环境化学(概念+方程式+论述)
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1.简要叙述pC-pH图,pE-pH图,pC-pE图的特点,区别与联系。
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。
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。
此图为优势区域图。
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。
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。
联系:都是对数坐标下的一种坐标图,用来描述一种物质随另一种物质的变化而发生变化的线性或非线性关系;都是针对在某一不同条件下可以发生互相转化的系列物质而得出的关系;都会表现出边界和区域的性质。
2.大气中有哪些重要污染物?说明其主要来源和消除途径。
人类活动(包括生产活动和生活动)及自然界都不断地向大气排放各种各样的物质,这些物质在大气中会存在一定的时间。
当大气中某种物质的含量超过了正常水平而对人类和生态环境产生不良影响时,就构成了大气污染物。
环境中的大气污染物种类很多,若按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类;若按形成过程则可分为一次污染物和二次污染物。
所谓一次污染物是指直接从污染源排放的物质;而二次污染物是指由一次污染物经化学反应形成的污染物质。
按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。
环境化学这个内容只是老师讲的重点内容大概,需要结合书本来复习,祝愿大家都考好哈。
第一章绪论1、为保护人类生存环境,联合国将每年的4月22定位世界地球日,6月5日定位世界环境日。
2化学特征、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。
环境化学以化学物质在环境中出现而引起环境问题为研究对象,以解决环境问题为目标的一门新型科学。
环境化学的任务:主要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。
环境化学研究的内容:有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态;潜在有害化学物质的来源,以及它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为;有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性;有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径目前,国界上较为重视元素(尤其是碳、氮、硫和磷)的生物地球化学循环及其相互偶合的研究;重视化学品安全评价、臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。
当前我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是:以有机物污染为主的水质污染、以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染;工业有毒有害废物和城市垃圾对水题和土壤的污染。
3、环境化学的特点:要从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防制途径,其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。
4由于化学污染物种类繁多,世界各国都筛选一些毒性强、难降解、残留时间长、在环境中分布广的污染物优先进行控制,称为优先污染物。
5、污染物类别:(1)按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等;(2)按污染物的形态可分为气体污染物、液体污染物、固体污染物(3)按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物、生物污染物6、污染物在环境中的迁移主要有机械迁移、物理-化学迁移、生物迁移三种。
物理-化学迁移是最重要的迁移形式7由于人为因素使环境的构成状态发生变化,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。
环境化学知识点一、环境化学的定义与研究范畴环境化学是一门研究化学物质在环境中的迁移、转化、归宿以及它们对生态系统和人类健康影响的学科。
它涉及到大气、水体、土壤等多个环境介质,以及生物体内的化学过程。
环境化学的研究范畴非常广泛。
从污染物的来源来看,包括工业生产、交通运输、农业活动等人类活动所排放的化学物质,以及自然界本身存在的但在特定条件下可能对环境产生影响的物质。
在污染物的迁移转化方面,要研究它们在不同环境介质中的扩散、吸附、解吸、挥发、沉淀、氧化还原等过程。
而对于污染物的归宿,需要关注它们最终在环境中的积累、降解、无害化或者对生态系统造成的长期影响。
二、大气环境化学(一)大气污染物的种类大气中的污染物多种多样,常见的有颗粒物(如 PM25、PM10)、二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NOₓ)、一氧化碳(CO)、挥发性有机物(VOCs)等。
