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研究与实践1 测定雨水的pH
第五章 化工生产中的重要非金属元素
研究目的
酸雨对环境危害巨大，人们已经采取多种措施来防治酸雨。通过以下活动了解测定雨水pH的方法，认识酸雨的危害，激发保护环境的紧迫感。
阅读材料
材料一 酸雨的概念
酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水，其酸度可能高出正常雨水100倍以上。
常温下二氧化硫溶于水生成亚硫酸，其酸性强于碳酸。
材料二 酸雨的形成
酸雨的形成是一种复杂的大气化学和物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。造成酸雨的罪魁祸首是化石燃料燃烧所产生的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、工业加工和矿石冶炼过程产生的二氧化硫转化而成的。其形成的化学反应可以随雨雪的形成或降落而发生，也可以在空气中发生反应被降水吸收形成酸雨，可以是当地排放的，也可以是从远处迁移来的。
煤和石油燃烧以及金属冶炼等释放到大气中的SO2通过气相或液相反应生成硫酸。高温燃烧生成一氧化氮(NO)，排入大气后大部分转化为二氧化氮(NO2)，遇水生成硝酸和亚硝酸。
材料三 酸雨的危害
近年来，由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多，酸雨的问题越来越突出。主要的危害有：
(1)酸雨可导致土壤酸化。
(2)酸雨能诱发植物病虫害，使农作物大幅度减产。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害，导致蛋白质含量和产量下降。
(3)酸雨能使非金属建筑材料(混凝土、砂浆和灰砂砖)表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而损坏建筑物。
材料四 酸雨的预防和治理措施
目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有：
(1)原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40～60%的无机硫。
(2)优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。
(3)改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。
(4)对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法，可以除去烟气中85～90%的二氧化硫气体。
(5)开发新能源，如太阳能、风能、核能、可燃冰等。
实验用品
pH试纸、标准比色卡、pH计、收集的雨水、自来水、烧杯、玻璃棒
实验过程
(1)分别收集甲、乙两地刚下雨和雨快下完时的雨水备用
(2)用pH试纸粗略测定雨水的pH
用玻璃棒蘸取收集的雨水并涂在pH试纸上，观察试纸颜色的变化，并与标准比色卡对比，记录数据。
(3)精确测定收集的雨水放置过程中pH的变化
将收集的雨水倒入烧杯，把pH计的电极端浸入烧杯内，读取pH计所显示的示数，用水清洗玻璃电极，重复3次，求其平均值。
雨样 刚开始下雨时雨样的pH 雨快下完时雨样的pH
放置时长/小时 0 2 4 6 0 2 4 6
测试点甲 5.22 4.91 4.73 4.72 5.36 5.08 4.92 4.90
测试点乙 4.81 4.62 4.53 4.52 5.06 4.87 4.64 4.62
交流研讨
(1)通过上述数据判断此次降雨甲、乙两地是否为酸雨，哪个地区酸雨更严重。
提示：均为酸雨，乙地更严重。因为两地雨水pH均小于5.6，乙地pH更小。
(2)分析放置过程中雨水pH变化的原因。
提示：酸雨的酸性随放置时间的增长而增强，是因为：SO2＋H2O H2SO3、2H2SO3＋O2===2H2SO4。
(3)分析开始下雨和雨快下完时pH不同的原因。
提示：雨快下完时收集的雨水pH略大于刚开始下雨时收集的雨水pH。因为刚开始下雨时会溶解较多的二氧化硫，二氧化硫与水反应产生的亚硫酸浓度较大，电离出的氢离子浓度也相应较大。
应用体验
1．环境污染问题越来越受到人们的关注，造成环境污染的主要原因大多是由于人类生产活动中过度排放有关物质引起的。下列环境问题与所对应的物质不相关的是
A．温室效应——CO2 B．光化学烟雾——NO2
C．酸雨——SO2 D．臭氧层破坏——N2
√
