環境化學的概念、任務、內容和特點及分類,和相關熱點問題

1、環境化學的概念、任務、內容和特點及分類，和相關熱點問題。緒論

2、概念:環境化學是發展起來的，是

在化學科學的傳統理論和方法的基礎上以化學物質在環

境中出現而引起的環境問題為研究對象以解決環境問題為目標

，的一門新興學科。

任務：環境化學主要研究有害物質在環境介質中的存在、化學特性、行為和效應及其控制的

化學原理和方法。

內容：有害物質在環境介質中存在的濃度水平和形態；潛在有害物質的來源，以及它們在個

別環境介質中和不同介質間的環境化學行為；有害物質對環境和生態系統以及人體健康產生

效應的機制和風險性；有害物質已造成影響的緩解和消除以及防止產生危害的方法和途徑。

特點：要從微觀的原子分子水平上來研究宏觀的環境現象與變化的化學機制及其防治途徑，

其核心是研究化學污染物在環境中的化學轉化和效應。與基礎化學研究的方法方式不同，環

境化學所研究的環境本身是一個多因素的開放性體系，變量多、條件較復雜，許多化學原理

和方法則不易直接運用。化學污染物在環境中的含量很低，一般只有毫克每千克或微克每千

克級水平，甚至更低。環境樣品一般組成比較復雜，化學污染物在環境介質中還會發生存在

形態的變化。它們分布廣泛，遷移轉化速率較快，在不同的時空條件下有明顯的動態變化。

分類：

相關熱點問題：以有機物污染為主的水質污染；以大氣顆粒物和二氧化硫為主的城市空氣污

染；工業有毒有害廢棄物和城市垃圾對大氣、水和土地的污染等。

3、環境效應的類別

自然過程或人類的生活和生產活動會對環境造成污染和破壞，從而導致環境系統的結構和功

能發生變化，謂之環境效應，可分為自然環境效應和人為環境效應。

若按其性質分，可分為：a、環境物理效應（由物理作用引起的），b、環境化學效應（在各

種因素影響下，物之間發生化學反應而產生的），c、環境生物效應（環境因素變化導致生態

系統變異而產生的后果，屬于持久性效應）。

4、舉例簡述污染物在環境各圈的遷移轉化過程

在大氣中，污染物通過擴散和被氣流搬運而遷移，并通過光化學氧化或催化氧化反應而轉化。

大氣中的氮氧化合物、碳氫化合物可通過光化學氧化生成臭氧、過氧乙酰硝酸脂及其他光化

學氧化劑，并在一定氣象條件下形成光化學厭惡。二氧化硫在大氣氣溶膠存在下經光化學氧

化或催化氧化作用轉化為硫酸或硫酸鹽是形成酸雨的原因之一。

在水體中，污染物可通過溶解態隨水流動或通過吸附于懸浮物而傳輸，懸浮物沉積于水底將

污染物帶入沉積物中。同時污染物可通過氧化還原、配位和螯合、水解和生物降解等作用發

生轉化，包括存在形態和價態的變化。這不僅會影響污染物的性質，也會影響它的遷移能力。

在土壤中，土壤是自然環境中微生物最活躍的場所，生物降解對微生物遷移轉化起著重要作

用。土壤的PH、溫度、濕度、離子交換能力、微生物種類和通氣狀況等是影響污染物轉化

的因素。土壤的氧化還原條件控制著污染物的存在狀態，如砷在旱地氧化條件下位五價，在

水田還原條件下為三價。

第二章 大氣環境化學

1、大氣的作用有哪些？什么是大氣環境化學？大氣垂直遞減率公式。典型大氣污染物的特

征。

1.大氣圈是地球生命體的營養源，如氮源等。

2.大氣層具有保護生命體的作用，如防止紫外輻射，電磁輻射等。

3.大氣具有保護地熱平衡的作用。

大氣環境化學：

2、什么是光化學反應？

分子、原子、自由基或離子吸收光子而發生的化學反應，成為光化學反應。

3、愛因斯坦公式的應用，小計算題。P67

4、理解NOx和空氣混合體系的光化學反應。P76

5、光化學煙霧形成的簡化機制（12個反應）及其如何讓控制?

