环境化学试题

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1、书山有路勤为径！ 1. If the pressure is 0.01 atm at an altitude of 38 km and 0.001 atm at 57 km, what is it at 19 km (ignoring temperature variations)? 2. At an altitude of 50 km, the average atmospheric temperature is essentially 0C. What is the average number of air molecules per cubic centimeter of air at

2、 this altitude? 3. 请计算标准状态下 1ppmv 甲烷、 0.5ppmv 二甲基硫（ CH3SCH3）的摩尔浓度和质量浓度。在压力为 5hPa、温度为 -20时又是多少？（假定均为理想气体） 4. 已知 20时水的饱和蒸气压为 2.34kPa，请分别计算 20相对湿度为 20%和 55%时空气中水蒸气的体积浓度和质量浓度。（假定为理想气体） 5. 术语翻译 Fate, transport运输 , transformation转换 Stratification层化 , 成层 , 阶层的形成 , Troposphere, Tropopause 对流顶层 , Stratospher

3、e, Mesosphere, Thermosphere Atmospheric chemistry大气化学 , ozone, ultraviolet紫外线 , sink汇，最终去向 , wet deposition沉积作用 , north hemisphere, Volatile organic compounds (VOCs), non-methane hydrocarbon (NMHC)碳氢化合物 6. If the pressure is 0.01 atm at an altitude of 38 km and 0.001 atm at 57 km, what is it at 19 k

4、m (ignoring temperature variations)? 答： 0.1atm 7. At an altitude of 50 km, the average atmospheric temperature is essentially 0C. What is the average number of air molecules per cubic centimeter of air at this altitude? 答： 由 PaeePP RTMg hh 7.19 41001 3.1 273314.8 10508.91097.2850 33 由 nRTPV 和数量浓度AnN

5、NV，可得： 2 3 3 1 6 31 9 4 . 76 . 0 2 2 1 0 5 . 1 6 1 08 . 3 1 4 2 7 3APN N m c mRT 8. 请计算标准状态下 1ppmv 甲烷、 0.5ppmv 二甲基硫（ CH3SCH3）的摩尔浓度和质量浓度。在压力为 5hPa 和 -20时又是多少？（假定均为理想气体） 答： 标准状态下： 书山有路勤为径！ 1ppmv 甲烷： 摩尔浓度 C= 6 6 8 111 0 1 0 4 . 4 6 4 1 0 ( )2 2 . 4 2 2 . 4X m o l L 质量浓度 A= 31 1 6 0 . 7 1 4 3 ( )2 2 . 4

6、 2 2 . 4XM m g m 0.5ppmv 二甲基硫： 摩尔浓度 C= 6 6 8 10 . 51 0 1 0 2 . 2 3 2 1 0 ( )2 2 . 4 2 2 . 4X m o l L 质量浓度 A= 30 .5 6 2 1 .3 8 4 ( )2 2 .4 2 2 .4XM m g m 压力 5hPa 和 -20状态下： 1ppmv 甲烷： 摩尔浓度 C= 6 6 10 1273 273 51273 1013.25 273 20 1013.2510 10 2.377 10 ( )22.4 22.4pX t mol L 质量浓度 A= 3327 3 27 3 516 127 3

7、 10 13 .25 27 3 20 10 13 .25 3.8 03 10 ( )22 .4 22 .4pMX t mg m 0.5ppmv 二甲基硫： 摩尔浓度 C= 6 6 10 127 3 27 3 50.527 3 10 13 .25 27 3 20 10 13 .2510 10 1.1 89 10 ( )22 .4 22 .4pX t mol L 质量浓度 A= 33273 273 562 0.5273 1013.25 273 20 1013.25 7.369 10 ( )22.4 22.4pMX t mg m 9. 已知 20时水的饱和蒸气压为 2.34kPa，请分别计算 20相

