环境化学的概念、任务、内容和特点及分类,和相关热点问题

1、环境化学的概念、任务、内容和特点及分类，和相关热点问题。绪论

2、概念:环境化学是发展起来的，是

在化学科学的传统理论和方法的基础上以化学物质在环

境中出现而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。

任务：环境化学主要研究有害物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的

化学原理和方法。

内容：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；潜在有害物质的来源，以及它们在个

别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生

效应的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。

特点：要从微观的原子分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，

其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。与基础化学研究的方法方式不同，环

境化学所研究的环境本身是一个多因素的开放性体系，变量多、条件较复杂，许多化学原理

和方法则不易直接运用。化学污染物在环境中的含量很低，一般只有毫克每千克或微克每千

克级水平，甚至更低。环境样品一般组成比较复杂，化学污染物在环境介质中还会发生存在

形态的变化。它们分布广泛，迁移转化速率较快，在不同的时空条件下有明显的动态变化。

分类：

相关热点问题：以有机物污染为主的水质污染；以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污

染；工业有毒有害废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。

3、环境效应的类别

自然过程或人类的生活和生产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，可分为自然环境效应和人为环境效应。

若按其性质分，可分为：a、环境物理效应（由物理作用引起的），b、环境化学效应（在各

种因素影响下，物之间发生化学反应而产生的），c、环境生物效应（环境因素变化导致生态

系统变异而产生的后果，属于持久性效应）。

4、举例简述污染物在环境各圈的迁移转化过程

在大气中，污染物通过扩散和被气流搬运而迁移，并通过光化学氧化或催化氧化反应而转化。

大气中的氮氧化合物、碳氢化合物可通过光化学氧化生成臭氧、过氧乙酰硝酸脂及其他光化

学氧化剂，并在一定气象条件下形成光化学厌恶。二氧化硫在大气气溶胶存在下经光化学氧

化或催化氧化作用转化为硫酸或硫酸盐是形成酸雨的原因之一。

在水体中，污染物可通过溶解态随水流动或通过吸附于悬浮物而传输，悬浮物沉积于水底将

污染物带入沉积物中。同时污染物可通过氧化还原、配位和螯合、水解和生物降解等作用发

生转化，包括存在形态和价态的变化。这不仅会影响污染物的性质，也会影响它的迁移能力。

在土壤中，土壤是自然环境中微生物最活跃的场所，生物降解对微生物迁移转化起着重要作

用。土壤的PH、温度、湿度、离子交换能力、微生物种类和通气状况等是影响污染物转化

的因素。土壤的氧化还原条件控制着污染物的存在状态，如砷在旱地氧化条件下位五价，在

水田还原条件下为三价。

第二章 大气环境化学

1、大气的作用有哪些？什么是大气环境化学？大气垂直递减率公式。典型大气污染物的特

征。

1.大气圈是地球生命体的营养源，如氮源等。

2.大气层具有保护生命体的作用，如防止紫外辐射，电磁辐射等。

3.大气具有保护地热平衡的作用。

大气环境化学：

2、什么是光化学反应？

分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应，成为光化学反应。

3、爱因斯坦公式的应用，小计算题。P67

4、理解NOx和空气混合体系的光化学反应。P76

5、光化学烟雾形成的简化机制（12个反应）及其如何让控制?

控制对策：（1）控制反应活性高的有机物的排放

（2）控制臭氧的浓度

6、酸雨如何界定？酸雨的化学组成？酸雨的危害及其分布。

把PH为5.6作为判断酸雨的界限，PH小于5.6的降雨称为酸雨。

酸雨中含有多种无机酸和有机酸，其中绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。从

污染源排放出来的二氧化硫和氮氧化物是形成酸雨的主要起始物。

危害：①危害著名雕像及历史建筑物

②造成河流湖泊酸化

③危害森林和农作物

④危害人体健康

分布：世界最严重的三大酸雨区的分布是西北欧、北美和中国。欧洲酸雨较突出的国家是瑞

典和挪威。

我国酸雨的分布集中在长江以南，已经形成华中、西南、华南和华东四大酸雨区.

