环境化学课件4.ppt
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- 环境 化学课件
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1、第二章第二章 大气环境化学大气环境化学 2022-11-第一节第一节 天然大气和重要污染物天然大气和重要污染物基本要求:基本要求:1、掌握天然大气的组成,大气主要层次的特点、掌握天然大气的组成,大气主要层次的特点.2、了解大气中离子和自由基的来源、了解大气中离子和自由基的来源.3、了解大气重要污染物的源、了解大气重要污染物的源.4、了解温室效应、了解温室效应、温室气体及其对大气环境的温室气体及其对大气环境的影响影响.2022-11-一、大气的组成和停留时间一、大气的组成和停留时间 1 1、大气的组成、大气的组成 粒径大于粒径大于l0l0 mm颗粒称为颗粒称为降尘降尘;粒径小于粒径小于l0l0
2、mm的的颗粒,称为颗粒,称为飘尘飘尘。2 2、大气组分的停留时间、大气组分的停留时间 某组分在贮库中的总输入速度某组分在贮库中的总输入速度(F FX X)和总输出和总输出速速度度(R Rx)x)是相等的,若假设是相等的,若假设x x组分的贮量为组分的贮量为MMx x,则可则可由下式确定组分由下式确定组分x x在大气中的停留时间在大气中的停留时间t tX X:t tX X=MMx/x/R Rx=x=MMx/x/F FX X 2022-11- 惰性气体惰性气体ArAr、NeNe、HeHe、KrKr和和XeXe停留时间都在停留时间都在10107 7年年以以上,属于外循环气体。上,属于外循环气体。其次
3、是参与生物、水、岩石等循环的生物循环气体其次是参与生物、水、岩石等循环的生物循环气体NN2 2(100(100万年万年)、0 02 2(6000(6000年年)、HH2 2(5(5年年)、COCO2 2(10(10年年)、CHCH4 4(25(25年年)、NN2 2O(815O(815年年)、CO(1CO(1年年)。大气中停留时间小于大气中停留时间小于1 1年的气体,年的气体,如如HH2 2O(10.1O(10.1天天)、O O3 3(小于小于1 1天天)、SOSO2 2(小于小于0.010.01年年)、NHNH3 3(1(1天天)、NONO和和NONO2 2(小于小于1 1月月)等,等,它们
4、在大气中的浓度变化比较明显。它们在大气中的浓度变化比较明显。2022-11-二、大气的主要层次二、大气的主要层次 1962,WMO,把大气划分为对流层、平流层、中间把大气划分为对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层。层、热成层、逸散层。1、对流层、对流层(1)气温随高度增加而降低。气温随高度增加而降低。(2)空气具有强烈的对流运动。空气具有强烈的对流运动。(3)气体密度大。气体密度大。2022-11-2022-11-2、平流层、平流层(1)大气稳定。)大气稳定。(2)平流层内垂直对流运动很小。)平流层内垂直对流运动很小。(3)大气透明度高。)大气透明度高。3、中间层、中间层(1)空气更稀薄。)
5、空气更稀薄。(2)无水分。)无水分。(3)温度随高度增加而降低,中间层顶气温最低)温度随高度增加而降低,中间层顶气温最低(-100)。)。(4)中间层中上部,气体分子()中间层中上部,气体分子(O2、N2)开始电离。)开始电离。2022-11-2022-11-4、热层、热层(1)温度随高度增加迅速增高;温度最高可升至)温度随高度增加迅速增高;温度最高可升至1200。(2)大气更为稀薄)大气更为稀薄;(3)大部分空气分子被电离成为离子和自由电子,又称)大部分空气分子被电离成为离子和自由电子,又称电离层,可以反射无线电波。电离层,可以反射无线电波。5、逸散层、逸散层(1)800km以上高空。以上高
6、空。(2)空气稀薄,密度几乎与太空相同。)空气稀薄,密度几乎与太空相同。(3)空气分子受地球引力极小,所以气体及其微粒可以)空气分子受地球引力极小,所以气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去。不断从该层逃逸出去。2022-11-2022-11-三、大气中的离子及自由基三、大气中的离子及自由基1、大气中的离子、大气中的离子2、大气中的自由基、大气中的自由基 大气中存在的比较重要的自由基有大气中存在的比较重要的自由基有RO(烷氧自由(烷氧自由基)、基)、HO、HO2、R(烷基自由基)、(烷基自由基)、RO2(过氧烷基自过氧烷基自由基由基)、RCO(羰基自由基羰基自由基)、H(氢基自由基)。其中以(氢基
