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1、新世纪高职高专教材编审委员会新世纪高职高专教材编审委员会 组编组编 主编主编 展惠英展惠英环境化学环境化学“十二五”职业教育国家规划教材经全国职业教育教材审定委员会审定大连理工大学出版社目录目录l模块一模块一 绪论绪论l模块二模块二 大气环境化学大气环境化学l模块三模块三 水环境化学水环境化学l模块四模块四 土壤环境化学土壤环境化学l模块五模块五 生物环境化学生物环境化学l模块六模块六 环境化学研究方法与实验环境化学研究方法与实验模块模块 一一 绪论绪论教学目标教学目标l1.了解环境问题的发生发展；l2.了解我们所面临的环境问题；l3.理解人与环境的关系；l4.掌握环境化学及其主要内容；l5.
2、掌握环境化学的研究方法及发展趋势。环境案例环境案例l1.全球变暖l2.臭氧层破坏l3.酸雨l4.淡水资源危机l5.资源和能源短缺l6.森林锐减l7.土地荒漠化l8.物种加速灭绝l9.垃圾成灾l10.有毒化学品污染1.1 环境与环境污染环境与环境污染（一）环境（一）环境1.环境：2.自然环境：（二）环境要素及其特征（二）环境要素及其特征 自然环境要素通常指：水、大气、生物、阳光、岩石、土壤等。1.最小限制率2.等值性3.整体效应4.统一性和制约性1.1 环境与环境污染环境与环境污染（三）环境中的物质和能量循环（三）环境中的物质和能量循环光合作用1.1 环境与环境污染环境与环境污染（四）环境问题（
3、四）环境问题（五）我国的环境问题（五）我国的环境问题1.背景和特点2.我国环境保护的方针（六）环境污染（六）环境污染1.2 环境化学环境化学（一）环境化学的形成（一）环境化学的形成目前，对于环境化学下一个确切的定义并明确划定其研究范围是很难的。一般可以定义为，环境化学是在化学学科的传统理论和方法的基础上发展起来，以化学物质在环境中出现和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。1.2 环境化学环境化学（二）环境化学分支（二）环境化学分支环境分析化学大气、水和土壤环境化学环境生态化学污染控制化学1.2 环境化学环境化学（三）环境化学的特点（三）环境化学的特点1.环境中的物质，
4、数量极大，品种繁多。2.环境中化学污染物质的含量常常很低，但分布范围极广。3.环境中的化学反应具有难控性。4.影响环境中化学变化的因素极多。5.环境是一个多组分和多变的开放体系。6.现在科学的特点是高度数据化，但环境化学年轻，基本数据很缺，而且很不系统。1.2 环境化学环境化学（四）环境化学研究领域及前沿课题（四）环境化学研究领域及前沿课题1.环境化学研究前沿领域2.目前比较前沿的课题1.3 环境污染物环境污染物（一）环境污染物的类别（一）环境污染物的类别按环境要素大气污染物水体污染物土壤污染物按污染物形态气态污染物液态污染物固态污染物按污染物性质化学污染物物理污染物生物污染物1. 污染物的来
5、源污染物的来源（1）工业：工业“三废”（2）农业：农药、化肥（3）交通运输：废气排放（高毒性的化学物质），噪声和燃料燃烧产生废气以及泄漏造成的污染。（4）生活：2. 化学污染物分类化学污染物分类(1)元素：重金属、准金属、卤素、臭氧、黄磷等；(2)无机物：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、卤化烃；(3)有机物和烃类：包括烷烃、不饱和非芳香烃、芳烃、多环芳烃等；(4)金属有机和准金属有机化合物：如四乙基铅、甲基汞、二甲基汞、二苯铬，甲基砷等；(5)含氧有机化合物：包括环氧乙醚、醚类、醇类、酮类、醛类、有机酸、酯、酚、酐类等化合物；(6)有机氮化物：如胺、硝基甲烷、硝基苯、三硝基苯、亚硝胺等；(7)有机
