《环境化学》教学大纲

一、基本信息  

课程名称		环境化学				课程编号	ENSE3107
英文名称		Environmental Chemistry				课程类型	专业基础课
总学时	54	理论学时		54	实验学时		实践学时
学分	3	预修课程	无机/有机/分析/物理化学			适用对象	环境科学
课程简介 （200字左右）		主要讲述水环境中气体的溶解挥发平衡、碳酸平衡、沉淀溶解平衡、配合解离平衡、氧化还原平衡和吸附解吸平衡的基本原理及污染物在水环境中迁移、转化的化学过程与机制；大气的组成和性质、大气气相化学和液相化学的相关原理及大气环境问题的产生机理、效应和防治措施等；污染物在土壤中的迁移、转化和归趋的规律及其影响因子；污染环境的修复技术与绿色化学的基本原理及应用，为后续专业核心课的学习奠定理论基础。

二、教学目标及任务  

环境化学是环境科学专业的专业基础课，通过本课程的学习可为后续专业课程学习打下扎实的理论基础。要求员工熟悉环境化学定义、研究内容、特点、发展动向，深入了解污染物在各种环境介质中迁移、转化规律；牢固掌握：污染物在水体的溶解、沉淀、配合、氧化、还原、吸附、解吸等化学过程的机制；污染物在大气液相、气相中迁移和转化的过程与污染环境的修复技术。会应用环境化学的原理分析解决实际环境问题。

本课程支撑环境科学专业毕业要求2、3、4、6、7、8和10。

 

三、学时分配   

教学课时分配

章节	章节内容	讲课	实验	实践	合计
绪论	环境化学概述	4
第一章	天然水的组成与酸碱平衡	7
第二章	水中溶解和沉淀作用	3
第三章	水环境中的配合作用	5
第四章	氧化–还原平衡	4
第五章	水环境中固液界面作用	5
第六章	水环境中污染物的行为与水体富营养化	2
第七章	大气的化学组成	3
第八章	气相大气化学	4
第九章	液相大气化学	3
第十章	土壤环境化学	10
第十一章	污染环境的修复	2
第十二章	绿色化学的基本原理与应用	2
合计		54

四、教学内容及教学要求 

绪论

第一节  环境化学

1．环境化学的形成

2．环境化学的基本定义

3．环境化学的特点

4．环境化学的研究对象、任务和范围

5．环境化学的发展动向

习题要点：针对环境化学的特点、研究对象、任务、范围和发展动向设置习题。

第二节  环境污染物

1．环境污染物的类别

2．环境效应及其影响因素

3．环境污染物在环境各圈层的迁移转化过程简介

习题要点：环境污染物的定义、环境效应的概念与分类、能举例说明污染物在环境中的迁移转化过程。

本章重点、难点：环境效应及其辨别。

本章教学要求：了解环境化学的特点及发展动向；理解污染物的环境效应；掌握环境污染物在环境中的迁移、转化和归趋过程。

 

第一章  天然水的组成与碳酸平衡

第一节  水的化学组成与分类

1．化学组成的形成过程

2．主要离子组成与分类

3．水生生物与水体性质

习题要点：根据有关水质数据能按O.A.阿列金分类方法进行水质分类；水质指标的意义与用途。

 

第二节  水中的金属离子

1．存在形态

2．水合Fe(III)离子

习题要点：能计算已知条件下水体中各形态金属离子的浓度。

第三节  气体在水中的溶解

1.  亨利定律

2.  O2的溶解度

3.  Clausius-Clapeyron方程

4.  CO2的溶解度

习题要点：计算气体在水中的饱和溶解度。

第四节  碳酸体系形态与作用

1.  水中CO2的化学反应

2.  水中CO2的重要作用

3.  水中碳酸体系的形态

习题要点：水中碳酸盐的种类。

第五节  封闭体系碳酸平衡规律

1.  封闭体系碳酸平衡条件

2.  碳酸各化合态浓度分布

3.  平衡规律及其适用条件

4． 特征线及其重要临界点

习题要点：碳酸各化合态浓度与pH之间关系公式的推导、封闭体系碳酸平衡的规律。

第六节  开放体系碳酸平衡规律

1.  开放体系碳酸平衡条件

2.  开放体系碳酸各化合态浓度分布

3.  开放体系与封闭体系碳酸平衡特点的比较

习题要点：开放体系碳酸各化合态浓度与pH之间关系公式的推导、封闭体系与开放体系碳酸平衡的比较。

第七节  天然水的碱度与酸度

1.  水的酸碱度的概念

2.  酸碱度的来源

3.  各种酸碱度的表示

4.  酸碱度的有关计算和水体pH值的调节

5.  酸碱度的单位与水的pH的比较

习题要点：酸碱度的概念和有关计算。

第八节  天然水的缓冲能力

1.  强酸、碱加入量公式的推导

2.  加酸、碱量的计算

习题要点：公式推导和相关计算。

本章重点、难点：重点是O.A.阿列金水质分类与气体在水中饱和溶解度的计算、封闭与开放体系碳酸的平衡规律及各种酸碱度的表示。难点是O.A.阿列金分类前单位的换算（由mg/L换算为meq/L）、碳酸体系有关公式的推导和计算。

