第三单元 防治二氧化硫对环境的污染
[核心素养发展目标] 1.了解自然界中硫元素的循环、酸雨的形成及治理方法。2.了解空气质量评价和空气质量指数。3.提高环保意识,使学生形成与自然友好、促进可持续发展的正确认识。
一、自然界中的硫循环
1.地壳中的硫循环
硫元素可随着食物链从植物传递到动物体内,植物残体和动物的尸体、粪便等经细菌的分解,其中的硫元素又转移到土壤、水体和大气中。
2.自然界中的硫循环
(1)大气中的硫能以酸雨的形式进入土壤( )
(2)煤和石油中的硫燃烧生成二氧化硫进入大气( )
(3)化石燃料中的硫主要来自形成化石燃料的生物体( )
(4)自然界中硫只能以化合态存在( )
答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)×
硫在自然界中的循环如图所示,下列说法不正确的是( )
A.硫在自然界中以游离态和化合态形式存在
B.部分硫元素由地壳到大气的过程中发生了氧化反应
C.图中显示大气中的二氧化硫最终回到海洋,并很快和其他矿物形成煤和石油
D.葡萄酒中含有二氧化硫可防止葡萄酒被氧化
答案 C
解析 火山爆发时地壳中的硫和氧气反应生成二氧化硫,部分硫元素由地壳到大气的过程中发生了氧化反应;形成煤和石油的过程是一个漫长的过程;二氧化硫具有还原性,能被强氧化剂氧化,葡萄酒中含有的二氧化硫可防止葡萄酒被氧化。
二、酸雨及其治理
1.硫酸型酸雨的形成
(1)酸雨:pH<5.6的降水。正常雨水的pH约为5.6,这是溶解了CO2的缘故。
(2)形成:化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产等产生的废气中含有二氧化硫。
写出图中序号表示的化学方程式:
①2SO2+O22SO3。
②SO2+H2O??H2SO3。
③SO3+H2O===H2SO4。
④2H2SO3+O2===2H2SO4。
2.酸雨的危害
(1)酸化湖泊,危害水生生物。
(2)酸化土壤,降低土壤肥力,危害农作物生长。
(3)腐蚀建筑物。
3.酸雨的防治
(1)开发能替代化石燃料的新能源(如太阳能、核能、氢能等),减少化石燃料的使用。
(2)对含硫燃料预先进行脱硫处理,减少二氧化硫的排放。
(3)对SO2废气进行处理或回收利用。
注意 工业上选择处理SO2的方法会考虑环保、成本、工艺流程是否简便易行等因素。
(1)pH<7的雨水称为酸雨( )
(2)酸雨会使土壤、湖泊酸化( )
(3)酸雨形成过程中不涉及氧化还原反应( )
(4)燃煤中加入石灰石可防治酸雨( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√
如图是德国的一座大理石雕像在六十年间的变化,结合所学知识回答下列问题:
(1)造成上述现象的原因是什么?