这些污染物的来源各不相同,例如,SO₂主要来自燃煤电厂和工业锅炉,NOₓ则主要来自汽车尾气和工业燃烧过程。
(二)大气中的化学反应在大气中,这些污染物会发生一系列复杂的化学反应。
例如,SO₂和NOₓ在一定条件下会转化为硫酸和硝酸,形成酸雨;VOCs 和NOₓ在阳光照射下会发生光化学反应,生成臭氧(O₃)等二次污染物。
(三)大气颗粒物大气颗粒物对环境和健康的影响不容忽视。
它们不仅能够降低大气能见度,还能够吸附其他污染物,进入人体后会对呼吸系统造成损害。
三、水环境化学(一)水体污染物水体中的污染物包括有机物(如农药、石油等)、重金属(如汞、镉、铅等)、营养盐(如氮、磷等)以及病原体等。
(二)水体中的化学过程在水体中,污染物会发生水解、络合、沉淀、氧化还原等反应。
例如,重金属离子在一定条件下会与水中的阴离子形成沉淀,从而降低其毒性;氮、磷等营养盐会导致水体富营养化,引发藻类大量繁殖。
(三)水的自净作用水体具有一定的自净能力,通过物理、化学和生物过程可以去除部分污染物。
但当污染物的排放量超过水体的自净能力时,就会导致水质恶化。
环境化学名词英文缩写环工201503 刘欣雨 20151222持久性有机污染物(POPs )双对氯苯基三氯乙烷,滴滴涕(DDT )生物浓缩因子(BCF )生物半衰期(BHL )多环芳烃类(PAHs )过氧乙酰硝酸酯(PAN )过氧丙酰硝酸酯(PPN )二乙基羟胺(DEHA )溶解氧(DO )氮基三乙酸钠(NTA )乙二胺四乙酸钠(EDTA )高级氧化技术(AOTs )Streeter-Phelps /S-P 模型(BOD-DO 耦合模型、氧平衡模型)阳离子交换量(CEC)阴离子交换量(AEC)盐基饱和度(%)(BS )多氯联苯(PCBs)总溶解固体(TDS)环境化学公式大全1、生物浓缩因子(BCF )=2、对于水中的DO3、总碱度=C T (α1+2α2)+K W /[H +]-[H +]酚酞碱度=C T (α2-α0)+K W /[H +]-[H +]苛性碱度=-C T (α1+2α0)+K W /[H +]-[H +]总酸度=C T (α1+2α0)+[H +] -K W /[H +]CO 2酸度=C T (α0-α2)+ [H +] -K W /[H +]无机酸度=-C T (α1+2α2)+ [H +] - K W /[H +]4、总碱度=[HCO 3-]+2[CO 32-] +[OH -]-[H +]酚酞碱度=[CO 32-]+[OH -]-[H 2CO 3*]-[H +]苛性碱度=[OH -]-[HCO 3-]-2[H 2CO 3*]-[H +]无机酸度=[H +]-[HCO 3-]-2[CO 32-]-[OH -](甲基橙酸度)CO 2酸度=[H +]+[H 2CO 3*]-[CO 32-]-[OH -](酚酞酸度)总酸度=2×CO 2酸度-无机酸度=[H +]+[HCO 3-]+2[H 2CO 3*]-[OH -]5、天然水的缓冲能力对于碳酸水体系,当pH<8.3时,可以只考虑一级碳酸平衡,故其pH 值可由下式确定:6、吸附等温线和等温式(1)H 型等温线 G=kC(2)F 型等温式(3)L 型等温式式中:G 0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量;A——常数6、pC-pH 图斜率等于n ,即金属的化合价。
第一章绪论环境化学: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。
它既是环境科学的核心组成部分,也是化学科学的一个新的重要分支。
污染控制化学:主要研究控制污染的化学机制和工艺技术中的基础性化学问题。
环境污染:由于人为因素使环境的构成状态发生变化,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。
环境污染物:进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物。
环境问题:全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象,称为环境问题。
环境效应:自然过程或人类的生产和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,谓之环境效益。
按环境变化的性质分:环境物理效应:由物理作用引起的。
环境化学效应: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。
环境生物效应:环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生物效应。
污染物的迁移:污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集、分散和消失的过程。
污染物的转化:污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质。
环境本底:也称环境背景值某地未受污染的环境中某种化学元素或化学物质的含量(浓度)。
环境容量:特定环境单元在不影响其特定环境功能的情况下,能够容纳污染物的最大量。
这里的特定环境功能一般以环境质量标准为依据。
生物半衰期(BHL):污染物进入生物体内后,在代谢作用下,污染物削减到初始浓度的一半所需要的时间,即生物半衰期优先污染物:由于化学污染物种类繁多,世界各国都筛选一些毒性强、难降解、残留时间长、在环境中分布广的污染物优先进行控制,称为优先污染物。
