化学与社会PPT演示文稿

1、1,大气的主要成分是：氮气（78.09%）、氧气（20.95%）、氩气（Ar，0.93%）。三者共占整个大气的99.9%以上，此外还有少量的二氧化碳、水蒸气、臭氧（O3）、稀有气体等可变组分（随季节、气象、以及人们生产活动的影响而变化）。 通常把随地球旋转的大气层称大气圈，其高度可达104 K m，总质量约5500 M t (1MT = 1000公斤 )。然而99%的质量却分布在海平面上30 Km以下，而且只有海平面上3.5 Km以内才有足够的氧气维持生物的生命,4. 2大气,1 大气的概况,2,通常把影响地球气候的大气层称为对流层，范围约在海平面上11.2 Km处。对流层的大气密度最大，占整

2、个大气层总质量的95%左右。由于太阳不能直接加热大气层，而是靠温暖的地球把热传给大气层，因此对流层的温度随高度升高反而下降。风、云、雪、雨等天气现象均发生在对流层，而且此层内大气有强烈的对流活动，大气的污染也都发生在此层内，特别是离地球表面1 Km 2 Km的范围内更易污染。该层内主要成分为氮气、氧气、氩气、以及二氧化碳,3,对流层上方约50 Km左右范围称为平流层。该层内主要化学物质是氮气、氧气、以及臭氧等。由于臭氧吸收紫外线后被加热，所以这一层的温度随高度升高增加缓慢，在30 Km-35 Km的高度时，气温约为-55，当高度继续升高到50 Km处，气温可升高到 - 3,4,由于该层内大气的

3、透明度较好，气流也稳定，几乎不存在水蒸气和尘埃，也极少出现云、雨、风暴等天气现象，是现代超音速飞机飞行的理想场所。 平流层上方约80 K m 85 K m左右范围称为中间层。再往上就是非均匀质层，这层里又分为热层（电离层）和外层（散逸层）。这层再往上就是宇宙空间,5,大气的污染是指在任何大气条件下，某些物质的浓度高于它们正常的水准，并对人和动物产生危害作用。大气的污染始于资本主义产业革命，并随世界各国经济的发展而日益严重。 大气的污染物主要有8类：硫化物、碳的氧化物、氮的化合物、烃类化合物、卤素及其化合物、颗粒物质（煤尘、粉尘、金属微粒）、农药及放射性物质。按污染的性质可分为一次污染物（原发性

4、污染物）和二次污染物（继发性污染物,2. 大气的污染,6,二次污染物是指不稳定的一次污染物与大气中原有成分发生化学反应，或污染物之间相互发生化学反应生成的一系列新的污染物，如H2S、SO2和NO等被氧化而生成的新的污染物，又如NO2和HNO3就是由NO被氧化而生成的,直接从各类污染源排出的物质称为一次污染物，其中又包含反应性物质和非反应性物质。反应性物质不稳定，在大气中常与其它污染物发生化学反应，或者作为催化剂促进其它污染物之间发生化学反应。非反应性物质不发生化学反应或反应缓慢，是较为稳定的物质,7,大气中的污染,8,1）微粒 指空气中粒度直径为0.0002 m的液态和固态物质。主要有其溶胶（

5、悬浮于空气中固体物质，其直径一般小于1 m），烟、尘等。大气中微粒主要是由烧煤造成的，平均每燃烧一吨煤会产生11 Kg粉尘。微粒的危害主要有：对人类健康造成威胁、遮挡阳光、降低可见度影响交通、降低气温影响气候,9,2）硫化物 矿物燃料中一般都含有相当数量的硫（例如，煤中含有0.5%-6.0%的硫），燃烧时放出SO2，目前世界上因燃煤而排入大气中的SO2高达1.5亿吨。SO2是无色有味的气体，人的嗅觉器官可检测3 10 - 6以上的SO2，当浓度达到8 10 - 6时，可对人造成危害，达到400 10 - 6时，人立即死亡,10,3）碳的氧化物 一氧化碳（CO）是无色无嗅的气体，使人不易觉察其存