控制對策：（1）控制反應活性高的有機物的排放

（2）控制臭氧的濃度

6、酸雨如何界定？酸雨的化學組成？酸雨的危害及其分布。

把PH為5.6作為判斷酸雨的界限，PH小于5.6的降雨稱為酸雨。

酸雨中含有多種無機酸和有機酸，其中絕大部分是硫酸和硝酸，多數情況下以硫酸為主。從

污染源排放出來的二氧化硫和氮氧化物是形成酸雨的主要起始物。

危害：①危害著名雕像及歷史建筑物

②造成河流湖泊酸化

③危害森林和農作物

④危害人體健康

分布：世界最嚴重的三大酸雨區的分布是西北歐、北美和中國。歐洲酸雨較突出的國家是瑞

典和挪威。

我國酸雨的分布集中在長江以南，已經形成華中、西南、華南和華東四大酸雨區.

7大氣顆粒物按粒徑大小分為幾類？有何區別。

（1）總懸浮顆粒物（TSP） 用標準大容量顆粒采樣器在濾膜上所收集到的顆粒物的總質

量，通常稱為總懸浮顆粒物，其粒徑多在100微米以下，尤以10微米以下的最為多。

（2）飄塵 可在大氣中長期漂浮的懸浮物稱為飄塵。其粒徑主要是小于10微米的顆粒物。

（3）降塵 能用采樣罐采集到的大氣顆粒物。在總懸浮顆粒物中一般直徑大于10微米的粒

子由于自身的重力作用很快陳降下來，這部分顆粒成為降塵。

（4）可吸入粒子 易于通過呼吸過程而進入呼吸道的粒子，目前國際標準化組織（ISO）

建議將其定為Dp≤10微米。

8、什么是溫室氣體，溫室效應？溫室效應有何利弊？

溫室氣體：當在大氣中的濃度增加時，會加劇溫室效應，引起地球表面和大氣層下沿溫

度升高的氣體。

大氣中的CO2吸收了地面輻射出來的紅外光，把能量節流于大氣之中，從而使大氣溫

度升高，這種現象稱為溫室效應。

弊：溫室效應可以造成臭氧層空洞，從而導致冰山融化，海平面降低，臨海城市容易被

海水覆蓋；還可以導致紫外線過強，容易對人造成皮膚病等。

利：

大氣的作用有哪些？什么是大氣環境化學？大氣垂直遞減率公式。典型大氣污染的特征。

答：

1）作用：a大氣有保護地熱平衡的作用b大氣圈是地球生命體的營養源c大氣層具有保護

生命體的作用

2)大氣環境化學：本分支學科研究化學污染物在大氣環境中的形成、遷移、轉化、歸趨過程

中的化學行為和生態效應。研究對象涉及大氣顆粒物、酸沉降、大氣有機物、痕量氣體、臭

氧損耗及全球氣候變暖。關于大氣環境化學過程研究主要涉及大氣光化學過程、大氣自由基

反應。在模式研究方面側重于光化學煙霧和酸雨。

3）大氣垂直遞減率公式：隨高度升高氣溫的降低率稱為大氣垂直遞減率（Γ），海拔每升高

1000m氣溫平均下降6攝氏度,在逆溫層里溫度隨高度一般不變或隨高度變化很小，于是影

響了大氣熱力湍流擴散，尤其是向上和向下方向擴散，只在水平方向有擴散。

4）特征：??

