大气环境化学思考题与习题参考答案

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1、优质文档大气环境化学重点习题及参考答案1大气中有哪些重要污染物？说明其主要来源和消退途径。环境中的大气污染物种类很多，假设按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类；假设按形成过程那么可分为一次污染物和二次污染物。遵照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。主要遵照化学组成探讨大气中的气态污染物主要来源和消退途径如下：1含硫化合物大气中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳COS、二硫化碳CS2、二甲基硫CH32S、硫化氢H2S、二氧化硫SO2、三氧化硫SO3、硫酸H2SO4、亚硫酸盐MSO3和硫酸盐MSO4等。大气中的SO2就大城市及其四周地区来说主要来源于含硫燃料的燃烧。

2、大气中的SO2约有50%会转化形成H2SO4或SO42-，另外50%可以通过干、湿沉降从大气中消退。H2S主要来自动植物机体的腐烂，即主要由植物机体中的硫酸盐经微生物的厌氧活动复原产生。大气中H2S主要的去除反响为：HO + H2S H2O + SH。2含氮化合物大气中存在的含量比拟高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮N2O、一氧化氮NO和二氧化氮NO2。主要探讨一氧化氮NO和二氧化氮NO2，用通式NOx表示。NO和NO2是大气中主要的含氮污染物，它们的人为来源主要是燃料的燃烧。大气中的NOx最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除。其中湿沉降是最主要的消退方式。3含碳化合物大气中含

3、碳化合物主要包括：一氧化碳CO、二氧化碳CO2以及有机的碳氢化合物HC和含氧烃类，如醛、酮、酸等。CO的自然来源主要包括甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物的排放以及森林火灾和农业废弃物燃烧，其中以甲烷的转化最为重要。CO的人为来源主要是在燃料不完全燃烧时产生的。大气中的CO可由以下两种途径去除：土壤汲取土壤中生活的细菌能将CO代谢为 CO2 和 CH4；与HO自由基反响被氧化为CO2。CO2的人为来源主要是来自于矿物燃料的燃烧过程。自然来源主要包括海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸和腐败作用以及燃烧作用等。甲烷既可以由自然源产生，也可以由人为源产生。除了燃烧过程和原油以及自然气的泄漏之外，产生甲烷

4、的机制都是厌氧细菌的发酵过程。反刍动物以及蚂蚁等的呼吸过程也可产生甲烷。甲烷在大气中主要是通过与HO自由基反响被消退：CH4 + HOCH3 + H2O。4含卤素化合物大气中的含卤素化合物主要是指有机的卤代烃和无机的氯化物和氟化物。大气中常见的卤代烃以甲烷的衍生物，如甲基氯CH3Cl、甲基溴CH3Br和甲基碘CH3I。它们主要由自然过程产生，主要来自于海洋。CH3Cl和CH3Br在对流层大气中，可以和HO自由基反响。而CH3I在对流层大气中，主要是在太阳光作用下发生光解，产生原子碘I。很多卤代烃是重要的化学溶剂，也是有机合成工业的重要原料和中间体，如三氯甲烷CHCl3、三氯乙烷CH3CCl3、

5、四氯化碳CCl4和氯乙烯C2H3Cl等均可通过生产和运用过程挥发进入大气，成为大气中常见的污染物。它们主要是来自于人为源。在对流层中，三氯甲烷和氯乙烯等可通过与HO自由基反响，转化为HCl，然后经降水而被去除。氟氯烃类中较受关注的是一氟三氯甲烷CFC11或F11和二氟二氯甲烷CFC12或F12。它们可以用做致冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。大气中的氟氯烃类主要是通过它们的生产和运用过程进入大气的。由人类活动排放到对流层大气中的氟氯烃类化合物，不易在对流层被去除，它们在对流层的停留时间较长，最可能的消退途径就是扩散进入平流层。2大气中有哪些重要的自由基？其

6、来源如何？大气中存在的重要自由基有HO、HO2、R烷基、RO烷氧基和RO2过氧烷基等。它们的来源如下：1HO来源对于清洁大气而言，O3的光离解是大气中HO的重要来源：对于污染大气，如有HNO2和H2O2存在，它们的光离解也可产生HO： 其中HNO2的光离解是大气中HO的重要来源。2HO2的来源大气中HO2主要来源于醛的光解，尤其是甲醛的光解：任何光解过程只要有H或HCO自由基生成，它们都可与空气中的O2 结合而导致生成HO2。亚硝酸酯和H2O2 的光解也可导致生成HO2：如体系中有CO存在：3R的来源大气中存在量最多的烷基是甲基，它的主要来源是乙醛和丙酮的光解：这两个反响除生成CH3外，还生成

