭氧层, 写出有关化学反应式并举例说明。
因为 CFCs 可催化 O3 分解,使 O3 转变成 O2,如 F-11(CFCl3)和 F-12(CF2Cl2),它们在波长为 75-220nm 紫外光照射下会产生 Cl CFCl3+hν →CFCl2+ Cl CF2Cl2+ hν →CF2Cl+ Cl 光解产生的 Cl 可破坏 O3。其机理为 Cl+ O3→ClO+ O2 ClO+O→Cl+ O2 总反应 O3+O→2 O2

3.试述有机磷农药在土壤中迁移转化的主要过程。
主要过程包括 (1)有机磷农药的非生物降解过程 a 吸附催化水解 b 光降解 (2)有机农药的生物降解

4.影响沉积物中重金属释放的主要因素有哪些?
主要因素有 (1)盐浓度 (2)氧化还原条件 (3)pH 值 (4)水中配位剂含量 (5)生物化学过程

三、计算题 1、到达地球表面的太阳辐射最短波长为 290nm,问大气中 NO2 分子在吸收该波 长光量子后, 能否引起分子中 N-O 键断裂?已知 N-O 的键能为 3.01×105J/mol, Planck 常数为 6.626×10-34J.s,光速为 3.0×108m/s。 (10 分) 得分
6.626 ? 10 ? 34 ×3.0×108=6.85×10-19J 290 ? 10 ? 9

解:E=N0

hc

?

?

E’=NE=6.02×102 ×6.85×10-19 =4.12×105 E’>3.01×105 J/mol 故可引起 N—O 键断裂。

3

2、设大气压力为 1.0130× 5Pa(25℃) 10 ,空气中水蒸气的分压为 0.03167× 5Pa 10 (25℃) 氧溶于水的亨利常数为 1.26×108,计算氧气在水中的溶解度。 分) , (10 得分

解:PO2=(1.01325-0.03167)×10 ×0.21 5 =0.2056×10 (pa) O2(aq)=KH×PO2=1.26×105×0.2056×10-8 =2.6×10-4(mol/l) O2(aq)= 2.6×10-4×32×1000 =8.32(mg/l)

5

3、 具有 2.00×10-3mol/L 碱度的水, 为 7.0, 请计算[H2CO3*]、 pH [HCO3-]、 32-] [CO 的浓度各是多少?已知下表数据: pH 7.00 (10 分) 得分
解:当 pH = 7.00 时,CO3-的浓度与 HCO3-的浓度相比可以忽略,查表 pH = 7.00 时, α = 1.224, 则[HCO3-] = [碱度] = 2.00×10-3mol/l/l。 [H+] = [OH-] = 10-7 mol/l。 [HCO3 ] = [H+][HCO3-]/K1 = 1.00×10-7×2.00×10-3/(4.55×10-7) = 4.49×10-4mol/l。 [CO3-] = K2[HCO3-]/[H+] = 4.69×10-11×2.00×10-3/(1.00×10-7) = 9.38×10-7 mol/l。


α

0

α

1

α

2

0.1834

0.8162

3.828×10-4

4、 在厌氧消化池中, pH 值 7.0 的水接触的气体含 65%的 CH4 和 35%的 CO2, 和 已知
1 ? C O2 ? H ? e 8 1 1 C H 4 ? H 2O , 8 4

pE0=2.87,请计算 pE

和 Eh(10 分) 得分
解 pE=pE0+1/n lg([反应物]/[生成物])

=2.87+lgPCO20.125[H+]/PCH40.125 =2.87+lg 0.350.125×10-7/0.650.125 =2.87+lg 0.877×10-7/0.948 =2.87+lg 0.925—7=—4.16 Eh=0.059pE=-4.16×0.059=—0.246

5、一个有毒化合物排入至 pH=8.4,T=25℃的水体中,90%的有毒化合物被悬 浮物所吸着,已知酸性水解速率常数 Ka=0,碱性水解速率常数 Kb=4.9× 10-7L/(d.mol), 中性水解速率常数 Kn=1.6d-1.请计算化合物的水解速率常数。 (5 分) 得分
解:Kh =[Kn+ ? w(Ka[H+]+ Kb[OH-])] =1.6+0.1(0+4.9×10-7×10-5.6) =1.6d-1

