第三单元 防治二氧化硫对环境的污染
课程标准要求 1.了解自然界中硫元素的循环。认识防治二氧化硫导致空气污染的方法。2.了解酸雨的成因、危害及防治方法,形成良好的环境保护意识,了解可持续发展的重大意义。3.了解雾霾的形成及防治办法和空气质量评价,培养合理利用自然资源的观念。
一、自然界中的硫循环 酸雨及其治理
1.自然界中的硫循环
(1)转化途径
(2)SO2过渡排放的危害
世界各国在工业化过程中,大量使用化石燃料,导致SO2过度排放,影响了自然界中硫的循环,造成酸雨、土壤酸化等环境问题。
2.酸雨及其治理
(1)酸雨: pH<5.6的降雨。
(2)硫酸型酸雨的形成
主要反应:
3.酸雨的危害
湖泊酸化、土壤贫瘠、森林大面积死亡、饮用水中重金属元素含量增加,加快桥梁、雕塑等建筑物的腐蚀。
4.酸雨的防治措施
(1)研究开发新能源(如太阳能、核能、氢能等)。
(2)对含硫燃料预先进行脱硫处理,减少二氧化硫的排放,并对生产中产生的二氧化硫废气进行处理或回收利用。
(3)对含SO2废气进行处理或回收利用。例如用石灰乳吸收SO2的反应方程式为Ca(OH)2+SO2===CaSO3+H2O。
【微自测】
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)CO2、NO2和SO2都会导致酸雨的形成。(×)
(2)治理硫酸型酸雨的关键是减少二氧化硫的排放。(√)
(3)凡是呈酸性的雨水都称为酸雨。(×)
(4)酸雨样品的pH随放置时间延长而减小。(√)
二、空气质量评价
1.空气质量指数
(1)空气质量指数AQI中有细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、臭氧(O3)、一氧化碳(CO)六大检测项目。
(2)AQI作为衡量空气质量好坏的指标,其数值越小,空气质量越好,对人体健康的危害就越小。
2.雾霾及其防治
(1)概念: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,这种空气混浊现象叫作雾霾。
(2)分类:根据颗粒物直径的大小可以将其分为细颗粒物(PM2.5,直径小于2.5 μm)、可吸入颗粒物(PM10,直径小于10 μm)等。
(3)成因及防治
成因:悬浮在空气中的颗粒物的组成为有机颗粒物、硫酸盐、铵盐等,其中硫酸盐与空气中的二氧化硫有关。
防治:从源头抓起,企业必须转变能源结构,坚持绿色发展,控制二氧化硫等有害气体的排放;政府要提高污染排放标准,社会各界要大力监督,共同打赢蓝天保卫战。
【微自测】
2.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)空气质量指数需要检测二氧化碳的含量。(×)
(2)PM2.5指直径小于或等于2.5 μm悬浮颗粒物,PM10指直径小于或等于10 μm的悬浮颗粒物。(√)
(3)减少大气中SO2污染的主要方法之一是减少含硫化石燃料的燃烧。(√)
一、二氧化硫的处理方法
直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题,将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫,最终生成硫酸钙。硫酸钙可在如图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应,气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳,从而有利于二氧化碳的回收利用,达到减少碳排放的目的。
1.煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中,引发的主要环境问题有哪些?