(2)若该污染属于硫酸型,写出上述变化中的化学(或离子)方程式。
(3)为防治酸雨,减少煤燃烧时向大气排放的SO2,工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧时,有关“固硫”(不使硫化合物进入大气)反应的化学方程式:
。
答案 (1)酸雨对雕像的腐蚀 (2)SO2+H2O??H2SO3、2H2SO3+O2===2H2SO4、2H++CaCO3===Ca2++H2O+CO2↑ (3)CaO+SO2===CaSO3、2CaSO3+O2===2CaSO4
三、空气质量评价
1.空气质量指数(AQI)
人们研究空气污染,可以通过空气质量指数AQI来获取空气质量状况的信息。
(1)定义
空气质量指数是根据空气中的细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的浓度计算出来的数值。
(2)与空气质量的关系
空气质量指数越小,空气质量越好,对人体健康的危害就越小。
2.雾霾
(1)定义:大量极细微的颗粒物均匀地悬浮在空中,这些颗粒物容易吸附空气中的水蒸气形成雾滴,使空气水平能见度小于10 km,我们把这种空气混浊现象叫作雾霾。
(2)颗粒物分类依据是颗粒物直径的大小。
(3)颗粒物分类
(4)SO2的排放与雾霾形成的关系
空气中的SO2在一定条件下形成CaSO4,硫酸盐在PM2.5中所占比例较大。
3.大气污染的防治
(1)转变能源结构;
(2)控制SO2等有害气体的排放;
(3)提高污染排放标准。
(1)NO2、SO2、PM2.5、N2均属于空气污染物( )
(2)空气质量指数越高,空气质量越好( )
(3)大量化石燃料的燃烧是形成雾霾的一个重要原因( )
(4)转变能源结构有利于大气污染的防治( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√
雾霾、PM2.5已经成为公众耳熟能详的热词。“PM2.5”是指大气中直径小于2.5 μm的细小颗粒物,也称为可入肺颗粒物。下列有关说法错误的是( )
A.雾霾有可能产生丁达尔效应
B.雾霾的形成与工业排放的烟气和汽车尾气有关系
C.“PM2.5”分散在大气中形成气溶胶,性质稳定,没有必要纳入空气质量评价指标
D.雾霾天气严重危害人体健康
答案 C
解析 A项,“PM2.5”是指大气中直径小于2.5 μm的细小颗粒物,若直径在1~100 nm之间也能形成胶体,产生丁达尔效应,正确;B项,工业排放的烟气是形成雾霾天气的最大元凶,正确;C项,PM2.5主要来自化石燃料的燃烧,化石燃料燃烧产生有害气体,能影响空气质量,有必要纳入空气质量评价指标,错误。
常见的污染现象及其危害
(1)酸雨
主要是由SO2和氮氧化物造成的;能使土壤酸化、腐蚀建筑物等。
(2)光化学烟雾
主要是由氮氧化物、碳氢化合物造成的;危害人体健康,影响植物生长。
(3)臭氧空洞
主要是由氮氧化物、氟氯代烃等的排放引起的;使地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧。
(4)温室效应
主要是由大气中CO2含量的不断增加造成的;会使全球气候变暖。
(5)白色污染
形成原因是聚乙烯塑料的大量使用以及随意丢弃;会破坏土壤结构和生态环境。
(6)赤潮和水华
形成原因是含氮、磷等营养成分的生活污水和工农业废水的任意排放;会使藻类过度繁殖,鱼类死亡,水质恶化,若发生在淡水中称为水华,发生在海水中称为赤潮。
1.下列有关酸雨的说法正确的是( )
A.雨水溶解二氧化碳的结果
B.为了不形成酸雨,应停止使用一切化石燃料
C.会引起呼吸系统的疾病
D.空气中硫、氮的氧化物随雨水降下的结果
答案 D
2.入冬以来,雾霾天气已经严重影响了我国多数人的正常出行和生活节奏。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是( )
