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《环境化学》课程教学大纲一、基本信息课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（讲授24学时、实验8学时）开课学期：第三学期开课院系：环境工程与化学学院适用专业：环境工程先修课程：有机化学、无机及分析化学、物理化学、仪器分析、二、课程简介《环境化学》是环境工程专业的选修课，通过该课程的学习，使学生掌握污染物在大气、水体、土壤的迁移原理，以及生物富集、降解作用和环境修复的主要理论基础，理解污染特征与转化规律，树立环境保护意识和生态文明建设理念，为进一步学习专业课程，从事环境相关工作奠定必要的理论基础。
三、课程教学目标（一）教学任务本课程的主要任务是通过课堂教学使学生能够掌握环境化学中大气、水体、土壤和生物体的本质特征，相关元素和污染物在环境中迁移、转化的基本原理和途径。
了解目前环境修复的基础理论和前沿技术，并能够初步分析复杂的环境工程问题，提出具体恰当、合理的处理方案。
（二）课程目标1. 课程目标（1）掌握环境化学中大气、水体、土壤和生物体的本质属性和特征，污染物在其中的迁移、转化的基本概念、途径和原理（支撑毕业要求2.1）。
（2）了解环境化学中环境修复的相关技术、原理和前沿进展，能够通过查阅文献资料并运用相关知识和技术，识别、判断、评价复杂的环境污染问题，并能提出合理的处理方案（支撑毕业要求2.1）。
2. 课程目标对毕业要求的支撑矩阵表1 课程目标对毕业要求的支撑矩阵（三）思政元素根据本课程性质和特点，在教学环节中对生态文明建设、环境保护、可持续发展思政元素进行落实。
四、教学内容及要求表2 教学内容、要求与达成五、课内实验名称及基本要求表3 实验内容、要求与达成六、课程考核方式与评分标准（一）考核方式表4 课程目标的考核方式注：考核内容体现对课程思政元素的理解要求。
（二）总成绩构成本课程考核由形成性评价（40%）和结果性评价（60%）构成，其中形成性评价包括课堂讨论、习题作业和实验三个部分，分别占总成绩的5%、10%和20%，结果性评价以期末考试为主。
第四章土壤环境化学1．什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用它们二者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。
根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。
（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。
（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。
当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。
南方土壤中岩石或成土母质的晶格被不同程度破坏，导致晶格中Al3+释放出来，变成代换性Al3+，增加了土壤的潜性酸度，在一定条件下转化为土壤活性酸度，表现为pH值减小，酸度偏高。
2．土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。
土壤缓冲性能包括土壤溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能：（1）土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液中H2CO3、H3PO4、H4SiO4、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类具有缓冲作用。
以碳酸及其钠盐为例说明。
向土壤加入盐酸，碳酸钠与它生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。
Na2CO3 + 2HCl2NaCl + H2CO3当加入Ca(OH)2时，碳酸与它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土壤碱度的变化范围。
H2CO3 + Ca(OH)2CaCO3 + 2H2O土壤中的某些有机酸（如氨基酸、胡敏酸等）是两性物质，具有缓冲作用，如氨基酸既有氨基，又有羧基，对酸碱均有缓冲作用。
