高中化學(xué)學(xué)案專題4第三單元防治二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染

第三單元防治二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染

一、自然界中的硫循環(huán)1.大氣中SO2、H2S的來源：地殼中的硫黃礦、硫鐵礦和煤等都含有硫元素，礦物通過風(fēng)化分解、燃燒、火山爆發(fā)等方式放出SO2、H2S等氣體。2.大氣中SO2、H2S的去向：3.硫元素的最終循環(huán)：硫元素可隨著食物鏈從植物傳遞到動植物體內(nèi)，植物殘?bào)w和動物的尸體、糞便等經(jīng)細(xì)菌的分解，其中的硫元素又轉(zhuǎn)移到土壤、水體和大氣中。二、防治二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染1.自然界中的硫循環(huán)：地殼的巖石里、生物體內(nèi)以及大氣與水中都含有硫元素。隨著地殼運(yùn)動、生命活動以及大氣與水的流動，這些含硫物質(zhì)不斷發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，形成了硫在自然界中的循環(huán)。2.酸雨及其治理：(1)SO2的產(chǎn)生含硫化石燃料燃燒、含硫金屬礦石冶煉和硫酸生產(chǎn)過程中均會產(chǎn)生一定量含二氧化硫的廢氣，若直接排放空氣中，會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題。(2)硫酸型酸雨的形成①空氣中的SO2被降水吸收，生成亞硫酸，亞硫酸被氧化為硫酸，形成硫酸型酸雨。②空氣中的SO2在光照和煙塵中的金屬氧化物等的作用下也可被氧化成三氧化硫，三氧化硫溶于水生成的硫酸隨雨水降落，形成硫酸型酸雨。酸雨的pH小于5.6，對環(huán)境造成危害。(3)酸雨的治理①治理關(guān)鍵：減少二氧化硫的排放。②治理方法：一種途徑是開發(fā)能替代化石燃料的新能源(如氫能、太陽能、核能等)，減少化石燃料的使用。另一種途徑是對含硫燃料預(yù)先進(jìn)行脫硫處理，減少二氧化硫的排放，并對生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化硫廢氣進(jìn)行處理或回收利用。3.空氣質(zhì)量評價：(1)空氣質(zhì)量指數(shù)：根據(jù)空氣中的細(xì)顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的濃度計(jì)算出來的數(shù)值?？諝赓|(zhì)量指數(shù)越小，空氣質(zhì)量越好，對人體健康的危害就越小。(2)空氣質(zhì)量指數(shù)的確定：首要污染物的質(zhì)量指數(shù)即為該地區(qū)的空氣質(zhì)量指數(shù)。(3)霧霾：大量極細(xì)微的顆粒物均勻地懸浮在空中，這些顆粒物容易吸附空氣中的水蒸氣形成霧滴，使空氣水平能見度小于10km，我們把這種空氣渾濁現(xiàn)象叫作霧霾。