6、用 Langmuir 方程描述悬浮物对溶质的吸附作用,假设溶液平衡浓度为 3.0× 10-3mol/L,溶液中每克悬浮固体吸附溶质为 0.5×10-3mol/L,当平衡浓度降至 1.0×10-3mol/L 时,每克吸附剂吸附溶质为 0.25×10-3mol/L,问每克吸附剂可 以吸附溶质的吸附限量是多少?(5 分) 得分
G 0C A?C G 0 ? 3.0 ? 10 ? 3 0.5×10-3= A ? 3.0 ? 10 ? 3 G 0 ? 1.0 ? 10 ? 3 0.25×10-3= A ? 1.0 ? 10 ? 3 3.0 ? 10 ? 3 A ? 1.0 ? 10 ? 3 2= × A ? 3.0 ? 10 ? 3 1.0 ? 10 ? 3
解:G= 2A+6.0×10-3=3.0(A+1.0×10-3) 2A+6.0×10-3=3.0A+3.0×10-3 A=3.0×10-3 G0=1.0×10-3(mol/L·g)

(1) (2)

1. 在一个 pH 为 7.0,总碱度为 1.6mmol/L 的水体中,如加入碳酸钠使其碱化,问需加多少
mmol/L 的碳酸钠才能使水体 pH 上升至 8.0?如用 NaOH 强碱进行碱化,又需加多少碱? (pH=7.0 时, 0=0.1834, 1=0.8162, 2=3.828×10 , =1.224; α α α α pH=8.0 时, 0=0.02188, α
-4

α 1=0.9736,α 2=4.566×10 ,α =1.018) (本小题 10 分) 解:总碱度=KW/ [H+] + CT(α1 + 2α2) - [H+]

-3

1 {[总碱度] + [H+] - [OH-]} ? 1 ? 2? 2 1 令 α= ? 1 ? 2? 2
CT= 当 pH 在 5~9 范围内、[碱度]≥10-3mol/L 时, [H+]、[OH-]项可以忽略不计,得到简化式: CT=α[碱度] 当 pH=7.0 时, 1=0.8162, 2=3.828×10-4, α=1.224, T =α[碱度]=1.9584mmol/L α α 则 C 若加入碳酸钠将水的 pH 升至 8.0,此时 CT 值与碱度值均有变化。设加入的碳酸钠量为 Δ[CO32-],则有 CT + Δ[CO32-]=α′{[碱度] + 2Δ[CO32-]} 解得,Δ[CO32-]=1.9248 mmol/L 若加入氢氧化钠将水的 pH 升至 8.0,其 CT 值并不变化,可得: 碱度增加值就是应加入的氢氧化钠强碱量: Δ[OH-]=1.9248-1.6=0.3248 mmol/L 2.含镉废水通入 H2S 达到饱和并调 pH 值为 8.0,请计算水中剩余镉离子浓度(已知 CdS 的 溶度积为 7.9×10-27,H2S 离解常数 K1=8.9×10 ,K2=1.3×10 ,饱和水溶液中)(本小题 。 7 分) 解:H2S→H +HS Ka1=[H ] [HS ]/[H2S] [HS ]= Ka1[H2S]/[H ] + 2+ 2+ 2 2HS-→H +S Ka2=[H ] [S ]/[HS ]=[H ] [S ]/ Ka1[H2S] 2+ 2 -8 -15 -8 2 -7 [S ]= Ka1* Ka2[H2S]/[H ] =8.9×10 ×1.3×10 ×0.1/(10 ) =1.157×10 mol/l 2+ 22+ 2CdS→Cd +S Ksp= [Cd ] [S ] [Cd ]= Ksp/[S ]=7.9×10 /1.157×10 =6.8×10
2+ 2-27 -7 -20 + + + -8 -15

mol/l

3.一个有毒化合物排入至 pH=8.4,T=25℃的水体中,90%的有毒化合物被悬 浮物所吸着,已知酸性水解速率常数 Ka=0,碱性水解速率常数 Kb=4.9× 10-7L/(d.mol), 中性水解速率常数 Kn=1.6d-1.请计算化合物的水解速率常数。 (6 分)
解:已知 Ka = 0, [H+] = 10-8.4 Kn = 1.6 Kb = 4.9×10-7 Kh = Ka[H+] + Kn + KbKw/[H+] = 0 + 1.6 + 4.9×10-7×10-5.6 = 1.6 (d-1) T1/2=0.693/Kh=0.693/1.6=0.43d


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