8、对湿度为 20%和 55%时空气中水蒸气的体积浓度和质量浓度。（假定为理想气体） RH 蒸气压 Pa 体积浓度 ppmv 质量浓度 mg/m3 0.2 468 4618.8 3458.1 0.55 1287 12701.7 9509.8 220100 HoHOpRH p 22 0 2 3 4 0 0 . 2 4 6 8100H O H ORHp p P a 书山有路勤为径！ 体积浓度：2 662 468 1 0 ( ) 1 0 ( ) 4 6 1 8 . 8101325HOpH O p p m v p p m v p p m vp 质量浓度： 222 332 468 1 8 1 0 0 0 /

9、 3 4 5 8 . 1 /8 . 3 1 4 2 9 3HOH O H OpnH O M M m g m m g mV R T 10. 术语翻译 Fate, transport, transformation Stratification, Troposphere, Tropopause, Stratosphere, Mesosphere, Thermosphere Atmospheric chemistry, ozone, ultraviolet, sink, wet deposition, northhemisphere, Volatile organic compounds (VOCs

10、), non-methane hydrocabon (NMHC) Fate 归宿 Transport 传输 Transformation 转化 Stratification 分层，成层 Troposphere 对流层 Tropopause 对流层顶 Stratosphere 平流层 Mesosphere 中间层 Thermosphere 热层 Atmospheric chemistry 大气化学 ozone 臭氧 ultraviolet 紫外线辐射，紫外线的 sink 汇 wet deposition 湿沉降 northhemisphere 北半球 volatile organic compo

11、unds (VOCs) 挥发性有机物 non-methane hydrocabon (NMHC) 非甲烷烃类 大气化学作业 2 1. Why is it that “highest levels of carbon monoxide tend to occur in congested urban areas at times when the maximum number of people are exposed?” 书山有路勤为径！ 2. If a power plant burning 10,000 tons of coal per day with 10% excess air em

12、its stack gas containing 100 ppm by volume of NO, what is the daily output of NO? Assume the coal is pure carbon. 3. 已知下列化学键的键能，请计算使得这些化学键光解断裂的最大波长。 键 键能（ kJ/mol） H-H 436 H-Cl 432 Cl-Cl 243 O=O 498 NN 946 H-C 415 C=O（二氧化碳） 804 4. 推导羟基自由基生成速率表达式 羟基自由基（ OH）是对流层重要的反应物，它是通过以下反应 O 3 + h v ( 3 2 0 n m ) O

13、 ( 1 D ) + O 2J 1 产生的激发态氧原子 O(1D)与气相中的水反应而生成的： 书山有路勤为径！ O ( 1 D ) + H 2 O O H + O HK 3 然而激发态氧原子 O(1D)也可以进行如下反应而不生成羟基自由基 (OH)： O ( 1 D ) + O 2 O ( 3 P ) + O 2O ( 1 D ) + N 2 O ( 3 P ) + N 2K 1K 2假定以上反应中 O(1D)的浓度处于稳态，请写出羟基自由基（ OH）生成反应的速率方程式（以上反应式中的 J1， K1， K2， K3 表示各反应的反应速率常数）。 5. 对流层中甲烷、异戊二烯、 CO与羟基自由

14、基的反应可以用二级反应动力学描述，即 ( ) dCr k T O H Cdt ，其中 ( ) e xp ( / )k T A E RT，具体参数见下表。 同时可假定反应过程中对流层中羟基自由基处于稳态，浓度不变，为 106个分子 /cm3.s。我们定义物质浓度降低一个自然对数（即降低为初始浓度的 1/e）的时间为该物质的大气寿命，请计算以上物质在 298K时的大气寿命。 反应物质 A (cm3.分子 -1s-1) E/R(K) 甲烷 2.65 10-12 1800 异戊二烯 25.4 10-12 -410 CO 1.5 10-13 0 6. 测定一个物质与羟基自由基 OH的反应速率常数经常采用

