2012年考研专业课自测试题及答案：环境化学
一、填空题(每空0.5分,共30分)
1环境化学是一门研究有害物质在环境介质中的________、________、________、
________及其控制的化学原理和方法的科学。
2水中常见的吸附等温线有________、________、________。
3诱发沉积物中重金属的释放的主要因素有________、________、________、________。
4向某一含碳酸的水体加入重碳酸盐，总酸度_____、无机酸度_____、CO2酸度______、总碱度_____、酚酞碱度_____和苛性碱度_____。
5组成水中碱度的物质可以归纳为：________、________、________。
6依据软硬酸碱理论，可以确定天然水中主要的无机配体中硬碱有________，软碱有
________。
7一般根据腐殖质在碱和酸溶液中的溶解度可以把其分成________、________、
________三类。
8________的光解是大气中HO·自由基的主要来源之一，________的光解是大气中
HO2·自由基的主要来源之一。
9影响酸雨形成的因素有________、________、________、________。
10能保持土壤缓冲性能的物质有________、________、________三类。
11环境中有机磷农药的降解过程分为________、________、________三类。
12确定生物富集过程中的BCF值的方法有________、________。
13生物转化中的受氢体包括________、________、________三类。
14光化学烟雾从产生到结束，其中主要污染物依次出现的顺序为，二次污染物有。
15含碳化合物的厌氧分解过程中，在______细菌的作用下，生成________中间产物，然后在______细菌的作用下，生成______。
16丙酮酸在有氧条件下，通过________辅酶，转化为________，然后与草酰乙酸反应生成________，进入________循环过程。
17物质通过生物膜的方式有________、________、________、________、______。
18导致臭氧层耗损的典型物质有。
19土壤碱化度为________，其产生过程为________作用。
二、名词解释(每题2分,共18分)
专属吸附
质子平衡原理
质体流动
DLVO理论
积累稳定常数
二次颗粒物
湿沉降
b-氧化途径
环境化学效应
三、公式推导(每题6分,共12分)
1推导天然水体的电子活度pE与氧化还原电位的关系。
2推导关于酶促反应速率的米氏方程，并分析Km值的物理意义和酶学意义。
四、简答题(每题5分,共15分)
1简述分配作用和吸附作用的区别。
2简述大气颗粒物的三模态及其组成和相互转化规律。
3简述NAD+/NADP+、细胞色素酶、辅酶A的作用及简单反应式。
五、计算题(每题10分,共10分)
水样A的pH为7.5，碱度为5.38mmol.L-1，水样B的pH为9.0，碱度为0.70mmol.L-1，若这两种水样以3:2的体积比混合，计算混合后水样的pH和其中的Ca2+浓度(化简到有关H+的方程)。(碳酸电离的平衡常数为：pK1=6.35，pK2=10.33;CaCO3的Ksp=10-8.32)
六、综合题(第1题8分,第2题7分,共15分)
1具体解释氮的微生物转化过程及其中涉及的硝化、反硝化过程作用细菌的特征。
2讨论pc-pH图、pc-pE图、pE-pH图的含义、画法以及区别。
参考答案
一填空题(每空0.5分,共30分)
1 环境化学是一门研究有害物质在环境介质中的存在、化学特性、行为、效应及其控制的化学原理和方法的科学。
2 水中常见的吸附等温线有H型、F型、L型。
3 诱发沉积物中重金属的释放的主要因素有盐浓度升高、氧化还原条件变化、降低pH 值、增加水中配合剂的含量。
4 向某一含碳酸的水体加入重碳酸盐，总酸度增加、无机酸度减少、CO2酸度不变、总碱度增加、酚酞碱度不变和苛性碱度减少。
5 组成水中碱度的物质可以归纳为：强碱、弱碱、强碱弱酸盐。
6 依据软硬酸碱理论，可以确定天然水中主要的无机配体中硬碱有OH-、Cl-、CO32-、HCO3-、F-，软碱有S2-。
7 一般根据腐殖质在碱和酸溶液中的溶解度可以把其分成腐殖酸、富里酸、腐黑物三类。
8 亚硝酸的光解是大气中HO·自由基的主要来源之一，醛的光解是大气中HO2·自由基的主要来源之一。
9 影响酸雨形成的因素有酸性污染物的排放、大气中的氨、颗粒物酸度及其缓冲能力、天气形势的影响。
10 能保持土壤缓冲性能的物质有土壤溶液中弱酸及其盐类和两性物质、土壤胶体、铝离子三类。