A.加高工厂的烟囱,使烟尘和废气远离地表
B.推广使用燃煤脱硫技术,防止SO2污染
C.研制新型高效可充电电池,发展纯电动汽车
D.开发利用绿色能源(例如太阳能)替代化石燃料
答案 A
解析 加高工厂的烟囱,使烟尘和废气远离地表,不能改变空气中污染物的含量,A错误。
3.2013年1月,我国中东部的大部分地区出现雾霾天气,许多城市的空气质量已经达到了严重污染。下列有关说法正确的是( )
A.雾霾天气仅影响出行能见度,对人体健康没有影响
B.减少化石燃料的燃烧和汽车尾气的排放,是减少雾霾发生的有效措施
C.当光束分别通过雾霾和豆浆时,仅豆浆可看到一条光亮的通路
D.气候环境报告中新增的“PM2.5”就是雾霾
答案 B
解析 雾霾有毒,所以雾霾天气对人体健康有害,故A项错误;化石燃料的燃烧和汽车尾气中含有的粉尘,能形成雾霾天气,故B项正确;雾霾和豆浆都属于胶体,当光束通过时都会产生一条光亮的通路,故C项错误;雾霾天气指原因不明的因大量烟、尘等极细微的颗粒物悬浮而形成的混浊现象,PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于2.5 μm的颗粒物,也称细颗粒物,二者不完全相同,故D项错误。
4.(1)我国酸雨危害十分严重,是世界三大酸雨地区之一,且主要为硫酸型酸雨。形成硫酸型酸雨主要是由于空气中 含量超标,主要反应的化学方程式为
途径一: ;
途径二: 。
(2)某校科技活动小组的同学采集酸雨样品,每隔一段时间测定样品的pH,得到下列数据:
时间 开始 8 h后 16 h后 24 h后
pH 5.0 4.8 4.5 4.3
请根据上述材料,回答下列有关问题:
酸雨放置时,pH发生变化的主要原因为 。
(3)你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是 (填字母)。
A.用煤作燃料 B.把工厂烟囱造高
C.燃料脱硫 D.开发新能源
答案 (1)SO2(或二氧化硫) SO2+H2O??H2SO3,2H2SO3+O2===2H2SO4 2SO2+O22SO3,SO3+H2O===H2SO4 (2)H2SO3被氧化成H2SO4,酸性增强 (3)CD
解析 (1)酸雨的形成首先是含硫燃料燃烧生成二氧化硫,二氧化硫与雨水反应生成亚硫酸,亚硫酸被空气中的氧气氧化成硫酸,形成酸雨,或空气中的二氧化硫气体在光照和烟尘中的金属氧化物等的作用下生成三氧化硫,三氧化硫再与雨水反应形成酸雨。(2)酸雨形成的主要原因是大量燃烧化石燃料产生的二氧化硫随雨水降落,酸雨放置时,发生的反应为2H2SO3+O2===2H2SO4,酸性增强。(3)少用煤作燃料、燃料脱硫、开发新能源等措施可以减少二氧化硫气体的排放,从而减少酸雨的形成。
题组一 自然界中的硫循环
1.下列关于硫的叙述不正确的是( )
A.硫是一种难溶于水的黄色固体
B.硫的化合物常存在于火山喷出的气体中和矿泉水里
C.硫在自然界中只能以硫化物和硫酸盐的形态存在
D.硫的燃烧产物二氧化硫是大气污染物之一
答案 C
解析 硫在自然界中既能以化合态(主要为硫化物和硫酸盐)又能以游离态(火山喷口附近或地壳岩层)的形式存在。硫俗称硫黄,是一种黄色固体,难溶于水。
2.SO2被认为是造成大气污染的“首犯”,大气中的SO2主要来源于化石燃料(煤、石油)的燃烧。下列与SO2污染有关的是( )
①酸雨现象 ②伦敦“毒雾事件” ③洛杉矶“光化学烟雾”事件 ④温室效应
A.①③ B.②④ C.①② D.③④
答案 C
题组二 酸雨及其治理、空气质量评价
3.酸雨形成的最主要原因是( )
A.森林遭乱砍滥伐,破坏了生态平衡
B.工业上大量燃烧含硫燃料
C.大气中二氧化碳的含量增多
D.汽车排出大量尾气
答案 B
