2012年考研專業(yè)課自測試題之環(huán)境化學

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一、填空題(每空0.6分,共30分)
    1 光子能量公式為________,通常波長大于________nm的光就不能引起光化學離解,此時對應的化學鍵能是_____KJ/mol。(h=6.626*10-34J.s/光量子,c=2.9979*1010cm/s)
    2 光化學煙霧從產(chǎn)生到結(jié)束,其中主要污染物依次出現(xiàn)的順序為__________,二次污染物有________。
    3 土壤堿化度為________,其產(chǎn)生過程為________作用。
    4 受氫體包括________、________、________。
    5 硝化細菌為________型細菌,嚴格要求________氧;反硝化的重要條件是________氧。
    6 腐殖質(zhì)可分為_______、______、_________。
    7 水環(huán)境中污染物的光解過程可分為________、________、________三類。
    8 我國酸雨的關鍵性離子組分為________。
    9 大氣顆粒物中粒徑______的稱為細粒子,其主要的化學組分為________;粒徑______的稱為粗粒子,其主要的化學組分為________。
    10 毒作用的生物化學機制包括________、________、________、________。
    11 化學物質(zhì)的聯(lián)合作用包括________、________、________、________。
    12 向某一含碳酸的水體加入重碳酸鹽,總酸度_____、無機酸度_____、CO2酸度______、總堿度_____、酚酞堿度_____和苛性堿度_____。
    13 含碳化合物的厭氧分解過程中,在______細菌的作用下,生成_______中間產(chǎn)物,然后在______細菌的作用下,生成______。
    14 鹽基飽和度為100%的土壤,其潛性酸度為________。
    15 丙酮酸在有氧條件下,通過________輔酶,轉(zhuǎn)化為________,然后與________反應生成________,進入________循環(huán)過程。
    16導致臭氧層耗損的典型物質(zhì)有________。
    17大氣中的自由基有________。
    二、名詞解釋(每題2分,共18分)
    pc-pH圖標化分配系數(shù)
    氧化途徑
    濕沉降
    土壤膠體的雙電層
    生物積累
    電中性原理
    質(zhì)體流動
    光量子產(chǎn)率
    三、公式推導(每題6分,共6分)
    推導水天然水體的電子活度pE與氧化還原電位的關系。
    四、簡答題(每題5分,共15分)
    1 大氣中丙烯與HO•、O3的反應特征過程。
    2 簡述汞的微生物轉(zhuǎn)化過程中輔酶的作用。
    3 舉例說明專屬吸附的概念和解釋的現(xiàn)象
    五、計算題(每題8分,共16分)
    1計算含鎘廢水通入H2S達到飽和并分別調(diào)整pH值為4.0、9.0時水中剩余鎘離子的濃度比值。(已知CdS的溶度積為7.9*10-27,飽和水溶液中H2S濃度保持在0.1mol/L,H2S離解常數(shù)K1=8.9*10-8,K2=1.3*10-15)
    2若有水A,pH為7.5,其堿度為5.38mmol.L-1,水B的pH為9.0,堿度為0.70mmol.L-1,若這兩種水以2:3的體積比混合,問混合后pH的表達式方程(有關H+的方程)。(pH為7.5時:0=0.06626、1=0.9324、2=0.001383、=1.069;pH為9.0時:0=0.002142、1=0.9532、2=0.04470、=0.9592)
    六、綜合題(第1題8分,第2題7分,共15分)
    1推導米氏方程式,并解釋米氏方程中Km、Monod方程中Ks和Langmuir吸附等溫線中A的意義。
    2討論土壤顆粒的分配、吸附作用的特征與區(qū)別。
    參考答案
    一填空題(每題0.6分,共30分)
    1.光子能量公式是E=hc/λ,通常波長大于700nm的光就不能引起光化學離解,此時對應的化學鍵能是167.4KJ/mol。
    2.光化學煙霧從產(chǎn)生到結(jié)束,其中主要污染物出現(xiàn)的順序依次是NO,NO2,烴,醛,O3,自由基,RC(O)O2,二次污染物有O3,醛,PAN,過氧化氫等。
    3.土壤堿化度為鈉離子飽和度,其產(chǎn)生過程為交換性離子的吸附作用。
    4.受氫體包括分子氧,有機底物,無機含氧化合物。
