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2012年考研专业课自测试题及答案之环境化学
| 一、填空题(每空0.6分,共30分) 1 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) 2 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________。 3 土壤碱化度为________，其产生过程为________作用。 4 受氢体包括________、________、________。 5 硝化细菌为________型细菌，严格要求________氧；反硝化的重要条件是________氧。 6 腐殖质可分为_______、______、_________。 7 水环境中污染物的光解过程可分为________、________、________三类。 8 我国酸雨的关键性离子组分为________。 9 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________。 10 毒作用的生物化学机制包括________、________、________、________。 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_____、CO2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。 16导致臭氧层耗损的典型物质有________。 17大气中的自由基有________。 二、名词解释(每题2分,共18分) pc-pH图标化分配系数 氧化途径 湿沉降 土壤胶体的双电层 生物积累 电中性原理 质体流动 光量子产率 三、公式推导(每题6分,共6分) 推导水天然水体的电子活度pE与氧化还原电位的关系。 四、简答题(每题5分,共15分) 1 大气中丙烯与HO?、O3的反应特征过程。 2 简述汞的微生物转化过程中辅酶的作用。 3 举例说明专属吸附的概念和解释的现象 五、计算题(每题8分,共16分) 1计算含镉废水通入H2S达到饱和并分别调整pH值为4.0、9.0时水中剩余镉离子的浓度比值。(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，H2S离解常数K1=8.9*10-8，K2=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=0.9532、?2=0.04470、?=0.9592) 六、综合题(第1题8分,第2题7分,共15分) 1推导米氏方程式，并解释米氏方程中Km、Monod方程中Ks和Langmuir吸附等温线中A的意义。 2讨论土壤颗粒的分配、吸附作用的特征与区别。 参考答案 一填空题(每题0.6分,共30分) 1.光子能量公式是E=hc/λ,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。 2.光化学烟雾从产生到结束，其中主要污染物出现的顺序依次是NO，NO2，烃，醛，O3，自由基，RC（O）O2，二次污染物有O3，醛，PAN，过氧化氢等。 3.土壤碱化度为钠离子饱和度，其产生过程为交换性离子的吸附作用。 4.受氢体包括分子氧，有机底物，无机含氧化合物。 5.硝化细菌为化能自养性细菌，严格要求高水平的氧，反硝化的重要条件是厌氧。 6.腐殖质可分为腐殖酸，富里酸，腐黑物。 7.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。 8.我国酸雨的关键性离子组分为SO42-，Ca2+，NH4+ 9.大气颗粒物中粒径小于2um的称为细粒子，其主要的化学组分为硫酸根，氨离子，硝酸根离子，炭黑，痕量金属；粒径大于2um的称为粗粒子，其主要的化学组分为铁，钙，硅，钠，铝，镁，钛等元素组成。 10。毒作用的生物化学机制包括酶活性的抑制，致癌作用，致畸作用，致突变作用。 11.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。 12.向某一含炭酸的水中加入重碳酸盐，总酸度增大，无机酸度减小，CO2酸度不变，总碱度不变，酚酞碱度不变，苛性碱度减小。 13.含炭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。 14.盐基饱和度为100%的土壤，其潜性酸度为0。 15.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。 16.导致臭氧层耗损的典型物质有水蒸气、氮氧化物、氟氯烃、HOx等。 17.大气中的自由基有HO、HO2、R、RO、RO2。 二名词解释(每题2分,共18分) pc—pH图：物质浓度与pH值相关时，根据相应数据绘制的以pH值为自变量，pc值为因变量的集合图形。 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，分配系数与沉积物中有机碳的质量分数的比值称为标化分配系数。 β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β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和少两个碳原子的脂酰辅酶A的过程。 湿沉降：通过降雨降雪等使大气中的颗粒物从大气中去除的过程。 土壤胶体的双电层：土壤胶体微粒具有双电层，微粒的内部称为微粒核，一般带负电荷，形成一个负离子层，其外部由于电性吸引，而形成一个正离子层。