化學(xué)與大氣污染.ppt

化學(xué)與大氣污染 隨著工業(yè)化進(jìn)程的高歌猛進(jìn) 大氣污染問題日益突出 13世紀(jì)初 英國(guó)便有因空氣污染影響居民健康的事件 至17 18世紀(jì) 空氣污染問題已成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題 一 引言 在干潔的大氣中 微量氣體的組成是微不足道的 但是在一定范圍的大氣中 出現(xiàn)了原來(lái)沒有的微量物質(zhì) 其數(shù)量和持續(xù)時(shí)間 都有可能對(duì)人 動(dòng)物 植物及物品 材料產(chǎn)生不利影響和危害 當(dāng)大氣中污染物質(zhì)的濃度達(dá)到有害程度 以至破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展的條件 對(duì)人或物造成危害的現(xiàn)象叫做大氣污染 造成大氣污染的原因 主要是物理因素和化學(xué)因素 然而 物理作用對(duì)空氣造成的污染遠(yuǎn)不如化學(xué)作用的危害大 物理作用導(dǎo)致的污染 例如粉塵 危害相對(duì)較小 治理也相對(duì)容易 衡量大氣污染程度的幾個(gè)指標(biāo) 受理化作用的共同控制 然而受化學(xué)因素控制的成分明顯更重 比如酸雨 大氣污染 19世紀(jì) 人見人怕 花見花衰的 殺人煙霧 首次出現(xiàn)在比利時(shí) 這是史上第一次因大氣污染導(dǎo)致的大規(guī)模死亡事件 1948年至1962年 又四度籠罩倫敦 累計(jì)導(dǎo)致6000余人死亡 其中1952年倫敦?zé)熿F事件 4000名居民僅在5天內(nèi)喪生 這殺人的煙霧就是現(xiàn)在的酸雨 其主要成分為氮及硫的化合物 我們把pH值低于5 6的雨水定為酸雨 它看起來(lái)與普通雨水無(wú)異 但所含酸性物質(zhì)進(jìn)入陸地表面土壤和水中 依靠這些水土生存的生物 受到了不利影響 特別是對(duì)森林的破壞作用很大 1939年第一次作為酸雨記錄下來(lái)的pH值是5 9 到50年代 酸雨的pH值已降到3 5 最低還有2 1的記錄 我們平時(shí)使用的醋的PH值也不過(guò)2 9而已 和醋的酸性差不多甚至更強(qiáng)了 由于含有污染物的大氣是在流動(dòng)的 它可以飄洋過(guò)海 日本排放的酸性成分可以跑到美國(guó)再形成酸雨降下 加拿大的酸雨源出美國(guó)更不足奇 科學(xué)家測(cè)出 云集在瑞典和挪威上空的二氧化硫氣體 有2 3是來(lái)自英國(guó)和德國(guó)的工業(yè)區(qū) 而我國(guó)到1999年已成為僅次于歐洲和北美的世界第三大酸雨區(qū) 二 N的化合物的危害 N 氮 分子量14 01 核電荷數(shù)為7 外層電子排布式為2s22p3 氮的性質(zhì) 氮在大氣中存在形式主要為氮?dú)?由氮元素構(gòu)成的雙原子單質(zhì)N2占空氣體積分?jǐn)?shù)的78 由于單質(zhì)N2在常況下異常穩(wěn)定 人們常誤認(rèn)為氮是一種化學(xué)性質(zhì)不活潑的元素 實(shí)際上相反 元素氮有很高的化學(xué)活性 N的電負(fù)性 3 04 僅次于F O和Cl 說(shuō)明它能和其它元素形成較強(qiáng)的鍵 另外單質(zhì)N2分子的穩(wěn)定性恰好說(shuō)明N原子的活潑性 在一些反應(yīng)中 氮?dú)庖脖挥米鞣磻?yīng)的氣體環(huán)境 在一些配合物中也活躍著N元素的身影 例如我們化學(xué)書上的乙二胺 絡(luò)合物六氰合亞鐵 離子 化合物 如氮?dú)夂脱鯕庠谝欢l件下生成一氧化氮 N2 O2 2NO從而一氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸和亞硝酸 大家都知道 王水能溶解絕大部分金屬 過(guò)去就曾被認(rèn)為是在王水中產(chǎn)生了原子氯和強(qiáng)氧化性的氯化亞硝基的緣故 HNO3 3HCl NOCl Cl2 2H2O由上述方程式可見N也可發(fā)生化學(xué)價(jià)降低的反應(yīng) 比如由于N3 離子的負(fù)電荷較高 半徑較大 171pm 遇到水分子會(huì)強(qiáng)烈水解 因此其離子型化合物只能存在于干態(tài) 不會(huì)有水合N3 離子存在 又比如二氧化氮在一定條件下生成一氧化氮和游離的氧原子 污染 造成大氣污染的N的化合物主要為NO2 二氧化氮除自然來(lái)源外 