环境化学教案
环境化学教案篇一：环境化学教案
《环境化学》教案
环境化学是研究有害化学物质在环境介质中的存在、特性、行为和效应的化学原理与方法的科学。本课程依次讲解大气、水、岩石（土壤）各圈层的环境化学之后，对典型污染物在各圈层之间的迁移转化规律做了专门论述。通过学习使学生了解环境化学在环境科学中和解决环境问题上的作用，环境化学研究的内容、特点和发展动向。使学生掌握主要环境污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程，具备一定的处理实际环境问题的思路、方法和技术。
第一章 绪论
目的要求：目的是要求学生掌握对现代环境问题认识的发展以及对环境化学提出的任务重点要求：1、了解环境化学的内容、作用及其地位。
2、了解环境化学各分支学科的发展动向。
3、掌握环境污染物和化学污染物的分类及主要组成。
4、环境效应的基本概念。
5、环境污染物在环境各圈层的迁移转化过程（了解）。
时间安排：2学时
【讲解内容】
1·1 环境化学
一、环境问题
次生环境问题：生态破坏：
1、环境污染 2、可持续发展
二、环境化学
1、环境化学的概念
2、环境化学的任务、内容及特点
3、环
1）环境分析化学 ⑵ 各圈层环境化学 ⑶ 环境工程化学
1·2 环境污染物
一、环境污染物的类别
1、人类社会不同功能产生的污染物
⑴ 工业⑵ 农业 ⑶ 交通运输⑷ 生活
2、化学污染物
⑴ 元素 ⑹ 有机氮化合物
⑵ 无机物 ⑺ 有机卤化合物
⑶ 有机化合物和烃类 ⑻ 有机硫化合物
⑷ 金属有机和准金属有机化合物⑼ 有机磷化合物
⑸ 含氧有机化合物
二、 环境效应及其影响因素
1、环境物理效应2、环境化学效应 3、环境生物效应
三、环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介
1. 污染物的迁移与转化2、迁移方式
3、转化方式 4、污染物在多介质中的迁移、转化和循环
作业要求：
第二章大气环境化学
目的要求：了解大气的层结结构，大气中的主要污染物，大气运动的基本规律。掌握污染物遵循这些规律
而发生的迁移过程，特别是重要污染物参与光化学烟雾和硫酸型烟雾的形成过程和机理。了解描述大气污染的数学模式和酸雨、温室效应以及臭氧层破坏等全球性环境问题。
本章重点：1、大气结构。大气中的主要污染物及其迁移。 2、光化学反应
基础。3、重要的大气污染化学问题及
其形成机制。 4、重要污染物参与光化学烟雾的形成过程和机理。
教学难点：
1、大气运动的基本规律。
2、污染物遵循基本规律和发生的迁移过程。
3、污染物参与光化学烟雾的形成过程和机理。
时间安排：16学时
【讲解内容】
2·1 大气中污染物的转移
第一节、大气的组成及其主要污染物
一、大气的组成
二、大气垂直分层:
图1 大气温度的垂直分布 图2 大气密度的垂直分布
大气垂直递减率
三、基本气象要素
四、大气主要污染物
第二节 大气中污染物的迁移
辐射逆温层
四 绝热过程与干绝热过程
五 大气稳定度的判定
六 影响大气污染物迁移的因素
1、 风和大气湍流的影响 2、天气形势和地理地势的影响
2、
2·2 大气中污染物的转化
一、光化学反应基础
1、 光化学反应过程
什么是光化学反应？
初级过程： A + hνA* 次级过程： 举例： HCl + hν H + Cl H + HCl H2 + Cl Cl + Cl Cl2
2、 量子产率（简单介绍）
3、 大气中重要吸光物质的光离解
（1） 氧分子和氮分子的光离解
O2 + hνO + O
N2 + hνN + N
（2） 臭氧的光离解
O3 + hνO + O2
（3） NO2的光离解
NO2 + hνO + O
（4） 亚硝酸和硝酸的光离解
HNO2 + hν HO + NO
HNO2 + hνH + NO2
HNO3 + hν HO + NO2
（5） 二氧化硫对光的吸收