15、以下方法：将待测定物 质 A和另书山有路勤为径！ 一物质 B（物质 B与羟基自由基的反应速率常数 kB已知）放入同一个存在羟基自由基的反应器中，通过测定物质 A和 B的浓度随时间的变化，通过 lnA0/At对 lnB0/Bt作图以及已知的 kB计算得到 kA。请说明为什么。假定物质 A和 B与羟基自由基的反应均为一级反应（对 A和 B而言），同时假定反应过程中羟基自由基处于稳态。 7. 术语 翻译 Methane 甲烷 Carbon monoxide 一氧化碳 carbon dioxide 二氧化碳 isoprene 异戊二烯 terpene 萜烯 Ammonia 氨 nitrogen oxi

16、des 氮氧化物 nitrous oxide 一氧化二氮 Carbonyl sulfide 羟基硫 sulfur dixoide 二氧化硫 dimethyl sulfide 二甲基硫 Halocarbon 卤代烃 Chlorofluorocarbons(CFCs)氯氟烃类 hydrochlorofluorocarbons(HCFCs)氢氯氟烃类 hydrofluorocarbons (HFCs) 氢氟烃类 Perhalocarbons 全卤代烃 halons 含溴代物 emission 散发 Photolysis 光分解 ozone hydroxyl radical 羟基自由基作用 photo

17、chemical reaction 光化学作用 大气化学作业 2 8. Why is it that “highest levels of carbon monoxide tend to occur in congested urban areas at times when the maximum number of people are exposed?” CO的一大来源是汽车，城市人多交通拥挤是自然有大量 CO排放，所以此时 CO浓度最高。 9. If a power plant burning 10,000 tons of coal per day with 10% excess ai

18、r emits stack gas containing 100 ppm by volume of NO, what is the daily output of NO? Assume the coal is pure carbon. 答： 先根据下式计算空气量： 书山有路勤为径！ 化学反应式为 2OC C 的摩尔数为 10000 106g/12g/mol，相应 O2 也需要这么多的摩尔数，再考虑 10%的过量，而氧气又占空气的 21%，假定燃烧后空气体积不变（消耗氧气产生 CO2），所以燃烧后的空气体积为： L106 109.7822 .4L / m ol0.211.112 g / m ol

19、 g1010 00 0 所以产生的 NO 量为： tm olgm olLL 1.13/30/4.22101001078.9 610 10. 已知下列化学键的键能，请计算使得这些化学键光解断裂的最大波长。 键 键能（ kJ/mol） 相应波长 nm H-H 436 274 H-Cl 432 277 Cl-Cl 243 492 O=O 498 240 NN 946 126 H-C 415 288 C=O（二氧化碳） 804 149 11. 推导羟基自由基生成速率表达式 羟基自由基（ OH）是对流层重要的反应物，它是通过以下反应 O 3 + h v ( 3 2 0 n m ) O ( 1 D ) +

20、 O 2J 1 产生的激发态氧原子 O(1D)与气相中的水反应而生成的： O ( 1 D ) + H 2 O O H + O HK 3 然而激发态氧原子 O(1D)也可以进行如下反应而不生成羟基自由基 (OH)： O ( 1 D ) + O 2 O ( 3 P ) + O 2O ( 1 D ) + N 2 O ( 3 P ) + N 2K 1K 2假定以上反应中 O(1D)的浓度处于稳态，请写出羟基自由基（ OH）生成反应的速率方程式（以上反应式中的 J1， K1， K2， K3 表示各反应的反应速率常数）。 答： 羟基自由基（ OH）是对流层重要的反应物，它是通过以下反应 O 3 + h v

21、 ( 3 2 0 n m ) O ( 1 D ) + O 2J 1 产生的激发态氧原子 O(1D)与气相中的水反应而生成的： 书山有路勤为径！ O ( 1 D ) + H 2 O O H + O HK 3 然而激发态氧原子 O(1D)也可以进行如下反应而不生成羟基自由基 (OH)： O ( 1 D ) + O 2 O ( 3 P ) + O 2O ( 1 D ) + N 2 O ( 3 P ) + N 2K 1K 2假定以上反应中 O(1D)的浓度处于稳态，请写出羟基自由基（ OH）生成反应的速率方程式（以上反应式中的 J1， K1， K2， K3 表示各反应的反应速率常数）。 答： 2 31

