大氣與化學(xué)精品課件

1、大氣與化學(xué)第1頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二大氣圈的結(jié)構(gòu) 大氣圈的結(jié)構(gòu) 大氣的組成大氣的主要污染物及來源大氣污染的化學(xué)過程環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展2第2頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二大氣圈：包圍在地球表面并隨地球旋轉(zhuǎn)的空氣層（也稱為大氣或大氣層）。大氣圈的重要性： 是地球上一切生命賴以生存的氣體環(huán)境，成年人每天要呼吸1012m3的空氣。 吸收來自太陽和宇宙空間的大部分高能宇宙射線和自外射線，是地球的保護(hù)傘是地球維持熱量平衡的基礎(chǔ)，微生物創(chuàng)造了一個適宜的溫度環(huán)境。3第3頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二一、大氣圈的結(jié)構(gòu)

2、對流層0-18Km平流層8-55Km 中間層55-85Km 熱層85-800Km特點(diǎn)：氣溫隨高度升高而降低； 空氣的垂直對流運(yùn)動強(qiáng)烈 大氣質(zhì)量75%，水汽90%特點(diǎn)：空氣更稀?。ㄕ伎召|(zhì)5%） 氣溫隨高度增加而降低特點(diǎn)：大部分分子電離 氣溫先不變再增加特點(diǎn)：氣溫不變或稍有上升 空氣垂直對流運(yùn)動很小 空氣稀薄4第4頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二二、 大氣的組成 按濃度大小分成三類：（1）主要成分 (三者之和99.96%) N2(78.08%), O2(20.94), Ar(0.93%)（2）微量成分 (體積分?jǐn)?shù)0.02%-0.1% ) CO2, CH4, H2O(g),

3、 He, Ne, Kr等（3）痕量成分(體積分?jǐn)?shù)在10-6以下) H2, Xe, NOX,NH3, SO2, CO等， 此外還有一些有機(jī)物（如氟氯烴）和自由基5第5頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二三、大氣中的重要污染物大氣污染物的來源 我國大氣中的主要污染物大氣污染大氣污染物的分類6第6頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 大氣污染： 指大氣中存在的某種物質(zhì)超過了正常的環(huán)境水平，且對人體、動植物、材料、氣候等產(chǎn)生了直接或間接的不良影響和危害。大氣污染物：使大氣產(chǎn)生污染的物質(zhì)就稱為大氣污染物7第7頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，

4、星期二大氣污染物的分類按形態(tài)、性質(zhì)、形成過程以及污染范圍按狀態(tài):氣態(tài)污染物(90%) 固態(tài)污染物(10%)按形成過程:一次污染物和二次污染物按影響波及范圍： 區(qū)域性污染物，如酸雨、沙塵暴等；全球性污染物，如二氧化碳、氯烴類化合物8第8頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二含硫化合物 (SO2、SO3、H2S)碳氧化合物 (CO、CO2)氮氧化物 (NO、NO2)揮發(fā)性有機(jī)物顆粒物我國大氣中的主要污染物9第9頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二大氣中化學(xué)污染物的來源含硫燃料燃燒后產(chǎn)生污氣體 SO2，CO2燃燒過程中，空氣中N2和O2通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等復(fù)雜過程

5、產(chǎn)生各種氮氧化物 （NOX）未經(jīng)燃燒而散逸的燃料粉末或石油細(xì)粒燃燒不完全，產(chǎn)生CO等中間產(chǎn)物燃料使用過程中加入添加劑，如汽油中加入鉛有機(jī)物，作為內(nèi)燃機(jī)氣缸的抗震劑，經(jīng)燃燒后，鉛化合物進(jìn)入大氣煤炭提供了我國75%的工業(yè)燃料,76%的發(fā)電能源和80%的民用商品能源10第10頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二四、污染物引發(fā)的化學(xué)過程臭氧層空洞全球變暖光化學(xué)煙霧酸雨11第11頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二酸 雨SOx (SO2,SO3)天然來源：火山噴發(fā)、動植物尸體腐爛人類來源：礦物燃料燃燒占SO2排放總量的80%，硫化礦物冶煉等過程。 S(s) +