SO2 + hνSO2*
（6） 甲醛的光离解
H2CO + hνH + HCO
H2CO + hνH2 + CO
（7） 卤代烃的光离解
CH3X + hνCH3 + X 二、大气中重要自由基的来源 1、 大气中HO和HO2自由基的浓度
2、 大气中HO和HO2自由基的来源
HO来源一： O3 + hν O + O2
O + H2O 2HO
HO来源二：
HNO2 + hν HO + NO H2O2 + hν 2HO HO2的来源：
H2CO + hν H + HCO H + O2 + MHO2 + M HCO + O2 HO2 + CO
3、 R、RO和RO2等自由基的来源
大气中存在最多的烷基是甲基，主要来源是： CH3CHO + hν CH3 + HCO CH3COCH3 + hν CH3 + CH3CO 烷基自由基：
RH + O R + HO
R + H2O
甲氧基：
CH3ONO + hν 3O + NO CH3ONO2 + hν 3O + NO2
过氧烷基： R + O2 RO2
三、氮氧化物的转化
1、 大气中的含氮化合物
2、 氮氧化合物和空气混合体系中的光化学反应
环境化学教案篇二：戴树桂环境化学全程教案(考研重点内容)(word版)
第一章
? 任务：研究化学物质在环境中出现而引起的环境问题，并解决环境问题。
? 内容：有害物质在环境介质中的存在的浓度水平和形态；潜在有害物质的来源；在个别环境介质以及不同环境介质间的环境化学行为；有害物质对人体健康产生效应的机制以及风险性；有害物质的消除以及防治。
? 环境分析化学：形态、价态、结构；
? 各圈层环境化学：污染物在大气、水、土壤环境中的形成、迁移、转化和归趋；以及生态效应。 ? 环境工程化学：控制污染的化学机制和工艺技术中的基础向化学问题。
? 根据人类社会的功能分类：工业、农业、交通、生活。
? 环境效应：自然过程或者人类的生产和生活活动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。
? 环境物理效应：噪声、地面沉降、热岛效应、温室效应；
? 环境化学效应：湖泊的酸化、土壤的盐碱化、光化学烟雾、酸雨；
? 环境生物效应：大型水利工程、三致作用等。
? 迁移：污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集、分散和消失的过程。（空间位置的变化） ? 转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。（物质性质的变化）
? 机械迁移?
? 物理－化学迁移?
? 溶解－沉淀、氧化－还原、水解、配位和螯合、吸附－解吸?
? 生物迁移：随着生物体的吸收、代谢、生长、死亡等迁移。污染物的迁移还可以在单一的环境中进行或者在多个环境界面中发生。
? Pressure units1 atm=1.013 x 105 Pa
? Ideal gas law p V = n R Tr
? 气温随高度的变化通常以气温垂直递减表示，即每垂直升高100米气温的变化值为0.6℃。
第二章
? 辐射逆温
? 可在全年出现．它的厚度为几米到200～300m．这是由于晴朗无风的夜间，强烈的有效辐射使地面和近地面大气层强烈冷却降温所致，这样出现上暖下冷的递温现象．
? 一般地说，污染性气体由污染源排到大气中时不会立即和周围的大气混合均匀的，这样污染性气体的理化性质有别于周围大气的理化性质，可以视作一个气团来进行研究．当然气团只存在一定的时间，其界面也是相对的，当与周围大气混合均匀以后，气团的边界消失，气团本身也就不复存在了。 ? 干绝热递减率当气团垂直上升时，随外界压力的减少必然膨胀作功而气团温度下降。相反，当气团下降时，由于外界压力加大，气团被压绍而增温即绝热增温．干空气和未饱和湿空气垂直上升时。 ?γd=1℃／100m
