环境化学考试的重点内容
第一章
1、环境的概念
环境是相对于一定中心事物而言的，与某一中心事物相关的周围事物的集合就称为这一中心事物的环境。 2、环境化学的定义
环境化学：是研究潜在的有害化学物质在环境中的存在、化学特性、行为、效应及其控制的化学原理和方法的科学。 3、环境化学的研究范围
水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学和化学物质的生物和生态效应。 4、环境容量：是指一个特定的环境或一个环境单元所
能容纳某污染物的最大负荷量。若用Wc表示环境容量，Ws表示规定的环境标准值，B表示环境的背景值。则它们的关系为：Wc＝Ws－B 5、浓缩系数： 生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度与生物生存的环境中该物质的浓度之比，叫该生物的浓缩系数，又叫富集系数或生物积累率，可用下式表示：
6、生物半衰期：环境中的污染物进入生物体后，由于生物的代谢作用和排泄作用，使污染物在生物体内的量减少到原有量的一 半所需的时间叫生物半衰期，又叫代谢半衰期：就是C＝1/2C0时的时间，这类衰减过程多为一级反应，应有：
7、协同作用和拮抗作用：在环境中同时存在两种以上的污染物时，若一种污染物能加强另一种污染物的危害性，这种现象叫污染物的协同作用，又叫相乘作用。与协同作用相反，一种有毒物质的作用被另一种物质抑阻，使其效果相互抵消或减弱的现象，称之为物质间的拮抗作用。
第二章
1、水质指标
水质即水的质量。水质指标是指水样中除水分子外所含杂质的种类和浓度（数量）。水质指标可以归纳为物理、化学、生物学、放射性等四类指标。 2、水质化学指标
（1）pH value pH（2）Eh value（ORP） Et（3）Acidity and alkalinity 酸碱度 3、水质有机物指标
（1）Dissolved oxygen（DO） （2）Chemical oxygen demand（COD）
（3）Biochemical oxygen demand（BOD）(4）Total oxygen demand（TOD） （5）Total organic carbon（TOC） 4、亨利定律
气体的溶解度正比于液体接触该气体的分压力。[X(aq)]＝kH·XG
kH为气体在一定温度下的亨利定律常数（mol·L-1·kpa-1）；XG为气体的分压（kpa）。
【例题1】求在101.325kp下，25℃时氧气在饱和水中的溶解度。（pH2O饱和＝3.171kpa，kH＝1.26 ×10-5 mol·L-1·kpa-1）
解：由于空气中氧气含量约为21％，故水中氧气的分压为：pO2＝（101.325－3.171）×21％＝20.612kpa 代入亨利定律：
[O2(aq)]=kH·pO2 =1.26×10-5×20.612＝2.60×10-4mol·L-1 S＝M× [O2(aq)]=32.0×2.60×10-4＝8.32×10-3 g·L-1
【例题2】求在101.325kpa下，25℃时CO2在饱和水中的溶解度。(PH2O饱和＝3.171kpa，kH＝3.34 ×10-4 mol·L-1·kp-1,kCO2=4.45×10-7）
解：由于空气中CO2含量约为0.03％，故水中CO2的分压为：pCO2＝（101.325－3.171）×0.03％
＝2.945×10-2kpa 代入亨利定律：
[CO2(aq)]=kH·pCO2=3.34×10-4×2.945×10-2
＝9.84×10-6mol·L-1
此为水中溶解的CO2分子的含量，由于CO2溶于水后可以和水发生反应，因此要求CO2在水中的溶解度，还要求出其发生反应的部分。 CO2＋H2O?HCO3- +H+
[HCO?]?3kCO2[H?][HCO3]?[CO2]
?k1?[CO2]?9.84?10?6?4.45?10?7
?2.09?10?6因此溶解于水中二氧化碳总浓度为： 9.84×10-6 + 2.09×10-6 =1.20×10-5
5、Clausius-Clapeyron方程
其中C1、C2分别为温度T1、T2时气体在水中的溶解浓度；
log?H是溶解热（J/mol）；R为气体常数：8.314 J·K-1·mol-1。
第三章
C2?H?T2?T1?????C12.303R?T2?T1??1. 沉淀过程
沉淀发生通常可分为三个阶段：（1）成核；（2）晶体聚集；（3）晶体生长。 2、氧化物和氢氧化物
金属氢氧化物的沉淀溶解平衡可以用化学反应的通式表达：
M(OH)n(s)Mn??nOH?Ksp?[Mn?