6、在。当CO被吸入人体后，极易与血红蛋白结合，生成羰基血红蛋白。羰基血红蛋白的浓度达到血红蛋白的2.5%时，可对人产生不良影响。CO与血红蛋白的亲合力比O2与血红蛋白的亲合力要大200-300倍，这样CO就会使血红蛋白失去携带氧的能力，导致降低血液中的氧而中毒,11,一氧化碳是城市空气中数量最大的一种污染物，自然原因形成的CO的本底浓度约为110 - 6。造成空气中实际浓度大大超过本底浓度的原因是燃料的不完全燃烧，其中80%是由汽车排出来的。汽车在常速行驶时，排放的废气中CO约占3%；而空档行驶时CO则约占12%；交通繁忙地区的CO浓度常为50 10 - 6。当CO的浓度达到1200 10 -

7、6就会有生命危险,12,4）氮的氧化物 大气中含氮的化合物有：NO、NO2、N2O、NO3- 、NH3等，下层大气中N2O是土壤细菌活动的产物，在对流层上部被氧化。NO和NO2为含氮有机物燃烧时所释放出来的。NO和NO2的毒性较大，比CO的毒性大五倍。它们能刺激呼吸系统及与血色素结合形成亚硝基白色素而引起中毒。NO2是棕色有特殊刺激臭味的气体，浓度达到110-6就能被人感觉到。氮的氧化物还是光化学烟雾的引发剂之一。我国卫生标准规定，居民区大气中NOx（以NO2计）一次最大浓度不得超过0.15 mg/m3,13,5）碳氢化合物 自然界的碳氢化合物大多数是来源于自然界的CH4，另一个来源是植物排出

8、的萜烯类化合物。其它来源还有如：汽油燃烧、杂物焚烧、溶剂蒸发和石油蒸发等原因。碳氢化合物能导致光化学烟雾。例如伦敦烟雾（媒烟雾，烧煤造成SO2释放）和洛杉机烟雾（光化学烟雾，汽车排放的废气：二氧化碳、碳氢化合物、氮的氧化物。,14,伦敦烟雾,1952年伦敦烟雾事件是1952年12月5日9日发生在伦敦的一次严重大气污染事件。这次事件造成多达12000人因为空气污染而丧生，并推动了英国环境保护立法的进程,1952年12月5日开始，逆温层笼罩伦敦，城市处于高气压中心位置，垂直和水平的空气流动均停止，连续数日空气寂静无风当时伦敦冬季多使用燃煤采暖，市区内还分布有许多以煤为主要能源的火力发电站。由于逆温

9、层的作用，煤炭燃烧产生的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、粉尘等气体与污染物在城市上空蓄积，引发了连续数日的大雾天气。期间由于毒雾的影响，不仅大批航班取消，甚至白天汽车在公路上行驶都必须打开大灯,在这一周内，伦敦市支气管炎，冠心病，心脏衰竭，结核病，肺炎、肺癌、流行性感冒等呼吸系统疾病的发病率显著增加。12月9日之后，由于天气变化，毒雾逐渐消散，但在此之后两个月内，由于又有近8000人因为烟雾事件而死于呼吸系统疾病,15,洛杉矶型烟雾,排入大气的氮氧化物和碳氢化物受太阳紫外线作用所产生的一种具有刺激性的浅蓝色烟雾。 城市大气中碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOX）的来源是汽车尾气。光化学烟雾是由氮

10、氧化物、碳氢化合物在强太阳光作用下发生光化学反应形成的。它以NO2光解生成氧原子的反应为引发，导致了臭氧的生成。最终产物是醛、O3、过氧硝酸乙酰酯（PAN）等二次污染物。在特定的地理条件下，当遇逆温或不利于扩散的气象条件时，烟雾便积聚不散，造成大气污染事件。 危害：气味特殊，刺激眼睛和上呼吸道粘膜，引起眼睛红肿和喉炎，导致视力减弱、呼吸紧张、头痛、全身麻痹、肺水肿，甚至死亡；大气能见度降低，易造成交通事故；损害植物和橡胶制品。1946年美国洛杉矶首先发生严重的光化学烟雾事件，故又称“洛杉矶型烟雾,16,6）氧化剂 氧化剂是指空气中氧化性能高的化合物，主要为臭氧（O3），也包括过氧化合物、过氧硝