6、 O2(g)SO2(g)（我國的二氧化硫排放量居世界第二位，占全世界的13。預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到相當(dāng)于美國目前的排放水平 ）12第12頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二13第13頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二14第14頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)2SO2(aq)+O2(aq)+2H2O 2H2SO4(aq)K(298.K)=2.71012 （SO2平均壽命2-4天）顆粒物中含有Mn2+、Fe2+、Cu2+等，對此反應(yīng)具有催化作用，在有水滴存在下， SO2常被顆粒物吸附，從而發(fā)生界面氧化，最

7、終歸宿是硫酸及其鹽。顆粒物 15第15頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二SO2的生物效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng) 對人體（可損傷呼吸器官，導(dǎo)致支氣管炎、肺炎、呼吸麻痹) 對植物（高濃度時，植物葉片將產(chǎn)生壞死斑，脫落，甚至死亡；低濃度時，生長機(jī)能受到影響，造成產(chǎn)量下降，品質(zhì)變壞） 對生態(tài)環(huán)境（形成酸雨，使土壤貧瘠化，使水體酸化，對建筑物有腐蝕）16第16頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二17第17頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二18第18頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二樂山大佛的臉上出現(xiàn)了黑色條紋，鼻子已經(jīng)變黑

8、 樂山大佛遭酸雨侵蝕表面多處剝落 19第19頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二10公里20第20頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二SO2的控制方法 石灰-石膏法2CaO+2SO2+O22CaSO4 氨法2NH3H2O + SO2 （NH4）2SO3 + OH 鈉法用氫氧化鈉、碳酸鈉或亞硫酸鈉溶液吸收煙氣中的SO221第21頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 臭氧層空洞 臭氧層空洞出現(xiàn) 臭氧層空洞的危害 保護(hù)臭氧層的策略22第22頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 20世紀(jì)50年代開始，在南極設(shè)立觀測

9、站 1957-1975年變化很小 1975年起，每年早春期間總臭氧的減弱大 于30% 1979-1985年，用總臭氧掃描光譜儀測量，臭氧由290D.U.減少到170D.U. 近幾年南極臭氧空洞越來越嚴(yán)重臭氧層空洞出現(xiàn)23第23頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二24第24頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二大氣中消耗臭氧的物質(zhì)及反應(yīng)自由基：凡是具有不成對電子的原子或基團(tuán)，稱為自由基或游離基。在書寫時，一般在原子符號或者原子團(tuán)符號旁邊加上一個“”表示沒有成對的電子。自由基極易發(fā)生反應(yīng)（二聚反應(yīng)，奪氫反應(yīng)，氧化反應(yīng)，歧化反應(yīng)等） 天然大氣中的自由基：H、

10、HO、HO2氟鹵烴的排放（氟利昂）哈龍（電器著火的滅火器）甲基溴（CH3Br）做土壤熏劑，是一種農(nóng)藥25第25頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二OH和HO2自由基氯鏈反應(yīng)機(jī)理 HO + O3 HO2 +O2 Cl + O3 ClO + O2 ClO + HO2 HOCl+O2 HOCl+h HO+Cl 凈結(jié)果2O3 3O226第26頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二氯和溴協(xié)同作用機(jī)理 Cl + O3 ClO +O2 Br + O3 BrO + O2 ClO + BrO Cl + Br + O2 凈結(jié)果2O3 3O2 CF2Cl2+h CF2Cl+

11、Cl 221nm 27第27頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二ClO二聚體鏈反應(yīng)機(jī)理為 Cl + O3 ClO + O2 ClO +ClO+M (ClO)2+M (ClO)2+ h Cl + ClOO ClOO +M Cl +O2 + M 凈結(jié)果2O3 3O228第28頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 臭氧空洞的危害 太陽光在可見光下的波段分為： 其中可見光和UV-A能完全進(jìn)入對流層，UV-B部分被臭氧層吸收部分進(jìn)入對流層，而UV-C完全在平流層過濾掉進(jìn)入對流層。臭氧減少使到達(dá)地面的UV-B增加，使動植物受到高能輻射劑量增加的危害。而且使人的皮