6、卤化物：如四氯化碳、脂肪基和烃类的卤化物、芳香族卤化物、氯代酚、多氯联苯等；(8)有机硫化物：如烷基硫化物、硫醇、巯基甲烷、硫酸二甲酯等；(9)有机磷化物：有机磷农药及磷酸酯类化合物等。(二二) 环境污染物的迁移转化环境污染物的迁移转化1. 污染物的迁移污染物的迁移污染物在环境中的迁移主要有机械迁移、物理化学迁移和生物迁移三种方式。（1）机械迁移：主要是运输产生的污染物移动。（2）物理化学迁移：污染物主要通过溶解-沉淀、氧化-还原、水解、配位或螯合、吸附-解吸、化学分解、光化学分解等作用实现迁移。（3）生物迁移：生物体吸收、代谢、生长、死亡、食物链产生的放大和积累等作用实现迁移。2. 污染物的
7、转化污染物的转化污染物的转化过程主要有物理、化学和生物三个过程。（1）物理过程：污染物通过蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射元素蜕变等方式发生转化。（2）化学过程：污染物通过氧化-还原、水解、配位或螯合、光化学氧化等方式发生转化。（3）生物过程：污染物通过生物体吸收、生物代谢等方式发生转化。（三）环境效应及其影响因素（三）环境效应及其影响因素按环境变化的性质划分，则可分为环境物理效应、环境化学效应和环境生物效应。 1. 环境物理效应环境物理效应 由物理作用引起的 2. 环境化学效应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。 3. 环境生物效应环境生物效应环境因素变化导致生态
8、系统变异而产生的后果即为环境生物效应。模块二模块二 大气环境化学大气环境化学教学目标教学目标l1.了解大气的组成与结构、大气中的主要污染物和大气运动的基本规律；l2.掌握大气污染的含义、了解大气污染的类型及其危害；l3.理解影响大气污染的因素；l4.掌握污染物的迁移转化过程；l5.认识光化学烟雾、硫酸型烟雾、酸雨、温室效应和臭氧层空洞等突出的环境问题；l6.了解室内污染的基本知识。环境案例环境案例l1.北美死湖事件l2.库巴唐“死亡谷”事件l3.印度博帕尔公害事件l4.美国洛杉矶的光化学烟雾事件l5.英国伦敦烟雾事件l6.沙尘暴事件l7.PM2.5的争议l8.首例家具污染室内环境案2.1 大气
9、环境化学基础知识大气环境化学基础知识（一）大气的组成（一）大气的组成（二）大气结构（二）大气结构（三）大气逆温现象（三）大气逆温现象（四）气团及其干绝热减温率（四）气团及其干绝热减温率（d d）（五）气团的稳定性（五）气团的稳定性（一）大气的组成（一）大气的组成大气是多种气体的混和物。其中包括恒定的、可变的和不定的组分。（二）大气结构（二）大气结构（三）大气逆温现象（三）大气逆温现象在对流层中，气温一般是随高度增加而降低。但在一定条件下会出现反常现象。这可由垂直递减率()的变化情况来判断。气温随高度的变化通常以气温垂直递减率()表示，即每垂直升高100m，气温的变化值：当0时，为正常状态；当=
10、0时，为等温气层；当时，气团稳定，不利于扩散；当d时，气团不稳定，有利于扩散；当d=时，气团处于平衡状态。大气的污染状况与大气稳定度有着密切的关系。2.2 大气污染大气污染（一）大气污染的形成与污染源（一）大气污染的形成与污染源（二）大气污染物（二）大气污染物（三）大气污染的影响及其危害（三）大气污染的影响及其危害（四）大气污染物浓度表示法（四）大气污染物浓度表示法（五）（五） 影响大气污染物迁移的因素影响大气污染物迁移的因素（一）大气污染的形成与污染源（一）大气污染的形成与污染源 当大气中污染物质的浓度达到有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人或物造成危害的现象叫做大气污