本章教学要求：了解天然水的化学组成的形成过程、碳酸体系的形态与作用；理解水生生物与水体理化性质之间的相互关系和有关水质指标的环境意义、各种酸碱度的表示方法；掌握水中金属离子各形态浓度的计算、O.A.阿列金分类法和气体在水中饱和溶解度的计算、碳酸体系各碳酸化合态浓度与pH之间的关系、酸碱度的概念和计算。

 

第二章  水环境中的溶解和沉淀作用

第一节  溶解和沉淀的环境意义

1.  环境意义

2.  平衡关系与反应速率

3.  动力学过程

习题要点：溶解-沉淀平衡的环境学意义

第二节   各类固体的溶解度

1.  氧化物与氢氧化物

2.  硫化物

3.  碳酸盐

习题要点：logc-pH图的制作、污水处理过程中的相关计算。

第三节   不同固相的稳定性

1.  不同固相共存时溶解态金属浓度与pH之间的关系

2.  溶解规律

习题要点：不同固相共存时溶解态金属浓度与pH之间关系图的制作

第四节   水体的稳定性

1.  水体稳定性定义

2.  判别公式的推导

3.  水的稳定性计算

习题要点：水体稳定性计算

本章重点、难点：重点是各类固体的溶解度、不同固相的稳定性和水体稳定性。难点是不同固相稳定性。

本章教学要求：了解沉淀-溶解平衡的环境学意义；理解不同固相的稳定性；掌握各类固体的溶解度和水体的稳定性判别的计算。

 

第三章  水环境中的配合作用

第一节  配合作用的环境意义

习题要点：配合作用的环境学意义。

第二节  配合物的稳定性

习题要点：配合物稳定性的定义及性质。

第三节  羟基的配合作用

1.  羟基配合金属离子浓度分布

2.  氯离子对重金属的配合作用

习题要点：配离子浓度与配位体浓度之间的关系。

第四节  螯合剂NTA的配合作用

1.  NTA在溶液中存在形态

2.  NTA对金属配合作用

3.  NTA与金属氢氧化物作用

4.  NTA与微溶盐作用

5.  Ca2+与微溶盐金属争夺NTA

习题要点：有机配位体存在条件下溶液体系中金属离子浓度的计算。

第五节  腐殖质的配合作用

1.  腐殖质的结构

2.  腐殖质的环境学意义

习题要点：腐殖质的分类与性质。

第六节  有机配位体的影响

习题要点：有机配位体的环境效应。

本章重点、难点：重点是羟基和螯合剂NTA的配合作用。难点是Ca2+与微溶盐金属争夺NTA。

本章教学要求：了解配合作用的环境学意义；理解腐殖质等有机配位体的在污染迁移与转化中的配合作用；掌握羟基和螯合剂NTA与金属离子配合作用的有关计算。

 

第四章  水环境中的氧化还原平衡

第一节  氧化还原平衡的意义

习题要点：水体中氧化-还原平衡的意义。

第二节  电子活度与氧化还原电位

1.  电子活度的概念

2.  E与pE的关系

3.  判定相对反应趋势

4.  pE与K和△G的关系

习题要点：pE及有关计算

第三节  天然水体的pE-pH图

1.  水的氧化-还原限度

2.  pE-pH图

3.  天然水的pE和决定电位

习题要点：pE-pH图的制作。

第四节  水中污染物的氧化还原转化

1.  无机氮化合物的氧化还原转化

2.  无机铁的氧化还原转化

3.  水中有机物的氧化

习题要点：水中污染物的氧化还原转化。

本章重点、难点：重点是pE与K和△G等氧化-还原参数之间的关系和pE-pH图的制作。难点是pE-pH图的制作。

本章教学要求：了解水中氧化-还原平衡的意义；理解水中污染物的氧化-还原转化；掌握pE的有关计算和pE-pH图的制作。

 

