《環境化學》教學大綱一、基本信息

課程名稱環境化學課程編號ENSE3107英文名稱EnvironmentalChemistry課程類型專業基礎課總學時54理論學時54實驗學時

實踐學時

學分3預修課程無機/有機/分析/物理化學適用對象環境科學課程簡介（200字左右）主要講述水環境中氣體的溶解揮發平衡、碳酸平衡、沉淀溶解平衡、配合解離平衡、氧化還原平衡和吸附解吸平衡的基本原理及污染物在水環境中遷移、轉化的化學過程與機制；大氣的組成和性質、大氣氣相化學和液相化學的相關原理及大氣環境問題的產生機理、效應和防治措施等；污染物在土壤中的遷移、轉化和歸趨的規律及其影響因子；污染環境的修復技術與綠色化學的基本原理及應用，為后續專業核心課的學習奠定理論基礎。二、教學目標及任務

環境化學是環境科學專業的專業基礎課，通過本課程的學習可為后續專業課程學習打下扎實的理論基礎。要求學生熟悉環境化學定義、研究內容、特點、發展動向，深入了解污染物在各種環境介質中遷移、轉化規律；牢固掌握：污染物在水體的溶解、沉淀、配合、氧化、還原、吸附、解吸等化學過程的機制；污染物在大氣液相、氣相中遷移和轉化的過程與污染環境的修復技術。會應用環境化學的原理分析解決實際環境問題。本課程支撐環境科學專業畢業要求2、3、4、6、7、8和10。

三、學時分配

教學課時分配章節章節內容講課實驗實踐合計緒論環境化學概述4

第一章天然水的組成與酸堿平衡7

第二章水中溶解和沉淀作用3

第三章水環境中的配合作用5

第四章氧化–還原平衡4

第五章水環境中固液界面作用5

第六章水環境中污染物的行為與水體富營養化2

第七章大氣的化學組成3

第八章氣相大氣化學4

第九章液相大氣化學3

第十章土壤環境化學10

第十一章污染環境的修復2

第十二章綠色化學的基本原理與應用2

合計54

四、教學內容及教學要求

緒論第一節

環境化學1．環境化學的形成2．環境化學的基本定義3．環境化學的特點4．環境化學的研究對象、任務和范圍5．環境化學的發展動向習題要點：針對環境化學的特點、研究對象、任務、范圍和發展動向設置習題。第二節

環境污染物1．環境污染物的類別2．環境效應及其影響因素3．環境污染物在環境各圈層的遷移轉化過程簡介習題要點：環境污染物的定義、環境效應的概念與分類、能舉例說明污染物在環境中的遷移轉化過程。本章重點、難點：環境效應及其辨別。本章教學要求：了解環境化學的特點及發展動向；理解污染物的環境效應；掌握環境污染物在環境中的遷移、轉化和歸趨過程。

第一章

天然水的組成與碳酸平衡第一節

水的化學組成與分類1．化學組成的形成過程2．主要離子組成與分類3．水生生物與水體性質習題要點：根據有關水質數據能按O.A.阿列金分類方法進行水質分類；水質指標的意義與用途。第二節

水中的金屬離子1．存在形態2．水合Fe(III)離子習題要點：能計算已知條件下水體中各形態金屬離子的濃度。第三節

氣體在水中的溶解1.

亨利定律2.

O2的溶解度3.

Clausius-Clapeyron方程4.

CO2的溶解度習題要點：計算氣體在水中的飽和溶解度。第四節

碳酸體系形態與作用1.

水中CO2的化學反應2.

水中CO2的重要作用3.

水中碳酸體系的形態習題要點：水中碳酸鹽的種類。第五節

封閉體系碳酸平衡規律1.

封閉體系碳酸平衡條件2.

碳酸各化合態濃度分布3.

平衡規律及其適用條件4．特征線及其重要臨界點習題要點：碳酸各化合態濃度與pH之間關系公式的推導、封閉體系碳酸平衡的規律。第六節

開放體系碳酸平衡規律1.

開放體系碳酸平衡條件2.

開放體系碳酸各化合態濃度分布3.