即合称为双电层。 生物积累：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，使其在机体内的浓度超过周围环境中浓度的现象。 电中性原理：在所有溶液或其他体系中，阳离子所带正电荷与阴离子所带负电荷总量相等，代数和为0，体系对外呈电中性。 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。 光量子产率：发生光化学反应的光子数目与吸收光子数目的比率。 三公式推导(每题6分,共6分) 推导天然水体的电子活度pE与氧化还原电位的关系。 解：如果有一个氧化还原半反应：Ox + ne = Red 根据能斯特方程式，则上述反应可以写成： E=E0-2.303RT*lg([Red]/[Ox])/nF ，当反应达到平衡时，E0=2.303RT*lgK/nF E= 2.303RT*lgK/nF-2.303RT*lg([Red]/[Ox])/nF = (2.303 RT/nF)(lgK- lg([Red]/[Ox])) 从理论上考虑下式成立： K=[Red]/[Ox][e]n 即[e]={ [Red]/[Ox]K}1/n 根据pE的定义：pE=-lg[e]= 1/n{lg K –lg([Red]/[Ox])} 将E=(2.303 RT/nF)(lgK- lg([Red]/[Ox]))变形后代入上式，即： pE= EF/2.303RT pE0= E0F/2.303RT 四简答题(每题5分,共15分) 1.大气中丙烯与HO.、O3的反应特征过程。 2.简述汞的微生物转化过程中辅酶的作用。 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.举例说明专属吸附的概念和解释的现象。 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。如简单的铝铁高价离子，并不能使胶体电荷因吸附而变号，但其水解产物却可以达到这点。当水锰矿吸附体系pH在等电点（ZPC处或小于ZPC时，对钴、铜、镍等离子都能进行吸附作用，这表明水锰矿不带电荷或者带正电荷时均能吸附过渡金属元素。 五计算题(每题8分,共16分) 1.计算含镉废水通入H2S达到饱和并分别调整pH 值为4.0，9.0时水中剩余镉离子的浓度比值。 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 值为4.0时， [Cd2+]1= KSP/[S2-]= KSP/ K1，2*[H2S]/10-8 pH 值为9.0时， [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为7.5，其碱度为5.38m mol/L,水B的pH为9.0，碱度为0.70m mol/L，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。 解： [总碱度] = CT(α1 +α2) + Kw/[H+] –[H+] CT = [1/(α1 +2α2)]{[总碱度] + [H+] –[OH-]} 令α = 1/(α1 +2α2) 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，CT值与总碱度之间存在简化关系： CT =α [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] pH=9.0）/5 CT混合= （2CT 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(α1混合+α2混合) + Kw/[H+]混合–[H+]混合 将α1混合和α2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(第一题8分,第二题7分,共15分) 1.推导米氏方程式，并解释米氏方程中Km,Monad方程中Ks和Langmuir吸附等温线中A的意义。 污染物在环境中生物转化机理表示为： 式中，E表示酶，S表示底物，ES表示复合物，P代表产物 K1，K2，K3 分别代表相应单元反应速率常数。 [E]0—酶的总浓度 [S]—底物浓度 [ES]—底物—酶复合物浓度 则其速率微分方程依次为d[ES]/dt= K1{[E]0-[ES]}*[S] -d[ES]/dt=( K2+ K3) [ES] 设其处于动态平衡，则K1{[E]0-[ES]}*[S] =( K2+ K3) [ES] 令Km=( K2+ K3)/ K1 则[ES]= [E]0[S]/（Km+[S]） 由v= K3 [ES] 当[ES]= [E]0 时，速率最大，Vmax= K3 [E]0 V= Vmax/（Km+[S]） Km为酶促反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度。 Ks为最大比生长速率一半时的基质浓度。 A表示吸附量达到G0/2时溶液的平衡浓度。 2.讨论土壤颗粒的分配，吸附作用的特征与区别。 分配作用：水溶液中，土壤有机质对有机化合物的溶解作用，而且在溶质的整个溶解范围内，吸附等温线都是线性的，与表面吸附位无关，只与有机化合物的溶解度相关，因而放出的吸附热量小。 吸附作用：在非极性有机溶剂中，土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用活干土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用，其吸附等温线是非线性的，并且存在着竞争吸附，同时，在吸附过程中往往要放出大量的热来补偿反应中熵的损失。 |