太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会 第 4 章 环境与环境污染

地质环境 土壤环境 自然环境 自然条件和自然资源的总称 大气环境 水体环境 …… 环境 交通环境 商业环境 社会环境 人工建立的环境 旅游环境 …… 环境问题主要指生态环境的破坏和环境污染。

4.1 环境与生态系统 生产者：绿色植物 初级消费者：草食动物 生物环境 消费者 次级消费者：肉食动物 三级消费者 分解者：微生物 生态系统 4.1 环境与生态系统 生产者：绿色植物 初级消费者：草食动物 生物环境 消费者 次级消费者：肉食动物 三级消费者 分解者：微生物 生态系统 温度、阳光 土壤 自然环境 水、二氧化碳、氧气 ……

植物、动物、微生物组成的生物群落，即生物环境。生物赖以生存的环境叫自然环境。生态系统主要功能：进行物质交换和能量交换。 生产者：又叫自养生物，主要是绿色植物，它们通过光合作用吸收太阳能合成有机物。由生产者固定的太阳能和合成的有机物是生态系统能量流动和物质循环的基础。

消费者：靠食用生产者而生存的异养生物。按营养方式可分为初级消费者、次级消费者和三级消费者。生物与生物之间通过吃与被吃的食物关系形成一条链条，叫食物链，食物链上每一环节都叫营养级。 注：食物链中必包含生产者。没有生产者，只有消费者的链条，不是食物链。 分解者：异养生物、小型消费者，通过分解生产者、消费者的尸体来释放能量。

小知识点 生态系统中，能量流动的渠道是食物链和食物网。通过这样的方式能量由一个营养级传递给下一个营养级，最后达到能量循环。生态系统最初的能量来源于太阳能。

生态系统发展到一定阶段，它的生物种类的组成、各种群的数量比率及能量和物质的输入、输出等，都处于相对稳定状态，这种状态称为生态平衡。 破坏生态平衡的因素有自然因素和人为因素。自然因素主要是些自然灾害，不常发生，但破坏严重。人为因素是指人类在从事生产、生活的过程中引起的生态平衡的破坏，这种破坏是大量的、长期的，会使环境质量不断恶化——环境污染。

4.2 自然环境中化学物质的循环 自然环境分为四个圈层：生物圈、大气圈、水圈和岩石圈，总称生态圈。 4.2 自然环境中化学物质的循环 自然环境分为四个圈层：生物圈、大气圈、水圈和岩石圈，总称生态圈。 大气圈 岩石圈 生物圈 水圈 自然环境发展历史分为：地球的形成、生物的形成和人类的出现三个阶段。

1. 地球的形成 a. 岩石圈的形成： 放射性元素裂变、衰变 地表温度升高 局 部 熔 融 陨星的碰撞 地壳、地幔、地核 局 部 熔 融 陨星的碰撞 地壳、地幔、地核 b. 大气圈的形成： 地球内部气体不断迸发，构成原始大气圈。 缺氧 主要成分：H2O、CO、CO2、CH4和N2等 c. 水圈的形成：水气凝结

2. 生物的形成 简单无机化合物 太阳能 简单有机化合物 地热能 甲烷 光合作用 藻类 细菌 生物大分子 释放O2 O3层 土壤层

3. 人类的出现 人类的出现距工业革命约300万年，这些年间人类活动对环境影响并不明显。但工业革命至今不过200年，自然资源和能源的开发速度相当惊人，造成环境污染日益严重。

4.2.1 水循环 遇冷 小水滴、小冰晶 降雨、降雪 蒸发 江、河、湖、海 地 下 水 4.2.1 水循环 遇冷 小水滴、小冰晶 降雨、降雪 蒸发 江、河、湖、海 地 下 水 水循环依靠固、液、气三态易于转化的特性，借太阳辐射和重力作用来实现。