第五章  水环境中固液界面的相互作用

第一节 水中胶体的来源及性质

1.  水体中各相间的相互作用

2.  胶体物质来源与形态特征

3.  胶体的表面电荷

4.  双电层模型

5.  胶粒的凝聚

习题要点：胶体表面电荷的来源、双电层的模型和胶粒凝聚在污水处理中的应用。

第二节 颗粒物的吸附过程

1.  胶体吸附作用

2.  吸附等温线和等温式

3.  氧化物表面配合模式

习题要点：吸附的类型比较、吸附的有关计算、吸附实验的设计。

第三节 水体沉积物

1.  研究水体沉积物的重要性

2.  沉积物及其富集金属来源

3.  沉积物中金属结合类型

4.  沉积速率与环境变迁

5.  沉积物中重金属的释放

习题要点：沉积速率的计算与环境变迁的推理。

本章重点、难点：重点是胶体表面电荷的来源、颗粒物的吸附作用和沉积物的沉积速率。难点是双电层模型。

本章教学要求：了解水中胶体的种类和沉积物中污染物释放的影响因素；理解胶体的双电层模型；掌握颗粒物的吸附作用及其在环境治理中的应用。

 

第六章  水环境中污染物的行为与水体富营养化

第一节  水环境中的金属形态分类与研究方法

1.  金属形态研究的重要性

2.  天然水中金属的形态与分析技术

3.  不同形态金属的生物有效性

4.  形态分析技术的应用及存在问题

习题要点：形态分析技术及其在环境污染化学中的应用。

第二节  有机污染物在水体中的化学行为

1.  分配作用

2.  挥发作用

3.  水解作用

4.  光解作用

5.  生物降解作用

6.  归趋模型和迁移转化动力学机理

习题要点：举例说明有机污染物的化学行为过程。

第三节  水体富营养化预测模型

1.  水体的富营养化问题

2.  藻类的过多繁殖

3.  水中营养物质的来源

4.  湖水营养化程度

习题要点：水体富营养化程度的表征。

本章重点、难点：重点是金属形态分析技术和水体富营养化的表征。难点是有机污染物的化学行为与归趋模式。

本章教学要求：了解天然水中的技术形态及其分析缺陷；理解有机污染物在水中的化学行为过程；掌握金属形态分析技术和水体富营养化程度的表征。

 

第七章  大气的化学组成

第一节 组分浓度及停留时间

1. 大气组分浓度表示法

2．大气组分停留时间

3．大气的主要层次及特点

习题要点：大气组分停留时间。

第二节 重要大气物质组分

1．大气中的离子

2．大气中的自由基

3．主要大气污染物

4．温室效应与温室气体

习题要点：大气中主要的自由基种类及其来源、主要大气污染物的源与汇。

第三节 大气颗粒物(气溶胶)

1．基本分类及其源和汇

2．粒度分布及表面性质

3．颗粒物来源推断方法

4．颗粒物中主要污染物

习题要点：颗粒物来源推断。

本章重点、难点：重点是大气主要自由基的种类与来源、重要大气污染物的源与汇、温室效应的产生机理、颗粒物来源推断。难点是大气颗粒物来源推断。

本章教学要求：了解大气的组成和停留时间；理解主要大气污染物的源与汇和温室效应的产生机制；掌握大气颗粒物来源的推断。

 

第八章  气相大气化学

第一节  大气光化学反应基础

1．光化学反应基础

2．光化学反应定律

习题要点：光化学反应的基本概念。

第二节  氮氧化物的气相反应

1．基本反应

2．光化学循环

3．气相反应动力学

习题要点：氮氧化物的光化学循环。

第三节  二氧化硫的气相反应

1．与氧原子的反应

2．与其他自由基的反应

习题要点：二氧化硫的基本气相反应。

第四节  有机物的气相反应

1．碳氢化合物的一些重要反应

2．羟基自由基与烯烃类、烃类、醛类、卤代烃、芳烃类的反应

3．烯烃与臭氧、原子氧、和氮氧化物的反应

4．天然有机物的转化

习题要点：有机物的气相反应。

第五节  光化学烟雾

1．光化学烟雾的形成

2．形成机理

3．化学动力学机理

4．光化学烟雾的效应与防控措施

习题要点：光化学烟雾的形成机理。

第六节  平流层化学

1．平流层化学反应

2．南极“臭氧洞”现象与解释

习题要点：臭氧形成与耗损的化学过程。

本章重点、难点：光化学烟雾与臭氧空洞的形成机理。难点：大气污染物的气相反应过程。

本章教学要求：了解大气光化学反应的基本规律；理解主要大气污染物的气相反应过程；掌握光化学烟雾与臭氧空洞的形成机理。

 