【自主探索】(1)硫酸型酸雨放置一段時間后，酸性會增強(qiáng)，其原因是什么？提示：因?yàn)镾O2溶于水生成H2SO3，H2SO3經(jīng)長時間放置后會被氧化成硫酸，由于硫酸是強(qiáng)酸，所以該酸雨放置一段時間后酸性增強(qiáng)。(2)(情境思考)正常雨水的pH是多少？為什么正常的雨水會顯酸性？提示：由于雨水中會溶解CO2，正常的雨水pH為5.6，此時雨雖然呈酸性但并不是酸雨。知識點(diǎn)防治二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染1.SO2的“三個”來源：2.酸雨的形成：硫酸型酸雨形成的主要反應(yīng)：【合作探究】二氧化硫造成的大氣污染危害巨大，由它形成的酸雨更能危害人體健康及植物的生長，使土壤酸化、腐蝕建筑物等，必須消除二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染。(1)石灰石石膏法是將石灰石粉末制成漿液與煙氣充分接觸混合并氧化，最終生成硫酸鈣，從而使硫轉(zhuǎn)移到煤渣中。寫出此過程發(fā)生反應(yīng)的方程式。(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)提示：CaCO3+SO2CaSO3+CO2、2CaSO3+O2===2CaSO4。(2)(思維升華)氨水脫硫法是采用噴霧吸收法，霧化的氨水與煙氣中的SO2直接接觸吸收SO2，寫出此過程發(fā)生反應(yīng)的方程式。(宏觀辨識與微觀探析)。提示：2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3，2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。(3)(情境應(yīng)用)如何處理濃硫酸與銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中生成的二氧化硫尾氣？(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識)提示：用堿液吸收。【典例示范】【典例】現(xiàn)有雨水樣品1份，每隔一段時間測定該雨水樣品的pH，所得數(shù)據(jù)如下：測試時間/h01234雨水的pH4.734.634.564.554.55分析數(shù)據(jù)，回答下列問題：(1)①雨水樣品的pH變化的原因是什么？②如何用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證①中變化原因？③如果將剛?cè)拥纳鲜鲇晁妥詠硭嗷旌希琾H將如何變化？原因是什么？(2)減少酸雨產(chǎn)生的途徑有哪些？【解析】(1)①酸雨放置時pH變小，其原因是雨水中的H2SO3被空氣中氧氣氧化所致：SO2＋H2OH2SO3，2H2SO3＋O2=2H2SO4。②可以通過檢驗(yàn)不同時間的雨水中SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))的濃度大小確定2H2SO3＋O2=2H2SO4的發(fā)生。分別取2mL0h和3h的雨水于試管中，加入等量鹽酸酸化，再加入等量足量的BaCl2溶液，盛有3h的雨水的試管中溶液更渾濁，說明SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))濃度大。③雨水和自來水混合，應(yīng)考慮H2SO3與Cl2(或HClO)的反應(yīng)：H2SO3＋HClO=H2SO4＋HCl(或SO2＋2H2O＋Cl2=H2SO4＋2HCl)。因此雨水與自來水混合后溶液pH將變小。(2)減少酸雨的產(chǎn)生需減少SO2的排放，將煤轉(zhuǎn)化為清潔能源(如煤的氣化和液化)，燃料脫硫、固硫，開發(fā)不含硫的新能源(如氫能、核能等)，都是有力措施。答案：(1)①雨水中存在反應(yīng)SO2＋H2O?H2SO3，2H2SO3＋O2=2H2SO4，酸性增強(qiáng)，pH變小。②分別取2mL0h和3h的雨水于試管中，加入等量鹽酸酸化，再加入等量足量的BaCl2溶液，盛有3h的雨水的試管中溶液更渾濁，說明SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))濃度大，說明2H2SO3＋O2=2H2SO4的發(fā)生。③變小；自來水使用Cl2消毒，含有Cl2和HClO，與雨水混合發(fā)生反應(yīng)H2SO3＋HClO=H2SO4＋HCl(或SO2＋2H2O＋Cl2=H2SO4＋2HCl)酸性增強(qiáng)，pH變小。(2)①少用煤作燃料；②燃料脫硫；③開發(fā)新能源?！疽?guī)律方法】1.常見環(huán)境污染：污染類型主要污染物污染物來源酸雨(pH<5.6)SO2、NO2化石燃料的燃燒光化學(xué)煙霧NOx汽車尾氣臭氧空洞氟氯烴冰箱制冷劑白色污染聚乙烯、聚氯乙烯廢棄塑料制品赤潮和水華含N、P較高的廢水農(nóng)業(yè)、生活廢水居室污染甲醛、苯、甲苯、氡建筑、裝修材料霧霾SO2、NOx以及顆粒物(PM)顆粒物【規(guī)律方法】2.環(huán)境保護(hù)：(1)空氣質(zhì)量日報(bào)主要包括“空氣質(zhì)量指數(shù)”、“空氣質(zhì)量級別”、“首要污染物”。目前計(jì)入的污染物主要是SO2、NOx、一氧化碳、臭氧、固體小顆粒等。(2)環(huán)境保護(hù)的措施①工業(yè)廢氣攜帶顆粒物的回收利用。②工業(yè)、生活污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放，限制使用含N、P洗滌劑。③回收、限制廢棄塑料，研制可降解塑料?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】酸雨是指pH小于5.6的雨水，個別地方雨水的pH竟低于2.1(食醋的pH=3)。形成酸雨的原因是大氣中含有SO2和氮氧化物。主要來源是煤和石油的燃燒。全世界每年大約有1.5億噸SO2被排放。(1)SO2可在空氣中受光照被氧化，最終與雨水反應(yīng)形成酸雨。試寫出這兩個化學(xué)反應(yīng)方程式：__________________。

(2)酸雨可導(dǎo)致的危害有___________。

A.腐蝕建筑物 B.導(dǎo)致樹木枯萎C.造成洪澇災(zāi)害 D.使生態(tài)環(huán)境惡化(3)為了減少酸雨的形成，必須對燃料中的硫化物進(jìn)行_________，對廢氣中的氮氧化物進(jìn)行_______。