4.2.2 氮循环 要想实现首先必须将游离氮转化成化合态的氮。 固氮处理的两种途径： 1）高能固氮——闪电、化学合成 4.2.2 氮循环 要想实现首先必须将游离氮转化成化合态的氮。 固氮处理的两种途径： 1）高能固氮——闪电、化学合成 2）生物固氮——植物的根瘤菌 合成的氨和硝酸盐经降雨降落到地表后，被植物吸收，转变成各类氨基酸和蛋白质，并经食物链在各个营养级间循环转化，最后经分解者将残存在动植物残骸中的蛋白质分解成NH4+、NO3-，重新回到自然界。

4.2.3 碳循环 三种基本方式 1）植物经光合作用，将大气中的CO2和H2O化合成糖类，后呼出CO2。 4.2.3 碳循环 三种基本方式 1）植物经光合作用，将大气中的CO2和H2O化合成糖类，后呼出CO2。 2）动物采食植物，将糖类吸收，在体内氧化为CO2，再经呼吸释放出CO2 。 3）煤、石油、天然气燃烧生成CO2。

4.2.4 氧循环 注 上述三种循环都包含部分氧循环。 参与循环的物质仅是该物质很少的部分，大部分还存留在各自的“储库”中。 4.2.4 氧循环 注 上述三种循环都包含部分氧循环。 参与循环的物质仅是该物质很少的部分，大部分还存留在各自的“储库”中。 各物质总体循环一周所需时间很长。

4.3 大气污染 大气中的水气主要来自水体、土壤和植物中水分的蒸发；大气中的固体悬浮物主要来自工业烟尘、火山喷尘和海浪飞逸带出的盐质等。 4.3 大气污染 大气中的水气主要来自水体、土壤和植物中水分的蒸发；大气中的固体悬浮物主要来自工业烟尘、火山喷尘和海浪飞逸带出的盐质等。 氧气的作用机制 氧气被吸进肺后与血液中的血红蛋白结合，由血液将氧输送到全身，然后与身体中的营养成分作用而释放出人体活动必须的能量。

4.3.1 汽车尾气 汽车尾气中的有害成分主要有CO、NOx、SO2、HC和颗粒等。 1）CO ——汽油燃烧不完全的产物。 CO的危害机制 4.3.1 汽车尾气 汽车尾气中的有害成分主要有CO、NOx、SO2、HC和颗粒等。 1）CO ——汽油燃烧不完全的产物。 CO的危害机制 CO被吸入人体后，极易与血红蛋白结合，从而使血红蛋白失去携氧能力，使人窒息。

2）NOx NOx主要指NO和NO2，在汽缸点火的高温瞬间由空气中的氮气和氧气化合而成。 NOx进入人体后，先刺激呼吸器官，与细胞液中水分结合生成硝酸和亚硝酸，产生刺激和腐蚀作用，引起肺水肿。 危害：酸雨、光化学烟雾。 3）SO2 燃料中所含的硫经燃烧而成。 危害：刺激上呼吸道、酸雨、与大气飘尘协同作用危害更大。

4）烃类污染物 常以HC表示，主要是指汽车尾气排放的未经燃烧的汽油和燃烧不完全产生的多种烃类衍生物。 危害：诱发光化学烟雾。 5）颗粒物 降尘：直径大于 的颗粒。 特点：在空气中停留时间短，危害小。 飘尘：直径小于 的颗粒，停留时间较长。

对健康危害最大的是 的颗粒，这种飘尘可直接到达肺细胞，引起呼吸道疾病。当它与SO2、NOx等产生协同作用后，可引起支气管炎、肺炎，甚至肺心病。 6）铅化合物、碳颗粒和油雾 铅化合物：来自汽油的抗爆添加剂，毒性大，能引起急性精神病，当血液中铅含量超过0.1 mg，可造成贫血。 碳颗粒：燃料不完全燃烧的产物。 油雾：由油箱及化油器的逸漏而造成。

4.3.2 光化学烟雾 大气中NOx和HC是一次污染物。它们在紫外线照射下，能发生化学反应，衍生出二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象称为光化学烟雾。 光化学烟雾循环的开始