A．CO2属于温室气体，可以导致温室效应，A不符合题意；B．空气中含有的NO2与碳氢化合物在光照的条件下反应，生成有毒的烟雾，就是光化学烟雾，B不符合题意；C．SO2的排放可以形成硫酸型酸雨，C不符合题意；D．氟利昂的使用会破坏臭氧层，臭氧层破坏与氮气无关，D符合题意；故答案选D。
2．酸雨是一种突出的环境问题，下列有关酸雨及其防治的说法正确的是
A．酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
B．酸雨能直接损伤农作物，破坏森林，加速桥梁的腐蚀
C．酸雨的形成只与SO2的排放有关
D．汽车尾气中的氮氧化物是由汽油的不完全燃烧产生的
√
A．酸雨主要是由SO2、NO2等气体引起的，而SO2、NO2溶于雨水分别生成H2SO4和HNO3，使雨水pH<5.6，即为酸雨，故A错误；B．酸雨影响土壤酸碱性不适合植物生长，能直接损伤农作物，破坏森林，酸雨会腐蚀金属，加速桥梁的腐蚀，故B正确；C．酸雨的形成不仅与SO2的排放有关，还与氮氧化合物的排放有关，故C错误；D．汽油中不含N元素，故氮氧化合物不是来自汽油的不完全燃烧，而是来自汽车打火，空气中的氮气与氧气反应产生的氮氧化合物，故D错误；故答案为B。
3．(2024·贵阳市白云区期中)下列说法错误的是
A．酸雨是指pH小于7的雨水
B．汽车尾气已成为许多城市空气的主要污染源
C．可以用生石灰作为脱硫剂以减少工业废气SO2的排放
D．二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物是大气主要污染物
√
A．酸雨是pH小于5.6的雨水，A错误；B．汽车尾气中的氮氧化物，可引起光化学烟雾，是许多城市空气的主要污染源，B正确；C．二氧化硫为酸性氧化物，可与生石灰发生反应生成亚硫酸钙，从而可减少工业废气SO2的排放，C正确；D．大气污染物包括一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物、臭氧等，D正确；故选A。
4．化学与人类生活、生产和社会可持续发展密切相关，下列说法不正确的是
A．化石燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和 NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施
B．水华、赤潮等水体污染与大量排放磷、氮有关
C．SO2具有漂白性，可大量用于漂白食品
D．氮氧化物的排放与光化学烟雾有关
√
A．化石燃料燃烧会生成N、S的氧化物，易形成酸雨，所以化石燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化均可减少N、S氧化物的排放，可减少酸雨，A正确；B．水华、赤潮等水体污染与大量排放氮、磷有关，B正确；C．二氧化硫具有漂白性，可用于漂白纸浆，但二氧化硫有毒，不能大量用于漂白食品，C错误；D．氮氧化物的排放可造成光化学烟雾，D正确；故答案选C。
5．某地区经常有酸雨降落，为粗略测定空气中SO2的含量，某学习小组设计了如图所示的实验装置进行实验。
[资料]
①室温下，碘的溶解度为0.029 g。
②我国空气质量标准中SO2浓度限值(mg·m-3)如表：
③SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI。
一级标准 二级标准 三级标准
≤0.15 ≤0.50 ≤0.70
[实验步骤]
①检查装置气密性。
②向C装置中加入1.0 mL溶质质量分数为1.27×10-6 g·mL-1的碘水(ρ≈1.0 g·mL-1)，滴入2～3滴淀粉溶液。
③打开弹簧夹 (填“a”或“b”)，关闭另一个弹簧夹，抽拉注射器吸取500 mL空气，再开、闭相应弹簧夹，缓缓将气体推入C装置，重复上述操作多次。当C中溶液颜色 时，停止推动注射器的活塞。
④实验数据处理。
(1)完善步骤③的内容。
(2)如何检查装置气密性？
答案：关闭弹簧夹b，打开弹簧夹a，将注射器活塞从右向左推，如果A中得到水的体积等于注射器活塞推动的体积，说明装置的气密性良好。
b
由蓝色变成无色
(3)实验时，C装置中原有蒸馏水对实验有无影响？
答案：无影响。
(4)实验中哪些因素会使测定结果偏低？
答案：推动注射器活塞速率太快或抽取空气时，未抽满500 mL(答案合理即可)。
推动注射器活塞速率太快，会导致二氧化硫不能完全反应，从而导致计算的结果偏低；抽取空气时，未抽满500 mL，会导致计算的二氧化硫质量偏小，从而导致计算的结果偏低。
(5)可以采用什么试剂代替C装置中碘的淀粉溶液？
答案：酸性KMnO4溶液或溴水(答案合理即可)。
(6)该小组在同一地点进行了3次实验，推动活塞次
数记录如表(每次抽气为500 mL)。进行3次实验的
目的是什么？
答案：取平均值，使测定结果更准确。