    5.硝化細菌為化能自養(yǎng)性細菌,嚴格要求高水平的氧,反硝化的重要條件是厭氧。
    6.腐殖質(zhì)可分為腐殖酸,富里酸,腐黑物。
    7.水環(huán)境中污染物的光解過程可分為直接光解,敏化光解,氧化反應三類。
    8.我國酸雨的關鍵性離子組分為SO42-,Ca2+,NH4+
    9.大氣顆粒物中粒徑小于2um的稱為細粒子,其主要的化學組分為硫酸根,氨離子,硝酸根離子,炭黑,痕量金屬;粒徑大于2um的稱為粗粒子,其主要的化學組分為鐵,鈣,硅,鈉,鋁,鎂,鈦等元素組成。
    10。毒作用的生物化學機制包括酶活性的抑制,致癌作用,致畸作用,致突變作用。
    11.化學物質(zhì)的聯(lián)合作用包括協(xié)同作用,獨立作用,相加作用,拮抗作用。
    12.向某一含炭酸的水中加入重碳酸鹽,總酸度增大,無機酸度減小,CO2酸度不變,總堿度不變,酚酞堿度不變,苛性堿度減小。
    13.含炭化合物的厭氧分解過程中,在產(chǎn)酸細菌的作用下,生成有機酸,醇等中間產(chǎn)物,然后在產(chǎn)氫菌、產(chǎn)乙酸菌及產(chǎn)甲烷細菌的作用下,生成乙酸、甲酸、氫氣和二氧化碳及甲烷。
    14.鹽基飽和度為100%的土壤,其潛性酸度為0。
    15.丙酮酸在有氧條件下,通過輔酶A輔酶,轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A,然后與草酰乙酸反應生成檸檬酸,進入三羧酸循環(huán)。
    16.導致臭氧層耗損的典型物質(zhì)有水蒸氣、氮氧化物、氟氯烴、HOx等。
    17.大氣中的自由基有HO、HO2、R、RO、RO2。
    二名詞解釋(每題2分,共18分)
    pc—pH圖:物質(zhì)濃度與pH值相關時,根據(jù)相應數(shù)據(jù)繪制的以pH值為自變量,pc值為因變量的集合圖形。
    標化分配系數(shù):有機毒物在沉積物與水之間的分配比率用分配系數(shù)表示,分配系數(shù)與沉積物中有機碳的質(zhì)量分數(shù)的比值稱為標化分配系數(shù)。
    β氧化途徑:飽和脂肪酸與輔酶A結(jié)合,形成脂酰輔酶A,羧基的β位上的碳原子經(jīng)歷脫氫-加羥-羰基化等氧化過程,然后與輔酶A結(jié)合,形成乙酰輔酶A和少兩個碳原子的脂酰輔酶A的過程。
    濕沉降:通過降雨降雪等使大氣中的顆粒物從大氣中去除的過程。
    土壤膠體的雙電層:土壤膠體微粒具有雙電層,微粒的內(nèi)部稱為微粒核,一般帶負電荷,形成一個負離子層,其外部由于電性吸引,而形成一個正離子層。即合稱為雙電層。
    生物積累:生物從周圍環(huán)境(水、土壤、大氣)和食物鏈蓄積某種元素或難降解物質(zhì),使其在機體內(nèi)的濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。
    電中性原理:在所有溶液或其他體系中,陽離子所帶正電荷與陰離子所帶負電荷總量相等,代數(shù)和為0,體系對外呈電中性。
    質(zhì)體流動:由水或土壤顆粒或兩者共同作用引起的物質(zhì)流動現(xiàn)象。
    光量子產(chǎn)率:發(fā)生光化學反應的光子數(shù)目與吸收光子數(shù)目的比率。
    三公式推導(每題6分,共6分)
    推導天然水體的電子活度pE與氧化還原電位的關系。
    解:如果有一個氧化還原半反應:Ox + ne = Red
    根據(jù)能斯特方程式,則上述反應可以寫成:
    E=E0-2.303RT*lg([Red]/[Ox])/nF ,當反應達到平衡時,E0=2.303RT*lgK/nF
    E= 2.303RT*lgK/nF-2.303RT*lg([Red]/[Ox])/nF = (2.303 RT/nF)(lgK- lg([Red]/[Ox]))
    從理論上考慮下式成立:
    K=[Red]/[Ox][e]n
    即[e]={ [Red]/[Ox]K}1/n
    根據(jù)pE的定義:pE=-lg[e]= 1/n{lg K –lg([Red]/[Ox])}
    將E=(2.303 RT/nF)(lgK- lg([Red]/[Ox]))變形后代入上式,即:
    pE= EF/2.303RT
    pE0= E0F/2.303RT
    四簡答題(每題5分,共15分)
    1.大氣中丙烯與HO.、O3的反應特征過程。
    2.簡述汞的微生物轉(zhuǎn)化過程中輔酶的作用。
    微生物參與汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的主要途徑是汞的甲基化作用。