刺激眼睛和粘膜引起眼红流泪、头痛、气喘咳嗽等症，重者死亡。 光化学烟雾的主要成分和产物： 汽车尾气 + 阳光 + O2(g) O3(g) + NO2(g) + CO2(g) + 有机化合物 O3、PAN和醛类物质的危害： 刺激眼睛和粘膜引起眼红流泪、头痛、气喘咳嗽等症，重者死亡。 催化转化器原理： 使排放的废气和外界空气通过催化剂处理后，氮氧化合物转化为氮气，HC转化为二氧化碳和水。

4.3.3 酸雨 降雨的酸化程度常用PH值表示，正常雨水偏酸性，PH值为6~7，酸雨主要是指PH值小于5.6的降水。酸雨主要由废气中的SO2和NOx造成。 这里的催化剂主要是烟尘、臭氧 气相： 液相：

NOx形成酸雨的过程： 酸雨的危害： 使水域、土壤酸化，危害渔业生产，腐蚀建筑物、工厂设备和文化古迹，破坏生态平衡。

4.3.4 温室效应 由于大气吸收的辐射热量多于散失的，最终导致地球保持相对稳定的气温，这种现象称为温室效应。 4.3.4 温室效应 由于大气吸收的辐射热量多于散失的，最终导致地球保持相对稳定的气温，这种现象称为温室效应。 温室效应是地球上生命赖以生存的必要条件，但随着人口激增、化石燃料用量猛增、滥砍滥伐森林，导致温室效应加剧，造成不良危害。 温室效应的危害： 使冰雪融化、极地变暖，海平面慢慢上升，同时，变暖的气候有利于病菌、霉菌和有毒物质的生长。

千年冰架断裂

4.3.5 臭氧层空洞 臭氧能吸收一定波长的紫外光，防止高能紫外线对地球生物的伤害。 臭氧的形成： 4.3.5 臭氧层空洞 臭氧能吸收一定波长的紫外光，防止高能紫外线对地球生物的伤害。 臭氧的形成： 臭氧变薄、出现空洞意味着更多紫外辐射线到达地面，紫外线对生物具有破坏性，对人的皮肤、眼睛甚至免疫系统都会造成伤害，严重阻碍各种农作物和树木的正常生长，且加剧温室效应。

1）氟里昂破坏O3的机理 总反应： Cl本身只做催化剂，反复分解臭氧。 2）氮的化合物破坏O3的机理 总反应：

插 花 为了保护臭氧层免遭破坏，1987年签定了蒙特利尔议定书，及禁止使用氟里昂和其他卤代烃国际议定书。

花 絮 4.4 水体污染 1977年，联合国向全世界发出警告：水源不久将成为继石油危机之后的另一个更为严重的全球性危机，人类将面临水源危机。 4.4 水体污染 花 絮 1977年，联合国向全世界发出警告：水源不久将成为继石油危机之后的另一个更为严重的全球性危机，人类将面临水源危机。 　　天然水可分为降水、地表水和地下水三类。天然水体中通常含有三大类物质：悬浮物质、胶体物质和溶解物质。

水体污染主要是指由于人类各种活动排放的污染物流入河流、湖泊、海洋或地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化而降低了水体的使用价值。据统计，全世界75%的疾病都与水有关。 　　水体污染主要是自然污染和人为污染，后者是主要的。自然污染是由自然因素造成的污染；人为污染是人类生活、生产活动中产生的废污水对水体的污染。

1）酸碱盐污染物 引起水体中酸碱盐浓度超过正常量使水质变坏的现象就称为酸碱盐污染。 　　危害：当水体长期受酸碱污染，会使水体不能维持正常的PH值范围，既影响水生生物的正常活动，造成水生生物的种群发生变化，导致鱼类减少，又会破坏土壤的性质，影响农作物的生长，还会腐蚀船舶、水上建筑等。

2）有毒无机污染物 主要指汞、镉、铅等重金属和砷的化合物以及氰根离子、亚硝酸根离子等。 重金属污染物： 危害机制： a. 水中的微生物难于使之分解消除，不断被富集； b. 不易排泄，引起慢性中毒； c. 生物体内的重金属可被微生物降解成毒性更大的 有机化合物。