開放體系與封閉體系碳酸平衡特點的比較習題要點：開放體系碳酸各化合態濃度與pH之間關系公式的推導、封閉體系與開放體系碳酸平衡的比較。第七節

天然水的堿度與酸度1.

水的酸堿度的概念2.

酸堿度的來源3.

各種酸堿度的表示4.

酸堿度的有關計算和水體pH值的調節5.

酸堿度的單位與水的pH的比較習題要點：酸堿度的概念和有關計算。第八節

天然水的緩沖能力1.

強酸、堿加入量公式的推導2.

加酸、堿量的計算習題要點：公式推導和相關計算。本章重點、難點：重點是O.A.阿列金水質分類與氣體在水中飽和溶解度的計算、封閉與開放體系碳酸的平衡規律及各種酸堿度的表示。難點是O.A.阿列金分類前單位的換算（由mg/L換算為meq/L）、碳酸體系有關公式的推導和計算。本章教學要求：了解天然水的化學組成的形成過程、碳酸體系的形態與作用；理解水生生物與水體理化性質之間的相互關系和有關水質指標的環境意義、各種酸堿度的表示方法；掌握水中金屬離子各形態濃度的計算、O.A.阿列金分類法和氣體在水中飽和溶解度的計算、碳酸體系各碳酸化合態濃度與pH之間的關系、酸堿度的概念和計算。第二章

水環境中的溶解和沉淀作用第一節

溶解和沉淀的環境意義1.

環境意義2.

平衡關系與反應速率3.

動力學過程習題要點：溶解-沉淀平衡的環境學意義第二節

各類固體的溶解度1.

氧化物與氫氧化物2.

硫化物3.

碳酸鹽習題要點：logc-pH圖的制作、污水處理過程中的相關計算。第三節

不同固相的穩定性1.

不同固相共存時溶解態金屬濃度與pH之間的關系2.

溶解規律習題要點：不同固相共存時溶解態金屬濃度與pH之間關系圖的制作第四節

水體的穩定性1.

水體穩定性定義2.

判別公式的推導3.

水的穩定性計算習題要點：水體穩定性計算本章重點、難點：重點是各類固體的溶解度、不同固相的穩定性和水體穩定性。難點是不同固相穩定性。本章教學要求：了解沉淀-溶解平衡的環境學意義；理解不同固相的穩定性；掌握各類固體的溶解度和水體的穩定性判別的計算。

第三章

水環境中的配合作用第一節

配合作用的環境意義習題要點：配合作用的環境學意義。第二節

配合物的穩定性習題要點：配合物穩定性的定義及性質。第三節

羥基的配合作用1.

羥基配合金屬離子濃度分布2.

氯離子對重金屬的配合作用習題要點：配離子濃度與配位體濃度之間的關系。第四節

螯合劑NTA的配合作用1.

NTA在溶液中存在形態2.

NTA對金屬配合作用3.

NTA與金屬氫氧化物作用4.

NTA與微溶鹽作用5.

Ca2+與微溶鹽金屬爭奪NTA習題要點：有機配位體存在條件下溶液體系中金屬離子濃度的計算。第五節

腐殖質的配合作用1.

腐殖質的結構2.

腐殖質的環境學意義習題要點：腐殖質的分類與性質。第六節

有機配位體的影響習題要點：有機配位體的環境效應。本章重點、難點：重點是羥基和螯合劑NTA的配合作用。難點是Ca2+與微溶鹽金屬爭奪NTA。本章教學要求：了解配合作用的環境學意義；理解腐殖質等有機配位體的在污染遷移與轉化中的配合作用；掌握羥基和螯合劑NTA與金屬離子配合作用的有關計算。

第四章

水環境中的氧化還原平衡第一節

氧化還原平衡的意義習題要點：水體中氧化-還原平衡的意義。第二節

電子活度與氧化還原電位1.

電子活度的概念2.

E與pE的關系3.

判定相對反應趨勢4.

pE與K和△G的關系習題要點：pE及有關計算第三節

天然水體的pE-pH圖1.