11、酸盐等，例如过氧乙酰硝酸酯（PNA）。氧化剂不是排入空气中的气体，而是通过光化学氧化作用就地产生的。严格来说，它们不是空气污染物，但是它们的存在令人感到讨厌。臭氧的本底浓度约为0.02510 - 6, 当浓度达到0.110 - 6时人的眼睛就会感到刺激。过氧硝酸酯是一种催泪物质，效果为甲醛的200倍,17,7）放射性污染 放射性污染是指铀、钍、镭等的释放。自然环境中的放射性源有天然和人工两类。天然的放射性源来自宇宙和矿物中的放射。人工放射性源来自医用射线源反应堆和各种放射性废料,18,大气被污染后导致的一个非常明显的后果就是酸雨现象。自然界雨雪呈弱酸性，其pH值约为5.6这是由于大气中的二氧化

12、碳溶于洁净的雨水后形成碳酸的缘故,3 酸雨现象,19,纯水是弱电解质，只有部分电离，因此仅具有微弱的导电能力,其中H+和OH-分别代表酸性和碱性。当H+和OH-浓度相等是则呈中性。纯水中H+和OH-浓度相等为1.004 10 - 7 mol/L，故纯水为中性。为方便起见，常将H+浓度用以10为底数的对数表示，即pH = - log H +。这种表示一目了然，例如水的pH可算得为7.0，即为中性；若pH小于7.0，则为酸性；若pH大于7.0，则为碱性,20,随着大气污染的日益严重，世界各地都有酸雨现象发生，西欧、北美尤为严重，我国南方城市也普遍发生酸雨现象，例如，重庆地区就曾出现过pH为3的酸雨

13、。酸雨的危害有下列多方面： 对人体的健康危害，例如，SO2、硫酸雾、硫酸盐雾等会引起肺水肿和肺硬化等疾病而导致死亡。 使水体酸化严重影响水生动植物的生长和生存。 破坏土壤和植被,21,腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品、以及含碳酸钙的建筑材料。 酸雨的形成是一个复杂过程，其机理尚不十分清楚。酸雨形成的原因可能是因为雨水中含有一定数量的稀硫酸和稀硝酸以及少部分其它弱酸。从我国的情况来看，硫酸多于硝酸。硫酸的来源与局部地区大气中SO2富集并溶于大气中凝结的水中先生成亚硫酸，然后再经过催化氧化作用转化为硫酸。这些过程的实现必须具备一定的条件，例如SO2的量大大超过大气的稀释和自净能力，又有足够的氧化剂（如

14、双氧水或臭氧）和催化剂，同时还要具备一定的气候条件,22,人们发现全球气候正在变暖。据统计，80年代全球平均温度比上世纪下半叶升高0.6 ，是本世纪最热的10年。例如，1993年1月20日是大寒，可我国广州的气温达28，这是十分罕见的。 全球气候变暖将产生许多不利后果。过去1个世纪的平均升温为0.3-0.7，使海水膨胀以及极地冰川和雪山融化，因而导致海平面上升了100 mm-200 mm。若海平面上升1 m，则尼罗河三角洲将全部被淹，许多陆地消失，沿海大城市也将深受水灾之害。海平面的不断升高将给人类生活和经济建设带来不可估量的危害,4 温室效应,23,那麽为什麽全球气候会变暖？早在19世纪末已

15、有人指出，大气中二氧化碳浓度增加将引起气温升高。在产业革命前，大气、海洋和生物圈之间碳循环是基本保持平衡的，大气中二氧化碳的浓度为28010-6。产业革命推动了工业迅速发展，石油天然气的消耗量急剧增加，排放入大气的CO2也随之急剧增加,24,大气中CO2浓度的增加使气温上升的原因在于CO2能吸收红外线。当太阳光照射到海洋和地球表面，使它们变暖，后者又以红外线的形式把热辐射回太空，其中部分为大气中的CO2所吸收，从而使大气层成为地面的保温层，起到保温作用，这就是温室效应。能产生温室效应的气体称为温室气体。除CO2外，N2O、甲烷(CH4)、臭氧（O3）等也是温室气体。但CO2是最主要的温室气体，