11、染。1. 人为源人为源 燃料燃烧、工业排放、固体废弃物焚烧、农业排放2.天然源天然源（二）大气污染物（二）大气污染物大气污染物主要有以下八类：含硫化合物，含氮化合物，一氧化碳和二氧化碳，碳氢化合物和碳、氢、氧化合物，光化学氧化剂，含卤素化合物，颗粒物，放射性物质。1.依照污染物与污染源的关系可分为依照污染物与污染源的关系可分为：（1）一次污染物：从污染源直接排入大气中的原始污染物。（2）二次污染物：2. 依照污染物存在的形态可分为依照污染物存在的形态可分为：（1）颗粒污染物）颗粒污染物 尘粒粉尘烟尘雾尘总悬浮颗粒（TSP） （2）气态污染物）气态污染物硫化合物硫化合物氮氧化物氮氧化物造成大气污
12、染的主要有一氧化氮NO和二氧化氮NO2，另外还有氧化亚氮N2O、三氧化二氮N2O3等 。碳氧化物碳氧化物大气中的COx有CO和CO2都是城市中的主要气态污染物之一。碳氢化合物碳氢化合物大气中的碳氢化合物主要来自石油的不完全燃烧和石油类物质的蒸发。车辆是主要的排放源。（三）大气污染的影响及其危害（三）大气污染的影响及其危害1.对人体健康的影响对人体健康的影响大气污染物侵入人体主要有三条途径：表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气。其中以第三条途径最为重要。（1）颗粒物（2）硫氧化物（3）一氧化碳（4）氮氧化物（5）光化学氧化剂（6）有机化合物2.对植物的伤害对植物的伤害3.对器物和材
13、料的影响对器物和材料的影响4.对大气能见度和气候的影响对大气能见度和气候的影响（1）对大气能见度的影响（2）对气候的影响（四）大气污染物浓度表示法（四）大气污染物浓度表示法 l1. 质量浓度表示法质量浓度表示法：每立方米空气中所含污染物的质量数，即mg/m3l2. 体积浓度表示法体积浓度表示法：一百万体积的空气中所含污染物的体积数，即ppm（五）（五） 影响大气污染物迁移的因素影响大气污染物迁移的因素1. 气象动力因子的影响气象动力因子的影响 （1）风的影响）风的影响风不仅对污染物起着输送的作用，而且还起着扩散和稀释的作用。（2）大气湍流）大气湍流大气的湍流是指大气以不同的尺度作无规则运动的流
14、体状态。2. 天气形势和地理地势的影响天气形势和地理地势的影响 天气形势是指大范围气压分布的状况，局部地区的气象条件总是受天气形势的影响。 （1）海陆风（2）城郊风（3）山谷风2.3 大气中污染物的迁移转化大气中污染物的迁移转化 （一）光化学反应过程基础（一）光化学反应过程基础（二）大气中重要自由基的来源（二）大气中重要自由基的来源（三）氮氧化物在大气中转化（三）氮氧化物在大气中转化（四）碳氢化合物在大气中的转化（四）碳氢化合物在大气中的转化（一）光化学反应基础（一）光化学反应基础1.光化学反应过程光化学反应过程 分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学分子、原子、自由基或离子吸收光子而发
15、生的化学 反应称光化学反应。反应称光化学反应。（1）初级过程）初级过程A+hvA*（2）次级过程）次级过程 2. 大气光化学反应的规律大气光化学反应的规律 光化学第一定律光化学第一定律首先，当激发态分子的能量足够使分子内的化学键断裂，即光子的能量大于化学键时才能引起光离解反应。其次，为使分子产生有效的光化学反应，光还必须被所作用的分子吸收，即分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能产生光化学反应。光化学第二定律光化学第二定律光被分子吸收的过程是单光子过程，光量子能量与化学键之间的关系： E= hv = hc/3. 污染大气中重要的光化学反应污染大气中重要的光化学反应（1） O2、N2的光离解
16、的光离解 氧分子的键能为493.8kJ/mol，240nm的紫外光可以引起氧的光解。 120nm N2键能较大，为939.4kJ/mol，N2的光离解限于臭氧层以上。（2） O3的光离解的光离解O3的光解反应：的光解反应： O3的离解能很低，键能为101.2kJ/mol，相对应的光吸收波长为1180nm，因此在紫外光和可见光范围内均有吸收，主要吸收来自波长小于290nm的紫外光。 （3）NO2的光离解的光离解据称是大气中唯一已知O3的人为来源。（4） 亚硝酸和硝酸的光解离亚硝酸和硝酸的光解离HNO2的初级过程：次级过程：HNO3的光解机理为：若CO存在，可发生如下反应：（5）甲醛的光离解）甲醛
