第一章
一、思考题
1 . 什么是地球环境? 其所及空间范围包含地球的哪些部分? 什么是环境要素? 化学物质释入环境后, 与之相遇并发生作用的最主要的环境要素有哪些? 可能发生的作用又有哪些?
2 . 用文字简要描述到达地球表面的太阳辐射的状况。地球表面接收到的太阳能如何在地表和生物圈内进一步流动?
3 . 由自然因素或人为因素引发的环境问题各有哪些特点? 考虑到当前由人为因素引起的环境污染问题日益严重, 是否应该在今后实施极端严厉的环境控制政策? 为什么?
4 . 什么是污染物? 什么是沾染物? 两者间有何区别? 什么是毒物? 什么是毒剂? 两者间有何区别?
5 . 消化道中大肠杆菌对人是无害的, 但进入水体后, 为何说水被污染了?
6 . 空气中乙烯浓度为1×10 - 9 ( 体积分数) 时, 对兰花的干萼有损害作用, 但对极大多数其他生物无害, 也不触发人的嗅觉, 当浓度达到0 .1%时, 对水果有催熟作用; 含2 .7%乙烯的混合空气有爆炸性。此外, 处于天然成熟过程的水果能释出乙烯; 内燃机排气中也含乙烯。综合以上情况, 是否可以断言乙烯是一种空气污染物? 根据是什么?
7 . 二氧化碳在人体中是一种正常的代谢产物。如果因控制失当使潜艇座舱空气中CO2 浓度达到20% , 则会引起工作人员中毒身亡的后果。试问这种“毒性”缘何而起? 另外, 对植物来说, 是否可认为超常高浓度的氧气是一种污染物乃至是一种毒剂?
8 . 引起水体、大气、土壤污染的主要化学物质各有哪些?
9 . 怎样理解我们对环境化学学科所下的定义? 从实用观点看, 它的主要任务和内容有哪些? 其研究方法有何特点? 二、计算题
1 . 将表1 -2中生物圈内各元素的质量组成百分数换算成原子组成百分数。 2 . 甲硫醇(CH3 SH) 在t= - 34 .8℃时的蒸气压p= 13 .33 kPa , t = - 7 .9℃时的p= 53 .32 kPa。求它的正常沸点Tb 值。 3 . 求温度为25℃时氯仿的饱和蒸气压。已知蒸气压计算公式p = 133 .3×10( A - B/ T) ( Pa) , 式中A、B 是由化合物本身性质决定的常数, 包括氯仿在内的各种化合物的A、B 值可从书后参考资料2中查获。
4 . 已知气体黏度计算公式μ=T1 .5/m(T + b)×10 - 6 [g/ ( cm·s) ] , 其中T 为绝对温度, m 和b 为常数。又已知CO2的m 和b 值分别为0 .065 和14 .7 , 求其在0℃时的黏度。( 读者试设计一个可用以确定m 和b 值的实验方案)
5 . 在25℃ , pH = 8 .4 的水溶液中, 总氰浓度c= 10 - 3 mol/ L , 求其中[ HCN]和[CN - ]浓度各为多少( 读者可从3 .6 .4 .1得到计算公式, 并试自查资料以获得解题所需HCN 离解常数的数据) ?
6 . 氯仿的水解反应速率常数Kh = 7 .13×10 - 10 min - 1 , 求其以年为单位的半衰期。已知氯仿水解属于一级
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2
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第二章
一、思考题
1 . 定性解释从地面到外逸层底部气温随高度变化的规律。 2 . 地面气温比对流层温度高, 举出与此相关的三个原因。
3 . 何谓“大气窗户”? 对于地球长波辐射来说, 是否也如太阳短波辐射一样存在着“大气窗户”?
4 . 大气组分浓度表示法的复杂性表现在哪些方面? 大气微量组分的常用浓度单位有哪些?
5 . 存在于大气中的水物质有哪些方面重要的环境意义?
6 . 试述大气中颗粒物的来源和归宿。大气颗粒物对环境产生什么不良影响? 为什么大气中0 .1μm 左右的气溶胶粒子比更小或更大颗粒物更难以消除? 7 . 什么是自由基? 它们有何特性? 举例说明大气中HO·自由基的产生和消除过程。为何在对流层中不能产生自由氧原子?
8 . 森林、沼泽地、海面或都市大气中分别富有哪些特征性气体组分? 又发生哪些主要的大气化学反应?