RCHNH2COOH+ HClNH3ClR CHCOOH+ NaOH + H 2ORCHNH 2COOH R CH NH 2COONa（2）土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。
对酸缓冲（M －盐基离子）：土壤胶体 M ＋HCl 土壤胶体 H ＋MCl对碱缓冲：土壤胶体 H ＋MOH 土壤胶体 M ＋H 2OAl 3+对碱的缓冲作用：在pH 小于5的酸性土壤中，土壤溶液中Al 3+有6个水分子围绕，当OH －增多时，Al 3+周围的6个水分子中有一、二个水分子离解出H +，中和OH -：2Al(H 2O)63＋ + 2OH － [Al 2(OH)2(H 2O)8]4+ + 4H 2O3．植物对重金属污染产生耐性作用的主要机制是什么？不同种类的植物对重金属的耐性不同，同种植物由于其分布和生长的环境各异可能表现出对某种重金属有明显的耐性。
环境化学课后答案第一章绪论1．如何认识现代环境问题的发展过程？环境问题不止限于环境污染，人们对现代环境问题的认识有个由浅入深，逐渐完善的发展过程。
a、在20世纪60年代人们把环境问题只当成一个污染问题，认为环境污染主要指城市和工农业发展带来的对大气、水质、土壤、固体废弃物和噪声污染。
对土地沙化、热带森林破环和野生动物某些品种的濒危灭绝等并未从战略上重视，明显没有把环境污染与自然生态、社会因素联系起来。
b、1972年发表的《人类环境宣言》中明确指出环境问题不仅表现在水、气、土壤等的污染已达到危险程度，而且表现在对生态的破坏和资源的枯竭；也宣告一部分环境问题源于贫穷，提出了发展中国家要在发展中解决环境问题。
这是联合国组织首次把环境问题与社会因素联系起来。
然而，它并未从战略高度指明防治环境问题的根本途径，没明确解决环境问题的责任，没强调需要全球的共同行动。
c、20世纪80年代人们对环境的认识有新的突破性发展，这一时期逐步形成并提出了持续发展战略，指明了解决环境问题的根本途径。
d、进入20世纪90年代，人们巩固和发展了持续发展思想，形成当代主导的环境意识。
通过了《里约环境与发展宣言》、《21世纪议程》等重要文件。
它促使环境保护和经济社会协调发展，以实现人类的持续发展作为全球的行动纲领。
这是本世纪人类社会的又一重大转折点，树立了人类环境与发展关系史上新的里程碑。
2．你对于氧、碳、氮、磷、硫几种典型营养性元素循环的重要意义有何体会？（1）氧的循环：（2）碳的循环：（4）磷的循环（6）体会：氧、碳、氮、磷和硫等营养元素的生物地球化学循环是地球系统的主要构成部分，它涉及地层环境中物质的交换、迁移和转化过程，是地球运动和生命过程的主要营力。
3．根据环境化学的任务、内容和特点以及其发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课程？（1）环境化学的任务、内容、特点：环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的，以化学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科。
第一章绪论1、环境化学研究的内容；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。
2、环境污染；由于认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。
3、环境污染物：是环境化学研究的对象，进入环境后使环境的正常组成和性质发生改变，直接或间接有害于人类与生物的物质。
4、优先污染物；指在众多污染物中筛选出的潜在危险大因而作为优先研究和控制对象的污染物。
5、环境效应；是指由环境变化而产生的环境效果6、环境效应化学：在多种环境条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果。
第二章大气环境化学1、一次污染；是指污染物由污染源直接排入环境所引起的污染2、二次污染；是由一次污染物经化学反应形成的污染物如CO,SO2,NO3、辐射逆温；晴朗平静的夜晚，地面因辐射而失去热量，近地气层冷却强烈，较高气层冷却较慢，形成从地面开始向上气温递增。
4、地形逆温；由于山坡散热快，冷空气山坡下沉到谷地，谷底原来的较暖空气被冷空气抬挤上升，从而出现气温的倒置现象。
5、温室效应；大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，因其作用类似于栽培农作物的温室，6、光量子产率；化学物质吸收光量子后，所产生的光物理过程或光化学过程相对效率。