实验序号 1 2 3
推动次数 19 20 21
二氧化硫能使酸性KMnO4溶液(或溴水)褪色，因此能用酸性KMnO4溶液(或溴水)代替碘的淀粉溶液。研究与实践1 测定雨水的pH
酸雨对环境危害巨大，人们已经采取多种措施来防治酸雨。通过以下活动了解测定雨水pH的方法，认识酸雨的危害，激发保护环境的紧迫感。
材料一 酸雨的概念
酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水，其酸度可能高出正常雨水100倍以上。
常温下二氧化硫溶于水生成亚硫酸，其酸性强于碳酸。
材料二 酸雨的形成
酸雨的形成是一种复杂的大气化学和物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。造成酸雨的罪魁祸首是化石燃料燃烧所产生的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、工业加工和矿石冶炼过程产生的二氧化硫转化而成的。其形成的化学反应可以随雨雪的形成或降落而发生，也可以在空气中发生反应被降水吸收形成酸雨，可以是当地排放的，也可以是从远处迁移来的。
煤和石油燃烧以及金属冶炼等释放到大气中的SO2通过气相或液相反应生成硫酸。高温燃烧生成一氧化氮(NO)，排入大气后大部分转化为二氧化氮(NO2)，遇水生成硝酸和亚硝酸。
材料三 酸雨的危害
近年来，由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多，酸雨的问题越来越突出。主要的危害有：
(1)酸雨可导致土壤酸化。
(2)酸雨能诱发植物病虫害，使农作物大幅度减产。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害，导致蛋白质含量和产量下降。
(3)酸雨能使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而损坏建筑物。
材料四 酸雨的预防和治理措施
目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有：
(1)原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40～60%的无机硫。
(2)优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。
(3)改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。
(4)对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法，可以除去烟气中85～90%的二氧化硫气体。
(5)开发新能源，如太阳能、风能、核能、可燃冰等。
pH试纸、标准比色卡、pH计、收集的雨水、自来水、烧杯、玻璃棒
(1)分别收集甲、乙两地刚下雨和雨快下完时的雨水备用
(2)用pH试纸粗略测定雨水的pH
用玻璃棒蘸取收集的雨水并涂在pH试纸上，观察试纸颜色的变化，并与标准比色卡对比，记录数据。
(3)精确测定收集的雨水放置过程中pH的变化
将收集的雨水倒入烧杯，把pH计的电极端浸入烧杯内，读取pH计所显示的示数，用水清洗玻璃电极，重复3次，求其平均值。
雨样 刚开始下雨时雨样的pH 雨快下完时雨样的pH
放置时长/小时 0 2 4 6 0 2 4 6
测试点甲 5.22 4.91 4.73 4.72 5.36 5.08 4.92 4.90
测试点乙 4.81 4.62 4.53 4.52 5.06 4.87 4.64 4.62
(1)通过上述数据判断此次降雨甲、乙两地是否为酸雨，哪个地区酸雨更严重。
提示：均为酸雨，乙地更严重。因为两地雨水pH均小于5.6，乙地pH更小。
(2)分析放置过程中雨水pH变化的原因。
提示：酸雨的酸性随放置时间的增长而增强，是因为：SO2＋H2O H2SO3、2H2SO3＋O2===2H2SO4。
(3)分析开始下雨和雨快下完时pH不同的原因。
提示：雨快下完时收集的雨水pH略大于刚开始下雨时收集的雨水pH。因为刚开始下雨时会溶解较多的二氧化硫，二氧化硫与水反应产生的亚硫酸浓度较大，电离出的氢离子浓度也相应较大。
1．环境污染问题越来越受到人们的关注，造成环境污染的主要原因大多是由于人类生产活动中过度排放有关物质引起的。下列环境问题与所对应的物质不相关的是( )
A．温室效应——CO2 B．光化学烟雾——NO2
C．酸雨——SO2 D．臭氧层破坏——N2
答案：D
解析：A．CO2属于温室气体，可以导致温室效应，A不符合题意；B．空气中含有的NO2与碳氢化合物在光照的条件下反应，生成有毒的烟雾，就是光化学烟雾，B不符合题意；C．SO2的排放可以形成硫酸型酸雨，C不符合题意；D．氟利昂的使用会破坏臭氧层，臭氧层破坏与氮气无关，D符合题意；故答案选D。