7大气颗粒物按粒径大小分为几类？有何区别。

（1）总悬浮颗粒物（TSP） 用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质

量，通常称为总悬浮颗粒物，其粒径多在100微米以下，尤以10微米以下的最为多。

（2）飘尘 可在大气中长期漂浮的悬浮物称为飘尘。其粒径主要是小于10微米的颗粒物。

（3）降尘 能用采样罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径大于10微米的粒

子由于自身的重力作用很快陈降下来，这部分颗粒成为降尘。

（4）可吸入粒子 易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子，目前国际标准化组织（ISO）

建议将其定为Dp≤10微米。

8、什么是温室气体，温室效应？温室效应有何利弊？

温室气体：当在大气中的浓度增加时，会加剧温室效应，引起地球表面和大气层下沿温

度升高的气体。

大气中的CO2吸收了地面辐射出来的红外光，把能量节流于大气之中，从而使大气温

度升高，这种现象称为温室效应。

弊：温室效应可以造成臭氧层空洞，从而导致冰山融化，海平面降低，临海城市容易被

海水覆盖；还可以导致紫外线过强，容易对人造成皮肤病等。

利：

大气的作用有哪些？什么是大气环境化学？大气垂直递减率公式。典型大气污染的特征。

答：

1）作用：a大气有保护地热平衡的作用b大气圈是地球生命体的营养源c大气层具有保护

生命体的作用

2)大气环境化学：本分支学科研究化学污染物在大气环境中的形成、迁移、转化、归趋过程

中的化学行为和生态效应。研究对象涉及大气颗粒物、酸沉降、大气有机物、痕量气体、臭

氧损耗及全球气候变暖。关于大气环境化学过程研究主要涉及大气光化学过程、大气自由基

反应。在模式研究方面侧重于光化学烟雾和酸雨。

3）大气垂直递减率公式：随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率（Γ），海拔每升高

1000m气温平均下降6摄氏度,在逆温层里温度随高度一般不变或随高度变化很小，于是影

响了大气热力湍流扩散，尤其是向上和向下方向扩散，只在水平方向有扩散。

4）特征：??

4.光化学反应

答：分子原子自由基或离子吸收光子而发生的化学反应。化学物种吸收光量子后可产生光化

学反应的初级过程和次级过程。初级过程包括化学物种吸收光量子成为激发态物种。随后激

发态可发生如下几种反应：1）属于光物理过程的辐射跃迁（激发态物种通过辐射荧光或磷

光而失活）和无辐射跃迁亦称碰撞失活过程(激发态物种通过与其他分子m碰撞将能量传递

给m自身回到基态）2)属于光化学过程的光解（激发态物种解离成为两个或两个以上的新

物种)和与其他分子反应生成新的物种。次级过程是指在初级过程中反应物生成物之间进一

步发生的反应。

5.爱因斯坦公式的应用

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

若一个分子吸收一个光量子，则1mol分子吸收的总能量为

E=NAhυ= NAhc/λ NA ：阿伏伽德罗常数6.022*10 /mol

23

第三章

1.什么是水环境化学？天然水体的PH值是什么？是如何得来的？

环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制、迁移转化、归趋的规律与化

学行为及其对生态环境的影响。她是环境化学的重要部分这些研究将为水污染控制和水资源

的保护提供科学依据。

天然水体的PH值一般为6——9，而且对于某一水体，其PH值几乎保持不变。

对于碳酸体系，PH﹤8.3时，可以只考虑一级碳酸平衡。

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

1233

-

如果将水体投入ΔB量的碱性废水时，相应有ΔB量HCO转化为HCO，水体PH升高为

233

--

PH,则

,

，

PH=PK-lg([hco]-Δb)/([hco]+Δb)

1233

--

水体中PH变化为

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

233233

---

ΔPH即为相应改变的PH，在投入酸量ΔA时，只要把ΔPH作为负值，ΔB=-ΔA，也可进

行计算。

2.理解关于天然水体重的酸度、碱度的相关计算。154页有详解

总碱度=[HCO]+2[CO]+[OH]-[H]

33

-2--+

酚酞碱度=[CO]+[OH]-[HCO]-[H]

323

2---+

苛性碱度=[OH]-[HCO-]-2[HCO]-[H]

--+

323

总酸度=[H]+[HCO]+2[HCO]-[[OH]

+---

323

CO2酸度=[H]+[HCO]-[CO]-[OH]

+-2--

232

无机酸度=[H]-[HCO]-2[CO]-[OH]