16、它在大气层中非常稳定，一般可存留10年之久。因而必须查清楚大气中CO2来源，才能有针对性地采取措施，延缓、减轻或防止全球气候变暖,25,CO2的主要来源是大量使用矿物燃料作为能源，其燃烧产物CO2就大量排放大气中（这占大气中CO2含量的70%）；其次是地球上森林的减少。据统计，全球平均每年以 900万 2400 万公顷的速度砍伐森林。森林是大气的“清洁工”，通过光合作用可以吸收大量 CO2，吐放出氧气，对全球气候起着重要的调节作用。而森林的减少就不可避免的使大气中CO2量增加,26,了解大气中CO2的主要来源，我们防止全球变暖的对策是需要调整人类的生产活动和生活方式。具体来说要控制能源消耗规模

17、，尤其是矿物燃料的消耗规模，大力发展不产生CO2等温室气体的能源，如太阳能、核能、氢能、水力能等。即使是非使用矿物燃料不可，也要讲究使用效率并节约能源。此外必须加强保护森林资源，大力绿化我们的地球,27,大气中有一种稀有成分常被人们忽视，然而它却默默地在保护着人们，那就是臭氧（O3）。臭氧是一种有刺激性气味的气体，人的鼻子只要臭氧含量为0.0210-6时就可闻出。臭氧浓度较高时会对人的健康造成危害。例如使人的脑干受损，干扰体温调节以及毛孔扩张，致使体温下降，严重降低人的夜视能力等。臭氧是由氧气在获得适当能量时产生的，例如闪电、电火花等均会形成臭氧,5. 臭氧层空洞,28,臭氧在不同的大气高度上

18、分布不一样，近地面的对流层中含量很少，随着高度升高臭氧的浓度也逐渐提高，在距地球表面25 km 40 km的平流层中，臭氧的浓度最大称为臭氧层。臭氧层非常稀薄，即使在最大浓度处，臭氧对空气的体积比也不过是百万分之几。其总的累积厚度平均也仅0.3 cm左右。然而就是这样一层簿簿的臭氧层，却成了人类能够得以生存的保护伞。因为它挡住了99%的来自太阳的紫外线辐射。人类对紫外线十分敏感，少量紫外线可起到杀菌防病，促进机体内维生素D形成的作用。然而过量的紫外线却会致人死命，特别是引起人类的皮肤癌，因此臭氧层的存在是生态平衡的极为重要的一环,29,1985年英国南极考察对在南极上空发现臭氧层有一个空洞，其

19、面积有美国那么大，南极上空的臭氧层减少了约50%。而且查明，臭氧减少的现象常发生在9 - 10月之间。臭氧量的减少与高度有关，浓度下降的最大高度是在18 km处，减少量约为90%以上，所以形成了臭氧层中的空洞。1987年12月德国专家发现，北极地区也出现一个类似南极上空的臭氧层空洞，面积稍小，仅为南极臭氧层空洞的1/5。经观察还发现臭氧层空洞并不是固定在一个地方或某一个区域，它是会移动的，且面积有扩大的趋势,1995年南极臭氧层空洞的面积已经扩大到2000万平方公里，相当于欧洲面积的2倍,30,臭氧层遭到破坏而导致形成空洞的原因是由于卤代烃类引起的。卤代烃在人类生活中的用量是极大的，如冷冻剂（

20、氟里昂等）、灭火剂、喷射剂、溶剂等。在生产和使用过程中有许多卤代烃被释放到大气层。这类物质到达平流层后，受到太阳辐射和光氧化作用会分解出氯自由基。这种氯自由基的反应能力极强，导致臭氧迅速分解,是谁破坏了臭氧层,31,例如,32,在平流层中臭氧是由O2在紫外线作用下形成的,这过程中的自由氧原子还会与ClO自由基反应，反应产生的Cl又会进一步破坏臭氧。这种类似链式反应的过程，致使一个氯自由基可以破坏上千个臭氧分子，最终导致臭氧层空洞的形成,同素异形（性）体,33,臭氧层中臭氧的浓度减少1%，短波长紫外线辐射将增强2%，皮肤癌的发病率提高4%。按目前臭氧被破坏的速度推算，到2075年，臭氧将比198