水的氧化-還原限度2.

pE-pH圖3.

天然水的pE和決定電位習題要點：pE-pH圖的制作。第四節

水中污染物的氧化還原轉化1.

無機氮化合物的氧化還原轉化2.

無機鐵的氧化還原轉化3.

水中有機物的氧化習題要點：水中污染物的氧化還原轉化。本章重點、難點：重點是pE與K和△G等氧化-還原參數之間的關系和pE-pH圖的制作。難點是pE-pH圖的制作。本章教學要求：了解水中氧化-還原平衡的意義；理解水中污染物的氧化-還原轉化；掌握pE的有關計算和pE-pH圖的制作。

第五章

水環境中固液界面的相互作用第一節水中膠體的來源及性質1.

水體中各相間的相互作用2.

膠體物質來源與形態特征3.

膠體的表面電荷4.

雙電層模型5.

膠粒的凝聚習題要點：膠體表面電荷的來源、雙電層的模型和膠粒凝聚在污水處理中的應用。第二節顆粒物的吸附過程1.

膠體吸附作用2.

吸附等溫線和等溫式3.

氧化物表面配合模式習題要點：吸附的類型比較、吸附的有關計算、吸附實驗的設計。第三節水體沉積物1.

研究水體沉積物的重要性2.

沉積物及其富集金屬來源3.

沉積物中金屬結合類型4.

沉積速率與環境變遷5.

沉積物中重金屬的釋放習題要點：沉積速率的計算與環境變遷的推理。本章重點、難點：重點是膠體表面電荷的來源、顆粒物的吸附作用和沉積物的沉積速率。難點是雙電層模型。本章教學要求：了解水中膠體的種類和沉積物中污染物釋放的影響因素；理解膠體的雙電層模型；掌握顆粒物的吸附作用及其在環境治理中的應用。

第六章

水環境中污染物的行為與水體富營養化第一節

水環境中的金屬形態分類與研究方法1.

金屬形態研究的重要性2.

天然水中金屬的形態與分析技術3.

不同形態金屬的生物有效性4.

形態分析技術的應用及存在問題習題要點：形態分析技術及其在環境污染化學中的應用。第二節

有機污染物在水體中的化學行為1.

分配作用2.

揮發作用3.

水解作用4.

光解作用5.

生物降解作用6.

歸趨模型和遷移轉化動力學機理習題要點：舉例說明有機污染物的化學行為過程。第三節

水體富營養化預測模型1.

水體的富營養化問題2.

藻類的過多繁殖3.

水中營養物質的來源4.

湖水營養化程度習題要點：水體富營養化程度的表征。本章重點、難點：重點是金屬形態分析技術和水體富營養化的表征。難點是有機污染物的化學行為與歸趨模式。本章教學要求：了解天然水中的技術形態及其分析缺陷；理解有機污染物在水中的化學行為過程；掌握金屬形態分析技術和水體富營養化程度的表征。

第七章

大氣的化學組成第一節組分濃度及停留時間1.

大氣組分濃度表示法2．大氣組分停留時間3．大氣的主要層次及特點習題要點：大氣組分停留時間。第二節重要大氣物質組分1．大氣中的離子2．大氣中的自由基3．主要大氣污染物4．溫室效應與溫室氣體習題要點：大氣中主要的自由基種類及其來源、主要大氣污染物的源與匯。第三節大氣顆粒物(氣溶膠)1．基本分類及其源和匯2．粒度分布及表面性質3．顆粒物來源推斷方法4．顆粒物中主要污染物習題要點：顆粒物來源推斷。本章重點、難點：重點是大氣主要自由基的種類與來源、重要大氣污染物的源與匯、溫室效應的產生機理、顆粒物來源推斷。難點是大氣顆粒物來源推斷。本章教學要求：了解大氣的組成和停留時間；理解主要大氣污染物的源與匯和溫室效應的產生機制；掌握大氣顆粒物來源的推斷。