9 . 什么是空气污染指数? 阅读你所在城市报载的空气质量预报, 并深切理解其中内容。
10 . 大气点污染源和非点污染源在排污特点方面有何相异之处? 它们中哪一类较易控制? 举例说明之。
11 . 作为两种大气污染源, 燃煤和汽车可分别产生哪些污染物? 它们又分别通过什么化学过程产生?
12 . 初生污染物和次生污染物间有何区别和联系? 举例说明之。
13 . 空气污染物量一般只占大气总物量很小比例, 为什么往往引起很严重污染问题? 一般说来, 大气污染物对环境会产生什么不良影响? 14 . 污染物释入大气后, 它在大气中的浓度受哪些因素影响?
15 . 何谓干沉积速度? 何谓干沉积率? 两概念间有何区别和联系? 16 . 试用文字和公式表述亨利定律的内容。在实际运用亨利定律时需注意哪些方面? 污染物在大气中湿沉积过程与亨利定律间有何联系?
17 . 为什么SO2 在水中溶解度比N2 或O2 大许多倍? 如何理解像SO2 之类的能形成电解质溶液的气体溶解过程也符合亨利定律? 共存于空气中的NH3 对SO2 在大气水中的溶解产生什么影响? 为什么?
18 . 详读教材2 .6 .3 .3 , 归纳出有关NOx 在水中溶解过程的若干要点。
19 . 分子吸收光子后处于激发态, 此后会有哪几种可能的退激过程? 结果如何? 20 . 什么是光离解反应? 什么是光氧化反应? 两类反应各有何特点? 分别举例说明之。
21 . 一般说来, 对大气污染物的防治方法有哪些? 举例说明这些方法所依据的原理。
二、计算题
1 . 0℃、1 .013×105 Pa 下的空气密度为多少? 假定空气中含N2 79% , 含O2 21% , 不计其他组分, 求空气的平均相对分子质量。
2 . 已知20℃时水的饱和蒸汽压为2337 Pa , 水的摩尔蒸汽热ΔHv = 4 .5×104 J/ mol , 求0℃时水的饱和蒸汽压。
3 . 25℃和1 .013×105 Pa 条件下收集12 .0 L 空气样品并干燥之, 此后精确测得
其体积为11 .50 L , 问原空气样品中水的质量百分含量是多少?
4 . 按法规, 对大气中SO2 的控制浓度为365μg/ m3 , 这相当于以[10 - 6 ( 体积分数) ] 为单位的浓度值是多少(以0℃和1 .013×105 Pa 条件下计) ?
5 . 已知地球半径为6 .4×103 km, 在距地面20 km～40 km 的空间层内压力为1 317 Pa , 温度为- 20℃ (平均值) , 存在O3 的总质量为2×1015 g , 试计算O3 的以[10 - 6 (体积分数) ] 为计量单位的平均浓度为多少?
6 . 大流量空气颗粒物采样器中过滤膜重量为10 .00 g , 经过24h 采样后, 增重至10 .10 g , 在采样开始和结束时的空气流速分别为1 .8 m3/ min 和1 .0 m3/ min , 求采样点空气中的颗粒物浓度。
7 . 在25℃、1 .013×105 Pa 条件下, 有相对分子质量为M、相对密度为ρ( g/ cm3 ) 、体积为b(μL) 的某低沸点纯试剂, 将其放在容积为V( cm3 ) 的真空瓶中气化后再充入空气, 求由此制得标准试样的以[ 10 - 6 ( 体积分数) ]为单位的浓度表达式。
8 . 某种颗粒物在大气中的产生量为200×106 t/ a , 滞留时间为2 d , 求它在大气中的浓度(已知大气总质量为5 .2×1015 t , 有关滞留时间的定义见3 .2) 。 9 . 大气中HO·自由基的主要发生反应O( g) + H2 O( g ) 2HO·( g) 是一个二级反应, 在27℃时的反应速率常数k = 2 .8×10 - 3 L / (mol·s) , 反应活化能E = 77 kJ/ mol , 应用阿仑尼乌斯公式计算温度为- 4℃、高空3 km 处的速率常数。
10 . 某城市可吸入颗粒物的日平均浓度值为0 .182 mg/ m3 , 求其污染分指数及空气质量等级。