? 风和湍流，天气形势和地理地势产生的逆温现象
? 污染源本身的特性(温度、浓度、化学稳定性)
? 光化学反应基础
? 初级过程，物质吸收光子
? 光子对该分子起的作用，如增加振功能、转动能、使分子受到激发，即变成电激态；
? 由激发态分子引起化学变化过程，甚至是一系列的变化。
? A+hv → A＊激发态物种的形成
? A＊ → A+hv
? A＊＋M→ A+ M光物理过程
? A＊→ B1+B2＋ … 光离解
? A＊+c → D1+D2+ … 光化学过程
? 初级过程中反应物、生成物之间进一步发生反应的过程。
? HCl＋hv → H +Cl初级过程
? HCl＋H→ H 2+Cl次级过程
? Cl＋Cl→ Cl2次级过程
? 光化学第一定律：只有当激发态分子的能量足够大时，即光子的能量大于化学键时，才能引起光离解
反应。
? 光化学第二定律：分子吸收光的过程是单光子过程。
?量子产率=过程所产生的激发态分子数目/吸收光数目
?对于初级过程<=1，只有在链式反应中会>1，甚至很大。
? 臭氧的光离解
? 在1000km以下的大气，由于气体分子密度大，三个粒子相碰撞的几率较大，O2光解产生的O与O2
发生如下发应： O+O2＋M → O3＋M
? O3离解能很低，相对应的光波长为1180nm。O3在自外和可见均有吸收带：200~300nm, 300~ 360nm，
max :254nm
? O3 ＋hv → O+O2
第三章
? 二氧化氮的光离解
? NO2的键能为300.5kJ/mol,在大气中很活泼可以参加多种反应。其在290～410nm有连续吸收光谱，其
吸收小于420nm波长的光可以发上离解
? NO2＋hv →NO +O O2＋O＋M→ O3 +M这是大气中唯一的已知的O3的认为来源。
? 亚硝酸的光离解
? HO-NO间的键能为201.1kJ/mol 。H-ONO间的键能为324.01kJ/mol，对200～400nm的光有吸收。 ? 初级过程有：HNO2＋hv →HO+NOHNO2+hv →H+NO2
? 次级过程有：HO+NO → HNO2 HO＋HNO2 → H2O＋NO2 HO＋NO2 → HNO3
? 由于亚硝酸可以吸收小于300nm的光离解可能是大气中HO的重要来源
? 硝酸的光离解
? HNO3键能HO-NO2为199 KJ/mol，对120～335nm的辐射均有不同程度的吸收
? 光解机理：HNO3＋hv → HO +NO2
? 若有CO存在：HO+CO →CO2+H H +O2+M→ HO2+M2HO2→H2O2+O2
? 二氧化硫的光吸收
?键能为545.1 KJ/mol，对340～400nm、 240～330nm、240～180 nm的辐射有吸收 光吸收：SO2＋hv → SO2*
? 由于SO2的键能大，所以240nm~400nm的光都不能使其离解。
? 甲醛的光离解
?H-CHO的键能为356.5KJ/mol，对240～360nm的光有吸收。
?初级过程：H2CO＋hv → HCOH2CO+hv →H2+CO
?次级过程：H+HCO→ H2＋CO2H＋M→H2＋M2HCO → 2CO＋H2H+ O2 →HO2 HCO+ O2 →HO2+CO
? 卤代烃的光离解
? 卤代烃的光解以氯代甲烷的光解对大气污染化学作用最大，其初级过程为：CH3X＋hv →CH3+XX：Cl、Br、I、F
? 若卤代烃含有一种以上的卤素，则键强顺序为：CH3-F> CH3-H> CH3-Cl > CH3-Br> CH3-I。 ? 多卤代烃还可以两个键的断裂，但是三个键的断裂不常见。
? 大气中重要自由基的来源
? 大气中重要的自由基有HO、R（烷基）、RO（烷氧基）和RO2（过氧烷基）。 HO：用数学模式模拟HO光化学过程计算其全球平均值约为7×105，最高浓度出现在热带（太阳辐射强）。并且两个半球的分步呈不对称分步。其日变化曲线显示，其生成产率白天高于夜间。