第八章

氣相大氣化學第一節

大氣光化學反應基礎1．光化學反應基礎2．光化學反應定律習題要點：光化學反應的基本概念。第二節

氮氧化物的氣相反應1．基本反應2．光化學循環3．氣相反應動力學習題要點：氮氧化物的光化學循環。第三節

二氧化硫的氣相反應1．與氧原子的反應2．與其他自由基的反應習題要點：二氧化硫的基本氣相反應。第四節

有機物的氣相反應1．碳氫化合物的一些重要反應2．羥基自由基與烯烴類、烴類、醛類、鹵代烴、芳烴類的反應3．烯烴與臭氧、原子氧、和氮氧化物的反應4．天然有機物的轉化習題要點：有機物的氣相反應。第五節

光化學煙霧1．光化學煙霧的形成2．形成機理3．化學動力學機理4．光化學煙霧的效應與防控措施習題要點：光化學煙霧的形成機理。第六節

平流層化學1．平流層化學反應2．南極“臭氧洞”現象與解釋習題要點：臭氧形成與耗損的化學過程。本章重點、難點：光化學煙霧與臭氧空洞的形成機理。難點：大氣污染物的氣相反應過程。本章教學要求：了解大氣光化學反應的基本規律；理解主要大氣污染物的氣相反應過程；掌握光化學煙霧與臭氧空洞的形成機理。

第九章

液相大氣化學第一節

二氧化硫的液相反應1．SO2的液相平衡2．SO2的液相反應動力學習題要點：SO2的液相反應。第二節

氮氧化物的液相反應1．NOx的液相平衡2．NH3和HNO3的液相平衡3．NOx的液相反應動力學習題要點：NOx的液相反應。第三節

酸沉降化學1．酸雨的形成和分布2．酸雨的化學組成3．酸雨的關鍵性離子組分4．影響酸雨形成的因素5．酸雨來源與危害習題要點：酸雨的形成機理。第四節

降水化學組分和pH的背景值1．降水化學組分的背景值2．降水pH的背景值3．酸雨標準的評價習題要點：酸雨標準的由來及合理性。本章重點、難點：重點為酸雨形成的機理和酸雨標準合理性評判。難點是氮和硫氧化物的液相反應。本章教學要求：了解酸雨的地帶性分布；理解氮和硫氧化物的液相反應；掌握酸雨形成機理。

第十章

土壤環境化學第一節

土壤基本理化性質1．土壤組成與性質2．土壤粒級與質地分組3．土壤吸附性4．土壤酸堿性5．土壤氧化還原性習題要點：土壤的基本概念與理化性質。第二節

有機、無機污染物在土壤中的遷移、轉化及影響因子1．土壤中的遷移2．影響因子3．在土壤中的積累和遷移轉化習題要點：遷移轉化過程及其影響因子。第三節

生物耐受污染物的機制1．超積累的定義2．耐受機制習題要點：耐受機制。本章重點、難點：重點是土壤基本理化性質與污染物遷移轉化之間的關系、生物耐受污染物的機制。難點是污染物在土壤中的遷移轉化過程。本章的教學要求：了解土壤的基本理化性質；理解土壤基本理化性質與污染物遷移轉化之間的關系；掌握生物耐受污染物的機制。

第十一章

污染環境的修復第一節

微生物修復技術1．概述2．影響微生物修復效率的因素3．強化生物修復的主要類型4．生物修復的優缺點習題要點：微生物修復的機理及優缺點。第二節

植物修復技術1．概述2．植物修復重金屬污染的過程和機理3．植物修復有機污染物的過程和機理習題要點：植物修復污染物的過程和機理。第三節

化學氧化技術1．概述2．高錳酸鉀氧化法3．臭氧氧化技術4．過氧化氫和Fenton氧化技術習題要點：化學氧化技術的原理。第四節

電動力學修復1．基本原理2．影響因素3．聯用技術習題要點：電動力學修復技術的原理與影響因素。第五節

地下水修復的可滲透反應格柵技術1．概述2．Fe-PRB習題要點：可滲透反應格柵技術原理。

第六節

表面活性劑及共溶劑淋洗技術1．基本原理2．影響因素習題要點：表面活性劑及共溶劑淋洗技術的原理。本章