12、膚癌發(fā)病率增加。 可見光400-700nm、UV-A320-400nm UV-B290-320nm、 UV-C290nm29第29頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二保護(hù)臭氧層的策略 為了保護(hù)臭氧層，國際社會要求各國減少并逐步禁止氟氯烴等消耗臭氧層的物質(zhì)的排放，發(fā)達(dá)國家要求到2000年停止使用氟氯烴，發(fā)展中國家則在2016年凍結(jié)使用，2040年淘汰； 并組織人力物力研制新型的制冷系統(tǒng)。30第30頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 溫室效應(yīng) CO2的來源 CO2的生態(tài)效應(yīng)及危害 控制全球變暖的措施31第31頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)

13、38分，星期二COx的化學(xué)過程及危害COX(CO,CO2)自然來源：火山爆發(fā)、森林災(zāi)害、動植物呼吸代謝、有機(jī)物的腐爛等（人類呼吸 8.8109，植物呼吸 2.6109，火山爆發(fā) 2.7109）人為來源：礦物燃料的燃燒、發(fā)電廠和汽車尾氣C(s) + O2(g) CO(g)/CO2(g)CO(g)+1/2O2(g)CO2(g)（排放量5.5-6.0109,每年以5%的速度增，美國第一，中國第二）32第32頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二33第33頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二CO2的生物效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng) 加強(qiáng)大氣氣候的影響-溫室效應(yīng) 溫室效應(yīng):大

14、氣中的二氧化碳和其他微量氣 體如甲烷,NO,臭氧,氟氯碳(CFCs),水蒸氣等, 可以使太陽短波輻射幾乎無衰減地通過,但 卻可以吸收地表的長波輻射,這些氣體被稱為 溫室氣體。其中CO2 是最重要的溫室氣體,甲 烷,氟利昂和氧化亞氮也起重要的作用。34第34頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二全球變暖的危害全球氣溫升高：預(yù)測2050年全球溫度將上升2-4； 氣候異常：如2008年春節(jié)期間，中國北部少雪，南方卻下起了史上罕見的大暴雪； 海平面上升：溫室效應(yīng)導(dǎo)致南北極地冰山將大幅度融化，因此海平面大大上升，一些島嶼國家和沿海城市將淹于水中，其中包括：紐約，上海，東京和悉尼。近1

15、00年來,平均氣溫上升為0.3-0.7攝氏度, 海平面上升了100-200nm。 35第35頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 全球變暖導(dǎo)致非洲最高山峰冰雪融化36第36頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 1. 控制礦物燃料的燃燒，合理開發(fā)利用燃料，尋找新能源； 2. 保護(hù)森林、保護(hù)植被； 3. 控制人口激增，提高糧食產(chǎn)量； 4. 加強(qiáng)國際間合作?？刂迫蜃兣拇胧?7第37頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二光化學(xué)煙霧 光化學(xué)煙霧的形成機(jī)理光化學(xué)煙霧的危害光化學(xué)煙霧的控制對策38第38頁，共51頁，2022年，5月20日，

16、14點(diǎn)38分，星期二NOx來源:煤,石油等燃料的燃燒；汽車尾氣的排放；生產(chǎn)和使用硝酸的工廠排放的尾氣。 N2(g)+O2(g)2NO(g) K(2273K)=0.037 2NO(g)+O2(g)2NO2(g) =kNO2O2 但通常條件轉(zhuǎn)化速率慢，有碳?xì)浠虼呋瘎?轉(zhuǎn)化速率快39第39頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二光化學(xué)煙霧的形成機(jī)理光化學(xué)煙霧： 大氣中的碳?xì)浠衔锖偷趸衔锏纫淮挝?染物，在陽光中紫外線的照射下發(fā)生一系列 的光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生O3（85%以上）、過氧?；跛狨?PAN)(10%）、高活性自由基、醛類、酮類和有機(jī)酸等二次污染物。這些混合物被稱為光化學(xué)煙

