研究生课程《高等环境化学》试题专业 学号 姓名 成绩 一、名词解释:(40 分) POPs、选择规则、环境效应、红移、Kow、Koc、VOCs、Eds、源与汇、盐基饱和度 POPS:持续性有机污染物(POPS)是指通过各种环境介质(大气、水、生物体等)能够长距离迁移并长 期存在于环境,具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性,对人类健康和环境具有严重危害的 天然或人工合成的有机污染物质 选择规则:选择规则(selective rule),即原子或分子在改变状态时发射或吸收光线的过程中所遵守的规则环境效应: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,谓之环境效应,并可分为自然环境效应和人为环境效应 红移:当饱和单键碳氢化合物中的氢被氧、氮、卤素、硫等杂原子取代时,由于这类原子中有 n 电子,n 电子较 σ 键电子易于激发,使电子跃迁所需能量减低,吸收峰向长波长方向移动,这种现象称为深色移 动或称红移 KOW:即辛醇—水配系数,即化学物质在平衡状态时在辛醇中的浓度和水中浓度之比。
KOW反映了有机物 的疏水性或脂溶性大小 KOC:即标化的分配系数,沉积物—水分配系数,是以有机碳为基础表示的分配系数 VOCS:即挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs),根据 WHO 定义,挥发性有机化合物 (VOCs)是指在常压下,沸点 50~260℃的各种有机化合物 Eds:一种测试方法,EDS(Energy Dispersive Spectrometer),电子显微镜(扫描电镜、透射电镜)的重要 附属配套仪器,结合电子显微镜,能够在 1-3 分钟之内对材料的微观区域的元素分布进行定性定量分析 ? 源与汇: 源(Sources):向大气排放污染物的过程或行为,分为天然(自然)源(natural sources)和人为 (人工)源(anthropogenic sources)汇(Sink):大气中污染物的去除,消除污染物的过程和机制 盐基饱和度:即土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数 二、问答与解析题:(60 分) 1、简述有机物产生紫外吸收的机理;紫外吸收带的类型有哪些,并列举出其对应的特征有机物 (6 分) 答:机理:紫外吸收是由于分子中价电子的跃迁而产生的。
因此,这种吸收决定于分子中价电子的分布 和结合情况按分子轨道理论,在有机化合物分子中有几种不同性质的价电子;形成单键的电子称为 σ 键电子;形成双键的电子称为 π 键电子;氧、氮、硫、卤素等含有未成键的孤对电子,称为 n 电子(或 称 p 电子) 当它们吸收一定能量后,这些价电子将跃迁到较高的能级(激发态) 此时电子所占的轨道 称为反键轨道,反键轨道具有较高的能量 类型:K 吸收带:由于共轭双键中 π→π*跃迁所产生的吸收带,例如乙烯,丁二烯R 吸收带:是相当于助色团及生色团中 n→π*跃迁所引起的,例如乙酰基E1和 E2吸收带:是由苯环结构中三个乙烯的环状共轭系统的跃迁产生的,是芳香族化合物的特征 吸收,例如苯精细结构吸收带:亦称 B 吸收带,是由于 π→π*跃迁和苯环的重叠引起的,例如苯甲酸 2、请列出 5 种环境工程领域你认为比较新的技术的名称及原理 (10 分) (改) 答:仁者见仁智者见智 3、请讨论表面活性剂进入水体后所可能引发的环境效应?(7 分)答:首先,表面活性剂使水的感观状况受到影响,有研究报道,当水体中洗涤剂质量浓度在 0.7~1mg/L 时,就可能出现持久性泡沫。
其次,由于洗涤剂中含有大量的聚磷酸盐作为增净剂,因此使废水中含有大量的磷,这是造成水体富营 养化的重要原因 再次,由于阳离子表面活性剂具有一定的杀菌能力,在浓度高时,可能破坏水体微生物的群落 最后,表面活性剂可以促进水体中石油和多氯联苯等不溶性有机物的乳化,分散,增加废水处理的困难4、土壤的理化性质是如何影响重金属或有机污染物的环境行为的 (7 分) 答:土壤的理化性质主要通过影响重金属在土壤中存在形态而影响重金属的生物有效性土壤的理化性 质主要包括 pH、土壤质地、土壤的氧化还原电位、土壤中有机质含量等①pH:pH 大小显著影响土壤中重金属的存在形态和土壤对重金属的吸附量,一般来说,土壤 pH 越低,H+ 越多,重金属被解析的越多,其活动性就越强,从而加大了土壤中的重金属向生物体内迁移的数量 ②土壤质地:土壤质地影响着土壤颗粒对重金属的吸附一般来说,质地黏重的土壤对重金属的吸附能 力强,降低了重金属的迁移转化能力 ③土壤的氧化还原电位:它影响重金属的存在形态,从而影响重金属的化学行为、迁移能力及对生物的 有效性一般来说,在还原条件下,很多重金属易产生难溶性的硫化物,而在氧化条件下,溶解态和交 换态含量增加。