22、232221 23 OJOHKNKOK OHKP OH 12. 对流层中甲烷、异戊二烯、 CO与羟基自由基的反应可以用二级反应动力学描述，即 ( ) dCr k T O H Cdt ，其中 ( ) e xp ( / )k T A E RT，具体参数见下表。 同时可假定反应过程中对流层中羟基自由基处于稳态，浓度不变，为 106个分子 /cm3.s。我们定义物质浓度降低一个自然对数（即降低为初始浓度的 1/e）的时间为该物质的大气寿命，请计算以上物质在 298K时的大气寿命。 反应物质 A (cm3.分子 -1s-1) E/R(K) 甲烷 2.65 10-12 1800 异戊二烯 25.4 10-

23、12 -410 CO 1.5 10-13 0 答：根据上表计算出上述 物质在 298K的反应速率常数，见下表 反应物质 A (cm3.分子 -1s-1) E/R(K) k (298K) (cm3.分子 -1s-1) 甲烷 2.65 10-12 1800 6.3 10-15 异戊二烯 25.4 10-12 -410 101 10-12 CO 1.5 10-13 0 1.5 10-13 由于 OH已知且为定值，因此由 ( ) dCr k T O H Cdt 积分，可得到 t时刻反应物的浓度表达式：0ln ( 2 9 8 ) tC k O H tC 。 根据大气寿 命的定义，为 Ct/C=1/e时的

24、反应时间，代入上式，可知大气寿命 1(298) t k OH 所以甲烷、异戊二烯和 CO的寿命分别为： 书山有路勤为径！ 反应物质 大气寿命 (小时） 大气寿命（年） 大气寿命（月） 甲烷 44025.76237 5.02577196 异戊二烯 2.762768712 CO 1851.851852 2.572016 13. 测定一个物质与羟基自由基 OH的反应速率常数经常采用以下方法：将待测定物质 A和另一物质 B（物质 B与羟基自由基的反应速率常数 kB已知）放入 同一个存在羟基自由基的反应器中，通过测定物质 A和 B的浓度随时间的变化，通过 lnA0/At对 lnB0/Bt作图以及已知的

25、kB计算得到 kA。请说明为什么。假定物质 A和 B与羟基自由基的反应均为一级反应（对 A和 B而言），同时假定反应过程中羟基自由基处于稳态。 答：反应过程中 A、 B与 OH的反应均为一级反应，即 dA k OH Adt （ 1） dB k OH Bdt （ 2） 且 OH处于稳态，因此以上两式可分别积分得到： 0ln AtA ktA （ 3） 0ln BtB ktB （ 4） （ 3） /（ 4）可得到： 00 ln ln At B tABkA k B 所以测定反应过程中 A、 B浓度的变化， lnA0/At对 lnB0/Bt作图，得到一条直线，根据直线斜率和 kB就可以得到 kA。 14

26、. 术语 翻译 Methane 甲烷 Carbon monoxide 一氧化碳 carbon dioxide 二氧化碳 isoprene 异戊二烯 terpene 萜烯 Ammonia 氨 nitrogen oxides 氮氧化物 nitrous oxide 一氧化二氮 书山有路勤为径！ Carbonyl sulfide 羰基硫 sulfur dixoide 二氧化硫 dimethyl sulfide 二甲基硫 Halocarbon 卤代烃 Chlorofluorocarbons(CFCs) 氯氟烃 hydrochlorofluorocarbons(HCFCs) 氢氯氟烃 hydrofluorocarbons (HFCs) 氢氟碳 Perhalocarbons 全卤烃 Halons 哈龙 emission 排放 photolysis 光解 ozone 臭氧 hydroxyl radical 羟基自由基 photochemical reaction 光化学反应 大气化学作业 3 1. 请举例说明为什么大量烃类化合物和 NOx 排放到大气会导致大气臭氧浓度升高，请写出具体的反应式。 2. 氮氧化物在对流层中是如何清除的？请写出必要的反应式。 3. 请写出大气中 OH 产生和破坏的反应式。