? 大气中HO和HO2的来源
? HO的来源
? 清洁大气：O3的光解是OH的重要来源 ：O3＋hv → O+O2 O+H2O →2HO
? 污染大气：HNO2＋hv → HO + NO H2O2+hv → 2HO
? HO2的来源（1）
? 醛的光解，尤其是甲醛 H2CO＋hv →H+HCOH+O2+M → HO2+M HCO+O2 →HO2+CO
? 任何光解过程只要产生H或HCO自由基的，都可以与O2结合而导致HO2
? HO2的来源（2）
? 亚硝酸酯的光解 CH3ONO＋hv CH3O+NO CH3O+O2 → HO2+H2CO
? H2O2的光解 H2O2+hv → 2HO HO+H2O2 →H2O+HO2
? 其它自由基的来源R，以甲基为主
? 乙醛: CH3CHO＋hv → CH3+CHO
? 丙酮：CH3COCH3＋hv → CH3+CH3CO
? O和HO与烃类发生摘氢反
? RH＋O → R＋O RH＋HO →R＋H2O
? 其它自由基的来源甲氧基
? 甲基亚硝酸酯的光解CH3ONO＋hv → CH3O+NO
? 甲基硝酸酯的光解CH3ONO2+hv → CH3O+NO2
? 过氧烷基 R＋O2 →RO2
? NOx和空气混合体系中的光化学
反应 d[NO2]??k1[NO2]?k3[NO][O3]dt
? 2NO2+hv → NO+O
d[O]? O+O2+M → O3+M： ?k1[NO2]?k2[O][O2][M]? O3+NO → NO2+O2 dt
? NO的氧化NO是燃烧过程中直接大气排放的污染物，其氧化过程有：
? NO＋O3 ─→NO2+O2RH+OH ─→R+ H2O
? R+O2 ─→RO2RO2＋NO ─→NO2＋RO
? RO＋O2 →R’CHO＋HO2HO2＋NO →HO＋NO2
? NO与HO、RO的反应
? NO与HO、RO也可以反应，生成了：HO＋NO → HNO2 亚硝酸 RO＋NO →RONO 亚硝酸酯 反应产物都极易光解！
? NO2的转化
? NO2在大气污染化学中占有很重要的地位，可与多种化学物质、自由基发生反应。重要的有： ? NO2＋HO →HNO3 该反应是大气中气态HNO3 的主要来源。
? NO2＋O3 →NO3＋O2易光解。出现在高空夜间的污染大气中，浓度可以达到350ppm ? NO2＋NO3 →N2O5
? 碳氢化合物是大气中的重要污染物，大气中以气态形式存在的碳氢化合物的碳原子数只要由1－10个，可挥发性的所有烃类。它们也是光化学反应的主要参与者。其他的碳氢化合物则以气溶胶的形式存在。 ? 甲烷是大气中含量最高的碳氢化合物，约占全世界碳氢化合物的排放量的80%。也是唯一的由天然源排放造成大浓度的气体。
? 大气中甲烷的主要来源是有机物的发酵：沼泽、泥塘、湿冻土带、水稻田底部
? 不饱和烃的活性更高，易于促进光化学反应，故也是更重要的污染物。
? 一般的污染源排放的活性烃的含量为15%,而汽车尾气中的活性烃可达45%。
? 光化学烟雾
? 定义 含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物的大气，在阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物，所形成的烟雾污染现象
? 特征：呈蓝色，具有强氧化性，能使橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，并降低大气能见度。刺激物浓度的高峰出现在中午和午后。
? 反应机理:1 NO2的光解导致O3的产生
? 烷烃氧化生成了具有活性的自由基，如HO、HO2、RO2
? HO2和RO2等促进了NO向NO2的转化，提供了更多的O3和NO2源。
? 光化学烟雾的控制机制 ：控制活性高的有机物的排放;控制臭氧的浓度