11 . 已知燃煤的质量百分组成为77 .2%C, 5 .2% H , 1 .2% N , 2 .6% S, 5 .9% O, 7 .9%灰分, 求经燃烧后产生烟气的气体组成。假定N2 是烟气中唯一含氮物。 12 . 按化学计量, 气态的Cx Hy 烃与空气( 含N2/ O2 的摩尔比设定为3 .76) 混合燃烧, 且假定N2 不参与反应, 问1 mol 燃料完全燃烧需空气多少摩尔( 用F 表示) ? 生成的烟气又是多少摩尔( 用M 表示) ? 假定
f [用10 - 6 ( 体积分数) 为单位] 是1 mol 燃料经过不完全燃烧后燃料的残余摩尔数, 则烟气中残余燃料浓度λ[用10 - 6 ( 体积分数) 为单位] 是F、M、f 的函数, 试写出λ的表达式。
13 . 某厂锅炉每小时耗用100 kg 含18%( 质量分数) 不可燃灰分的煤, 产出煤渣16 kg/ h , 其中含燃料成分6%( 质量分数) 。另有从烟道中逸出的烟气, 内中烟尘部分含燃料成分2 .5% (质量分数) , 求每小时排入大气的烟尘量为多少? 14 . 已知温度为273 K 时空气的黏度和密度分别为170 μg/ ( cm· s ) 和0 .001 3 g/ cm3 , 求粒径d = 1 μm 的细菌类颗粒物在空气中的沉降速度(颗粒物密度为2 .0 g/ cm3 ) 。
15 . 为测定某地区降尘量, 一名学生取一面积为40 cm2 的敞口烧杯, 放入半杯水并在烧杯口罩上滤片, 放在空地上一个月后蒸去水, 称量得残渣量为20 mg , 计算以g/ ( m2 ·a) 为单位的降尘量。
16 . 计算25℃、pH = 8 .0 的H2 SO3 水溶液中, SO2 -3 在[S(Ⅳ) ]总浓度中所占的浓度分数为多少?
17 . 到达地球表面的太阳辐射最短波长为290 nm, 问大气中SO2 分子在吸收该波长光量子后, 能否引起分子中S—O 键断裂? 已知键能为5 .64×105 J/ mol。
第三章
一、思考题
1 . 为什么水的分子结构特别牢固, 以致在地球环境条件下长久存在而不分解? 2 . 为什么在水分子间能产生氢键缔合? 在数值上, 水的氢键键能比起共价键键能不足120 倍, 为什么氢键的存在会成为水的诸多特异性质的决定因素?
3 . 水本身化学性质稳定, 构成自然循环的过程又大多是物理相变过程, 为什么说水循环有特殊的环境意义? 在自然环境和社会环境中反复循环的水为什么特别容易受到污染?
4 . 对天然水体作分层研究有何实践意义?
5 . 举实例阐明研究污染物在水体中存在形态的实践意义。
6 . 封闭的和开放的碳酸体系有何异同? 有何必要将同一体系分作两类进行讨论和研究?
7 . 酸度与pH、碱度与pOH 的概念间有何区别和联系? 在碳酸体系水溶液中, 总酸度、总碱度和总无机碳量三参数间有何数值关系?
8 . 在天然水水样( 视作封闭体系) 中, 加入少量下列物质时: ( a ) HCl , ( b ) NaOH , ( c ) Na2CO3 ,(d ) NaHCO3 , ( e ) CO2 , ( f) AlCl3 , ( g) Na2SO4 , 其碱度如何变化?
9 . 与存在于天然水体中颗粒物相关的水质参数有哪些? 它们各自的意义为何? 10 . 查阅有关资料, 概要地叙述海水水样中盐度和含氯量的测定方法。
11 . 什么是地下水? 试述地下水水质特点及形成这些特点的相应环境条件。 12 . 为什么说地下水是一种十分宝贵的水资源? 一般地下水不易发生污染, 但一旦发生, 又不如地表水那样易净化,为什么?
13 . 试述海洋、河流、地下水中主要污染物的种类和来源。
14 . 为什么说水质仅具有相对意义? 以绝对纯水充作饮水,是否对人体健康有益无害?
15 . 基层环境监测站的实验室分析人员应掌握哪些最基本的水环境污染物分析方法?
16 . 什么是有关水质的非专一性参数? 这类参数的测定与水质形态分析相比较, 各具什么目的? 什么情况下要考虑测定有关水质的非专一性参数? 什么情况下要考虑进行有关水质的形态分析?
17 . BOD 测定数据在实际应用方面有何意义和局限性? 后来发展起来的COD 测定参数是否能完全替代BOD 参数? 某工业废水经过光化学氧化处理后, 测得COD 值反而比原废水高, 试分析其中原因。是否可以认为在某些场合中应用COD 值来衡量水质也有其不当之处?