全过程控制模式:主要是通过改变产品设计和生产工艺路线,使不生成有害的中间产物和副产品,实现废物或排放物的内部循环,达到污染最小量化并节约资源和能源的目的,也就是当前政府和学术界所提倡的“循环经济”模式。
环境化学知识点总结考研环境化学是研究环境中化学物质的行为和相互作用的科学领域。
它涉及到大气、水、土壤和生物体等不同环境介质中的化学物质的生成、迁移、转化和降解等过程。
环境化学除了与环境科学和环境工程相关外,还涉及到环境保护、资源利用和可持续发展等问题。
本文将对环境化学中的一些重要知识点进行总结,以供考研学习参考。
一、环境化学基本概念1.1 环境化学的定义环境化学是研究环境中化学物质的行为和相互作用的科学领域。
它主要研究大气、水、土壤和生物体等不同环境介质中的化学物质的生成、迁移、转化和降解等过程,以及环境中化学污染的形成、传播和治理等问题。
1.2 环境化学的研究内容环境化学主要研究以下内容:(1)环境中化学物质的生成、转化、迁移和降解过程;(2)环境中污染物的来源、分布和去向;(3)环境中化学物质的毒性和生态效应;(4)环境中污染物的监测、分析和控制技术。
1.3 环境化学的意义环境化学的研究成果可以为环境保护、资源利用和可持续发展等问题提供科学依据。
它对环境污染的治理、环境质量的改善、生态系统的保护等方面具有重要意义。
二、环境化学中的重要概念2.1 污染物污染物是指对环境产生危害的化学物质。
它包括空气污染物、水质污染物和土壤污染物等。
常见的污染物有二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机化合物等。
2.2 毒性毒性是指化学物质对生物体产生危害的能力。
常见的毒性效应包括急性毒性、慢性毒性、致突变性、致畸性和致癌性等。
2.3 生态效应生态效应是指化学物质对生态系统产生的影响。
它包括对植物和动物的毒性效应、对生态功能的影响、对生态平衡的扰乱等。
2.4 环境监测环境监测是指对环境中化学物质进行定量和定性分析的过程。
它包括采样、样品预处理、分析测定和数据处理等步骤。
2.5 治理技术治理技术是指对环境中污染物进行控制和清除的技术。
常见的治理技术包括排放控制、净化处理、土壤修复和生态修复等。
三、环境化学中的重要理论3.1 光化学反应光化学反应是指在光照条件下发生的化学反应。
环境化学中考知识点归纳环境化学是一门研究化学物质在环境中的分布、转化、循环及其对生态系统和人类健康影响的学科。
以下是环境化学中考知识点的归纳:环境化学基本概念- 环境化学的定义和研究范围- 环境污染物的分类:包括重金属、有机污染物、放射性物质等- 环境化学循环:物质在大气、水体、土壤和生物体中的循环过程大气环境化学- 大气组成:氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气及其他气体- 大气污染:包括温室气体、酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等- 大气污染物的来源和影响:工业排放、汽车尾气、农业活动等水环境化学- 水质指标:pH值、溶解氧、硬度、重金属含量等- 水污染源:点源污染和非点源污染- 水处理技术:物理、化学和生物处理方法土壤环境化学- 土壤组成:矿物质、有机质、水分和气体- 土壤污染:农药、化肥、重金属等- 土壤修复技术:物理修复、化学修复和生物修复固体废物处理与资源化- 固体废物的分类:生活垃圾、工业固体废物、危险废物等- 固体废物的处理方法:填埋、焚烧、回收利用等- 资源化技术:废物转化为能源和材料环境化学分析方法- 样品的采集与保存- 化学分析技术:色谱法、光谱法、质谱法等- 污染物的定量与定性分析环境化学与人类健康- 环境污染物对人体健康的影响:呼吸系统疾病、神经系统疾病、癌症等- 环境风险评估:污染物的暴露评估、风险表征和风险管理- 环境保护法规与标准:国家和地方的环境保护法规环境化学的发展趋势- 绿色化学:减少或消除有害物质的使用和产生- 可持续发展:环境、经济和社会的协调发展- 环境教育与公众参与:提高公众环保意识,参与环境保护活动结束语:环境化学作为一门跨学科的科学,其知识点广泛且深入。
通过了解这些知识点,我们不仅能够更好地理解环境问题,而且能够采取有效措施保护我们的环境,促进人类与自然的和谐共生。
环境化学概念总结与名词解释环境化学概念总结与名词解释集合1.温度层结:是指在地球表面上方大气的温度随高度变化的情况或者说是在垂直地球表面方向的气温分布。
它决定了大气的稳定度。
2.光化学烟雾:大气中的氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物及其受紫外线照射后产生的以臭氧为主的二次污染物所组成的混合污染物3.生长代谢:当微生物代谢时,有些有机污染物作为食物源,提供能量和提供细胞生长所需要的碳,该有机物才能被降解,这样的代谢叫做生长代谢。
P2324. BCF:生物浓缩系数5.温室效应:大气中的温室气体通过对长波辐射的吸收而阻止地表热能耗散,从而导致地表温度增高的现象。
6.专性吸附:在吸附过程中,除了受化学键作用外,还受加强的憎水键、范德华力、氢键等的作用。
7.酚酞碱度:该碱度是由水中全部的氢氧根离子和一半碳酸盐含量引起的。
用酚酞为指示剂滴定终点(pH8.3)测定碱度。
通常与甲基红终点碱度结合使用。