硫氧化物的转化及其污染
? 煤的含硫量0.5~6%,石油的含硫量0.5~3%。人为排放的SO260%来自于人类煤的使用。30%来自于石油的使用。
? 危害：产生酸雨和硫酸烟雾。
? 二氧化硫的气相转化
? 直接光氧化 被自由基氧化
? H2O2对SO2的氧化 在pH 0～8范围内，H2O2都可以氧化SO2HSO3-＋H2O2 →SO2OOH- SO2OOH-+H+ →H2SO4 随着介质酸性的增强,反应速度也加快
? 金属元素对SO2的催化氧化当有过渡金属元素存在时,SO2的液相氧化速度会增大。 ? 但是这种氧化过程比较复杂,要经历多个步骤 反应速度的表达式目前也多为经验式。
? SO2液相氧化途径的比较
? 在pH低于4或5时，以H2O2氧化的方式为主；
? 在pH~5或更大时，以O3氧化的方式为主；
? 在较高pH时，以金属元素的催化氧化的方式为主；
? N2O气体来源：
? 主要是天然来源，是土壤中固氮细菌在固氮过程中的产物。其人为来源主要是燃烧和含氮化肥使用后的微生物分解。
? 活性：在对流层中的化学活性很低，因此在对流层中的大气寿命超过百年，
? 环境影响：在对流层中的温室效应，以及在平流层参与臭氧层的破坏。
? NO/NO2
? 平流层中最重要的含氮化合物，一般将二者合称为氮氧化物（NOx）。
? 来源：闪电、生物降解等会产生少量的NOx，但其主要来自燃料的燃烧。燃烧源有流动源（如汽车、轮船等）和固定源（如工厂）两种，
? NO2本身是一种氧化剂，而且NO2的光分解是对流层臭氧的主要来源，因此NO2是对流层中非常活跃的一种污染物。
? 燃烧过程的NOX的产生
? 燃烧过程中，空气中的氮和氧在高温条件下生成NOX的链式反应的机制：
? O2 →O+O
? O+N2 → NO＋N
? N+O2 → NO＋O
? 2NO＋O2 → 2NO2
? 慢反应，NO２在大气中的含量少
? NH3
? 氨是对流层中唯一呈碱性的气态组分，在酸雨的研究中引起广泛的兴趣。
? 来源于生物腐殖质的细菌分解过程和一些工业过程。
? 降水的化学组成
? 降水中含有一下几类化学物质：大气中固定气体组成：O2、N2、CO2、H2
? 无机物：土壤类离子；海洋盐类离子、气体转化物、人为排放源（金属化合物）
? 有机物：有机酸、醛类、烷烃、烯烃、芳香烃
? 光化学产物：H2O2、O3、PAN
? 不溶物：土壤粒子、燃烧排放尘粒
? 主要离子：SO42-、NO3-、Cl-、NH4+、Ca2+、H+
? 国外部分地区降水组成：P67 计算
? 我国部分城市的降水化学成分：P68
? 请比较我国的降水化学成分与国外的差别
环境化学教案篇三：环境化学教案
《环境化学》教案
《环境化学》课堂教学主要包括四大部分：
第一部分为绪论，介绍当前人类面临的环境问题，环境科学的形成和发展，环境化学的研究内容和发展方向，化学污染物及其在多介质环境中的迁移转化行为。
第二部分为大气污染化学，主要介绍大气的结构、组成和性质，大气中主要污染物及其迁移，光化学反应基础，温室效应、酸沉降、臭氧层破坏、光化学烟雾等重要的大气污染化学问题及其形成机理，气溶胶化学，室内空气污染及健康风险，大气污染的防治对策。 第三部分为水污染化学，主要介绍天然水的基本特征，水中重要化学污染物的存在形态及分布，污染物在水环境中迁移转化的基本原理及水质模型；重点介绍重金属在水环境中沉淀-溶解、氧化-还原、吸附-解吸、絮凝-沉降、配合作用、生物转化等迁移转化过程的基本原理及影响因素，有机污染物在水环境中挥发、吸附、化学与生物降解等迁移转化和多介质环境过程的基本原理、影响因素及其模型。
第四部分为土壤污染化学，介绍土壤的组成和基本性质，化学污染物在土壤-植物体系中的迁移、作用机理及影响因素，土壤中氮磷污染及迁移转化，重点介绍土壤中重金属和有机农药的迁移转化行为及生物生态效应，土壤中温室气体的形成及释放机理，土壤污染防治与修复等。
