1、北京林业大学 2005 至 2006 学年第 1 学期环境化学期末考试试题 B北京林业大学 20 05 -20 06 学年第 1 学期考试试卷试卷名称： 环境化学(B 卷) 课程所在院系： 资源与环境学院环境科学学科 考试班级 学号 姓名 成绩 试卷说明：1. 本次考试为闭卷考试。本试卷共计 2 页，共 6 大部分，请勿漏答；2. 考试时间为 120 分钟，请掌握好答题时间；3. 答题之前，请将试卷和答题纸上的考试班级、学号、姓名填写清楚；4. 本试卷所有试题答案写在 纸上；（特殊要求请详细说明）5. 答题完毕，请将试卷和答题纸正面向外对叠交回，不得带出考场；6. 考试中心提示：请你遵守考场纪
2、律，参与公平竞争！一 填空题 (每空 0.6 分,共 30 分)1 大气颗粒物中粒径_的称为细粒子，其主要的化学组分为_；粒径_的称为粗粒子，其主要的化学组分为_。2 腐殖质分为_ 、 _ 、 _ 三类。3 絮凝过程的机理为_ 、 _ 、 _ 、 _。4 光子能量公式为_ ，通常波长大于 _nm 的光就不能引起光化学离解，此时对应的化学键能是_KJ/mol。(h = 6.626*10-34J.s/光量子, c = 2.9979*1010cm/s)5 光化学烟雾从产生到结束，其中主要污染物依次出现的顺序为，二次污染物有 。 6 土壤碱化度为_ ，其产生过程为 _ 作用 。7 组成水中酸度的三类物
3、质为_ 、 _ 、 _ 。8 天然水中的胶体物质分为_、_、_、_ 、_几类。9 水环境中污染物的光解过程可分为_ 、 _ 、 _ 三类。10 我国酸雨的关键性离子组分为_。11 化学物质的联合作用包括_ 、 _ 、 _ 、_。12 向某一含碳酸的水体加入重碳酸盐，总酸度_、无机酸度_、CO 2 酸度_、总碱度_ 、酚酞碱度_ 和苛性碱度 _。13 含碳化合物的厌氧分解过程中，在_细菌的作用下，生成_ 中间产物，然后在_细菌的作用下，生成_。14 盐基饱和度为 100%的土壤，其潜性酸度为_ 。15 丙酮酸在有氧条件下，通过_辅酶，转化为_ ，然后与_反应生成_，进入_循环过程。二 名词解释
4、(每题 2 分,共 12 分)标化分配系数 氧化途径 被动扩散 专属吸附 生物积累 质体流动三 公式推导 (每题 6 分,共 12 分)1 推导水的氧化-还原限度，并计算在氧饱和时天然水体的 pE，相应的氧化反应的 pE0 = + 20.75。2 应用动力学观点解释生物富积现象，并推导 BCF 的表达式。四 简答题 (每题 5 分,共 15 分)1 大气中丙烯与 HO、O 3 的反应过程。2 汞在微生物作用下的转化过程。3 简述 NAD+/NADP+、细胞色素酶、辅酶 A 的作用及简单反应式。五 计算题 (每题 8 分,共 16 分)1 含镉废水通入 H2S 达到饱和并调整 pH 值为 8.0
5、，请算出水中剩余镉离子的浓度。( 已知 CdS 的溶度积为 7.9*10-27，饱和水溶液中 H2S 浓度保持在 0.1mol/L，H 2S 离解常数 K1=8.9*10-8，K 2=1.3*10-15)2 若有水 A，pH 为 7.5，其碱度为 5.38mmol.L-1，水 B 的 pH 为 9.0，碱度为 0.70mmol.L-1，若这两种水以 2:3 的体积比混合，问混合后 pH 的表达式方程(有关 H+的方程 )。(pH 为 7.5 时： 0 = 0.06626、 1 = 0.9324、 2 = 0.001383、 = 1.069；pH 为 9.0 时： 0 = 0.002142、 1
6、 = 0.9532、 2 = 0.04470、 = 0.9592)六 综合题 (每题 15 分,共 15 分)具体解释氮的微生物转化过程及其中涉及的硝化、反硝化过程作用细菌的特征。参考答案一 填空题 (每空 0.6 分,共 30 分)1 大气颗粒物中粒径_小于 2m_的称为细粒子，其主要的化学组分为硫酸盐、硝酸盐、铵盐、痕量金属和炭黑等；粒径_大于 2m _的称为粗粒子，其主要的化学组分为土壤及污染源排放出来的尘粒，大多是一次颗粒物。硅、铁、铝、钠、钙、镁、钛等 30多种元素组成。2 腐殖质可分为腐殖酸，富里酸，腐黑物。3 絮凝过程的机理分为压缩双电层、专属吸附、粘结架桥 、絮团卷扫。4 光子