【解析】SO2在空氣中被氧氣氧化為SO3，SO3溶于水生成H2SO4；NO2溶于水會生成HNO3；酸雨會腐蝕建筑物，使樹木枯萎、生態(tài)環(huán)境惡化；為了減少酸雨的形成，必須進(jìn)行燃料的脫硫、氮氧化物的堿液吸收等處理，從而減少SO2的排放量。答案：(1)2SO2+O22SO3，SO3+H2O===H2SO4(2)ABD(3)脫硫處理堿液吸收【課堂小結(jié)】三言兩語話重點(diǎn)1.酸雨的形成：(1)途徑1：SO2→H2SO3→H2SO4(2)途徑2：SO2→SO3→H2SO42.防治二氧化硫的污染：(1)開發(fā)新能源，減少化石燃料的使用。(2)減少二氧化硫的排放。1.如圖是硫在自然界的循環(huán)，相關(guān)說法不正確的是 ()A.大氣中的硫可能以酸雨的形式進(jìn)入土壤B.煤和石油中的硫燃燒生成三氧化硫進(jìn)入大氣C.化石燃料中的硫來自于形成化石燃料的生物體D.煤和石油燃燒產(chǎn)生的顆粒物可能是導(dǎo)致霧霾的成因之一【解析】選B。煤和石油中的硫燃燒生成二氧化硫，不能直接生成三氧化硫，二氧化硫需要催化劑加熱反應(yīng)生成三氧化硫。2.我國南方地區(qū)冬季常出現(xiàn)酸性冬霧，酸性冬霧是一種膠體，由于冬霧中溶解了大量燃煤排放的二氧化硫，形成了酸霧霧滴，故其酸性比酸雨強(qiáng)得多。下列關(guān)于酸霧的說法中不正確的是 ()A.燃煤中加碳酸鈣可以減輕酸霧的污染B.酸霧的pH大于5.6C.酸霧可產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)D.酸霧會使呼吸道疾病加重【解析】選B。酸霧的pH應(yīng)小于5.6；酸霧會使呼吸道疾病加重。3.下表中解決相對應(yīng)的環(huán)境問題所采取的措施不科學(xué)的是 ()環(huán)境問題措施A臭氧空洞限制氟氯烴類物質(zhì)的生產(chǎn)量和消耗量B酸雨改變能源結(jié)構(gòu)，減少二氧化硫和氮氧化物的排放量C白色污染回收利用廢舊塑料，開發(fā)可降解塑料D水體富營養(yǎng)化禁止使用含磷洗衣粉及施用氮肥【解析】選D。氟氯烴是造成臭氧空洞的主要原因；減少二氧化硫、氮氧化物的排放有利于控制酸雨的產(chǎn)生；對廢舊塑料回收利用及開發(fā)可降解塑料制品均有利于減少白色污染；禁止施用氮肥不符合農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，D不科學(xué)。4.煤炭燃燒時會排放二氧化硫等污染物，為了減少污染物的排放，許多地方都使用了潔凈煤(如脫硫)技術(shù)。讀煤炭脫硫效率圖。關(guān)于潔凈煤技術(shù)的影響，敘述正確的是 ()A.該技術(shù)脫硫效率達(dá)到100%B.該技術(shù)不能減小酸雨危害C.該技術(shù)使煤炭資源得到了循環(huán)利用D.該技術(shù)提高了煤炭資源利用的經(jīng)濟(jì)價值【解析】選D。潔凈煤技術(shù)脫硫效率沒達(dá)到100%，A錯誤；潔凈煤技術(shù)可使煤炭燃燒時排放的酸性氣體減少，酸雨危害減小，B錯誤；該技術(shù)沒有體現(xiàn)煤炭資源的循環(huán)利用，但提高了煤炭資源利用的經(jīng)濟(jì)價值，C錯誤，D正確。5.(教材二次開發(fā)·教材習(xí)題改編)入冬以來，霧霾天氣已經(jīng)嚴(yán)重影響了我國多數(shù)人的正常出行和生活節(jié)奏。為改善空氣質(zhì)量而啟動的“藍(lán)天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“藍(lán)天工程”建設(shè)的是 ()A.加高工廠的煙囪，使煙塵和廢氣遠(yuǎn)離地表B.推廣使用燃煤脫硫技術(shù)，防止SO2污染C.研制新型高效可充電電池，發(fā)展純電動汽車D.開發(fā)利用綠色能源(例如太陽能)替代化石燃料【解析】選A。加高工廠的煙囪，使煙塵和廢氣遠(yuǎn)離地表，不能改變空氣中污染物的含量，A錯誤。6.某城市對大氣進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5(直徑小于等于2.5μm的懸浮顆粒物)，其主要來源為燃煤、機(jī)動車尾氣等。因此，對PM2.5、SO2、NOx等進(jìn)行研究具有重要意義。請回答下列問題：(1)PM2.5分散在空氣中形成的分散系_______(填“屬于”或“不屬于”)膠體。

(2)將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣。若測得該試樣所含水溶性無機(jī)離子的化學(xué)組分及其平均濃度如下表：離子K＋Na＋NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))Cl－濃度/mol·L－14×10－66×10－62×10－54×10－53×10－52×10－5根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷待測試樣為_____(填“酸”或“堿”)性，表示該試樣酸堿性的c(H+)或c(OH)=_____mol·L1。

(3)煤燃燒排放的煙氣含有SO2和NOx，形成酸雨，污染大氣，采用NaClO2溶液在堿性條件下可對煙氣進(jìn)行脫硫，脫硝，效果非常好。完成下列對煙氣脫硝過程的離子方程式。ClOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋____NO＋____=______Cl－＋____NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋____【解析】(1)PM2.5的直徑小于等于2.5×10－6m(2)根據(jù)電荷守恒得：c(H＋)＋c(K＋)＋c(Na＋)＋c(NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4)))＝2c(SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)))＋c(NOeq\o\al(\s\