+-2--

32

3．水中无机污染物如何迁移转化（P107）

无机污染物特别是重金属准金属等污染物，一旦进入水环境均不能被生物降解，主要通过沉

淀-溶解、氧化还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行迁移转化。

4.什么是专属吸附？

专属吸附指吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和爱德华力或氢键在起作

用。专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可使离子化合物吸附在同号电荷表面上

5、沉淀物中重金属的释放的诱发因素有哪些？

盐浓度升高 碱金属和碱土金属阳离子可能被吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来，这

是金属从沉积物中释放出来的主要途径之一。

氧化还原条件的变化

降低pH pH降低导致碳酸盐和氢氧化物的溶解，H+竞争作用增加了金属离子的解吸量。

增加水中配合剂的含量 天然或合成的配合剂使用量增加，能和重金属形成可溶性配合物，

有时这种配合物稳定度较大，可以溶解态形态存在，使重金属从固体颗粒上解析下来。

除上述因素之外，一些生物化学迁移过程也能引起金属的重新释放，从而引起重金属从沉积

物中迁移到动、植物体内------可能沿着食物链进一步富集，或者直接进入水体，或者通过动

植物残体的分解产物进入水体。（见课本178）

6、溶解和沉淀，理解相关计算

溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径。一般金属化合物在水中迁移能力，可以直

接的用溶解度来衡量。溶解度小者，迁移能力小，溶解度大者，迁移能力大。不过，溶解反

应是一种多相化学反应，在固液平衡体系中，一般需用溶度积来表示溶解度，天然水中各种

矿物质的溶解度和沉淀作用也遵守溶度积原则。

氢化物和氢氧化物

pH=14-1/npKsp

硫化物

碳酸盐

水溶液中不同固相的稳定性

（由于公式太多不知道该怎么打，大家祥见课本185）

7、有机配位体对重金属迁移有何影响？

影响颗粒物对重金属的吸附 根据Vuceta解释，加入配体可能以下列方式影响吸附，1由于

和金属离子生成配合物，或与表面争夺可给吸附位，是吸附受到抑制。2如果配体能形成弱

配合物，并且对固体表面亲和力很小，则不至引起吸附量的明显变化3如果配体能生成配合

物，并同时对固体表面具有实际的亲和力，则可能会增大吸附量。

影响种金属化合物的溶解度， 重金属和羟基的配合作用，提高了重金属氢氧化物的溶解度。

（课本213）

8.什么是分配系数、标化分配系数？

在土壤—水体系中，土壤对非离子性有机物的吸着主要是溶质的分配过程(溶解)这一分配理

论，即非离子性有机物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一定的时间达到分配平

衡，此时有机物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数。

标化分配系数，即以有机碳为基础的表示的分配系数。 以Koc表示；以Woc表示沉

积物中有机碳的质量分数；以Kp表示有机毒物在沉积物与水之间的分配； 则：

Koc=Kp/Woc

9．光解的类型有哪些？它们之间有何区别？

光解过程可分为三类：第一类称为直接光解，这是合物本身直接吸收了太阳能而进行分解反

应；第二类称为敏化光解，水体中存在的天然物质（如腐殖质等）被阳光激发，又将其激发

态的能量转移给化合物而导致的分解反应；第三类是氧化反应，天然物质被辐射而产生自由

基或纯氧态（又称单一氧）等中间体，这些中间体又与化合物作用而生成转化的产物。第二

类可以称是间接光解过程，第三类为氧化过程。

10.什么是光量子产率？图示表明激发分子的光化学途径。

分子被活化后，它可能进行光反应，也可能通过光辐射的形式进行“去活化”再回到基态，

进行光化学反应的光子与吸收总光子数之比，称为光量子产率（Φ）。

Φ=生成或破坏的给定物种的物质的量/体系吸收光子的物质的量

11.生物降解的的类型有哪些？如何区别？

有机物生物降解存在两种代谢模式：生长代谢和共代谢模式。许多有毒物质可以向天然

有机污染物那样作为微生物的生长机制。只要用这些有毒物质作为微生物的唯一碳源便可以

鉴定是否属于生长代谢。。有些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源和能量，必须有另外

的化合物存在提供微生物碳源或能源时，该有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。

两种代谢特征和降解速率极不相同，在生长代谢过程中，微生物可以对有毒物质进行较

彻底地降解或矿化，因而是解毒生长基质微生物。实验表明一种微生物群落适应一种化学物

质一般需要2到50天的滞后期，而共代谢的动力学明显不同于生长代谢的动力学，共代谢

没有滞后期，降解速率一般比完全驯化的生长代谢慢。共代谢不提供微生物任何能量，不影

响种群多少。

12.何为水体的富营养化？

随着工农业的迅速发展和人民生活水平的提高，大量的工业废水，农业污水流入湖泊，

使湖泊污染程度日益严重，产生水体富营养化。

13.简述有机污染物在水环境中的迁移转化过程。【图示过程课本244页】

1.负载过程即输入过程

污水排放速率，大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然水体均将直接影响污染物在

水中的浓度。

2.形态过程

酸碱平衡：天然水中，ph决定着有机酸或碱以中性态或者离子态存在的分数，因而影

响挥发和其他作用。

吸着作用：疏水有机物吸着至悬浮物上，由于悬浮物质的迁移而影响他们以后的归趋。

3.迁移过程

沉淀---溶解作用：污染物的溶解度范围可限制污染物在迁移，转化过程中的可利用性或

者实际上改变其迁移速率。

对流作用：水力流动可迁移溶解的或者被悬浮物吸附的污染物进入或排出特定的水生生

态系统。

挥发作用：有机污染物可能从水体进入大气，因而减少其在水中的浓度。

沉积作用：污染物被吸附沉积于水体底部或者从底部沉积物中解吸，均可改变污染物的

浓度。

4.转化过程:

生物降解作用：微生物代谢污染物并在代谢过程中改变他们的毒性。

水解作用:一个化合物与水作用通常产生较小的简单的有机产物。

光解作用：污染物对光的吸收有可能导致影响它们毒性的化学反应的发生。

氧化还原作用：涉及减少或者增加电子在内的有机污染物以及金属的反应都强烈地影响

环境参数。对于有机污染物中几乎所有重要的氧化还原反应都是由微生物催化的。

5.生物积累过程

生物浓缩作用：通过可能的手段如鱼鳃的吸附作用，将有机污染物摄取至生物体。

生物放大作用：高级营养生物以消耗摄取有机毒物进入生物体的低营养级生物为食物，

使生物体中有机毒物的浓度随营养级的提高而逐步放大。

第四章

6.了解土壤的组成。

土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机

质。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤有无数孔隙充满空气，即土壤气相。

典型土壤随深度呈现不同的层次。最上层为覆盖层（Ａ），由地面上的枯枝落叶等所构成。

０

第二层为淋溶层（A），是土壤中生物最活跃的一层，土壤有机质大部分在这一层，金属离

子和黏土颗粒在此层被淋溶得最显著。第三层为淀积层（B），它接纳来自上一层淋溶出来

的有机物、盐类和黏土颗粒类物质。C层也叫母质层，是由风化的成土母岩构成。母质层下

面为未风化的基岩，常用D层表示。

7.什么是盐基饱和度。

在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度。

盐基饱和度=交换性盐基总量（cmol/kg) / 阳离子交换量（cmol/kg)×100%

8.什么是土壤的活性酸度和潜性酸度，二者的关系。

土壤的活性酸度是土壤氢离子浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用PH表示。

土壤的潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H和Al当这些离子处于吸附状态时，

+3+

是不显酸性的，但当它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液H浓度，

+

使土壤PH降低。根据土壤潜性酸度所用的提取液，可分为代换性酸度和水解酸度。

关系：土壤的活性酸度和潜性酸度是同一个平衡体系的两种酸度。两者可以互相转化，在一

定条件下处于暂时平衡状态。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体是

H和Al的贮存库，潜性酸度是活性酸度的储备。

+3+

第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性

2、图示表征污染物在机体内的运动过程。（课上笔记）

3、生物富集：指生物通过非吞食方式，从周围环境(水、土壤、大气）蓄积某种元素或难降

解的物质，使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。

生物放大：指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难

降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。

生物积累：是生物从周围环境(水、土壤、大气）和食物链积累某种元素或难降解的物质，

使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。

4、效应：毒理学把毒物剂量（浓度）与引起个体生物学的变化，如脑电心电血象免疫功能

酶活性等的变化称为效应。

反应：毒理学把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。

剂量—反（效）应关系：毒物剂量（浓度）与反（效）应变化之间存在着的一定关系

急性毒作用：高剂量（浓度）毒物在短时间内进入机体致毒

慢性毒作用：低剂量（浓度）毒物长期逐渐进入机体，积累到一定程度后而致毒

亚急（或亚慢）性毒作用：情况介于上述两者之间的。

5.毒物的联合作用类型（P360）？毒作用的过程（P362）？