④土壤中有机质含量:它影响土壤颗粒对重金属的吸附能力和重金属的存在形态,有机质含量较高的土 壤对重金属的吸附能力高于有机质含量低的土壤 5、请阐述酸性矿水产生的机理,为什么用石灰石进行治理的效果不理想?(5 分) 答:酸性矿水是含硫矿山在开采过程中,所含的硫及硫化物被氧化成硫酸而产生的酸性水 黄铁矿氧化产酸过程如下:见 PDF 石灰石是碳酸钙,就是普通的大理石,中性;所以中和酸性矿水效果不理想,可以用熟石灰,因为熟石 灰是碱石灰,碱性,才可以中和酸性土壤 6、如何进行金属的形态分级,进行金属的形态分级有何环境学意义?(8 分) 答:金属的形态是指金属的价态、化合态、结合态和结构态四个方面,即某一金属元素在环境中以某种 离子或分子存在的实际形式五步连续提取法是应用最广泛的方法, 它将金属赋存形态分为:交换态、碳 酸盐结合态、氧化锰结合态、有机结合态、残留态BCR 法提取法把重金属形态分为酸可提取态、氧化 物结合态、有机结合态、残余态 意义:重金属进入土壤后, 通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种反应, 形成不同的化学形态, 并表现 出不同的活性土壤重金属形态分级与重金属在土壤中的迁移性、可给性、活性及污染土壤修复有密切 关系。
7、下图为某有机物料堆肥前后其中的溶解性有机质(dissolved organic matter)的红外扫描图谱,请对此图 进行解析,能得出哪些结论 (7 分)图1. 堆肥起始与结束时DOM红外光谱图 Fig 1. FT-IR spectra of DOM derived from compost at different stages01020304050605001000150020002500300035004000波数(cm-1)透光度(%)堆肥起始堆肥结束答:堆肥开始和结束时其 DOM 的红外光谱均出现相似的 5 个强的(3500—3000cm-1,1640—1630cm-1,1410—1390cm-1,825cm-1,680—600cm-1)和 1 个较弱的(2400—2200cm-1)吸收区域按照 Monison和 Boyd(1983)的解析,由于 3500—3000cm-1,1640—1630cm-1,830—820cm-1和 670cm-1吸收峰的存在, 表明堆肥样品的水溶性有机物中含有苯环和酚基官能团;3500—3000cm-1,1640—1630cm-1和 1420— 1330cm-1存在吸收峰预示着样品中有—COOH,1200—1040cm-1吸收峰是样品中多糖存在的暗示;而2400—2200cm-1吸收峰表明样品中含有蛋白类及其降解物质。
尽管堆肥起始与结束时均存在相同的官能 基团,但从图中可以看出,某些吸收峰的强度已发生了较大的改变,说明某些物质的含量在发生变化; 堆肥开始时其 DOM 在 2400—2200cm-1有一中等强度的吸收峰,而在堆肥结束时,其强度明显变弱,这 说明堆肥过程中水溶性有机物的—NH4+含量降低,堆肥中蛋白类物质被微生物降解并利用了1200— 1040cm-1处的吸收峰也有相似趋势,1070/1380cm-1吸收峰强度比在堆肥开始时为 1.48,在堆肥结束时仅 为 0.56,该区域吸收峰强度的降低表明了水溶性有机物中的多糖类物质含量在减少而另一方面,堆肥 后 1640—1630cm-1和 670cm-1处吸收峰强度明显增强,前者 1640/1380cm-1吸收峰强度比,起始时为 0.42,堆肥后为 0.71,增加 69%;后者 670/600cm-1吸收强度比,起始时为 0.75,堆肥后为 0.97,增加了 29%,特别是经过堆肥后,其 DOM 在 830—820cm-1处出现了一个较强的新的吸收峰,这些都表征了在堆 肥过程中,形成了结构稳定的芳香族物质 8、试预测并作出苯胺的红外、氢核磁共振和质谱图。
(10 分) 答:。