第九章  液相大气化学

第一节  二氧化硫的液相反应

1．SO2的液相平衡

2．SO2的液相反应动力学

习题要点：SO2的液相反应。

第二节  氮氧化物的液相反应

1．NOx的液相平衡

2．NH3和HNO3的液相平衡

3．NOx的液相反应动力学

习题要点：NOx的液相反应。

第三节  酸沉降化学

1．酸雨的形成和分布

2．酸雨的化学组成

3．酸雨的关键性离子组分

4．影响酸雨形成的因素

5．酸雨来源与危害

习题要点：酸雨的形成机理。

第四节  降水化学组分和pH的背景值

1．降水化学组分的背景值

2．降水pH的背景值

3．酸雨标准的评价

习题要点：酸雨标准的由来及合理性。

本章重点、难点：重点为酸雨形成的机理和酸雨标准合理性评判。难点是氮和硫氧化物的液相反应。

本章教学要求：了解酸雨的地带性分布；理解氮和硫氧化物的液相反应；掌握酸雨形成机理。

 

第十章  土壤环境化学

第一节  土壤基本理化性质

1．土壤组成与性质

2．土壤粒级与质地分组

3．土壤吸附性

4．土壤酸碱性

5．土壤氧化还原性

习题要点：土壤的基本概念与理化性质。

第二节  有机、无机污染物在土壤中的迁移、转化及影响因子

1．土壤中的迁移

2．影响因子

3．在土壤中的积累和迁移转化

习题要点：迁移转化过程及其影响因子。

第三节  生物耐受污染物的机制

1．超积累的定义

2．耐受机制

习题要点：耐受机制。

本章重点、难点：重点是土壤基本理化性质与污染物迁移转化之间的关系、生物耐受污染物的机制。难点是污染物在土壤中的迁移转化过程。

本章的教学要求：了解土壤的基本理化性质；理解土壤基本理化性质与污染物迁移转化之间的关系；掌握生物耐受污染物的机制。

 

第十一章  污染环境的修复

第一节  微生物修复技术

1．概述

2．影响微生物修复效率的因素

3．强化生物修复的主要类型

4．生物修复的优缺点

习题要点：微生物修复的机理及优缺点。

第二节  植物修复技术

1．概述

2．植物修复重金属污染的过程和机理

3．植物修复有机污染物的过程和机理

习题要点：植物修复污染物的过程和机理。

第三节  化学氧化技术

1．概述

2．高锰酸钾氧化法

3．臭氧氧化技术

4．过氧化氢和Fenton氧化技术

习题要点：化学氧化技术的原理。

第四节  电动力学修复

1．基本原理

2．影响因素

3．联用技术

习题要点：电动力学修复技术的原理与影响因素。

第五节  地下水修复的可渗透反应格栅技术

1．概述

2．Fe-PRB

习题要点：可渗透反应格栅技术原理。

    第六节  表面活性剂及共溶剂淋洗技术

1．基本原理

2．影响因素

习题要点：表面活性剂及共溶剂淋洗技术的原理。

本章重点、难点：重点是各种修复技术的原理和影响因素。

本章的教学要求：了解各种修复技术的影响因素；理解各种修复技术的原理；掌握各种修复技术的工艺流程。

 

第十二章  绿色化学的基本原理与应用

第一节  绿色化学的诞生与发展简史

1．绿色化学的诞生

2．绿色化学的定义与发展简史

习题要点：绿色化学的定义与发展过程。

第二节  绿色化学的基本原理

1．绿色化学的12条原理与特点

2．绿色化学与绿色工程

3．工业生态学原理

习题要点：绿色化学的原理。

    第三节  绿色化学的应用

1．绿色化学的主要研究方向

2．绿色化学的应用

习题要点：绿色化学的应用。

本章重点、难点：重点是绿色化学的原理与应用。难点是工业生态学原理。

本章教学要求：了解绿色化学的发展过程和主要研究方向；理解绿色化学的原理；掌握绿色化学原理在实践中的具体运用。

 

五、考核方式及要求  

考核方式为闭卷，最终成绩评定为期末考试成绩（70%）+平时成绩（10%）+作业（20%）。

六、推荐教材及教学参考书 

教 材：《环境化学》（ “十一·五” 国家级规划教材，第二版），戴树桂等  编著，高等教育出版社，2012年，标准书号：ISBN:978-7-04-019956-7。

参考书：《环境化学》，王晓蓉  编著，南京大学出版社，2011年，标准书号：ISBN：7-305-02109-1/X.12。

《Environmental Chemistry》(10^th Edition)，Stanley E. Manahan  编著，CRC Press，2015年，标准书号：ISBN：1-56670-633-5。

 

大纲修订人：占新华

大纲审定人：李  荣

修订日期：2015年4月20日