21、5年时减少40%，因此全球皮肤癌患者将达1.5亿人,农作物减少7.5%，水产资源减损25%，人体免疫功能将减退。因此保护臭氧层是一个迫在眉睫的全球性问题，要全世界合作采取共同的行动。为此已召开过多次国际会议，1985年通过了维也纳保护臭氧层公约，1987年达成了蒙特利尔议定书。规定要控制两类8种物质的生产。第一类是氯氟烃，包括CFC-11、CFC-12、CFC-13、CFC-14、 CFC-15,34,第二类是含溴氯氟烃（哈龙），包括1211、1301、2402等。规定还要求从1989年7月1日起氯氟烃的生产和消费不准超标；从1993年7月1日起氯氟烃的生产和消费要比标准减少20%；从1998

22、年7月1日起再减少20%，总共削减50%；对发展中国家可推迟10年执行。我国也参加了上述两个公约，目前我国每年生产上述物质24500吨，实际消费量为31500吨，其中55%用于制冷,35,氯氟烃的沸点较低，在常温下是气体或液体，它们都不溶于水，对绝大部分化学物质是惰性的。氯氟烃商业名为氟里昂，它被用来作为冷冻压缩机介质，压缩时放热，膨胀时吸热制冷。另外，氟里昂还被用来作喷发剂、灭蚊剂、止疼药等。全氟化合物还可作为血液中载氧蛋白血红蛋白的临时替代品。氟里昂在人类生活中有极大的应用。因此研究开发致冷剂的替代物是十分迫切的任务，如溴化锂致冷技术的开发和应用就可大大减少卤代烃的消费,36,燃烧是一种化

23、学现象，从化学的观点讲，是可燃物和氧化剂发生剧烈化学反应，同时放出热和光的现象。 燃烧要有一定的条件才能发生，根据定义它必须同时具有可燃物和氧化剂。但仅有这两种物质不一定就会发生燃烧，例如我们身上穿的衣服是可燃物，空气中的氧是助燃剂，可是这并不会发生燃烧。导致燃烧的另一个重要条件，就是能够引起着火的点火源。这三者就是燃烧的必要条件,4.3 火灾的消防,1）燃烧的必要条件,37,1 可燃物 所谓可燃物，就是能够烧得起来的物质，以化学观点讲就是含有碳、氢等元素的化合物，特别是富含碳的化合物。例如，汽油、煤、酒精但是在特定的条件下可燃物还应包括强还原剂，如金属铝、 金属镁。过去在焊接铁轨时用的铝热剂

24、，就是利用金属铝粉与氧的燃烧反应所生成的,可燃物、氧化剂、点火源这3个条件并不是充要条件，就是说每一个条件中还有一定的要求，否则三者具备也烧不起来。以下逐一讨论这3个条件,38,热使铁熔化的。节日里孩童们玩耍的镁条棒也是利用镁在空气中燃烧所发出的耀眼火花。又如金属镁尚可在CO2中发生燃烧反应 : 2 Mg + CO2 2 MgO + C 各种可燃物，它们的易燃程度不同，因此常用一定的标准将它们划分为各种等级，以便人们在处理、运输或储存过程中加以特别的注意。常用的标准中有根据闪点来划分的,39,所谓闪点，即明火接近易燃或可燃液体的液面时在蒸气中发生一闪一闪而不能连续燃烧现象 （闪火或闪燃）时的液

25、体温度。由于闪点是可能引起火灾危险的最低温度，大部分国家均采用闪点来划分危险程度。 闪点在28以下的均为易燃危险品，如苯、乙醇。 闪点愈低，危险性愈大，如丙酮闪点为-20，乙醚闪点- 45，低沸点石油醚闪点为-55。还可以根据可燃物的燃点来判断它们的危险性,40,所谓燃点即点火源接近可燃物使其着火并继续燃烧的温度。 它与闪点有一定的联系，即闪点高，燃点也高，但闪点愈低，两者的差距愈小。 一般的易燃液体，燃点比闪点高15，闪点高达100 以上时，差值可达30 左右。此外还有按自燃点标准来划分的。所谓自燃，即连续加热虽没有与明火接触，但当温度升高至某一程度时，发生燃烧的现象，也称热自燃。引起这种现