17、霧.40第40頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 1946年的夏秋季節(jié)，美國第三大城市洛杉礬出現(xiàn)了一種奇特的淡藍(lán)色煙霧，在陽光的照射下，這種煙霧發(fā)出一種神秘而又妖艷的光輝。它總是白天出現(xiàn)，傍晚消失，這樣周而復(fù)始地持續(xù)了數(shù)十天之久。 洛杉磯是美國西部太平洋沿岸的一個海濱城市,前面臨海,背后靠山“原先風(fēng)光優(yōu)美,常年陽光明媚,一年只有幾天下雨,氣候溫和”，好萊塢就座落在它的西北郊區(qū)。二戰(zhàn)后，成為工商業(yè)區(qū)，僅次于紐約和芝加哥。從地形來說,洛杉磯地處太平洋沿岸的一個口袋形地帶之中,只有西面臨海,其他三面環(huán)山“于是便形成了洛杉磯上空強(qiáng)大的持久性的逆溫層”它們猶如帽子一樣封蓋了地面的

18、空氣,并使大氣污染物不能上升到越過山脈的高度，污染物容易在城市上空積累。41第41頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 250萬輛汽車排氣污染造成的,這些汽車每天消耗約1600 t汽油,向大氣排放1000多噸碳?xì)浠衔锖?00多噸氮氧化物,特別是在每年的5月份至10月份的夏季和早秋季節(jié)的強(qiáng)烈陽光作用下，會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),生成淡藍(lán)色光化學(xué)煙霧。洛杉磯光化學(xué)煙霧的導(dǎo)致了幾千人受害,兩天之內(nèi)就有400多名65歲以上老人死亡。42第42頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二1956年美國加利福尼亞州發(fā)生的光化學(xué)煙霧污染使農(nóng)作物減產(chǎn)損失達(dá)800萬美元，大片樹木枯

19、死；1970年日本東京發(fā)生的光化學(xué)污染，有2萬 人患上了紅眼??；1996年度我國污染較嚴(yán)重的城市分別為:廣州、北京、上海、鞍山、武漢、鄭州、沈陽、蘭州、大連、杭州。從總體上看,氮氧化物污染突出表現(xiàn)在人口100萬以上的大城市或特大城市。 43第43頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二NOx引發(fā)的光化學(xué)反應(yīng)鏈引發(fā)： 2NO+O22NO2(是產(chǎn)生“煙霧”的關(guān)鍵，因?yàn)镹O2吸收紫外輻射) NO2 + hNO+O(是“煙霧 ”形成的開始) O+O2 O3(是反應(yīng)不斷循環(huán))O3+NONO2+O2(是反應(yīng)不斷循環(huán)） 44第44頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二

20、自由基傳遞反應(yīng)RH+HORO2+H2ORCHO+HO RC(O)O2+H2ORCHO+ h RO2+HO2+COHO2+NO NO2+HORO2+NO NO2+RCHO+ HO2RC(O)O2+NO NO2 +RO2+CO2 45第45頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二 鏈終止反應(yīng)HO+NO2 HNO3RC(O)O2+ NO2 RC(O)O2 NO2 RC(O)O2 NO2 RC(O)O2+ NO2 不飽和烴是光化學(xué)煙霧的主要成分,此外反應(yīng)中會形成一系列帶有氧化性、刺激性的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物，從而導(dǎo)致光化學(xué)煙霧46第46頁，共51頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)38分，星期二光化學(xué)煙霧危害 1.對人體的危害： 這種煙霧可使人眼、鼻、氣管、肺粘膜受到損傷性刺激。過氧乙酰硝酸酯(PAN)是一種極強(qiáng)的催淚劑,其催淚作用相當(dāng)于甲醛的200倍。 2. 光化學(xué)煙霧對農(nóng)作物的危害 PA