2023版高三一輪總復(fù)習(xí)化學(xué)（蘇教版）第2部分 專題4 課題探究3探秘霧霾的成因及治理方案

探秘霧霾的成因及治理方案霧霾，顧名思義是霧和霾。霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統(tǒng)。多出現(xiàn)于秋冬季節(jié)，是近地面層空氣中水汽凝結(jié)(或凝華)的產(chǎn)物。霧的存在會(huì)降低空氣透明度，使能見(jiàn)度惡化，如果目標(biāo)物的水平能見(jiàn)度降低到1000米以內(nèi)，就將懸浮在近地面空氣中的水汽凝結(jié)(或凝華)物的天氣現(xiàn)象稱為霧。霾，也稱灰霾(煙霞)，空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機(jī)碳?xì)浠衔锏攘Ｗ右材苁勾髿饣鞚帷ｌF霾天氣是一種大氣污染狀態(tài)，霧霾是對(duì)大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述，尤其是PM2.5(空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物)被認(rèn)為是造成霧霾天氣的“元兇”。二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物是霧霾主要組成，前兩者為氣態(tài)污染物，最后一項(xiàng)顆粒物才是加重霧霾天氣污染的罪魁禍?zhǔn)?。它們與霧氣結(jié)合在一起，讓天空瞬間變得灰蒙蒙的。顆粒物的英文縮寫(xiě)為PM，北京監(jiān)測(cè)的是PM2.5，也就是空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的污染物顆粒。這種顆粒本身既是污染物，又是重金屬、多環(huán)芳烴等有毒物質(zhì)的載體。PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響很大。霧霾中無(wú)機(jī)鹽成分探究某地區(qū)的霧霾中可能含有如下可溶性無(wú)機(jī)離子：Na＋、K＋、NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))、Mg2＋、Ca2＋、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、Cl－。某同學(xué)收集了該地區(qū)的霧霾，經(jīng)必要的預(yù)處理后得試樣溶液，使用同一份試樣溶液，設(shè)計(jì)并完成了如下實(shí)驗(yàn)：已知：在加熱與強(qiáng)堿性條件下，鋁單質(zhì)可以將NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))還原為氨。(1)PM2.5形成的分散系是膠體嗎？為什么？[答案]不是，PM2.5的直徑不在1～100nm范圍。(2)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推斷肯定含有的離子是什么？[答案]NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))。(3)不能確定的離子是什么？如何重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)？[答案]由于溶液引入Cl－，故后續(xù)的實(shí)驗(yàn)無(wú)法判斷試樣中是否含有Cl－；重新取樣，加入足量的Ba(NO3)2溶液后，振蕩、靜置，向上清液中加入硝酸酸化的AgNO3溶液后觀察，若有白色沉淀生成，說(shuō)明試樣含有Cl－，反之不含。探究霧霾中的污染源用離子色譜法測(cè)定上述試樣，所含離子濃度如表所示。離子NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))K＋Ca2＋Cl－Mg2＋Na＋離子濃度/(μg·m－3)26.8029.0519.161.780.501.640.220.16已知大氣顆粒物中各元素的污染主體如表所示。元素NSNa、Mg、ClKCa污染主體機(jī)動(dòng)車尾氣燃煤污染海鹽離子秸稈燃燒建筑粉塵結(jié)合所給信息判斷，該地區(qū)大氣顆粒物的主要污染源有哪些？[答案]離子檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)只能檢測(cè)出NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))和NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))，說(shuō)明這些離子含量比較高，由此判斷該地區(qū)大氣顆粒物的主要污染源是機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤污染。消除霧霾的方案探究汽車尾氣的凈化處理。機(jī)動(dòng)車排放的污染物包括碳?xì)浠衔?CxHy)、顆粒物(PM)、CO、NOx。為了減少汽車尾氣的排放，科研工作者研發(fā)出了三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，即當(dāng)高溫的氣體尾氣通過(guò)三元催化凈化器時(shí)，可將尾氣中的CxHy、CO、NOx轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的物質(zhì)排出。你能寫(xiě)出凈化器中可能發(fā)生的物質(zhì)變化嗎(無(wú)需配平)?[答案]CxHy＋O2→CO2＋H2OCO＋O2→CO2CxHy＋NOx→CO2＋N2＋H2OCO＋NOx→CO2＋N2SCR和NSR技術(shù)可有效降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在空氣過(guò)量條件下的NOx排放。(1)SCR(選擇性催化還原)工作原理：①尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式：。②反應(yīng)器中NH3還原NO2的化學(xué)方程式：。③當(dāng)燃油中含硫量較高時(shí)，尾氣中SO2在O2作用下會(huì)形成(NH4)2SO4，使催化劑中毒。用化學(xué)方程式表示(NH4)2SO4的形成：。④尿素溶液濃度影響NO2的轉(zhuǎn)化，測(cè)定溶液中尿素(M＝60g·mol－1)含量的方法如下：取ag尿素溶液，將所含氮完全轉(zhuǎn)化為NH3，所得NH3用過(guò)量的v1mLc1mol·L－1H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2mLc2mol·L－1NaOH溶液恰好中和，則尿素溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是。(2)NSR(NOx儲(chǔ)存還原)工作原理：NOx的儲(chǔ)存和還原在不同時(shí)段交替進(jìn)行，如圖a所示。圖a圖b①通過(guò)BaO和Ba(NO3)2的相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)NOx的儲(chǔ)存和還原。儲(chǔ)存NOx的物質(zhì)是。②用H2模擬尾氣中還原性氣體研究了Ba(NO3)2的催化還原過(guò)程，該過(guò)程分兩步進(jìn)行，圖b表示該過(guò)程相關(guān)物質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系。第一步反應(yīng)消耗的H2與Ba(NO3)2的物質(zhì)的量之比是。③還原過(guò)程中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生笑氣(N2O)。用同位素示蹤法研究發(fā)現(xiàn)笑氣的產(chǎn)生與NO有關(guān)。在有氧條件下，15NO與NH3以一定比例反應(yīng)時(shí)，得到的笑氣幾乎都是15NNO。將該反應(yīng)的化學(xué)方程式補(bǔ)充完整：eq\o(=,\s\up9(催化劑))15NNO＋H2O[解析](1)④根據(jù)題意，加入硫酸的總物質(zhì)的量為c1v1×10－3mol，NaOH消耗硫酸的物質(zhì)的量為eq\f(c2v2×10－3,2)mol，因此與NH3反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量為(c1v1×10－3－eq\f(c2v2×10－3,2))mol，根據(jù)關(guān)系式：CO(NH2)2～2NH3～H2SO4，得n[CO(NH2)2]＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c1v1－\f(1,2)c2v2))×10－3mol，m[CO(NH2)2]＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c1v1－\f(1,2)c2v2))×10－3mol×60g·mol－1＝0.06eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c1v1－\f(1,2)c2v2))g，因此尿素溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為eq\f(0.06\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c1v1－\f(1,2)c2v2))g,ag)×100%＝eq\f(3(2c1v1－c2v2),a)%。[答