例：水俣病由所食鱼中含的氯化甲基汞引起；“痛痛病”由镉污染引起。 注：重金属污染不仅与摄入机体内的数量有关，也与其存在形态有关。 氰化物：以各种形式存在于水中。 危害：人中毒后会造成呼吸困难，全身细胞缺氧，以致窒息死亡。 　　来源：工业废水（电镀废水等）。

3）有毒有机污染物 主要包括有机氯农药、多氯联苯、高分子聚合物等。 特点：大多数为难降解有机物或持久性有机物，在水中含量不高，但残留时间长，有积蓄性。 危害：慢性中毒、致癌、突变等。 合成洗涤剂、有机氯农药： 特点：毒性大，化学性质稳定，残留时间长，易溶于脂肪，积蓄性强，能在水生生物体内富集。 危害：影响水生生物繁衍，且通过食物链危害人体。　

多氯联苯（PCB）： 特点：有剧毒，脂溶性强，易被生物吸收，化学性质稳定，不易燃烧，强酸、强碱、氧化剂等都不易使其分解，耐热、绝缘。在天然水和生物体内都很难降解，是一种很稳定的环境污染物。　 石油——各种烃类化合物： 来源：由河流排入海洋的废油、船舶排放和事故溢油、海底油田泄露和井喷事故等。 1991年，爆发的海湾战争，是最大的一次石油污染海洋事件。　

危害：石油中各种成分，都有一定的毒性，且能破坏生物的正常生活环境，造成生物机能障碍。 a. 致使海水缺氧； b. 堵塞生物表面微细结构，阻碍其正常摄取食物、呼吸等； c. 用含油污水灌田，会使油膜附在农作物上而枯死。 4）耗氧有机物 特点：本身无毒性，但分解时会消耗水中的溶解氧。 来源：烃类化合物、蛋白质、脂肪等。

天然水体中溶解氧含量一般为5~10 mg . L-1。耗氧有机物对水体的污染，可用单位体积水中耗氧有机物生化分解过程中所消耗的氧量（单位： mg . L-1 ），即生物化学需氧量（ BOD ）来表示。 用水温在25 oC时5天的生化需氧量BOD5为指标，以反映耗氧有机物质的含量与水体污染的关系。 BOD5愈高，溶解氧消耗就愈多，水质愈差。

危害：含量越多，会恶化水质，影响渔业生产和危害人体健康。 5）植物营养素 ——植物生长、发育的养料。 危害：含量越多，会恶化水质，影响渔业生产和危害人体健康。 a. 蛋白质 分解过程：蛋白质 肽、氨基酸 胺及氨 微生物 2NH3 + 3O2 2HNO2 + H2O 微生物 2HNO2 + O2 2HNO3

当水体中营养元素积累到一定程度后，水体过分肥沃，藻类繁殖特别迅速，使水生生态系统遭到破坏，这种现象称为水体的富营养化。 富营养化水体的上层处于溶解氧过饱和状态，下层处于缺氧状态，底部处于厌氧状态。 危害：对鱼类生长不利，湖泊、水库等变成沼泽。

人体的排泄物也是一类有机氮化合物，能够对水环境，特别是地下水造成污染。 b. 排泄物 人体的排泄物也是一类有机氮化合物，能够对水环境，特别是地下水造成污染。 亚硝胺是一类很强的致癌物质，有的甚至可以通过胎盘或乳汁影响下一代，只是不同种类的亚硝胺产生的病变部位不同。 CH3 CH3 NH + HNO2 N-NO + H2O CH3 CH3 N-亚硝基二甲胺

c. 洗涤剂 肥皂 RCOOCH2 CH2OH RCOOCH + 3NaOH 3RCOO-Na+ + CHOH RCOOCH2 CH2OH 缺点：硬水中，会生成难溶于水的脂肪酸钙和镁盐；在酸性水中，会生成难溶于水的脂肪酸而丧失去垢力。