主要來(lái)自于燃料的燃燒 城市汽車尾氣 此外 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程也可產(chǎn)生一些二氧化氮 據(jù)估計(jì) 全世界人為污染每年排出的氮氧化物大約為5300萬(wàn)噸 如 氮?dú)夂脱鯕馍啥趸姆磻?yīng) 可以發(fā)生在汽車尾氣的高溫中 也可發(fā)生在云層間的突然放電 也就是閃電 等自然過(guò)程中 反應(yīng)時(shí) 首先發(fā)生生成NO的反應(yīng) NO在大氣中不穩(wěn)定 很快發(fā)生于氧氣的氧化還原反應(yīng) 生成NO2 工業(yè)生產(chǎn)時(shí)NO2排放的最大來(lái)源 其反應(yīng)過(guò)程要復(fù)雜的多 NO是一種有刺激性氣味的氣體 可進(jìn)一步氧化生成硝酸 也可降價(jià)生成亞硝酸 通過(guò)硝酸亞硝酸的強(qiáng)酸性及強(qiáng)氧化性 反映出二氧化氮的危害性 氮氧化物還會(huì)與臭氧層中的O3及少量O原子發(fā)生反應(yīng)而減少臭氧濃度 NO O3 NO2 O2 O NO2 NO O2 目前對(duì)于大氣污染中NO2的治理主要通過(guò)其和強(qiáng)堿反應(yīng) 如2NO2 2NaOH aNO2 NaNO3 H2O 三 S的化合物的危害 酸雨 S的性質(zhì) 硫 分子量32 0 核電荷數(shù)16 外層電子排布式為3s22p4 單質(zhì)硫有幾種同素異形體 主要是菱形硫 密度2 07克 厘米3 熔點(diǎn)11 28 沸點(diǎn)444 674 硫元素具有顯著的非金屬性 然而同住的氧 非金屬性更強(qiáng) 因此 很多硫的氧化物中 S元素很多情況下表現(xiàn)出正價(jià) 硫化物 在我國(guó)煉鐵工業(yè)中 FeS2是重要的原料 工業(yè)煉鐵中 會(huì)發(fā)生反應(yīng) 4FeS2 11O2 2fe2o3 8so2 在大氣中 二氧化硫會(huì)氧化而成硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠 是環(huán)境酸化的重要前驅(qū)物 大氣中二氧化硫濃度在0 5ppm以上對(duì)人體已有潛在影響 在1 3ppm時(shí)多數(shù)人開始感到刺激 在400 500ppm時(shí)人會(huì)出現(xiàn)潰瘍和肺水腫直至窒息死亡 當(dāng)大氣中二氧化硫濃度為0 21ppm 煙塵濃度大于0 3mg lL 可使呼吸道疾病發(fā)病率增高 慢性病患者的病情迅速惡化 如前面提到的倫敦?zé)熿F事件以及馬斯河谷事件和多諾拉等煙霧事件 都是這種協(xié)同作用造成的危害 在我國(guó)部分地區(qū)也采集到了酸雨 我們可以將其大致劃分成西南酸雨區(qū) 華中酸雨區(qū) 華東沿海酸雨區(qū) 目前我國(guó)酸雨成分主要為硫酸 劇毒氣體 H2S 是一種毒性更大的氣體 所幸 H2S在大氣中含量極小 造成的危害很小 硫化氫為常溫下無(wú)色 有臭雞蛋氣味的氣體 H S鍵能較H O鍵能小 在300度左右的溫度下H2S就會(huì)分解成H2和S 它是一種極強(qiáng)力的神經(jīng)毒劑 能引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)能改變 人吸入濃度為1g mm的H2S在數(shù)秒鐘內(nèi)即可死亡 由于H2S的相對(duì)空氣密度為1 19 能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方 遇明火即會(huì)回燃爆炸 在天然氣開采過(guò)程中 H2S有可能會(huì)發(fā)生中毒事件 一般采取的對(duì)策是在井口引出H2S用火燃燒 使極毒H2S迅速轉(zhuǎn)化為有慢性污染的SO2 四 結(jié)語(yǔ) 隨著生產(chǎn)力的發(fā)展 科學(xué)的進(jìn)步人類自然的開發(fā)速度大大加快 自第一次工業(yè)革命的生產(chǎn)總值 以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去一切時(shí)代的總和 我們的物質(zhì)生活的豐富程度 是我們的祖先無(wú)法想象的到的 在我們沉湎于征服自然這一無(wú)知的口號(hào)中時(shí) 大自然用無(wú)情的事實(shí)告訴我們 人類可以改造自然 但不能征服自然 盲目俄規(guī)劃和過(guò)度的開發(fā)只能招致自然