8.生物放大:在生态系统的同一食物链上,由于高营养级生物以低营养级生物为食物,某种元素或难分解化合物在机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象。
9.原生矿物:指在内生条件下的造岩作用和成矿作用[2]过程中,同所形成的岩石或矿石同时期形成的矿物,其原有的化学组成和结晶构造均未改变。
它们是土壤中各种化学元素的最初来源。
10.EC50:毒物引起一群受试生物的半数产生同一毒作用所需的毒物计量和毒物浓度。
311.空气动力直径Dp:与所研究粒子有相同终端降落速度的,密度为1g/cm 的球体直径12.决定电位:某个单体系的含量比其他体系高得多,该单体系的电位几乎等于混合体系的pE,被视作决定电位。
13.总碱度:总碱度是指水中所含能与强酸发生中和作用的全部物质,即能接受质子H+的物质的总量。
14.次生矿物:在岩石或矿石形成之后,其中的矿物遭受化学变化而改造成的新生矿物,其化学组成和构造都经过改变而不同于原生矿物。
15.生物富集:处于同一营养级的生物种群或生物体,从环境中吸收某些元素或难分解的化合物,使其在生物体内的浓度超过环境中浓度的现象。
环境化学实验知识点总结一、环境化学实验的基本知识点1. 环境化学基本概念环境化学是研究环境中的化学现象及其影响的科学。
它主要包括环境中的化学物质的组成、性质、分布和迁移转化规律。
环境化学实验是研究环境化学问题的重要手段。
2. 环境化学实验的基本原理环境化学实验主要涉及到物质的性质、化学反应过程和环境污染物的检测和分析。
在实验中,应遵循化学反应原理、仪器分析原理和环境监测原理,保证实验的准确性和可靠性。
3. 环境化学实验的基本内容环境化学实验的基本内容包括化学物质的性质、化学反应过程、环境污染物的检测和分析等。
具体实验内容包括:氧化还原反应实验、酸碱中和反应实验、离子交换实验、环境污染物检测实验等。
4. 环境化学实验的基本技术环境化学实验所需的基本技术包括:化学实验技术、仪器分析技术、环境监测技术等。
在实验中,应熟练掌握各种实验技术,保证实验的顺利进行。
二、环境化学实验的常用技术1. 化学实验技术化学实验技术是进行环境化学实验的基本技术。
包括:物质的称量、溶液的调配、化学反应的进行、沉淀的制备、溶液的过滤、溶液的蒸发等。
在实验中,应严格按照实验操作规程进行,确保实验的准确性和可靠性。
2. 仪器分析技术仪器分析技术是进行环境化学实验的重要技术之一。
包括:色谱分析技术、质谱分析技术、光谱分析技术等。
在实验中,应适用合适的仪器进行分析,保证实验结果的准确性和可靠性。
3. 环境监测技术环境监测技术是进行环境化学实验的重要技术之一。
包括:空气质量监测技术、水质监测技术、土壤监测技术等。
在实验中,应熟练掌握各种监测技术,确保环境监测数据的准确性和可靠性。
三、环境化学实验的应用1. 环境监测环境化学实验在环境监测中起着重要作用。
通过实验可以对环境中的化学物质进行检测和分析,了解环境中的污染物质的分布和浓度,为环境保护工作提供重要依据。
2. 环境治理环境化学实验在环境治理中也起着重要作用。
通过实验可以对环境中的污染物质进行定量分析,为制定环境治理措施提供科学依据,指导环境污染物的减排和治理工作。
概念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。
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。
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。
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。
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 大气能见度降低三大环境热门话题:全球气候变化 酸沉降 臭氧损耗温度层结:大气的温度在垂直方向的分布源: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。
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.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。
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 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;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-还原烟雾其中一次污染物是SO2和煤烟、二次污染物是硫酸雾和硫酸盐。
形成条件:气温较低-冬季 湿度较高 日光较弱酸性降水: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,最常见的就是酸雨。
这种降雨过程称为湿沉降。
PH小于5.6的降雨称为酸雨。
5.0作为PH值界限。
干沉降:大气中的酸性物质在气流的作用下直接迁移到地面的过程。
总悬浮颗粒物 (TSP):标准大容量颗粒采样器在滤膜上收集的颗粒物总质量(mg/m3),粒径一般小于100um,尤以10um以下的为最多。
可吸入颗粒物:通常粒径10um以下的颗粒物称为PM10,易于通过呼吸过程进入呼吸道。
分配理论:在壤-水体系中土壤对非离子性有机化合物的吸着主要是溶质的分配过程,这一分配理论,即非离子性有机化合物可通过溶解作用。