解析 酸雨的形成主要是由于空气中SO2和NOx的增多,在我国主要是SO2的增多。空气中SO2的主要来源是①化石燃料(煤和石油产品)的燃烧;②含硫矿石的冶炼;③硫酸、磷肥、纸浆厂的工业废气。目前,由于汽车用的燃料汽油、柴油等都经过了脱硫处理,所以形成酸雨的最主要原因是工业上大量燃烧含硫燃料。
4.某雨水样品刚采集时测得pH为4.8,放在烧杯中经2小时后,再次测得pH为4.0。下列叙述正确的是( )
A.该雨水样品不属于酸雨
B.该雨水样品酸性没有变化
C.该雨水样品pH降低的原因可能是继续吸收空气中的CO2
D.该雨水样品pH降低的原因可能是H2SO3逐渐被氧气氧化成H2SO4
答案 D
5.某冶炼厂利用炼铜产生的SO2生产硫酸,变废为宝,化害为利,其原理是( )
A.利用了SO2的水溶性,将SO2直接通入水中
B.利用了SO2的氧化性,将SO2直接通入水中
C.利用了SO2的氧化性,使其与O2反应而转化为SO3,再与水反应
D.利用了SO2的还原性,使其与O2反应而转化为SO3,再与水反应
答案 D
6.现有以下几种措施:①对燃烧煤时产生的尾气进行除硫处理;②少用原煤作燃料;③燃煤时鼓入足量空气;④开发清洁能源。其中能减少酸雨产生的措施是( )
A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④
答案 C
解析 煤及其他化石燃料中含硫元素,它们燃烧产生的SO2的大量排放是形成酸雨的主要原因。对燃煤产生的尾气进行除硫,少用、不用原煤作燃料,开发清洁能源都可以减少SO2的排放,减少酸雨的产生。燃煤时鼓入足量空气只能提高煤的燃烧效率,不能减少SO2的排放。
7.空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是( )
A.向燃煤中加生石灰
B.实施绿化工程,防止扬尘污染
C.研制开发燃料电池汽车,消除机动车尾气污染
D.加大石油、煤炭的开采速度,增加化石燃料的供应量
答案 D
解析 A、B、C都是可采取的措施,在D中,若加大不可再生资源石油、煤炭的开采速度,会造成资源缺乏,同时会使空气中的SO2、NOx含量增加。
8.下列对酸雨和雾霾的理解正确的是( )
A.酸雨没有危害,所以不必担心,也不必想办法治理
B.酸雨放置后酸性会降低
C.酸雨和雾霾的形成均与空气中的SO2有关
D.对化石燃料的不合理利用导致了酸雨、雾霾,该过程中涉及硫的转化的反应均为氧化还原反应
答案 C
解析 酸雨中含有H2SO3,放置后会逐渐被氧化为H2SO4,酸性增强,B项错误;雾霾的形成主要与大气中的二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物有关,C项正确;SO2溶于水生成H2SO3的反应是非氧化还原反应,D项错误。
9.如表所示,非金属氧化物与其危害及主要来源均对应正确的是( )
选项 非金属氧化物 危害 主要来源
A CO2 酸雨 化石燃料的燃烧
B SO2 光化学烟雾 汽车尾气的排放
C NO2 温室效应 工厂废气的排放
D CO 一氧化碳中毒 燃料的不完全燃烧
答案 D
10.碳和硫的氧化物中许多是工业上重要的化工原料,但是当它们分散到空气中时,会带来很多环境问题。下列有关这些元素的氧化物的说法错误的是( )
A.开发太阳能、水能、风能、氢能等新能源有利于减少这些元素的氧化物的产生
B.硫的某些氧化物能直接危害人的身体健康,引发呼吸道疾病
C.温室效应与二氧化碳的排放有着密切的关系
D.这些氧化物使雨水的pH<7,我们把pH<7的雨水称为酸雨
答案 D
解析 传统能源会产生C、S的氧化物,会带来很多环境问题,太阳能、水能、风能、氢能为清洁能源,有利于减少这些元素的氧化物的产生,A正确;SO2能直接危害人的身体健康,对呼吸道产生刺激,引发呼吸道疾病,B正确;二氧化碳是引起温室效应的主要物质,C正确;pH小于5.6的雨水才称为酸雨,D错误。