17、的光离解H-CHO初级过程有：次级过程有： 在对流层中，由于O2存在，可发生如下反应：（6）卤代烃的光离解）卤代烃的光离解卤代甲烷在近紫外光照射下，其离解方式为：其强弱顺序为CH3-FCH3-HCH3-ClCH3-BrCH3-I（二）大气中重要自由基的来源（二）大气中重要自由基的来源1. 大气中大气中HO和和HO2的来源的来源清洁大气污染的大气，由于其含有HNO2和H2O2大气中HO2主要来源于醛的光解HO的来源2. R、RO、RO2的来源的来源 大气中R的来源主要是甲基自由基，主要源于大气中乙醛和丙酮的光解： O和HO可以与大气中的烃类发生化学反应从而生成烷基自由基： 大气中的RO主要来源于
18、甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解： 大气中的RO2主要来源于大气中生成的烷基与大气中O2的结合：（三）氮氧化物在大气中转化（三）氮氧化物在大气中转化大气中的氮氧化物污染物主要是指一氧化氮和二氧化氮，一般用NOx表示。NO的转化：NO2的转化（四）碳氢化合物在大气中的转化（四）碳氢化合物在大气中的转化1. 烷烃的反应烷烃的反应2.烯烃的反应烯烃的反应烯烃与羟基主要发生加成反应2.4大气环境问题的形成及其控制对策大气环境问题的形成及其控制对策 l（一）光化学烟雾（一）光化学烟雾l（二）硫化物及硫酸型烟雾（二）硫化物及硫酸型烟雾l（三）酸雨（三）酸雨l（四）大气颗粒物（四）大气颗粒物l（五）温室效应及
19、全球变暖（五）温室效应及全球变暖l（六）（六）臭氧空洞臭氧空洞（一）光化学烟雾（一）光化学烟雾1. 光化学烟雾现象光化学烟雾现象（一）光化学烟雾（一）光化学烟雾2. 光化学烟雾光化学烟雾 形成的机理形成的机理（一）光化学烟雾（一）光化学烟雾利用烟雾箱在人利用烟雾箱在人工光源照射下模工光源照射下模拟大气光化学反应拟大气光化学反应（一）光化学烟雾（一）光化学烟雾碳氢化合物和氮氧化物相互作用方面主要有以下基本反应：（1）NO2的光解是光化学烟雾形成的主要起始反应，并生成O3：（2）碳氢化合物(HC)被OH、O和O3氧化（一）光化学烟雾（一）光化学烟雾利用烟雾箱在人利用烟雾箱在人工光源照射下模工光源照
20、射下模拟大气光化学反应拟大气光化学反应（3）过氧自由基引起NO向NO2转化，并导致O3和PAN等氧化剂的生成1986年Seinfeld用12个化学反应概括了光化学烟雾形成的整个过程：光化学烟雾形成机理简述光化学烟雾形成机理简述3. 光化学烟雾控制对策光化学烟雾控制对策 （1）控制高反应活性的有机物的排放）控制高反应活性的有机物的排放 （2）控制臭氧的浓度）控制臭氧的浓度 （二）硫化物及硫酸型烟雾（二）硫化物及硫酸型烟雾1.二氧化硫的氧化作用二氧化硫的氧化作用SO2的直接光氧化：的直接光氧化：SO2的间接光氧化：的间接光氧化：（二）硫化物及硫酸型烟雾（二）硫化物及硫酸型烟雾2. 大气中硫化氢大气
21、中硫化氢(H2S)的氧化反应的氧化反应其主要反应有：（二）硫化物及硫酸型烟雾（二）硫化物及硫酸型烟雾3. 二氧化硫转化为硫酸和硫酸盐机制二氧化硫转化为硫酸和硫酸盐机制（1）均相氧化反应过程）均相氧化反应过程 第一步是大气中的第一步是大气中的SO2在常温下氧化成在常温下氧化成SO3。第二步是第二步是H2O+SO3H2SO4（2）非均相氧化反应）非均相氧化反应 液相中液相中SO2的非均相反应的非均相反应 液相催化氧化；非催化的液相氧化；有强氧化剂存在时的液相氧化；有氨(NH3)存在时的液相氧化。 固相与固相与SO2的非均相反应的非均相反应（二）硫化物及硫酸型烟雾（二）硫化物及硫酸型烟雾4.硫酸型烟