11 环境中有机磷农药的降解过程分为吸附催化水解、光降解、生物降解三类。
12 确定生物富集过程中的BCF值的方法有平衡法、动力学法。
13 生物转化中的受氢体包括分子氧、有机底物转化的中间产物、无机含氧化合物三类。
14 光化学烟雾从产生到结束，其中主要污染物依次出现的顺序为烃、NO、NO2、O3、醛类，二次污染物有NO2、O3、醛类。
15含碳化合物的厌氧分解过程中，在产氢菌和产乙酸细菌的作用下，生成乙酸、甲酸、氢气、二氧化碳中间产物，然后在产甲烷细菌的作用下，生成甲烷。
16丙酮酸在有氧条件下，通过NAD+、辅酶A等辅酶，转化为乙酰辅酶A，然后与草酰乙酸反应生成柠檬酸，进入三羧酸循环过程。
17物质通过生物膜的方式有膜孔滤过、被动扩散、被动易化扩散、主动转运、胞吞和胞饮。
18导致臭氧层耗损的典型物质有水蒸气、氮氧化物、氟氯烃。
19土壤碱化度为Na+离子饱和度，其产生过程为交换性阳离子的水解作用。
二名词解释(每题2分,共18分)
专属吸附：是指吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。
质子平衡原理：对于酸碱中和反应，反应过程中得到质子的物质的量等于失去质子的物质的量。
质体流动：由水或土壤微粒或者两者共同作用引起的物质流动。
DLVO理论：把范德华吸引力和扩散双电层排斥力考虑为胶体之间仅有的作用因素，适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中，而且假设颗粒是粒度均等、球体形状的理想状态。胶体之间的作用能(负的多分子范德华引力能和正的扩散双电层排斥力能的代数和)随着胶体中心之间距离的变化而变化，存在第一极小值和第而极小值。
积累稳定常数：在配合反应中，指几个配位体依次与中心金属离子络合形成配合物，每一次配合反应中的络合常数的乘积即为积累稳定常数。
二次颗粒物：是指大气中某些污染组分之间，或这些组分与大气成分之间发生反应而产生的颗粒物。
湿沉降：通过降雨降雪等使大气中的颗粒物从大气中去除的过程。
b-氧化途径：是脂肪酸氧化分解的主要途径，脂肪酸与辅酶A结合，形成脂酰辅酶A，羧基的β位上的碳原子经历脱氢-加羟-羰基化等氧化过程，然后与辅酶A结合，形成乙酰辅酶A和少两个碳原子的脂酰辅酶A的过程。
环境化学效应：是指在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应。
三公式推导(每题6分,共12分)
1推导天然水体的电子活度pE与氧化还原电位的关系。
解：如果有一个氧化还原半反应：Ox + ne = Red
根据能斯特方程式，则上述反应可以写成：
E=E0-2.303RT*lg([Red]/[Ox])/nF，当反应达到平衡时，E0=2.303RT*lgK/nF
E=2.303RT*lgK/nF-2.303RT*lg([Red]/[Ox])/nF=(2.303 RT/nF)(lgK- lg([Red]/[Ox]))
从理论上考虑下式成立：
K=[Red]/[Ox][e]n
即[e]={ [Red]/[Ox]K}1/n
根据pE的定义：pE=-lg[e]= 1/n{lg K –lg([Red]/[Ox])}
将E=(2.303 RT/nF)(lgK- lg([Red]/[Ox]))变形后代入上式，即：
pE= EF/2.303RT
pE0= E0F/2.303RT
2 推导关于酶促反应速率的米氏方程，并分析Km值的物理意义和酶学意义。
污染物在环境中生物转化机理表示为：
式中，E表示酶，S表示底物，ES表示复合物，P代表产物
K1，K2，K3 分别代表相应单元反应速率常数。
[E]0—酶的总浓度
[S]—底物浓度
[ES]—底物—酶复合物浓度
则其速率微分方程依次为d[ES]/dt= K1{[E]0-[ES]}*[S]
-d[ES]/dt=( K2+ K3) [ES]
设其处于动态平衡，则K1{[E]0-[ES]}*[S] =( K2+ K3) [ES]
令Km=( K2+ K3)/ K1
则[ES]= [E]0[S]/(Km+[S])
由v= K3 [ES]
当[ES]= [E]0 时，速率最大，Vmax= K3 [E]0
V= Vmax/(Km+[S])
Km的物理意义和酶学意义：Km为酶促反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度，其单位与底物浓度的单位相同。Km值越大，达到最大反应速率一半时所需的底物浓度越大，说明酶对底物的亲和力越小，反之，Km值越小，达到最大反应速率一半时所需的底物浓度越小，说明酶对底物的亲和力越大。
四简答题(每题5分,共15分)
1 简述分配作用和吸附作用的区别。