7、能量公式为 E=hc/ ，通常波长大于 700nm 的光就不能引起光化学离解，此时对应的化学键能是_167.4KJ/mol 。(h = 6.626*10-34J.s/光量子, c = 2.9979*1010cm/s)。光化学烟雾从产生到结束，其中主要污染物依次出现的顺序为 NO，NO 2，烃，醛，O3，自由基，RC（O）O 2，二次污染物有 O3，醛，PAN，过氧化氢等。 5 土壤碱化度为_Na +离子饱和度 ，其产生过程为 交换性阳离子的水解作用 作用 。6 组成水中酸度的三类物质为强酸、弱酸、强酸弱碱盐 。7 天然水中的胶体物质分为矿物微粒和粘土矿物、金属水合氧化物 、腐殖质、水体悬浮沉积
8、物、藻类、油滴和气泡等几类。8 水环境中污染物的光解过程可分为_直接光解_ 、 _敏化光解 、 _氧化反应_ 三类。9 我国酸雨的关键性离子组分为 SO42-，Ca 2+，NH 4+。10 化学物质的联合作用包括协同作用，独立作用，相加作用，拮抗作用。11 向某一含碳酸的水体加入重碳酸盐，总酸度_增加_、无机酸度_减少_、CO 2 酸度_不变_、总碱度_增加_、酚酞碱度_不变_和苛性碱度_减少_。12 含碳化合物的厌氧分解过程中，在_产酸_细菌的作用下，生成_有机酸、醇等_中间产物，然后在产氢菌、产乙酸菌及产甲烷细菌的作用下，生成乙酸、甲酸、氢气和二氧化碳及甲烷。13 盐基饱和度为 100%的
9、土壤，其潜性酸度为_0_ 。14 丙酮酸在有氧条件下，通过_辅酶 A_辅酶，转化为_乙酰辅酶 A _，然后与_草酰乙酸_反应生成 _柠檬酸 _，进入 _三羧酸_循环过程。二 名词解释 (每题 2 分,共 12 分)标化分配系数：有机毒物在沉积物与水之间的分配比率用分配系数表示，分配系数（Kp)表示为：KP=cs/cw，式中：c s、c w分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度。分配系数与沉积物中有机碳的质量分数的比值称为标化分配系数。 氧化途径：饱和脂肪酸与辅酶 A 结合，形成脂酰辅酶 A，羧基的 位上的碳原子经历脱氢-加羟-羰基化等氧化过程，然后与辅酶 A 结合，形成乙酰辅酶 A 和少两个
10、碳原子的脂酰辅酶 A 的过程，如下例：被动扩散：脂溶性物质顺着浓度梯度扩散通过有类脂层屏障的生物膜，扩散速率服从菲克第一定律。专属吸附：专属吸附现象是用来解释吸附过程中表面电荷改变符号，甚至使离子化合物吸附在同号电荷表面的现象，它是指在吸附过程中，除了化学键的作用，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。生物积累：生物积累是生物从周围环境(水、土壤、大气)和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。生物积累也用生物浓缩系数（ BCF）表示。质体流动：由水或土壤颗粒或两者共同作用引起的物质流动现象。三 公式推导 (每题 6 分,共 12 分) （要有具体推导过
11、程可得满分）1 推导水的氧化-还原限度，并计算在氧饱和时天然水体的 pE，相应的氧化反应的 pE0 = + 20.75。水的氧化限度水的还原限度：pE0=0.00氧饱和时，水中 0.21*105Pa,将H +=10-7代入氧化限度式，得，2 应用动力学观点解释生物富积现象，并推导 BCF 的表达式。由动力学观点来看，水生生物对水中难降解物质的富集速率，是生物对其吸收速率、消除速率及有生物机体质量增长引起的物质稀释速率的代数和。吸收速率（Ra ）、消除速率（Re）及稀释速率（Rg ）的表达式为：式中： 表示水及生物体内部的瞬时物质浓度。于是水生生物富集速率微分方程为：如果富集过程中生物质量增长不
12、明显，则 kg 可忽略不计，上式可简化为：通常，水体足够大时，水中的物质浓度可视为恒定。设 t=0 时，c f(0)=0。在此条件下求解上述两式，水生生物富集速率方程为：当时间足够长时，生物浓缩系数 BCF 依次为：四 简答题 (每题 5 分,共 15 分)1 大气中丙烯与 HO、O 3 的反应过程。 （将加成、抽氢、二元自由基等特征表示出即可得满分）2 汞在微生物作用下的转化过程。（图和文字描述有一种即可得满分）微生物参与汞形态转化的主要途径是汞的甲基化作用。辅酶为甲基钴氨素，此辅酶把负甲基离子传递给汞离子形成甲基汞，本身变为水合钴氨素，后者由于其中的钴被辅酶 FADH2 还原，并失去水而转
13、变为五个氮配位的一价钴氨素，最后，辅酶甲基四叶氢酸将正甲基离子转于五配位钴氨素，并从其一价钴上取得二个电子，以负甲基离子与之络合，完成甲基钴氨素的再生，使汞的甲基化能够顺利进行。3 简述 NAD+/NADP+、细胞色素酶、辅酶 A 的作用及简单反应式。分别称为辅酶 I 和辅酶 II，是一些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中起着传递氢的作用。NAD +/NADP+ + 2H =NADH/NADPH + H+，如下例所示：细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，它们起着传递电子的作用，如下式所示：式中，cyt 表示细胞色素酶系n 代表 b、c 1、c、a 和 a3辅酶 A 是一种转移酶的辅酶，在酶促反应