分配系数:非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中,并经过一定时间达到分配平衡,此时有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数水中有机污染物的迁移转化:吸附作用 挥发~ 水解~ 光解~ 生物富集 生物降解生长代谢特点:有机毒物可以象天然有机化合物那样作为微生物的生长基质;微生物可以对有毒物质进行彻底的降解或矿化作用;具有去毒效应、对环境的威胁小。
共代谢:有机污染物不能单独作为微生物唯一的碳源和能源,必须有另外的化合物存在提供能源或碳源时,该有机物才能被降解;共代谢在那些难降解的化合物代谢过程中其重要作用;特点-不提供微生物体任何能量,不影响种群多少同晶置换:在黏土矿物的形成过程中,常常发生半径相近的离子取代一部分铝(Ⅲ)或硅(Ⅳ)的现象,即同晶替代作用-P204。
如Mg2+、Fe3+等离子取代Al3+,Al3+取代Si4+,同晶替代的结果,使黏土矿物微粒具有过剩的负电荷。
此负电荷由处于层状结构外部的K+、Na+等来平衡。
这一特征决定了黏土矿物具有离子交换吸附等性能。
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方程式大气中重要自由基的来源及反应(1)HO2主要来自醛的光解H2CO+hv → 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+NO CH3O+O2 → HO2+H2CO3 H2O2+hv → 2HO HO+H2O2→ HO2+H2O(2)R-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+H2O(3)RO-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+NO2(4)RO2-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 → RO2清洁大气和污染大气中OH的自由基来源(1)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(2)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)PAN(过氧乙酰基硝酸酯)形成过程(乙烷-乙醛-乙酰基-过氧乙酰基-PAN)C2H6+HO·→C2H5·+H2O C2H5·+O2→C2H5O2 C2H5O2+NO→C2H5O+NO2 C2H5O+O2→CH3CHO+HO2 CH3CHO+hv →CH3CO+HOCH3CO(乙酰基)+O2→CH3C(O)OO(过氧乙酰基)CH3C(O)OO+NO2→CH3C(O)OONO2(PAN)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·+HO臭氧保护地球生命的原理臭氧分子(吸收紫外光后发生)的光离解: 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。
大气中NO2、O2、O3、醛和HNO3/HNO2光离解特征(1)波长<420nm的光可发生NO2光解 NO2+hv → NO+O大气中唯一已知O3的人为来源 O+O2+M → O3+M (大气中O3的来源)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+CO (5)波长<120nm的紫外光在上层大气引起N2光解 N2+hv → N+N城市大气白天和夜晚HNO3的形成途径白天:NO2+HO → HNO3 晚上:RH+NO3 → R+HNO3光化学烟雾形成的简化机制(1)引发反应:NO2+hv → NO+O(λ<430nm) O+O2+M → O3+ M NO+ O3→NO2 + O2(2)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(3)链终止反应:HO+NO2→ HNO3 RC(O)O2+NO2→ RC(O)O2NO2RC(O)O2NO2→RC(O)O2+NO2二氧化硫的气相氧化(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:3SO+O2→SO4→SO3+O SO4+SO2→2SO32(2)SO2被自由基氧化:与HO自由基的反应HO+ SO2→HO SO2(M)HO SO2+O2→HO2+SO3(M) SO3+H2O→H2SO4反应过程中生成的HO2,通过反应HO2+No→HO+NO2使HO再生,反应循环进行(3)被氧原子氧化平流层中O3生成的化学机理通常认为λ<243nm的紫外光引起O2光解O2+hv → O+O ( λ≤243nm ) O+O2 + M → O3 + M总反应:3O2+hv + M →2O3 + M ( λ≤243nm ) M为第三种物质平流层中O3破坏的化学机理:(1)O3的光解O3+ h →O2+O (210nm<λ<290nm)这是臭氧保护地球生物不受紫外伤害的原因(2)生成O3的逆反应 O3+O →2O2氟氯烃与臭氧的反应CF2Cl2+hv → CF2Cl+Cl·(175 <λ< 220nm)Cl·+O3 → ClO·+O2 K=7.2×109 ClO· +O→Cl· +O2总反应 O3+O→2O2Cl 起催化剂作用, 1个氯原子可以耗掉10万个O3分子。