通过本课程的学习，使学生掌握环境化学的基本知识、基本原理和基本技能，为从事环境保护和环境科学研究工作奠定基础。
第一章 绪论
重点要求：1、了解环境化学的内容、作用及其地位。
2、了解环境化学各分支学科的发展动向。
3、掌握环境污染物和化学污染物的分类及主要组成。
4、环境效应的基本概念。
5、环境污染物在环境各圈层的迁移转化过程（了解）。
第一节 环境化学
一、环境问题
环境污染
可持续发展
二、环境化学
环境化学的概念
环境化学的任务；内容及特点
环境化学的发展动向
环境分析化学
各圈层环境化学
环境工程化学
第二节
一、环境污染物的类别
1、人类社会不同功能产生的污染物
工业
农业
交通运输
生活
2、化学污染物
元素
无机物
有机化合物和烃类
金属有机和准金属有机化合物
含氧有机化合物
有机氮化合物
有机卤化合物
有机硫化合物
有机磷化合物
二、环境效应及其影响因素
1、环境物理效应
2、环境化学效应 环境污染物
3、环境生物效应
三、环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介
污染物的迁移与转化
迁移方式
转化方式
污染物在多介质中的迁移、转化和循环
举例：大气—水—土壤
第二章 大气环境化学
重点要求：1、了解大气层结构及大气污染物迁移的主要因素。
2、光化学烟雾的形成过程和机理。
3、硫酸型烟雾的形成过程和机理。
4、酸雨及其化学组成。
5、大气颗粒物及其组成。
6、温室气体和温室效应。
7、臭氧层的形成与耗损。
第一节 大气中污染物的转移
一、大气温度层结
出示大图：
图1 大气温度的垂直分布
图2 大气密度的垂直分布
大气垂直递减率
二、辐射逆温层
三、绝热过程与干绝热过程
四、大气稳定度
五、影响大气污染物迁移的因素
风和大气湍流的影响
天气形势和地理地势的影响
第二节 大气中污染物的转化
一、光化学反应基础
1、光化学反应过程
什么是光化学反应？
初级过程：
A + hν A* 次级过程： 举例：HCl + hν H + ClH + HCl H2 + ClCl + Cl Cl2
2、量子产率（不做介绍）
3、大气中重要吸光物质的光离解：
（1）氧分子和氮分子的光离解
O2 + hνO + O
N2 + hνN + N
（2）臭氧的光离解
O3 + hνO + O2
（3）NO2的光离解
NO2 + hνO + O
（4）亚硝酸和硝酸的光离解
HNO2 + hν HO + NO
HNO2 + hνH + NO2
HNO3 + hν HO + NO2
（5）二氧化硫对光的吸收
SO2 + hνSO2*
（6）甲醛的光离解
H2CO + hν H + HCO
H2CO + hν H2 + CO
（7）卤代烃的光离解
CH3X + hνCH3 + X 二、大气中重要自由基的来源 1、大气中HO和HO2自由基的浓度 2、大气中HO和HO2自由基的来源： HO来源一： O3 + hν O + O2
O + H2O 2HO
HO来源二： HNO2 + hν HO + NO H2O2 + hν 2HO
HO2的来源： H2CO + hν H + HCO H + O2 + MHO2 + M HCO + O2 HO2 + CO
3、R、RO和RO2等自由基的来源
大气中存在最多的烷基是甲基，主要来源是：
CH3CHO + hν CH3 + HCO CH3COCH3 + hνCH3 + CH3CO 烷基自由基：
RH + O R + HO
RH + HO R + H2O
甲氧基：
CH3ONO + hν CH3O + NO CH3ONO2 + hν CH3O + NO2
过氧烷基：
R + O2 RO2
三、氮氧化物的转化
1、大气中的含氮化合物
2、氮氧化合物和空气混合体系中的光化学反应NO2 + hν NO + OO + O2 + M O3 + MO3 + NO NO2 +O2