7、气温垂直递减率气温随高度的变化通常以气温垂直递减率(Г)表示，即每垂直升高100m，气温的变化值：T－绝对温度，K；Z－高度。
8、光化学反应；物质一般在可见光或紫外线的照射下而产生的化学反应。
9、气溶胶；由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。
10、酸雨；被大气中存在的酸性气体污染，pH小于5.65的酸性降水。
11、湿沉降；下雨时，高空雨滴吸收包含酸性物质继而降下时再冲刷酸性物质降到地面。
12、干沉降：不下雨时，大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面。
第一章绪论一、填空1、造成环境污染的因素有物理、化学和生物的三方面，其中化学物质引起的约占8090。
2、环境化学研究的对象是：环境污染物。
3、环境中污染物的迁移主要有机械、物理-化学和生物迁移三种方式。
4、人为污染源可分为_工业_、农业_、交通_、和生活_。
5、如按环境变化的性质划分，环境效应可分为环境物理、环境化学、环境生物三种。
二、选择题1、属于环境化学效应的是AA热岛效应B温室效应C土壤的盐碱化D噪声2、五十年代日本出现的痛痛病是由_污染水体后引起的A B C D3、五十年代日本出现的水俣病是由污染水体后引起的A B C D三、问答题1、举例说明环境效应分为哪几类？2、举例简述污染物在环境各圈的迁移转化过程。
第二章大气环境化学一、填空题1、写出下列物质的光离解反应方程式：（1）2+ hν + O（2）2 + hν + 或2 + hν H + 2（3）3 + hν + 2（4）H2+ hν H + 或H2+ hν H2 +（5）3X + hν 3+ X2、大气中的2可以转化成3、3和3等物质。
3、碳氢化合物是大气中的重要污染物，是形成光化学烟雾的主要参与者。
4、乙烯在大气中与O3的反应机理如下：(O3)22O3 + 22H225、大气颗粒物的去除与颗粒物的粒度、化学组成和性质有关，去除方式有干沉降和湿沉降两种。
6、制冷剂氯氟烃破坏臭氧层的反应机制是：+ 1 ++ O3O2 +O2 +7、当今世界上最引人瞩目的几个环境问题中的温室效应、臭氧层破坏、光化学烟雾等是由大气污染所引起的。
8、大气颗粒物的三模态为爱根核模、积聚模、_粗粒子模。
9、大气中最重要的自由基为。
10、能引起温室效应的气体主要有2_、4、、_氯氟烃等。
11、11和1211的分子式分别为3和2。
12、大气的扩散能力主要受风和湍流的影响。
13、大气颗粒物按粒径大小可分为_总悬浮颗粒物、_飘尘_、降尘、可吸入颗粒物。
14、根据温度垂直分布可将大气圈分为对流层、平流层、中间层_、热层和逸散层。
土壤环境化学土壤圈是自然环境要素的重要组成之一，它是处于岩石圈最外面的一层疏松的部分,具有支持植物和微生物生长繁殖的能力，称作土壤圈。
1、土壤的组成土壤除固相、液相和气相组成外，土壤中还有数量众多的细菌和微生物。
2、原生矿物3、次生矿物（1）按形态分类①非晶态次生矿物呈胶膜状态，它包裹于土粒表面，如水合氧化铁、铝及硅等；呈粒状凝胶成为极细的土粒，如水铝类石等，是一种无固定组成的硅铝氧化物，并有较高的阳离子和阴离子代换量，特别是无定形氧化物具有巨大的比表面和较高的化学活性。
②晶态次生矿物－主要是铝硅酸盐类黏土矿物由硅氧四面体和铝氢氧八面体的层片组成硅氧四面体：一个硅原子与四个氧原子组成，形成一个三角锥形的晶格单元铝氢氧八面体：一个铝原子与六个氧原子或氢氧原子组组成，形成具有八个面的晶格单元（2）按性质分类①简单盐类：方解石(CaCO3)、石膏(CaSO4·H2O)原生矿物化学风化后的最终产物水溶性盐，易淋溶流失土壤中存在较少、主要存在盐渍土壤中、干旱地区②三氧化物类硅酸盐矿物彻底风化后的产物③次生铝硅酸盐类（粘土矿物）由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成在土壤中普遍存在、土壤的主要成分，种类多黏土矿物分类：伊利石、蒙脱石、高岭石不足的正电荷被处在两个钾离子起桥梁作用，把上下相邻的两个晶层连结起来。
但以温带干旱地区的土壤中含量其颗粒直径 ，膨胀性较小， 晶层间没有氢水分子或其他交换性阳离子可以进入层 是基性岩在碱性环境条件其颗粒直径 ，阳离子代换量极高。
因此富含蒙脱石的土壤，水分缺乏，同时干裂现象严重而不利于植物生长。