4.光化學反應

答：分子原子自由基或離子吸收光子而發生的化學反應。化學物種吸收光量子后可產生光化

學反應的初級過程和次級過程。初級過程包括化學物種吸收光量子成為激發態物種。隨后激

發態可發生如下幾種反應：1）屬于光物理過程的輻射躍遷（激發態物種通過輻射熒光或磷

光而失活）和無輻射躍遷亦稱碰撞失活過程(激發態物種通過與其他分子m碰撞將能量傳遞

給m自身回到基態）2)屬于光化學過程的光解（激發態物種解離成為兩個或兩個以上的新

物種)和與其他分子反應生成新的物種。次級過程是指在初級過程中反應物生成物之間進一

步發生的反應。

5.愛因斯坦公式的應用

E=hυ=hc/λ

E:光量子能量 h：Planck常量，6.626*10j*s c：光速,2.9979*10cm/s

-3410

若一個分子吸收一個光量子，則1mol分子吸收的總能量為

E=NAhυ= NAhc/λ NA ：阿伏伽德羅常數6.022*10 /mol

23

第三章

1.什么是水環境化學？天然水體的PH值是什么？是如何得來的？

環境化學是研究化學物質在天然水體中的存在形態、反應機制、遷移轉化、歸趨的規律與化

學行為及其對生態環境的影響。她是環境化學的重要部分這些研究將為水污染控制和水資源

的保護提供科學依據。

天然水體的PH值一般為6——9，而且對于某一水體，其PH值幾乎保持不變。

對于碳酸體系，PH﹤8.3時，可以只考慮一級碳酸平衡。

Ph=Pk-lg[HCO]/[HCO]

1233

-

如果將水體投入ΔB量的堿性廢水時，相應有ΔB量HCO轉化為HCO，水體PH升高為

233

--

PH,則

,

，

PH=PK-lg([hco]-Δb)/([hco]+Δb)

1233

--

水體中PH變化為

Δph=-lg([HCO]-ΔB)/([HCO-]+ΔB)+lg[HCO]/[HCO]

233233

---

ΔPH即為相應改變的PH，在投入酸量ΔA時，只要把ΔPH作為負值，ΔB=-ΔA，也可進

行計算。

2.理解關于天然水體重的酸度、堿度的相關計算。154頁有詳解

總堿度=[HCO]+2[CO]+[OH]-[H]

33

-2--+

酚酞堿度=[CO]+[OH]-[HCO]-[H]

323

2---+

苛性堿度=[OH]-[HCO-]-2[HCO]-[H]

--+

323

總酸度=[H]+[HCO]+2[HCO]-[[OH]

+---

323

CO2酸度=[H]+[HCO]-[CO]-[OH]

+-2--

232

無機酸度=[H]-[HCO]-2[CO]-[OH]