11.硫是生物必需的营养元素之一,下列关于如图所示的自然界中硫循环的说法正确的是( )
A.含硫杆菌及好氧/厌氧菌促进了硫的循环
B.硫循环中硫的化合物均为无机物
C.上述硫循环中硫元素均被氧化
D.烧煤时加石灰石,可减少酸雨及温室气体的排放
答案 A
解析 硫酸盐、亚硫酸盐等在含硫杆菌及好氧/厌氧菌的作用下缓慢转化成植物R1—S—R2,故含硫杆菌及好氧/厌氧菌促进了硫的循环,A项正确;硫循环中硫的化合物有含硫有机物,如煤、石油等,不全是无机物,B项错误;含硫杆菌及好氧/厌氧菌将硫酸盐、亚硫酸盐中的硫还原成植物R1—S—R2,硫循环中硫元素有时被氧化,有时被还原,C项错误;烧煤时加石灰石,可减少含硫气体的排放,减少酸雨的产生,但生成二氧化碳,会增加温室气体的排放,D项错误。
12.某工厂的一个生产工艺流程如图所示,下列叙述正确的是( )
A.该工艺流程是用来制备Fe2(SO4)3的
B.气体M是SO3
C.气体M参加的反应是化合反应
D.SO2参加反应时氧化剂和还原剂的物质的量之比是1∶1
答案 D
解析 由工艺流程的箭头指向可知,该过程中硫酸亚铁和硫酸铁可循环使用,气体M和SO2为反应物,指向流程之外的箭头只有硫酸(部分硫酸又参与循环),即硫酸铁和二氧化硫作用生成硫酸和硫酸亚铁。气体M和硫酸、硫酸亚铁作用生成硫酸铁。根据上述分析知,该工艺流程是用来制备硫酸的,A项错误;根据反应关系知,M是具有氧化性的气体,如O2等,B项错误;气体M、FeSO4和H2SO4作用生成Fe2(SO4)3,气体M参加的反应是氧化还原反应,C项错误;SO2参加反应时的化学方程式为SO2+Fe2(SO4)3+2H2O===2FeSO4+2H2SO4,参加反应时氧化剂和还原剂的物质的量之比是1∶1,D项正确。
13.某市和该市内某住宅小区(该小区无工厂和矿山)的“空气质量年报”如下表所示(浓度以mg·m-3计算):
物质 一年平均 NO2 SO2 O2 CO 总悬浮颗粒物 可吸入颗粒物
某市 80 80 5 12 80 55
住宅小区 40 132 2 13 150 80
由上表数据看出,造成该小区空气污染的主要原因是( )
A.该住宅小区可能使用煤作为主要燃料
B.该住宅小区使用天然气作为主要燃料
C.该住宅小区汽车的人均拥有量比本市其他小区多
D.该住宅小区使用氢气作为主要燃料
答案 A
14.形成酸雨的原理之一可简示为
含硫燃料AB硫酸
回答下列问题:
(1)A物质的化学式为 ,B物质的化学式为 。
(2)洗涤含SO2的烟气,以下物质可作洗涤剂的是 (填字母)。
a.Ca(OH)2 b.Na2CO3
c.CaCl2 d.NaHSO3
(3)利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2,在钠碱循环法中,Na2SO3溶液作为吸收液,可由NaOH溶液吸收SO2制得,该反应的离子方程式是
。
(4)某有色金属冶炼厂排放的废气中含SO2,先用石灰浆吸收SO2,然后利用空气中的氧气将产物继续氧化成石膏(CaSO4·2H2O)。写出有关反应的两个化学方程式:
。
答案 (1)SO2 SO3 (2)ab
(3)SO2+2OH-===SO+H2O
(4)SO2+Ca(OH)2===CaSO3+H2O、2CaSO3+O2+4H2O===2CaSO4·2H2O
15.模拟酸雨形成的流程如图所示。硫在气体单质A中燃烧发出蓝紫色火焰,生成有刺激性气味的气体B;通常情况下C为无色液体;B、C、D是氧化物,E、F和X都是酸,G是白色沉淀。
(1)E的化学式为 。
(2)反应①的化学方程式为 。
(3)反应④的化学方程式为 。
(4)反应⑥的化学方程式为 。
答案 (1)H2SO3 (2)S+O2SO2 (3)SO3+H2O===H2SO4 (4)BaCl2+H2SO4===BaSO4↓+2HCl