18 . 河流底泥中有哪些常见的化学沉积物? 它们是如何形成的?
19 . 天然水体中有哪些物质通常呈胶体形态? 亲水胶粒和疏水胶粒有何特征性区别? 决定疏水胶粒表面电荷性质(正电或负电)的主要因素有哪些?
20 . 外加电解质对胶体系统的稳定性产生什么影响? 其中的机理是什么? 试解释加入过量凝结剂或絮凝剂后, 反而达不到预期凝聚目的的原因。
21 . 天然水体中发生的吸附作用有哪几种类型? 各自的吸附机理为何? 表征吸附平衡的常用等温线方程有哪两种类型? 如何设计实验程序以求得等温线方程的常数值。
22 . 无机盐类污染物进入水体后会使水的酸碱性发生怎样的变化? 举例说明之。
23 . 分别举例说明什么是发生在水体中的直接光分解反应和间接光分解反应。 24 . 如何利用有关配合平衡的知识来研究金属在天然水体中的存在形态问题? 试举例说明之。
25 . 天然水体中所含腐殖质来源何方? 它的主要组分有哪些? 在化学结构方面它有哪些特点? 说明天然水体中腐殖质的环境意义。
26 . 表征氧化还原平衡的能斯特方程改用电子活度参数表述后, 有何应用上的便利? 以表格方式列举pE和pH 两概念的类同和相异之点。
27 . 如何从氧化还原反应的机理来理解水体中所发生的这类反应一般都进行得比较缓慢?
28 . 各级处理废水或污水的方法分别适用于去除水中哪一类污染物? 二、计算题
1 . 体积为Vs 毫升的水样在用滴定法测定酚酞碱度时, 耗用了摩尔浓度为M 的标准盐酸Vp 毫升, 求以CaCO3 浓度( mg/ L)为单位的酚酞碱度值表达式。
2 . 用0 .02 mol/ L HCl 滴定100 mL 水样以测定其碱度。酚酞指示剂变色时, 耗用了3 .00 mL HCl , 再滴定至甲基橙指示剂变色时, 又用去12 .00 mL HCl , 求酚酞碱度、总碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的值(以mg/ L CaCO3 计值) 。 3 . 总碱度[ Alk ] = 2 .00×10 - 3 mol [ H+ ]/ L 的25℃水样, 其pH = 7 .00 , 试计算水样中[CO2 ( aq) ]、[ HCO-3 ]和[CO2 -3 ] 浓度值。 4 . 对某水源作水样分析结果如下: 项目 Ca2 + Mg2 + Na + K + 浓度/ mg ·L - 1 70 22 14 2 项目 H CO -3 SO2 -4 Cl - p H 浓度/ mg· L - 1 187 118 17 ( 7 .5 ) 分别计算水样的碳酸氢钙、碳酸氢镁、硫酸钙、硫酸镁诸硬度值(以mol [CaCO3 ]/ L为单位) 。
5 . 某工业废水中含150 mg/ L 乙二醇, 100 mg/ L 苯酚, 40 mg/ L 硫化物( 以S2 - 计) 和125 mg/ L 乙二胺合一水,试计算该废水的ThOD，ThOC比值。
6 . 某水样的COD 值为252 mg/ L , 如果测定中取水样量为25 mL , 则需消耗多少毫克K2 Cr2 O7 ?
7 . 含95%水分的某湖泊沉积物中加入混凝剂, 经沉降后, 上澄液与沉降污泥的体积比为1∶2 , 此时污泥中含水量的百分数为多少?
8 . 球形粒子直径0 .06 mm, 密度2 .5 g/ cm3 , 20℃时水的黏度为1 .005×10 - 3 (Pa·s ) , 计算该粒子在水中的沉降速度。
9 . 对于含有机物的某天然水样作活性炭吸附试验, 每次试验的水样量为1 L , 结果如下。试按弗里德里胥方程处理数据并求出方程中的常数值。 - 1活性炭用量/ g 水相平衡浓度/ mg· L 活性炭用量/ g 水相平衡浓度/ mg· L - 1 0 .0 0 .001 0 .010 3 .27 3 .27 2 .77 0 .100 0 .500 1 .86 1 .33 10 . 在地表水中, 由Fe( OH) 3( s) 通过以下反应生成Fe3 + : Fe (OH )3 ( s) + 3H+
Fe3 + + 3H2 O ( K = 9 .1×103 )