答1、从概念上讲，分配作用是在水溶液中土壤有机质对有机化合物的溶解作用，而吸附作用是指在非极性有机溶剂中，土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用或干土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用。
2、分配作用的吸附等温线是线性的，而吸附作用的是非线性的。
3、分配过程中散发的热量比吸附过程小。
4、分配作用中不存在竞争吸附，而吸附作用存在竞争吸附。
5、分配作用的作用力为范德华力，吸附作用主要为化学键力。
2简述大气颗粒物的三模态及其组成和相互转化规律。
答：根据表面积与粒径分布的关系，可以将大气颗粒物表示成三种膜结构，即爱根核模(DP<0.05μm)、积聚模(0.05μm2μm)。爱根核模主要由燃烧过程所产生的一次颗粒物，以及气体分子通过化学反应均相成核而生成的二次颗粒物所构成。积聚模中的颗粒物多为二次污染物，其中硫酸盐占80%以上。这两种模的颗粒物合称为细粒子。粗粒子模的粒子称为粗粒子，多为机械过程所产生的扬尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒物，组成与地面土壤十分相近。爱根核模易于相互碰撞凝结成大粒子而转入积聚模，但是细粒子与粗粒子之间一般不会相互转化。
3 简述NAD+/NADP+、细胞色素酶、辅酶A的作用及简单反应式。
答：NAD+/NADP+是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中起着传递氢的作用。
细胞色素酶是催化底物氧化的一类酶系，在酶促反应时起到传递电子作用。
辅酶A是一种转移酶的辅酶，在酶促反应中起着传递酰基的功能。
五计算题(每题10分,共10分)
水样A的pH为7.5，碱度为5.38mmol.L-1，水样B的pH为9.0，碱度为0.70mmol.L-1，若这两种水样以3:2的体积比混合，计算混合后水样的pH和其中的Ca2+浓度(化简到有关H+的方程)。(碳酸电离的平衡常数为：pK1=6.35，pK2=10.33;CaCO3的Ksp=10-8.32) [总碱度] = CT(α1 +α2) + Kw/[H+] –[H+]
CT = [1/(α1 +2α2)]{[总碱度] + [H+] –[OH-]}
令α = 1/(α1 +2α2)
当pH值在5-9范围内，[总碱度]≧1.0mmol/L时，[H+] 、[OH-]项可以忽略不计，CT 值与总碱度之间存在简化关系：
C T =α [总碱度]
依据题意，这两种水以2：3的体积比混合时，总碱度和碳酸盐总量不变
[总碱度]混合= (2[总碱度] pH=7.5 + 3[总碱度] pH=9.0)/5
CT混合= (2CT pH=7.5 + 3CT pH=7.5)/5
计算出[总碱度]混合和CT混合
[总碱度]混合= CT混合(α1混合+α2混合) + Kw/[H+]混合–[H+]混合
将α1混合和α2混合用H+的方程表示，即最终的表达式也就可以表示出来。
Ca2+浓度根据溶度积规则将其表示成Ksp、CO32-离子浓度的形式，然后将CO32-离子浓度用上边的CT混合和α2混合的H+的方程表示出来。
该题不用计算结果，化简到有关H+的方程即可。
六综合题(第1题8分, 第2题7分,共15分)
1具体解释氮的微生物转化过程及其中涉及的硝化、反硝化过程作用细菌的特征。
综合题答案略
主要将氮的五种微生物转化过程的定义、硝化、反硝化过程作用细菌的特征说明清楚。
2 讨论pc-pH图、pc-pE图、pE-pH图的含义、画法以及区别。
pc-pH图：描述水环境物质浓度随pH的变化，可以看出在不同pH值下水环境中物质的浓度情况;一般是针对某一在不同pH下可以互相转化的系列物质，列出每一种成分与pH 值的关系式，然后按照这些方程式画图。在涉及沉淀反应时可以确定沉淀区域及其边界。
pc-pE图：描述水环境物质浓度随pE的变化，可以看出在不同pE值下水环境中物质的浓度情况;一般是针对某一在不同pE下可以互相转化(发生氧化还原反应)的系列物质，列出每一种成分与pE值的关系式，然后按照这些方程式画图。
pE-pH图：描述水环境中溶液的pE值随pH的变化，可以看出在不同pH值下溶液的pE(即氧化还原状态)情况;一般是针对某一在不同pE下可以互相转化(发生氧化还原反应)的系列物质，保持总浓度一定，列出每一种成分的pE与pH值的关系式，然后按照这些方程式画图，就会出现不同氧化还原区域及其边界。
区别：参数关系不同，针对反应不同，含义不同，使用范围和限制条件不同。(同学需要具体分析一下)
主要将这3种图的含义表述清楚，列出其画法的具体步骤。关键通过学习和思考，将他们之间的区别找出来。