化学与大气污染.ppt

化学与大气污染 随着工业化进程的高歌猛进 大气污染问题日益突出 13世纪初 英国便有因空气污染影响居民健康的事件 至17 18世纪 空气污染问题已成为一个严重的社会问题 一 引言 在干洁的大气中 微量气体的组成是微不足道的 但是在一定范围的大气中 出现了原来没有的微量物质 其数量和持续时间 都有可能对人 动物 植物及物品 材料产生不利影响和危害 当大气中污染物质的浓度达到有害程度 以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件 对人或物造成危害的现象叫做大气污染 造成大气污染的原因 主要是物理因素和化学因素 然而 物理作用对空气造成的污染远不如化学作用的危害大 物理作用导致的污染 例如粉尘 危害相对较小 治理也相对容易 衡量大气污染程度的几个指标 受理化作用的共同控制 然而受化学因素控制的成分明显更重 比如酸雨 大气污染 19世纪 人见人怕 花见花衰的 杀人烟雾 首次出现在比利时 这是史上第一次因大气污染导致的大规模死亡事件 1948年至1962年 又四度笼罩伦敦 累计导致6000余人死亡 其中1952年伦敦烟雾事件 4000名居民仅在5天内丧生 这杀人的烟雾就是现在的酸雨 其主要成分为氮及硫的化合物 我们把pH值低于5 6的雨水定为酸雨 它看起来与普通雨水无异 但所含酸性物质进入陆地表面土壤和水中 依靠这些水土生存的生物 受到了不利影响 特别是对森林的破坏作用很大 1939年第一次作为酸雨记录下来的pH值是5 9 到50年代 酸雨的pH值已降到3 5 最低还有2 1的记录 我们平时使用的醋的PH值也不过2 9而已 和醋的酸性差不多甚至更强了 由于含有污染物的大气是在流动的 它可以飘洋过海 日本排放的酸性成分可以跑到美国再形成酸雨降下 加拿大的酸雨源出美国更不足奇 科学家测出 云集在瑞典和挪威上空的二氧化硫气体 有2 3是来自英国和德国的工业区 而我国到1999年已成为仅次于欧洲和北美的世界第三大酸雨区 二 N的化合物的危害 N 氮 分子量14 01 核电荷数为7 外层电子排布式为2s22p3 氮的性质 氮在大气中存在形式主要为氮气 由氮元素构成的双原子单质N2占空气体积分数的78 由于单质N2在常况下异常稳定 人们常误认为氮是一种化学性质不活泼的元素 实际上相反 元素氮有很高的化学活性 N的电负性 3 04 仅次于F O和Cl 说明它能和其它元素形成较强的键 另外单质N2分子的稳定性恰好说明N原子的活泼性 在一些反应中 氮气也被用作反应的气体环境 在一些配合物中也活跃着N元素的身影 例如我们化学书上的乙二胺 络合物六氰合亚铁 离子 化合物 如氮气和氧气在一定条件下生成一氧化氮 N2 O2 2NO从而一氧化氮和水反应生成硝酸和亚硝酸 大家都知道 王水能溶解绝大部分金属 过去就曾被认为是在王水中产生了原子氯和强氧化性的氯化亚硝基的缘故 HNO3 3HCl NOCl Cl2 2H2O由上述方程式可见N也可发生化学价降低的反应 比如由于N3 离子的负电荷较高 半径较大 171pm 遇到水分子会强烈水解 因此其离子型化合物只能存在于干态 不会有水合N3 离子存在 又比如二氧化氮在一定条件下生成一氧化氮和游离的氧原子 污染 造成大气污染的N的化合物主要为NO2 二氧化氮除自然来源外 主要来自于燃料的燃烧 城市汽车尾气 此外 工业生产过程也可产生一些二氧化氮 据估计 全世界人为污染每年排出的氮氧化物大约为5300万吨 如 氮气和氧气生成二氧化氮的反应 可以发生在汽车尾气的高温中 也可发生在云层间的突然放电 也就是闪电 等自然过程中 反应时 首先发生生成NO的反应 NO在大气中不稳定 很快发生于氧气的氧化还原反应 生成NO2 工业生产时NO2排放的最大来源 其反应过程要复杂的多 NO是一种有刺激性气味的气体 可进一步氧化生成硝酸 也可降价生成亚硝酸 通过硝酸亚硝酸的强酸性及强氧化性 反映出二氧化氮的危害性 氮氧化物还会与臭氧层中的O3及少量O原子发生反应而减少臭氧浓度 NO O3 NO2 O2 O NO2 NO O2 目前对于大气污染中NO2的治理主要通过其和强碱反应 如2NO2 2NaOH aNO2 NaNO3 H2O 三 S的化合物的危害 酸雨 S的性质 硫 分子量32 0 核电荷数16 外层电子排布式为3s22p4 单质硫有几种同素异形体 主要是菱形硫 密度2 07克 厘米3 熔点11 28 沸点444 674 硫元素具有显著的非金属性 然而同住的氧 非金属性更强 因此 很多硫的氧化物中 S元素很多情况下表现出正价 硫化物 在我国炼铁工业中 FeS2是重要的原料 工业炼铁中 会发生反应 4FeS2 11O2 2fe2o3 8so2 在大气中 二氧化硫会氧化而成硫酸雾或硫酸盐气溶胶 是环境酸化的重要前驱物 大气中二氧化硫浓度在0 5ppm以上对人体已有潜在影响 在1 3ppm时多数人开始感到刺激 在400 500ppm时人会出现溃疡和肺水肿直至窒息死亡 当大气中二氧化硫浓度为0 21ppm 烟尘浓度大于0 3mg lL 可使呼吸道疾病发病率增高 慢性病患者的病情迅速恶化 如前面提到的伦敦烟雾事件以及马斯河谷事件和多诺拉等烟雾事件 都是这种协同作用造成的危害 在我国部分地区也采集到了酸雨 我们可以将其大致划分成西南酸雨区 华中酸雨区 华东沿海酸雨区 目前我国酸雨成分主要为硫酸 剧毒气体 H2S 是一种毒性更大的气体 所幸 H2S在大气中含量极小 造成的危害很小 硫化氢为常温下无色 有臭鸡蛋气味的气体 H S键能较H O键能小 在300度左右的温度下H2S就会分解成H2和S 它是一种极强力的神经毒剂 能引起中枢神经系统的机能改变 人吸入浓度为1g mm的H2S在数秒钟内即可死亡 由于H2S的相对空气密度为1 19 能在较低处扩散到相当远的地方 遇明火即会回燃爆炸 在天然气开采过程中 H2S有可能会发生中毒事件 一般采取的对策是在井口引出H2S用火燃烧 使极毒H2S迅速转化为有慢性污染的SO2 四 结语 随着生产力的发展 科学的进步人类自然的开发速度大大加快 自第一次工业革命的生产总值 以远远超过过去一切时代的总和 我们的物质生活的丰富程度 是我们的祖先无法想象的到的 在我们沉湎于征服自然这一无知的口号中时 大自然用无情的事实告诉我们 人类可以改造自然 但不能征服自然 盲目俄规划和过度的开发只能招致自然