答：类型：1.协同作用：指联合作用的毒性大于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。就是

说，其中某一毒物成分能促进机体对其他毒物成分的吸收加强、降解受阻、排泄迟缓、蓄积

增多或产生高毒代谢物等，使混合物毒性增加。

2.相加作用：指联合作用的毒性等于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。即其中各毒

物成分之间均可按比例取代另一毒物成分，而混合物毒性均无改变。当各毒物成分的化学结

构相近、性质相似、对机体作用的部位及机理相同时，其联合的结果往往呈现毒性相加作用。

3.独立作用：指各毒物对机体的侵入途径、作用部位、作用机理等均不同，因而在其联

合作用中各毒物生物学效应彼此无关、互不影响。即独立作用的毒性低于相加作用，但高于

其中单项毒物的毒性。

4.拮抗作用：指联合作用的毒性小于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。就是说，其

中某一毒物成分能促进机体对其他毒物成分的降解加速、排泄加快、吸收减少或产生低毒代

谢物等，使混合物毒性降低。

过程：自机体暴露于某一毒物至其出现毒性，一般要经过以下三个过程：

过程1：毒物被机体吸收进入体液后，经分布、代谢转化，并有某一程度的排泄。其间，

毒物或被解毒，或被增毒，或不被转化。

过程2：毒物或活性代谢产物与其机体进行原发反应，使受体改性，随后引发生物化学

效应。

过程3：接着引起一系列病理、生理的继发反应，出现在整体条件下可观察到的毒作用

的生理和（或）行为的反应，即致毒症状。

6.毒作用的生物化学机制（P362）？

答：1.酶活性的抑制：酶在构成机体生命基础的生化过程中起着重大的作用。毒物进入机体

后，一方面在酶催化下进行代谢转化；另一方面也可干扰酶的正常作用，包括酶的活性、数

量等，从而有可能导致机体的损害。

2.致突变作用：指生物细胞内DNA改变，引起的遗传特性突变的作用。这一突变可传至

后代。具有致突变作用的污染物质成为致突变物。致突变作用分为基因突变和染色体突变两

类。

3.致癌作用：致癌是体细胞不受控制的生长。能在动物和人体中引起致癌的物质称为致

癌物。致癌物根据性质可分为化学（性）致癌物，物理性致癌物和生物性致癌物。

4.致畸作用：人或动物在胚胎发育过程中由于各种原因所形成的形态结构异常，成为先

天性畸形或畸胎。遗传因素、物理因素、化学因素、生物因素、母体营养缺乏或内分泌障碍

等都可引起先天性畸形，并成为致畸作用。

第六章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应

1.汞的可能循环途径图示（P395图6-2、6-3）。

第七章 受污染环境下修复

一、何谓微生物修复，需要什么环境条件，其影响因素有哪些？

1、微生物修复技术指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物或是使污染物无害

的过程。

2、环境条件：1、有充分和稳定的地下水流 2、有微生物可利用的营养物 3、有缓冲

pH的能力 4、有使代谢能够进行的电子受体。

3、影响因素：1、营养物质 2、电子受体 3、污染物的性质 4、环境条件 5、微生

物的协同作用

二、植物修复重金属污染的主要过程有哪些？

1、植物提取：利用重金属超积累植物从土壤中吸取一种或几种重金属，并将其转移、

储存到地上部分，收割地上部分并集中处理。

2、植物稳定：利用耐重金属植物的根际的一些分泌物，增加土壤中有毒金属的稳定性

3、植物挥发：利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物

第八章 绿色化学的基本原理与应用

一、什么是绿色化学？绿色化学的12条原理有哪些？

1、研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产过程中减少或消除使用或产

生对人类健康和环境有害物质的科学。

2、1、预防 2、原子经济性 3、无害（或少害）的化学合成 4、设计无危险

的化学品 5、安全的溶剂和助剂

6、设计要讲求能效 7、使用可再生的原料 8、减少衍生物 9、催化作用

10、设计要考虑讲解

11、为了预防污染进行实时分析 12、防止事故产生的固有安全化学