26、象的最低温度即为自燃点。 自燃点一般比闪点和燃点高出许多。如石油醚的自燃点为246 。当然也有自燃点较低的可燃物，如二硫化碳（CS2）的自燃点为112 ，硝化棉的自燃点为180 。可燃物一般分为天然物及其加工产品和化学物质两大类,41,2 助燃剂 最常见的就是空气中的氧。氧在空气中的含量为21%左右，是燃烧中最为普遍的助燃剂。然而当空中氧气的浓度减低到14%以下，依靠氧气发生的燃烧反应就无法继续。 这为我们抑制燃烧提供了有力的依据,42,由于燃烧反应是强烈的氧化还原反应，因此除氧之外，具有使其它物质迅速氧化的强氧化剂均会引起燃烧反应。如卤素中的氟、氯等强氧化剂，尽管没有氧参与，铁粉仍可以在氯气

27、中继续燃烧。 2 Fe + 3 Cl2- 2 FeCl3 有许多化学物品，含有较多的氧， 一旦参与燃烧反应就是极好的氧化剂，如高锰酸钾（KMnO4）、浓硝酸(HNO3)、重铬酸钾(K2Cr2O7)、过氧化氢（H2O2）等。在一些场合中，这些强氧化剂比空气中的氧更厉害，但往往又会被忽视,43,3 点火源 点火源作为燃烧的必要条件，它必须具有足够的强度，以使可燃物被加热到燃点或者整个体系被加热到自燃点。 最普通的点火源就是明火， 诸如火柴、打火机、煤气灯、气焰切割枪 电火花也是引起火灾的罪魁之一，常常由于电路开启或切断时产生的火花引起一场大的灾难。自然现象中的雷电也会引起火灾，强烈的日光通过透镜的

28、聚焦也可起到点火源的作用,44,某些化学反应所积聚的能量也可成为点火源。如一些缓慢放热氧化反应，若不及时疏散热量，积聚到一定程度就会发生燃烧，像堆积的干草和煤堆。又如与水发生剧烈化学反应的物质，如金属钠、石灰等。因为不是明火往往不易被人注意，然而恰恰是这些化学能源成为火灾的祸首,45,I 遇水自燃 如金属元素钾（K）、钠(Na)等只要遇水，或水蒸气就会发生强烈反应。若把一小块金属钾投入水中，立即可以看见一个发光的小球在水面上窜动，这是因为发生了如下的强放热反应： 2 K + 2 H2O - H2 + 2 KOH 反应中产生的氢气又立即与氧反应，而产生的热量使钾块熔化为小球状。所以平时这些金属只

29、能保存在无水煤油之中，以便隔绝空气,2) 化学自燃,在化学物品中，有一类物品能发生自燃现象,46,II 遇空气自燃 像黄磷（P）在30 时能自燃，与空气中的氧化合生成五氧化二磷。 4P + 5O2 -2 P2O5 因此黄磷平时只能保存在水中，以便隔绝空气。黄磷即使在室温低于30 时，也不能直接接触空气，因为尽管30 以下不会发生自燃， 但反应仍会发生，而一旦有反应发生，黄磷的温度迅速提高，然后就会发生自燃,47,另一类自燃物质如硫化铁（FeS2），也会在空中自燃。 FeS2 + O2 - FeS + SO2 这是一个强放热反应，所以会迅速引起燃烧。处理这类物品时必须先润湿后再埋入土中，让其缓慢作用而消耗,48,当一个强氧化剂与一个强还原剂相遇时，由于剧烈的反应以及所释放的热量，有时也会引起燃烧。如三氧化铬遇到乙醇便会立即燃烧， 这是因为反应热引起了乙醇的燃烧。类似的反应还有,III 自燃反应物,49,KMnO4 + 甘油（或乙醇） H2O2 + 纸张（或木材） 浓硝酸 + 有机物,在储存化学物品时，有一个原则必须遵守，那就是氧化剂类必须远离还原剂类。即使是不会发生自燃的这两类物品