根据溶度积规则：
][OH]?n M
?n???[OHKsp?n]?Ksp[H?]nnKw?lg[Mn?]??lgKsp?nlg[H?]?(?nlgKw)溶液中金属离子饱和浓度的负对数值与溶液pH值的关系为： pc?pKsp?npKw?npH3、硫化物
HS H++HS - K=8.9×10-821
?22?[H][S] K??K1?K2?1.6?10?22[H2S]HS - H++S 2- K2=1.3×10-15
在饱和水溶液中，H2S浓度总是保持在0.1mol/L，代入上式可得：
?S??2?K?[H2S][H]?2?1.6?10?23[H?]2溶液中促成硫化物沉淀的是S2-，若溶液中存在二价金属离子M2+，则有：[M2+]?[ S2-]＝Ksp
因此在硫化物和硫化氢均达到饱和的溶液中，可算出溶液中金属离子的饱和浓度为：
?M??[S2?Ksp2?]?Ksp[H?]21.6?10?234、电子活度
对于一个氧化还原的半反应， K?[Red]n
根据能斯特方程式可得： 又因为
Ox + ne-
Red
假设这一半反应达到平衡时，其平衡常数可以表示为：
[Ox][e]lgK?lg[Red]?nlg[e][Ox]?lg[e]?1[Red](lgK?lg)n[Ox]令pe0?1lgKn1[Red]pe?pe0?lgn[Ox]E?E0?E?2.303RT[Red]lgnF[Ox]E0?2.303RTlgKnF2.303RT[Red](lgK?lg)nF[Ox]
又因为有：
?lg[e]?1[Red](lgK?lg)n[Ox]0EFpe? 2.303RT
在25℃时
E0Fpe?2.303RT
Epe?0.0591E0pe?0.05910同样，对于一个包含n个电子转移的氧化还原半反应，其自由能变化可以用下列公式所
?G??nFE??2.303nRTpe描述：
?G0??nFE0??2.303nRTpe0【例题1】从pH=7.4的水样中测得Cr(Ⅲ) =5×10-10 mol L-1, Cr(Ⅵ) =0.5×10-10 mol L-1 ,求处于平衡状态时的pe和pe0。已知两种铬形态间转换反应的平衡常数K=1066.1。 提示：水中Cr(Ⅲ) 和Cr(Ⅵ)的形态分别是Cr(OH)2+ 和CrO42-。所发生的反应如下：CrO42- + 6H+ +3e = Cr(OH)2+ + 2H2O CrO42- + 6H+ +3e = Cr(OH)2+ + 2H2O
[Cr(OH)2] K??1066.12??63[CrO4][H][e]
5、天然水体的氧化还原限度 （1）氧化限度
其在标准状态下：
故可得到
?[Cr(OH)?2]lgK?lg?6pH?3pe?66.12?[CrO4]pe?20.7/3?6.9pe0?11lgK?66.1?22.03n33pe?66.1-1-6?7.4?20.7
因此，用电子活度表示时，水体的氧化限度为：pe＝20.75－pH 或 pe＋pH＝20.75 （2）还原限度
从中可以得出，对于H+/H2电对，即天然水体中的还原限度 pe＋pH＝0 【例题2】
氧气按下式被还原为水：
11O2(g)?H??e??H2O42 E0=1.229
5 7.5 10 12.5 15
求pe、pH和pO2三者之间的关系。 解：由lgK和E0关系式求得lgK值：
pO2=1.013×105Pa2.0×104PanE0F1?1.229?96500lgK???20.8 2.303RT2.303?8.314?298
又根据半反应方程式，有
pe10Pa 1 K?1 [pO2]4[H?][e]
2.5 5 7.5 10 12.5pH水－气平衡条件下pe、pH和pO2三者间关系1lgK??lg[pO2]?pH?pe 4系作图，可得右图。 6、金属离子的 pe-pH 图
将以上计算所得值代入，pe＋pH＝20.8＋1/4lg[pO2] 对于pe、pH和pO2三者间的上述关
以铁为例，假设水中溶解态的铁总浓度为1.0× 10-5 mol/L时，铁体系的pe－pH图绘制方法如下：
① Fe3+－Fe2+的边界
Fe3+＋e ? Fe2+ pe0＝13.5
边界上[Fe2+]＝[Fe3+]时，有 pe＝13.05 ，体系pe与pH无关，在pe－pH图上为一条垂直于pe轴的直线。
当pe＞13.05时，Fe3+＞Fe2+； 当pe＜13.05时，Fe3+ pH＝3.17 这又是一条与pe无关，在pe－pH图上为一条平行于pe轴的直线，当pH＞3.17时，Fe(OH)3(s)将陆续析出。 ③ Fe2+－Fe(OH)3(s)的边界