+-2--

32

3．水中無機污染物如何遷移轉化（P107）

無機污染物特別是重金屬準金屬等污染物，一旦進入水環境均不能被生物降解，主要通過沉

淀-溶解、氧化還原、配合作用、膠體形成、吸附-解吸等一系列物理化學作用進行遷移轉化。

4.什么是專屬吸附？

專屬吸附指吸附過程中，除了化學鍵的作用外，尚有加強的憎水鍵和愛德華力或氫鍵在起作

用。專屬吸附作用不但可使表面電荷改變符號，而且可使離子化合物吸附在同號電荷表面上

5、沉淀物中重金屬的釋放的誘發因素有哪些？

鹽濃度升高 堿金屬和堿土金屬陽離子可能被吸附在固體顆粒上的金屬離子交換出來，這

是金屬從沉積物中釋放出來的主要途徑之一。

氧化還原條件的變化

降低pH pH降低導致碳酸鹽和氫氧化物的溶解，H+競爭作用增加了金屬離子的解吸量。

增加水中配合劑的含量 天然或合成的配合劑使用量增加，能和重金屬形成可溶性配合物，

有時這種配合物穩定度較大，可以溶解態形態存在，使重金屬從固體顆粒上解析下來。

除上述因素之外，一些生物化學遷移過程也能引起金屬的重新釋放，從而引起重金屬從沉積

物中遷移到動、植物體內------可能沿著食物鏈進一步富集，或者直接進入水體，或者通過動

植物殘體的分解產物進入水體。（見課本178）

6、溶解和沉淀，理解相關計算

溶解和沉淀是污染物在水環境中遷移的重要途徑。一般金屬化合物在水中遷移能力，可以直

接的用溶解度來衡量。溶解度小者，遷移能力小，溶解度大者，遷移能力大。不過，溶解反

應是一種多相化學反應，在固液平衡體系中，一般需用溶度積來表示溶解度，天然水中各種

礦物質的溶解度和沉淀作用也遵守溶度積原則。

氫化物和氫氧化物

pH=14-1/npKsp

硫化物

碳酸鹽

水溶液中不同固相的穩定性

（由于公式太多不知道該怎么打，大家祥見課本185）

7、有機配位體對重金屬遷移有何影響？

影響顆粒物對重金屬的吸附 根據Vuceta解釋，加入配體可能以下列方式影響吸附，1由于

和金屬離子生成配合物，或與表面爭奪可給吸附位，是吸附受到抑制。2如果配體能形成弱

配合物，并且對固體表面親和力很小，則不至引起吸附量的明顯變化3如果配體能生成配合

物，并同時對固體表面具有實際的親和力，則可能會增大吸附量。

影響種金屬化合物的溶解度， 重金屬和羥基的配合作用，提高了重金屬氫氧化物的溶解度。

（課本213）

8.什么是分配系數、標化分配系數？

在土壤—水體系中，土壤對非離子性有機物的吸著主要是溶質的分配過程(溶解)這一分配理

論，即非離子性有機物可通過溶解作用分配到土壤有機質中，并經過一定的時間達到分配平

衡，此時有機物在土壤有機質和水中含量的比值稱為分配系數。

標化分配系數，即以有機碳為基礎的表示的分配系數。 以Koc表示；以Woc表示沉

積物中有機碳的質量分數；以Kp表示有機毒物在沉積物與水之間的分配； 則：

Koc=Kp/Woc

9．光解的類型有哪些？它們之間有何區別？

光解過程可分為三類：第一類稱為直接光解，這是合物本身直接吸收了太陽能而進行分解反

應；第二類稱為敏化光解，水體中存在的天然物質（如腐殖質等）被陽光激發，又將其激發

態的能量轉移給化合物而導致的分解反應；第三類是氧化反應，天然物質被輻射而產生自由

基或純氧態（又稱單一氧）等中間體，這些中間體又與化合物作用而生成轉化的產物。第二

類可以稱是間接光解過程，第三類為氧化過程。

10.什么是光量子產率？圖示表明激發分子的光化學途徑。

分子被活化后，它可能進行光反應，也可能通過光輻射的形式進行“去活化”再回到基態，

進行光化學反應的光子與吸收總光子數之比，稱為光量子產率（Φ）。

Φ=生成或破壞的給定物種的物質的量/體系吸收光子的物質的量

11.生物降解的的類型有哪些？如何區別？

有機物生物降解存在兩種代謝模式：生長代謝和共代謝模式。許多有毒物質可以向天然

有機污染物那樣作為微生物的生長機制。只要用這些有毒物質作為微生物的唯一碳源便可以

鑒定是否屬于生長代謝。。有些有機污染物不能作為微生物的唯一碳源和能量，必須有另外

的化合物存在提供微生物碳源或能源時，該有機物才能被降解，這種現象稱為共代謝。

兩種代謝特征和降解速率極不相同，在生長代謝過程中，微生物可以對有毒物質進行較

徹底地降解或礦化，因而是解毒生長基質微生物。實驗表明一種微生物群落適應一種化學物

質一般需要2到50天的滯后期，而共代謝的動力學明顯不同于生長代謝的動力學，共代謝

沒有滯后期，降解速率一般比完全馴化的生長代謝慢。共代謝不提供微生物任何能量，不影

響種群多少。

12.何為水體的富營養化？

隨著工農業的迅速發展和人民生活水平的提高，大量的工業廢水，農業污水流入湖泊，

使湖泊污染程度日益嚴重，產生水體富營養化。

13.簡述有機污染物在水環境中的遷移轉化過程。【圖示過程課本244頁】

1.負載過程即輸入過程

污水排放速率，大氣沉降以及地表徑流引入有機毒物至天然水體均將直接影響污染物在

水中的濃度。

2.形態過程

酸堿平衡：天然水中，ph決定著有機酸或堿以中性態或者離子態存在的分數，因而影

響揮發和其他作用。

吸著作用：疏水有機物吸著至懸浮物上，由于懸浮物質的遷移而影響他們以后的歸趨。

3.遷移過程

沉淀---溶解作用：污染物的溶解度范圍可限制污染物在遷移，轉化過程中的可利用性或

者實際上改變其遷移速率。

對流作用：水力流動可遷移溶解的或者被懸浮物吸附的污染物進入或排出特定的水生生

態系統。

揮發作用：有機污染物可能從水體進入大氣，因而減少其在水中的濃度。

沉積作用：污染物被吸附沉積于水體底部或者從底部沉積物中解吸，均可改變污染物的

濃度。

4.轉化過程:

生物降解作用：微生物代謝污染物并在代謝過程中改變他們的毒性。

水解作用:一個化合物與水作用通常產生較小的簡單的有機產物。

光解作用：污染物對光的吸收有可能導致影響它們毒性的化學反應的發生。

氧化還原作用：涉及減少或者增加電子在內的有機污染物以及金屬的反應都強烈地影響

環境參數。對于有機污染物中幾乎所有重要的氧化還原反應都是由微生物催化的。

5.生物積累過程

生物濃縮作用：通過可能的手段如魚鰓的吸附作用，將有機污染物攝取至生物體。

生物放大作用：高級營養生物以消耗攝取有機毒物進入生物體的低營養級生物為食物，

使生物體中有機毒物的濃度隨營養級的提高而逐步放大。

第四章

6.了解土壤的組成。

土壤是由固體、液體和氣體三相共同組成的多相體系。土壤固相包括土壤礦物質和土壤有機

質。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤有無數孔隙充滿空氣，即土壤氣相。

典型土壤隨深度呈現不同的層次。最上層為覆蓋層（Ａ），由地面上的枯枝落葉等所構成。

０

第二層為淋溶層（A），是土壤中生物最活躍的一層，土壤有機質大部分在這一層，金屬離

子和黏土顆粒在此層被淋溶得最顯著。第三層為淀積層（B），它接納來自上一層淋溶出來

的有機物、鹽類和黏土顆粒類物質。C層也叫母質層，是由風化的成土母巖構成。母質層下

面為未風化的基巖，常用D層表示。

7.什么是鹽基飽和度。

在土壤交換性陽離子中鹽基離子所占的百分數稱為土壤鹽基飽和度。

鹽基飽和度=交換性鹽基總量（cmol/kg) / 陽離子交換量（cmol/kg)×100%

8.什么是土壤的活性酸度和潛性酸度，二者的關系。

土壤的活性酸度是土壤氫離子濃度的直接反映，又稱為有效酸度，通常用PH表示。

土壤的潛性酸度的來源是土壤膠體吸附的可代換性H和Al當這些離子處于吸附狀態時，

+3+

是不顯酸性的，但當它們通過離子交換作用進入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液H濃度，

+

使土壤PH降低。根據土壤潛性酸度所用的提取液，可分為代換性酸度和水解酸度。

關系：土壤的活性酸度和潛性酸度是同一個平衡體系的兩種酸度。兩者可以互相轉化，在一

定條件下處于暫時平衡狀態。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起點和現實表現。土壤膠體是

H和Al的貯存庫，潛性酸度是活性酸度的儲備。

+3+

第五章 生物體內污染物質的運動過程及毒性

2、圖示表征污染物在機體內的運動過程。（課上筆記）

3、生物富集：指生物通過非吞食方式，從周圍環境(水、土壤、大氣）蓄積某種元素或難降

解的物質，使其在機體內濃度超過周圍環境中濃度的現象。

生物放大：指在同一食物鏈上的高營養級生物，通過吞食低營養級生物蓄積某種元素或難

降解物質，使其在機體內的濃度隨營養級數提高而增大的現象。

生物積累：是生物從周圍環境(水、土壤、大氣）和食物鏈積累某種元素或難降解的物質，

使其在機體中的濃度超過周圍環境中濃度的現象。

4、效應：毒理學把毒物劑量（濃度）與引起個體生物學的變化，如腦電心電血象免疫功能

酶活性等的變化稱為效應。

反應：毒理學把引起群體的變化，如腫瘤或其他損害的發生率、死亡率等變化稱為反應。

劑量—反（效）應關系：毒物劑量（濃度）與反（效）應變化之間存在著的一定關系

急性毒作用：高劑量（濃度）毒物在短時間內進入機體致毒

慢性毒作用：低劑量（濃度）毒物長期逐漸進入機體，積累到一定程度后而致毒

亞急（或亞慢）性毒作用：情況介于上述兩者之間的。

5.毒物的聯合作用類型（P360）？毒作用的過程（P362）？

答：類型：1.協同作用：指聯合作用的毒性大于其中各毒物成分單獨作用毒性的總和。就是