型二层晶层之间水分子和其他离子 主要见于湿热的热带地区的土; 其颗粒直径较大，为0.1～，膨胀性小，阳离子植物可获得的有效水4、土壤矿物质的粒级划分（1）石块和石砾：多为岩石碎块，直径大于1mm。
山区土壤和河滩土壤中常见。
土壤中含石块和石砾多时，其孔隙过大，水和养分易流失。
（2）砂粒：主要为原生矿物，大多为石英、长石、云母、角闪石等，其中以石英为主，粒径为1～0.05mm。
第3章水环境化学1、什么是表面吸附作用,离子交换吸附作用和专属吸附作用并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别.(1)表面吸附:由于胶体表面具有巨大的比表面和表面能,因此固液界面存在表面吸附作用.胶体表面积越大,吸附作用越强.(2)离子交换吸附:环境中大部分胶体带负电荷,容易吸附各种阳离子.胶体每吸附一部分阳离子,同时也放出等量的其他阳离子,这种作用称为离子交换吸附作用,属于物理化学吸附.该反应是可逆反应,不受温度影响,交换能力与溶质的性质,浓度和吸附剂的性质有关.(3)专属吸附:指在吸附过程中,除了化学键作用外,尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用.该作用不但可以使表面点荷改变符号,还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上.(4)水合氧化物对金属离子的专属吸附与非金属吸附的区别如下表所示.快速可逆请叙述氧化物表面吸附配合模型的基本原理以及与溶液中配合反应的区别。
2、已知Fe3+与水反应生成的主要配合物及平衡常数如下:Fe3+ + H2OFe(OH)2+ + H+ lgK1= - 2.16Fe3+ + 2H2OFe(OH)2+ + 2H+ lgK2= - 6.74Fe(OH)3(s) Fe3+ + 3OH- lgKso= - 38Fe3+ + 4H2OFe(OH)4- + 4H+ lgK4= - 232Fe3+ + 2H2OFe2(OH)24+ + 2H+ lgK= - 2.91请用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系.解:(1)K1=[Fe(OH)2+][H+]/ [Fe3+]=[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H+]2p[Fe(OH)2+]=3 lgKW - lgKso + 2 pH - lgK1=2 pH - 1.84(2)K2=[Fe(OH)2+][H+]2/ [Fe3+]=[Fe(OH)2+]KW3/Kso[H+]p[Fe(OH)2+]=3 lgKW - lgKso + pH - lgK2=pH + 2.74(3)Kso=[Fe3+][OH-]3=[Fe3+]KW3/[H+]3p[Fe3+]=3 lgKW - lgKso + 3 pH=3 pH - 4(4)K4=[Fe(OH)4-][H+]4/ [Fe3+]=[Fe(OH)4-][H+]KW3/ Ksop[Fe(OH)4-]=3 lg KW - lgK4 - lgKso - pH=19 - pH(5)K=[Fe2(OH)24+][H+]2/ [Fe3+]2=[Fe2(OH)24+]KW6/ Kso2[H+]4p[Fe2(OH)24+]=6 lg KW - lgK - 2 lgKso + 4 pH=4 pH - 5.09用pc-pH图表示Fe(OH)3(s)在纯水中的溶解度与pH的关系如下4解释下列名词:分配系数;标化分配系数;辛醇-水分配系数;生物浓缩因子;亨利定律常数;水解速率;直接光解;光量子产率;生长物质代谢和共代谢.(1)分配系数:在土壤-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(溶解),即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.(2)标化分配系数:有机化合物在颗粒物-水中的分配系数与颗粒物中有机碳呈正相关,以固相有机碳为基础的分配系数即标化分配系数.(3)辛醇-水分配系数:有机化合物的正辛醇-水分配系数(KOW)是指平衡状态下化合物在正辛醇和水相中浓度的比值.它反映了化合物在水相和有机相之间的迁移能力,是描述有机化合物在环境中行为的重要物理化学参数.KOW与化合物的水溶性,土壤吸附常数和生物浓缩因子等密切相关.