14、中起着传递酰基的作用。五 计算题 (每题 8 分,共 16 分) （公式写对得 4 分数，推导正确得 6 分）1 含镉废水通入 H2S 达到饱和并调整 pH 值为 8.0，请算出水中剩余镉离子的浓度。( 已知 CdS 的溶度积为 7.9*10-27，饱和水溶液中 H2S 浓度保持在 0.1mol/L，H 2S 离解常数 K1=8.9*10-8，K 2=1.3*10-15)解：H 2S = H+ +HS-(一级) ，K 1=8.9*10-8HS- = H+ + S2-(二级)，K 2=1.3*10-15合并上面反应：H2S = 2H+ + S2-所以，K1，2 =H+2S2-/H2S=K1*K2
15、=1.16*10-23S2-= K1，2 *H2S/H+2KSP= Cd2+*S2-Cd2+= KSP/S2-= KSP/ K1，2 *H2S/H+2pH 值为 8.0 时，Cd2+= KSP/S2-= KSP/ K1，2 *H2S/H+2=7.9*10-27/1.16*10-24/10-16 =6.8*10-19 mol/L2 若有水 A，pH 为 7.5，其碱度为 5.38mmol.L-1，水 B 的 pH 为 9.0，碱度为 0.70mmol.L-1，若这两种水以 2:3 的体积比混合，问混合后 pH 的表达式方程(有关 H+的方程 )。(pH 为 7.5 时： 0 = 0.06626、
16、 1 = 0.9324、 2 = 0.001383、 = 1.069；pH 为 9.0 时： 0 = 0.002142、 1 = 0.9532、 2 = 0.04470、 = 0.9592)解：总碱度 = CT(1 +2) + Kw/H+ H+CT = 1/(1 +22)总碱度 + H+ OH-令 = 1/(1 +22)当 pH 值在 5-9 范围内， 总碱度 1.0mmol/L 时，H + 、OH -项可以忽略不计，C T值与总碱度之间存在简化关系：CT = 总碱度依据题意，这两种水以 2：3 的体积比混合时，总碱度和碳酸盐总量不变总碱度 混合 = （2总碱度 pH=7.5 + 3总碱度 p
17、H=9.0）/5CT 混合 = （2C T pH=7.5 + 3CT pH=7.5 ）/5计算出总碱度 混合 和 CT 混合总碱度 混合 = CT 混合 (1 混合 +2 混合 ) + Kw/H+混合 H+混合将 1 混合 和 2 混合 用 H+的方程表示，即最终的表达式也就可以表示出来。六 综合题 (每题 15 分,共 15 分) （概念清楚得 1/2 分数，讨论一般得 4/5 分数，讨论清楚得满分）具体解释氮的微生物转化过程及其中涉及的硝化、反硝化过程作用细菌的特征。硝化分下列两个过程进行：硝酸盐在通气不良条件下，通过微生物作用而还原的过程称为反硝化。反硝化通常有三种情形：第一种情形，包括
18、细菌、真菌和放线菌在内的多种微生物，能将硝酸盐还原成亚硝酸。第二种情形，兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等能使硝酸盐还原成氮气，其基本过程是：第三种情形，梭状芽孢杆菌等常将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨，其基本过程是：通过微生物的作用把分子氮转化为氨的过程称为固氮。固氮必须在固氮酶催化下进行，其反应可表示为：硝化过程中细菌均为以二氧化碳为碳源进行生活的化能自养型细菌，对环境条件呈现高度敏感型；严格要求高水平的氧，需要中性至微碱性条件，当 pH 值=9.5 以上时硝化细菌受到抑制，而在 pH 值=6.0 以下时亚硝化细菌受到抑制；最适宜温度为 30，低于 5或高于 40时便不能活动；参与硝化的细菌虽为自养型细菌，但在环境中必须在有机质存在条件下才能活动。微生物进行反硝化的重要条件是厌氧环境，环境氧分压越低，反硝化越强。但是在某些通气情况下，例如在疏松土壤或曝气的活性污泥池中，除有硝化外，还有反硝化发生。这两种作用长联在一起发生，很可能是环境中的氧气分布不均匀所致。反硝化要求的其他条件是：有丰富的有机物作为碳源和能源；硝酸盐作为氮源；pH 一般是中性至微碱性；温度多为 25左右。