7、两个羰基自由基HCO和CH3CO。O和HO与烃类发生H摘除反响时也可生成烷基自由基：4RO的来源大气中甲氧基主要来源于甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解：5RO2的来源大气中的过氧烷基都是由烷基与空气中的O2结合而形成的：3大气中有哪些重要的碳氢化合物？它们可发生哪些重要的光化学反响？甲烷、石油烃、萜类和芳香烃等都是大气中重要的碳氢化合物。它们可参加很多光化学反响过程。1烷烃的反响：与HO、O发生H摘除反响，生成R氧化成RO2与NO反响RH + OH R + H2ORH + O R + HOR + O2 RO2RO2 + NO RO + NO22烯烃的反响：与OH主要发生加成、脱氢或形成二元自由基

8、加成：RCH=CH2 + OH RCH(OH)CH2RCH(OH)CH2 + O2 RCH(OH)CH2O2RCH(OH)CH2O2 + NO RCH(OH)CH2O + NO2脱氢：RCH=CH2 + HO RCHCH2 + H2O生成二元自由基：二元自由基能量很高，可进一步分解为两个自由基以及一些稳定产物。另外，它可氧化NO和SO2等：R1R2COO + NO R1R2CO + NO2R1R2COO + SO2 R1R2CO + SO33环烃的氧化：以环己烷为例4芳香烃的氧化a单环芳烃：主要是与HO发生加成反响和氢原子摘除反响。生成的自由基可与NO2反响，生成硝基甲苯：加成反响生成的自由基

9、也可与O2作用，经氢原子摘除反响，生成HO2和甲酚：生成过氧自由基：b多环芳烃：蒽的氧化可转变为相应的醌它可转变为相应的醌：5醚、醇、酮、醛的反响它们在大气中的反响主要是与HO发生氢原子摘除反响：CH3OCH3 + HO CH3OCH2 + H2OCH3CH2OH + HO CH3CHOH + H2OCH3COCH3 + HO CH3COCH2 + H2OCH3CHO + HO CH3CO + H2O上述四种反响所生成的自由基在有O2存在下均可生成过氧自由基，与RO2有相类似的氧化作用。4说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用。光化学烟雾形成过程是由多种自由基参加的一系列反响，NO2和醛的光

10、解可引发O、H自由基的产生，而烃类RH的存在又是自由基转化和增殖为数量大，种类多的根本缘由。烃类在光化学烟雾形成过程中占有很重要的地位。RH + O R + HORH + HO R + H2OH + O2 HO2R + O2 RO2RCO + O2 RC(O)OO其中R为烷基、RO2为过氧烷基，RCO为酰基、RC(O)OORC(O)O2为过氧酰基。通过如上途径生成的HO2、RO2和RC(O)O2均可将NO氧化成NO2 。5确定酸雨pH界限的依据是什么？国际上把pH为5.6作为判定酸雨的界限。依据以下过程得出：在未污染大气中，可溶于水且含量比拟大的酸性气体是CO2，所以只把CO2作为影响自然降水

11、pH的因素，依据CO2的全球大气浓度330ml/m3与纯水的平衡：CO2 (g) + H2OCO2 + H2O CO2 + H2OH+ + HCO3-HCO3- H+ + CO32-依据电中性原理：H+OH- + HCO3- + 2CO32-，将用KH、K1、K2、H+表达的式子代入，得：H+3 (KW + KHK1pCO2) H+ 2KHK1K2pCO20在必须温度下，KW、KH、K1、K2、pCO2都有固定值，将这些确定数值带入上式，计算结果是pH5.6。6什么是大气颗粒物的三模态？如何识别各种粒子模？Whitby等人依据大气颗粒物外表积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模。按这个模

12、型，可把大气颗粒物表示成三种模构造，即爱根Aitken核模Dp0.05m、积聚模0.05mDp2m。1爱根核模主要源于燃烧产生的一次颗粒物以及气体分子通过化学反响均相成核而生成的二次颗粒物。由于它们的粒径小、数量多、外表积大而很不稳定，易于相互碰撞结成大粒子而转入积聚模。也可在大气湍流扩散过程中很快被其他物质或地面汲取而去除。2积聚模主要由核模凝合或通过热蒸汽冷凝再凝合长大。这些粒子多为二次污染物，其中硫酸盐占80%以上。它们在大气中不易由扩散或碰撞而去除。积聚模与爱根核模的颗粒物合称细粒子。3粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬尘、液滴蒸发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒物所构成，因此它的组成与地面土壤非常相近，主要靠干沉降和湿沉降过程而去除。