22、雾硫酸型烟雾由于大气中较多氧化性物质和高反应活性的自由基，二氧化硫可以被氧化成三氧化硫，同时二氧化硫和三氧化硫会于大气中的水蒸气结合生成H2SO3和H2SO4，与大气颗粒物结合形成硫酸盐颗粒物，从而造成硫酸型烟雾污染。硫酸烟雾也称为伦敦烟雾，其最早发生在英国的伦敦。（三）酸雨（三）酸雨酸沉降酸沉降是指大气中的酸性物质通过降水，如雨、雪、雾、冰雹等迁移到地表(湿沉降)，或酸性物质在气流的作用下直接迁移到地表(干沉降)的过程。1. 酸雨的研究概况酸雨的研究概况2. 酸雨的成因酸雨的成因 （1）云和降水的形成机制：）云和降水的形成机制：“雨除雨除” 和“洗脱洗脱” （2）酸性降水的酸化过程）酸性降水
23、的酸化过程 二氧化硫的氧化反应过程二氧化硫的氧化反应过程：2SO2+O22SO3H2O+SO3H2SO4 氮氧化物的氧化反应过程氮氧化物的氧化反应过程：（3）降水中阴阳离子的关系）降水中阴阳离子的关系降水酸度(pH值)是衡量降水酸化程度的一般指标，它是降水中各种酸性和碱性物质化学作用的最终结果。（4）形成酸雨的其它因素）形成酸雨的其它因素3. 酸雨的化学组成酸雨的化学组成4. 酸雨的危害酸雨的危害5. 酸雨的控制措施酸雨的控制措施使用低硫燃料。改进然烧装置。烟道气脱硫。控制汽车尾气排放。（四）大气颗粒物（四）大气颗粒物1.大气气溶胶大气气溶胶大气是由各种固体或液体微粒均匀分散在空气中形成的一个
24、庞大的分散体系。一般称之为气溶胶体系，气溶胶种分散的各种粒子称之为大气颗粒物。2. 大气颗粒物的来源大气颗粒物的来源 （1）颗粒物的天然来源）颗粒物的天然来源 一次颗粒物的天然来源、二次颗粒物的天然来源（2）颗粒物的人为来源）颗粒物的人为来源3. 大气颗粒物组成及分类大气颗粒物组成及分类大气颗粒物主要的化学组成由无机物和有机物组成。无机颗粒物无机颗粒物的组成主要是由其在形成过程决定的。有机颗粒物主有机颗粒物主要是指大气中的有机物质凝聚而形成的颗粒物，或是有机物质吸附在其他颗粒物表面而形成的。大气颗粒物按其粒径大小可以分为以下几类：大气颗粒物按其粒径大小可以分为以下几类：总悬浮颗粒物：其粒径一般
25、在100微米以下。飘尘：粒径主要是小于10微米的颗粒物。降尘：一般大于10微米的粒子可吸入颗粒物：粒径小于10微米4. 大气颗粒物的危害大气颗粒物的危害5. 大气颗粒物的去除大气颗粒物的去除（1）干沉降：）干沉降：干沉降是指颗粒物在重力作用下的沉降，或与其它物体发生碰撞后的沉降。（2）湿沉降）湿沉降：湿沉降是指降雨、下雪使题粒物消除的过程。（五）温室效应及全球变暖（五）温室效应及全球变暖1. 地球的热平衡地球的热平衡2. 温室效应和温室气体温室效应和温室气体3. 全球气候变化趋势全球气候变化趋势4. 全球变暖的控制对策全球变暖的控制对策（1）基本控制对策）基本控制对策（2）发达国家负有减少温室
26、气体的主要责任）发达国家负有减少温室气体的主要责任（六）（六） 臭氧空洞臭氧空洞1.臭氧层形成与损耗的化学反应臭氧层形成与损耗的化学反应臭氧层的生成是由于平流层中O2光解的结果：臭氧层的消耗过程，一是光解：另一个天然损耗过程：2. 臭氧空洞现象臭氧空洞现象2.5 室内空气污染室内空气污染 （一）室内空气污染的来源及危害（一）室内空气污染的来源及危害（二）室内环境污染防治措施（二）室内环境污染防治措施2.5 室内空气污染室内空气污染（一）室内空气污染的来源及危害（一）室内空气污染的来源及危害1. 甲醛甲醛2. 苯苯3. 甲苯甲苯4. 二甲苯二甲苯5. 氨氨6. 二氧化硫二氧化硫7. 二氧化氮二氧化氮8. 一氧化碳一氧化碳9. 二氧化碳二氧化碳10. 可吸人颗粒物可吸人颗粒物 11. 挥发性有机污染物挥发性有机污染物(VOCs)（二）室内环境污染防治措施（二）室内环境污染防治措施 1. 污染源的控制污染源的控制 (1)使用最新空气净化技术(2)合理布局及分配室内外的污染源(3)加强室内通风换气的次数2. 污染治理技术污染治理技术(1)物理净化(2)化学净化(3)生物净化