(4)生物浓缩因子:有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比.(5)亨利定律常数:通常可理解为非电解质稀溶液的气-水分配系数.(6)水解速率:反映某一物质在水中发生水解快慢程度的一个参数.(7)直接光解:化合物本身直接吸收太阳能而进行分解反应.(8)光量子产率:分子被活化后,它可能进行光反应,也可能通过光辐射的形式进行"去活化"再回到基态,进行光化学反应的光子数占吸收光子数之比称为光量子产率.(9)生长物质代谢和共代谢:生物降解过程中,一些有机污染物作为食物源提供能量和提供酶催化反应分解有机物,这称为生长物质代谢.某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源,必须有另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时,该有机物才能被降解,这种现象称为共代谢.5请叙述有机物在水环境中的迁移,转化存在哪些重要过程.(1)负载过程:污水排放速率,大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然水体均将直接影响污染物在水中的浓度.(2)形态过程:①酸碱平衡:天然水中pH决定着有机酸或碱以中性态存在的分数,因而影响挥发及其他作用.②吸着作用:疏水有机化合物吸着至悬浮物上,由于悬浮物质的迁移而影响它们以后的归趋.(3)迁移过程:①沉淀-溶解作用:污染物的溶解度范围可限制污染物在迁移,转化过程中的可利用性或者实质上改变其迁移速率.②对流作用:水力流动可迁移溶解的或者被悬浮物吸附的污染物进入或排出特定的水生生态系统.③挥发作用:有机污染物可能从水体进入大气,因而减少其在水中的浓度.④沉积作用:污染物被吸附沉积于水体底部或从底部沉积物中解吸,均可改变污染物的浓度.(4)转化过程:①生物降解作用:微生物代谢污染物并在代谢过程中改变它们的毒性.②光解作用:污染物对光的吸收有可能导致影响它们毒性的化学反应的发生.③水解作用:一个化合物与水作用通常产生较小的,简单的有机产物.④氧化还原作用:涉及减少或增加电子在内的有机污染物以及金属的反应都强烈地影响环境参数.(5)生物累积过程:①生物浓缩作用:通过可能的手段如通过鱼鳃的吸附作用,将有机污染物摄取至生物体.②生物放大作用:高营养级生物以消耗摄取有机毒物进入生物体低营养级生物为食物,使生物体中有机毒物的浓度随营养级的提高而增大.请叙述有机物水环境归趋模式的基本原理。
《环境化学》章节习题第⼀章绪论⼀、名词解释：环境问题环境污染环境污染物环境效应污染物的迁移污染物的转化⼆、选择题1.属于环境物理效应的是。
A.热岛效应B.温室效应C.⼟壤的盐碱化D.噪声2.五⼗年代⽇本出现的痛痛病是由__ ___污染⽔体后引起的。
A. CdB.HgC.Pb D .As3.五⼗年代⽇本出现的⽔俣病是由__ ____污染⽔体后引起的。
A.CdB. HgC.PbD.As4.属于环境化学效应的是。
A.光化学烟雾B. 臭氧层破坏C. 酸⾬D. 温室效应5.联合国已将每年的__ __定为“世界⽔⽇”，提醒⼈们注意⽔资源的开发、管理和保护。
A. 4.22B. 3.28C. 3.22D. 6.22三、填空题1.世界环境⽇为，国际保护O3层⽇为。
2.环境化学主要包括、、。
3.世界上曾发⽣过的⼋⼤公害事件是、、、、、、、。
4.当今世界上最引⼈瞩⽬的⼏个环境问题、、等是由⼤⽓污染所引起的。
5.造成环境污染的因素有物理、化学和⽣物的三⽅⾯，其中化学物质引起的约占。
6.环境中污染物的迁移主要有、和三种⽅式。
7.⼈为污染源可分为、、和。
8.环境效应按污染物引起的环境变化的性质可分为、和。
9. 是迄今历史上最⼤的⽯油⽕灾及海洋⽯油污染事故，也是⼈类历史上最严重的⼀次环境污染。
10. 污染物的性质和环境化学⾏为取决于它们的和在环境中的。
四、问答题1.当前⼈类⽣存⾯临的主要环境问题有哪些？2.环境化学的概念、内容和任务各是什么？3.简述环境化学的特点。
4.环境中主要的化学污染物有哪些？第⼆章⼤⽓环境化学⼀、名词解释：热岛环流光化学反应光化学烟雾硫酸烟雾温室效应⼆次污染物⼆、填空1.⼤⽓中的NO2可以转化成、和。
2.碳氢化合物是⼤⽓中的重要污染物，是形成烟雾的主要参与者。
3.⼤⽓颗粒物的去除与颗粒物的和有关，去除⽅式有和。
4.导致降⽔酸性的主要物质是，其次是，还有有机酸等其他酸类。
5.许多⼤⽓污染事件都与逆温现象有关，逆温可分为、、、、。