提示 温室效应、酸雨、粉尘污染。
2.在烟气脱硫时控制浆液的pH,此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙,写出反应化学方程式。
提示 Ca(HSO3)2+O2===CaSO4+H2SO4。
1.酸雨的理解
正常雨水的pH=5.6(CO2溶于水的缘故),因此酸雨(pH<5.6)不是CO2溶于水形成的。
2.消除SO2对环境污染的四种方法
方法一:石灰石-石膏法
工艺原理:将石灰石粉末加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔,与烟气充分接触混合并氧化,最终生成石膏(CaSO4·2H2O)。其化学方程式为CaCO3+SO2===CaSO3+CO2,2CaSO3+O2===2CaSO4,总反应方程式为2CaCO3+2SO2+O2===2CaSO4+2CO2。
方法二:氨脱硫法
该脱硫法采用喷雾吸收法,雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触从而吸收SO2,其反应的化学方程式为NH3+SO2(过量)+H2O===NH4HSO3,2NH3+SO2(少量)+H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。
方法三:钠、碱脱硫法
钠、碱脱硫法是用NaOH或Na2CO3吸收烟气中的SO2,得到Na2SO3和NaHSO3,发生反应的化学方程式为2NaOH+SO2===Na2SO3+H2O或Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2,Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3。
方法四:双碱脱硫法
先利用烧碱吸收SO2,再利用熟石灰浆液进行再生,再生后的NaOH溶液可循环使用,化学反应原理为
①吸收反应:2NaOH+SO2===Na2SO3+H2O,2Na2SO3+O2===2Na2SO4。
②再生反应:Na2SO3+Ca(OH)2===CaSO3+2NaOH,Na2SO4+Ca(OH)2===CaSO4+2NaOH。
1.下列有关酸雨的说法正确的是( )
A.凡是呈酸性的雨水都称为酸雨
B.酸雨的形成只与SO2的排放有关
C.煤的脱硫可以在一定程度上防止酸雨的形成
D.为了不形成酸雨,应停止使用一切化石燃料
答案 C
解析 A项,正常雨水中由于溶解了二氧化碳,也呈酸性, pH<5.6的降水才称为酸雨,错误;B项,酸雨分为硝酸型酸雨和硫酸型酸雨,硝酸型酸雨的形成与氮氧化物的排放有关,错误;C项,煤的脱硫可以减少SO2的排放,在一定程度上可防止酸雨的形成,正确;D项,应推广使用脱硫技术,大力开发清洁环保的新能源,减少酸雨的形成,错误。
2.(2022·连云港高一期末)SO2能与硫化氢、氧气、氯气、过氧化氢、酸性KMnO4等物质反应,如2SO2+O22SO3。燃煤、金属冶炼和硫酸生产等产生的尾气中都会含有SO2,容易造成酸雨、土壤酸化等环境问题。下列说法正确的是( )
A.工业上制硫酸时,用水吸收生成的SO3
B.将工厂烟囱建高可减少硫酸型酸雨的产生
C.溶有SO2的雨水不会对土壤、水源产生污染
D.可用“石灰乳+氧气”吸收法除去尾气中的SO2
答案 D
解析 吸收塔中SO3如果用水吸收,发生反应:SO3+H2O===H2SO4,该反应为放热反应,放出的热量易导致酸雾形成,腐蚀设备阻碍水对三氧化硫的吸收;而浓硫酸的沸点高,难以气化,不会形成酸雾,同时三氧化硫易溶于浓硫酸,所以工业上从吸收塔顶部喷洒浓硫酸作吸收液,最终得到“发烟”硫酸,A错误;将工厂烟囱建高不能减少污染物的生成,所以不能减少环境污染,B错误;溶有SO2的雨水pH<5.6,是酸雨,会对土壤、水源产生污染,C错误;用“石灰乳+氧气”吸收含SO2的尾气,二氧化硫被氧化生成硫酸钙,能减少二氧化硫的排放,D正确。
3.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________。
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
二、环境污染与治理
常见的环境污染
环境污染 形成原因 主要危害
温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球变暖,冰雪融化
酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤酸化,腐蚀建筑物
光化 学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长
臭氧层空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧
赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放 使藻类过度繁殖,水质恶化,发生在海水中为赤潮,淡水中为水华
白色污染 聚乙烯塑料的大量使用,任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境
二氧化碳不能导致酸雨,不属于空气质量报告中的污染物,但能够导致温室效应。
4.下列做法不能减少大气污染的是( )
A.大力发展清洁能源
B.大力发展私家车,减少公共交通