7、自由基)。其中以HO和和HO2数量较多,参与反应也较多,成为两个最为重数量较多,参与反应也较多,成为两个最为重要的自由基。其次是要的自由基。其次是HO2 及及H3C、H3CO 和和H3COO 等等在大气中也比较活跃。在大气中也比较活跃。2022-11-(1)、自由基反应)、自由基反应 凡是有自由基生成或由其诱发的反应都叫自由基反凡是有自由基生成或由其诱发的反应都叫自由基反应。应。自由基链锁反应一般分引发自由基链锁反应一般分引发自由基产生、传播自由基产生、传播自由基传递、终止自由基传递、终止自由基消失,三个阶段。自由基消失,三个阶段。引发:引发:Cl2+hv2Cl传播:传播:Cl+CH4HCl+
8、CH3 CH3+Cl2 CH3Cl+Cl CH3+CH3Cl C2H6+Cl终止:终止:CH3+Cl CH3Cl Cl+Cl Cl2 CH3+CH3 C2H62022-11-(2)、大气中主要自由基的来源)、大气中主要自由基的来源 最主要的是最主要的是OH 自由基,其次是自由基,其次是HO2 及及H3C、H3CO 和和H3COO 等在大气中也比较活跃。等在大气中也比较活跃。OH 基的来源基的来源 HONO OH+NO(光光400nm)H2O2 2OH(光光370nm)O+H2O 2OH (O来自来自O3光解)光解)OH 与烷烃、醛类、烯烃、芳烃和卤代烃等有机物与烷烃、醛类、烯烃、芳烃和卤代烃等
9、有机物的反应速度常数要比的反应速度常数要比O3大几个数量级。大几个数量级。OH 在大气化学在大气化学反应过程中是十分活泼的氧化剂。反应过程中是十分活泼的氧化剂。2022-11-HO2 的来源的来源清洁大气中清洁大气中:长波光子长波光子(一般不能形成(一般不能形成HOHO )O O3 3+hv(+hv(波长大于波长大于315nm)O315nm)O2 2+O(+O(基态原子氧基态原子氧)()(光分解光分解)O O2 2+O+MO+O+MO3 3+M+M 短波光子短波光子(可以形成(可以形成HOHO )如果入射光能量更高(波长小于如果入射光能量更高(波长小于315nm315nm),),则则O O3
10、3+hv(+hv(波长小于波长小于315nm)O315nm)O2 2+O+O*(激发态原子氧)激发态原子氧)(光分解光分解)O O*+H+H2 2O2HOO2HO 2022-11-污染大气中污染大气中:HNOHNO2 2+hv(+hv(波长小于波长小于400nm)HO 400nm)HO +NO(+NO(光分解光分解)H H2 2O O2 2+hv(+hv(波长小于波长小于360nm)HO 360nm)HO +HO+HO (光分解光分解)、HOHO2 2 自由基的来源自由基的来源 HCHO+hv(HCHO+hv(波长小于波长小于370nm)H370nm)H +HCO+HCO (光分解光分解)H
11、H +O+O2 2HOHO2 2 HCO HCO+O+O2 2CO+HOCO+HO2 2 2022-11- HOHO 与与COCO作用也能导致作用也能导致HOHO2 2 的形成的形成 HOHO+CO+CO COCO2 2+H+H H H+O+O2 2 HO HO2 2 烃类光解或者烃类被烃类光解或者烃类被O O3 3氧化,都可能产生氧化,都可能产生H H2 2O O RH+hv RH+hv RR+H+H H H+O+O2 2 HO HO2 2 RH+O RH+O3 3+hv +hv RORO+HO+HO2 2 2022-11-、H3C、H3CO、H3COO 等自由基的来源等自由基的来源大气中存
12、在最多的烷基自由基是甲基,主要来自乙醛和大气中存在最多的烷基自由基是甲基,主要来自乙醛和丙酮的光解丙酮的光解 CH3CHO+hvCH3+HCO(乙醛光解乙醛光解)CH3COCH3+hvCH3+CH3CO(丙酮光解)(丙酮光解)O和和HO与烃类发生摘氢反应时,也能生成烷基自由基与烃类发生摘氢反应时,也能生成烷基自由基 RH+HO R+H2O RH+O R+HO2022-11-大气中甲氧基(大气中甲氧基(RO,CH3O),主要来自甲基亚硝酸酯),主要来自甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解和甲基硝酸酯的光解 CH3ONO+hvCH3O+NO(甲基亚硝酸酯光解)(甲基亚硝酸酯光解)CH3ONO2+hvCH
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