合成洗涤剂 ——同时具有亲水基团和憎水基团。 辅助剂：聚磷酸盐(Na5P3O10)、荧光增白剂、香料。 三聚磷酸盐可与水中钙、镁等离子形成配合物，防止产生沉淀；使洗涤有适当的酸碱度，减少对皮肤的刺激。

危 害 a. 对皮肤有刺激作用，使鱼类中毒； b. 是有机分子，在水中可进行生物降解，会消耗溶解氧； c. 漂起的泡沫覆盖在水面上会降低水的复氧速度，影响水生生物的生存； d. 磷酸盐的排入可造成富营养化现象，使水质恶化。

6）氯化消毒 ——传统饮水消毒法，后用于造纸工业的制浆漂白。 危害：氯化处理会使水中所含的腐殖质发生变化，形成对人体有害的卤代烃，这些含氯有机物很多有毒，有的具有致癌、致畸、致突变作用。 Cl2 + H2O HCl + HClO

4.5 食品污染 食品质量直接影响着人体的健康。按污染物的性质，食品污染可分为：生物性污染（致病微生物和寄生虫）和化学性污染（有毒化学物质）。 1）汞、镉、铅、砷等化合物 来源：农药、工业废水、废渣。 典型化合物：砷酸铅、甲基汞、铅粉尘、废气。 “痛痛病”病症：关节疼、骨骼萎缩、自行骨折； 病因：含镉化合物的排放。

鱼、贝类生物对镉有一定富集能力；在公路晾晒食物极不科学。 直接排放 水体、水生 生 物 污 染 工业废水（含Hg、Cd） 灌 溉 农 田 污染农作物 土壤污染 食物链 慢性中毒 鱼、贝类生物对镉有一定富集能力；在公路晾晒食物极不科学。

2）有机化合物农药 典型化合物：DDT、敌敌畏等，可直接引起食品污染。 危害渠道：通过皮肤、呼吸道和消化道进入人体。 要警惕慢性农药中毒！ 科学使用农药的基本措施 a. 开发高效、低毒、低残留、无公害的新农药。 b. 合理选择农药品种，选择适当的药液浓度和施药方法。 c. 加强农药管理。 d. 推广综合防治农业病虫害的有效方法。

3）食品添加剂 ——在食品中添加的人工合成化学物质或天然物质。 作用：提高食品的色、香、味和营养成分及延长食品的保质期。 例：为保持肉类色泽鲜美，常加一些硝酸盐或亚硝酸盐的发色剂。 危害机制：会生成高铁肌红蛋白，致使血红蛋白失去携氧能力，引起紫绀症。

4）黄曲霉素 一种名为黄曲霉生物体产生的一类毒素的总称，属生物性污染物质。如：“发霉”现象。 黄曲霉及其毒素对食品的污染分为对植物性食品污染和动物性食品污染，黄曲霉可使人急性中毒，也有很强的致癌性。

概念 4.6 固体废弃物对环境的污染 垃圾是人类生产中必然产生的遗留废料，或人类新陈代谢排泄物和消费品消费后的废弃物品。 4.6 固体废弃物对环境的污染 概念 垃圾是人类生产中必然产生的遗留废料，或人类新陈代谢排泄物和消费品消费后的废弃物品。 城市垃圾指居民的生活垃圾、商业垃圾、市政维护和管理中产生的垃圾。 特点：数量的剧增和成分的变化。

垃圾对土壤、水体、大气均会造成严重的污染。 土壤： 化学污染物（致病菌）、生物病原体 肠道传染病、寄生虫病 淋洗 水体：垃圾 地表水、地下水 腐败 大气：有机物 颗粒、焚烧烟尘 分解

全世界每年产生的垃圾大部分来自西方经济发达国家。美国是产生垃圾最多的国家。 1995年，在日内瓦通过了《巴塞尔公约》修正案，禁止发达国家向发展中国家出口危险废料。 “洋垃圾”事件 习题： 课后 6. 9.