C.利用太阳能、风能等替代化石能源
D.多使用电动车和自行车
答案 B
解析 减少大气污染的措施有发展清洁能源,减少煤燃烧时SO2的排放,开发利用新能源,减少汽车尾气的排放等。
5.目前,我国是世界三大酸雨区之一,治理酸雨对我国的可持续发展有着重大意义,下列有关酸雨的说法错误的是( )
A.开发能替代化石能源的新能源,如氢能、太阳能等
B.利用石灰石对含硫燃料进行脱硫处理
C.空气质量指数(AQI)含SO2、NO2、PM2.5、PM10、O3、CO2检测项目
D.利用熟石灰处理酸化土壤
答案 C
解析 化石燃料的燃烧产物往往含有氮、硫等氧化物,其产物是造成酸雨的主要原因之一,利用氢能、太阳能等清洁能源可以减少污染物的排放,故A正确;高温条件下石灰石分解为氧化钙,氧化钙可以与硫的氧化物结合,故B正确;空气质量指数(AQI)监测不包括二氧化碳,二氧化碳不是空气污染物,应该为一氧化碳,还有二氧化氮、臭氧、PM2.5、PM10、SO2,故C错误;熟石灰的主要成分为氢氧化钙,显碱性,能与酸性土壤发生中和反应,从而改善土壤,故D正确。
6.当今世界的三大环境问题是酸雨、臭氧层空洞和温室效应。
(1)酸雨形成的主要原因是人们向空气中排放了大量的( )
A.二氧化硫 B.二氧化碳
C.一氧化碳 D.硫化氢
(2)臭氧层易被破坏的原因是( )
A.臭氧氧化性强,不稳定
B.臭氧还原性强,不稳定
C.臭氧被紫外线破坏
D.臭氧与氢气合成雨水
(3)目前地球气温普遍上升是由温室效应引起的,CO2能够产生温室效应的主要原因是( )
A.CO2能放出能量,使大气层中空气的温度升高
B.植物的光合作用需要CO2,CO2可促进光合作用
C.CO2可产生温室效应,使地球温度升高
D.CO2可以防止地表热量向太空中辐射
答案 (1)A (2)A (3)D
解析
明晰分类标准 解释举证
酸雨 2SO2+O2+2H2O===2H2SO4
臭氧层空洞 氮氧化物、氟氯代烃是破坏臭氧层的元凶
温室效应 温室效应是空气中的CO2、颗粒状悬浮物增多造成的
1.下列物质不属于“城市空气质量日报”内容的是( )
A.二氧化碳 B.二氧化硫
C.氮氧化物 D.悬浮颗粒
答案 A
解析 二氧化硫、氮氧化物、悬浮颗粒均可引起空气污染,故不属于“城市空气质量日报”报道的物质是二氧化碳。
2.下列对酸雨和雾霾的理解正确的是( )
A.酸雨是指pH<7的降水(包括雨、雪、霜等)
B.酸雨放置后酸性会减弱
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反应均为氧化还原反应
答案 C
解析 酸雨是指pH<5.6的降水,A项错误;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;酸雨的形成主要与SO2和氮氧化物有关,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。
3.下列各组名词或现象中,三者间没有逐级因果关系的是( )
A.汽车尾气——光化学污染——咳嗽和气喘者增多
B.含磷洗衣粉——水体富营养化——水栖生物大量死亡
C.塑料包装袋——空气中CO2浓度增大——温室效应
D.氟氯烃——臭氧空洞——皮肤癌患者增多
答案 C
解析 温室效应造成的主要原因是大量燃烧含碳的燃料,如燃烧煤炭、石油产品;塑料包装袋引起白色污染。
4.如图是某燃煤发电厂处理废气的装置示意图。下列说法错误的是( )
A.废气处理最主要目的是减少酸雨的形成
B.装置内发生的反应有化合、分解、置换和氧化还原反应
C.整个过程的反应可表示为2SO2+2CaCO3+O2===2CaSO4+2CO2
D.可用酸性高锰酸钾溶液检验废气处理是否达标
答案 B
解析 SO2是形成酸雨的重要物质,经过处理后能减少酸雨的形成,A正确;CaCO3受热分解生成CaO和CO2的反应属于分解反应,SO2与CaO反应生成CaSO3属于化合反应,CaSO3和O2反应生成CaSO4属于化合反应,也属于氧化还原反应,该过程没有涉及置换反应,B错误;整个过程中,SO2与CaCO3、O2反应生成了CaSO4和CO2(2SO2+2CaCO3+O2===2CaSO4+2CO2),C正确;SO2具有还原性,能使酸性高锰酸钾溶液褪色,故可用酸性高锰酸钾溶液检验废气处理是否达标,D正确。
5.人与自然要和谐相处,保持洁净安全的生存环境已成为全人类的共识。
(1)导致雾霾形成的主要污染物是________(填字母)。
a.SO2 b.NO2 c.PM2.5
(2)控制燃煤产生的SO2的排放,能够减少_____________________________
型酸雨的形成。燃煤排放的烟气中还含有其他污染物,请列举一种:________。
(3)pH<________的雨水称为酸雨;向煤中加入适量的____________,可以大大减少燃烧产物中SO2的量。
(4)对汽车加装尾气催化净化装置,可以使其中的NO、CO相互反应转化成无毒的气体,其原理可以用化学方程式表示为__________________________
________________________________________________。
答案 (1)c (2)硫酸 CO(或粉尘) (3)5.6 石灰石 (4)2NO+2CON2+2CO2
解析 (2)燃煤排放的烟气中除含有二氧化硫,还含有粉尘、未完全燃烧产生的CO等。(4)NO、CO相互反应转化成无毒的气体N2、CO2,再配平即得到化学方程式。