    輔酶為甲基鈷氨素,此輔酶把負甲基離子傳遞給汞離子形成甲基汞,本身變?yōu)樗镶挵彼兀笳哂捎谄渲械拟挶惠o酶FADH2還原,并失去水而轉(zhuǎn)變?yōu)槲鍌€氮配位的一價鈷氨素,最后,輔酶甲基四葉氫酸將正甲基離子轉(zhuǎn)于五配位鈷氨素,并從其一價鈷上取得二個電子,以負甲基離子與之絡合,完成甲基鈷氨素的再生,使汞的甲基化能夠順利進行。
    3.舉例說明專屬吸附的概念和解釋的現(xiàn)象。
    專屬吸附現(xiàn)象是用來解釋吸附過程中表面電荷改變符號,甚至使離子化合物吸附在同號電荷表面的現(xiàn)象,它是指在吸附過程中,除了化學鍵的作用,尚有加強的憎水鍵和范德華力或氫鍵在起作用。如簡單的鋁鐵高價離子,并不能使膠體電荷因吸附而變號,但其水解產(chǎn)物卻可以達到這點。當水錳礦吸附體系pH在等電點(ZPC處或小于ZPC時,對鈷、銅、鎳等離子都能進行吸附作用,這表明水錳礦不帶電荷或者帶正電荷時均能吸附過渡金屬元素。
    五計算題(每題8分,共16分)
    1.計算含鎘廢水通入H2S達到飽和并分別調(diào)整pH 值為4.0,9.0時水中剩余鎘離子的濃度比值。
    解:
    K1,2=[H+]2[S2-]/[H2S]=K1*K2=1.16*10-23
    [S2-]= K1,2*[H2S]/[H+]2
    KSP= [Cd2+]*[S2-]
    [Cd2+]= KSP/[S2-]= KSP/ K1,2*[H2S]/[H+]2
    pH 值為4.0時,
    [Cd2+]1= KSP/[S2-]= KSP/ K1,2*[H2S]/10-8
    pH 值為9.0時,
    [Cd2+]2= KSP/[S2-]= KSP/ K1,2*[H2S]/10-18
    [Cd2+]1/[Cd2+]2= KSP/ K1,2*[H2S]/10-8/ KSP/ K1,2*[H2S]/10-18=10
    2.若有水A,pH為7.5,其堿度為5.38m mol/L,水B的pH為9.0,堿度為0.70m mol/L,若這兩種水以2:3的體積比混合,問混合后pH的表達式方程。
    解:
    [總堿度] = CT(α1 +α2) + Kw/[H+] –[H+]
    CT = [1/(α1 +2α2)]{[總堿度] + [H+] –[OH-]}
    令α = 1/(α1 +2α2)
    當pH值在5-9范圍內(nèi),[總堿度]≧1.0mmol/L時,[H+] 、[OH-]項可以忽略不計,CT值與總堿度之間存在簡化關系:
    CT =α [總堿度]
    依據(jù)題意,這兩種水以2:3的體積比混合時,總堿度和碳酸鹽總量不變
    [總堿度]混合= (2[總堿度] pH=7.5 + 3[總堿度] pH=9.0)/5
    CT混合= (2CT pH=7.5 + 3CT pH=7.5 )/5
    計算出[總堿度]混合和CT混合
    [總堿度]混合= CT混合(α1混合+α2混合) + Kw/[H+]混合–[H+]混合
    將α1混合和α2混合用H+的方程表示,即最終的表達式也就可以表示出來。
    六綜合題(第一題8分,第二題7分,共15分)
    1.推導米氏方程式,并解釋米氏方程中Km,Monad方程中Ks和Langmuir吸附等溫線中A的意義。
    污染物在環(huán)境中生物轉(zhuǎn)化機理表示為:
    式中,E表示酶,S表示底物,ES表示復合物,P代表產(chǎn)物
    K1,K2,K3 分別代表相應單元反應速率常數(shù)。
    [E]0—酶的總濃度
    [S]—底物濃度
    [ES]—底物—酶復合物濃度
    則其速率微分方程依次為d[ES]/dt= K1{[E]0-[ES]}*[S]
    -d[ES]/dt=( K2+ K3) [ES]
    設其處于動態(tài)平衡,則K1{[E]0-[ES]}*[S] =( K2+ K3) [ES]
    令Km=( K2+ K3)/ K1
    則[ES]= [E]0[S]/(Km+[S])
    由v= K3 [ES]
    當[ES]= [E]0 時,速率,Vmax= K3 [E]0
    V= Vmax/(Km+[S])
    Km為酶促反應速率達到反應速率一半時的底物濃度。
    Ks為比生長速率一半時的基質(zhì)濃度。
    A表示吸附量達到G0/2時溶液的平衡濃度。
    2.討論土壤顆粒的分配,吸附作用的特征與區(qū)別。
    分配作用:水溶液中,土壤有機質(zhì)對有機化合物的溶解作用,而且在溶質(zhì)的整個溶解范圍內(nèi),吸附等溫線都是線性的,與表面吸附位無關,只與有機化合物的溶解度相關,因而放出的吸附熱量小。
    吸附作用:在非極性有機溶劑中,土壤礦物質(zhì)對有機化合物的表面吸附作用活干土壤礦物質(zhì)對有機化合物的表面吸附作用,其吸附等溫線是非線性的,并且存在著競爭吸附,同時,在吸附過程中往往要放出大量的熱來補償反應中熵的損失。