說，其中某一毒物成分能促進機體對其他毒物成分的吸收加強、降解受阻、排泄遲緩、蓄積

增多或產生高毒代謝物等，使混合物毒性增加。

2.相加作用：指聯合作用的毒性等于其中各毒物成分單獨作用毒性的總和。即其中各毒

物成分之間均可按比例取代另一毒物成分，而混合物毒性均無改變。當各毒物成分的化學結

構相近、性質相似、對機體作用的部位及機理相同時，其聯合的結果往往呈現毒性相加作用。

3.獨立作用：指各毒物對機體的侵入途徑、作用部位、作用機理等均不同，因而在其聯

合作用中各毒物生物學效應彼此無關、互不影響。即獨立作用的毒性低于相加作用，但高于

其中單項毒物的毒性。

4.拮抗作用：指聯合作用的毒性小于其中各毒物成分單獨作用毒性的總和。就是說，其

中某一毒物成分能促進機體對其他毒物成分的降解加速、排泄加快、吸收減少或產生低毒代

謝物等，使混合物毒性降低。

過程：自機體暴露于某一毒物至其出現毒性，一般要經過以下三個過程：

過程1：毒物被機體吸收進入體液后，經分布、代謝轉化，并有某一程度的排泄。其間，

毒物或被解毒，或被增毒，或不被轉化。

過程2：毒物或活性代謝產物與其機體進行原發反應，使受體改性，隨后引發生物化學

效應。

過程3：接著引起一系列病理、生理的繼發反應，出現在整體條件下可觀察到的毒作用

的生理和（或）行為的反應，即致毒癥狀。

6.毒作用的生物化學機制（P362）？

答：1.酶活性的抑制：酶在構成機體生命基礎的生化過程中起著重大的作用。毒物進入機體

后，一方面在酶催化下進行代謝轉化；另一方面也可干擾酶的正常作用，包括酶的活性、數

量等，從而有可能導致機體的損害。

2.致突變作用：指生物細胞內DNA改變，引起的遺傳特性突變的作用。這一突變可傳至

后代。具有致突變作用的污染物質成為致突變物。致突變作用分為基因突變和染色體突變兩

類。

3.致癌作用：致癌是體細胞不受控制的生長。能在動物和人體中引起致癌的物質稱為致

癌物。致癌物根據性質可分為化學（性）致癌物，物理性致癌物和生物性致癌物。

4.致畸作用：人或動物在胚胎發育過程中由于各種原因所形成的形態結構異常，成為先

天性畸形或畸胎。遺傳因素、物理因素、化學因素、生物因素、母體營養缺乏或內分泌障礙

等都可引起先天性畸形，并成為致畸作用。

第六章 典型污染物在環境各圈層中的轉歸與效應

1.汞的可能循環途徑圖示（P395圖6-2、6-3）。

第七章 受污染環境下修復

一、何謂微生物修復，需要什么環境條件，其影響因素有哪些？

1、微生物修復技術指通過微生物的作用清除土壤和水體中的污染物或是使污染物無害

的過程。

2、環境條件：1、有充分和穩定的地下水流 2、有微生物可利用的營養物 3、有緩沖

pH的能力 4、有使代謝能夠進行的電子受體。

3、影響因素：1、營養物質 2、電子受體 3、污染物的性質 4、環境條件 5、微生

物的協同作用

二、植物修復重金屬污染的主要過程有哪些？

1、植物提取：利用重金屬超積累植物從土壤中吸取一種或幾種重金屬，并將其轉移、

儲存到地上部分，收割地上部分并集中處理。

2、植物穩定：利用耐重金屬植物的根際的一些分泌物，增加土壤中有毒金屬的穩定性

3、植物揮發：利用植物的吸收、積累和揮發而減少土壤中一些揮發性污染物

第八章 綠色化學的基本原理與應用

一、什么是綠色化學？綠色化學的12條原理有哪些？

1、研究利用一套原理在化學產品的設計、開發和加工生產過程中減少或消除使用或產

生對人類健康和環境有害物質的科學。

2、1、預防 2、原子經濟性 3、無害（或少害）的化學合成 4、設計無危險

的化學品 5、安全的溶劑和助劑

6、設計要講求能效 7、使用可再生的原料 8、減少衍生物 9、催化作用

10、設計要考慮講解

11、為了預防污染進行實時分析 12、防止事故產生的固有安全化學