2．酸雨是一种突出的环境问题，下列有关酸雨及其防治的说法正确的是( )
A．酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
B．酸雨能直接损伤农作物，破坏森林，加速桥梁的腐蚀
C．酸雨的形成只与SO2的排放有关
D．汽车尾气中的氮氧化物是由汽油的不完全燃烧产生的
答案：B
解析：A．酸雨主要是由SO2、NO2等气体引起的，而SO2、NO2溶于雨水分别生成H2SO4和HNO3，使雨水pH<5.6，即为酸雨，故A错误；B．酸雨影响土壤酸碱性不适合植物生长，能直接损伤农作物，破坏森林，酸雨会腐蚀金属，加速桥梁的腐蚀，故B正确；C．酸雨的形成不仅与SO2的排放有关，还与氮氧化合物的排放有关，故C错误；D．汽油中不含N元素，故氮氧化合物不是来自汽油的不完全燃烧，而是来自汽车打火，空气中的氮气与氧气反应产生的氮氧化合物，故D错误；故答案为B。
3．（2024·贵阳市白云区期中）下列说法错误的是( )
A．酸雨是指pH小于7的雨水
B．汽车尾气已成为许多城市空气的主要污染源
C．可以用生石灰作为脱硫剂以减少工业废气SO2的排放
D．二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物是大气主要污染物
答案：A
解析：A．酸雨是pH小于5.6的雨水，A错误；B．汽车尾气中的氮氧化物，可引起光化学烟雾，是许多城市空气的主要污染源，B正确；C．二氧化硫为酸性氧化物，可与生石灰发生反应生成亚硫酸钙，从而可减少工业废气SO2的排放，C正确；D．大气污染物包括一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物、臭氧等，D正确；故选A。
4．化学与人类生活、生产和社会可持续发展密切相关，下列说法不正确的是( )
A．化石燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和 NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施
B．水华、赤潮等水体污染与大量排放磷、氮有关
C．SO2具有漂白性，可大量用于漂白食品
D．氮氧化物的排放与光化学烟雾有关
答案：C
解析：A．化石燃料燃烧会生成N、S的氧化物，易形成酸雨，所以化石燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化均可减少N、S氧化物的排放，可减少酸雨，A正确；B．水华、赤潮等水体污染与大量排放氮、磷有关，B正确；C．二氧化硫具有漂白性，可用于漂白纸浆，但二氧化硫有毒，不能大量用于漂白食品，C错误；D．氮氧化物的排放可造成光化学烟雾，D正确；故答案选C。
5．某地区经常有酸雨降落，为粗略测定空气中SO2的含量，某学习小组设计了如图所示的实验装置进行实验。
[资料]
①室温下，碘的溶解度为0.029 g。
②我国空气质量标准中SO2浓度限值(mg·m-3)如表：
一级标准 二级标准 三级标准
≤0.15 ≤0.50 ≤0.70
③SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI。
[实验步骤]
①检查装置气密性。
②向C装置中加入1.0 mL溶质质量分数为1.27×10-6 g·mL-1的碘水(ρ≈1.0 g·mL-1)，滴入2～3滴淀粉溶液。
③打开弹簧夹 （填“a”或“b”），关闭另一个弹簧夹，抽拉注射器吸取500 mL空气，再开、闭相应弹簧夹，缓缓将气体推入C装置，重复上述操作多次。当C中溶液颜色 时，停止推动注射器的活塞。
④实验数据处理。
(1)完善步骤③的内容。
(2)如何检查装置气密性？
(3)实验时，C装置中原有蒸馏水对实验有无影响？
(4)实验中哪些因素会使测定结果偏低？
(5)可以采用什么试剂代替C装置中碘的淀粉溶液？
(6)该小组在同一地点进行了3次实验，推动活塞次数记录如表（每次抽气为500 mL）。进行3次实验的目的是什么？
实验序号 1 2 3
推动次数 19 20 21
答案：(1)b 由蓝色变成无色
(2)关闭弹簧夹b，打开弹簧夹a，将注射器活塞从右向左推，如果A中得到水的体积等于注射器活塞推动的体积，说明装置的气密性良好。
(3)无影响。
(4)推动注射器活塞速率太快或抽取空气时，未抽满500 mL（答案合理即可）。
(5)酸性KMnO4溶液或溴水（答案合理即可）。
(6)取平均值，使测定结果更准确。
解析：(4)推动注射器活塞速率太快，会导致二氧化硫不能完全反应，从而导致计算的结果偏低；抽取空气时，未抽满500 mL，会导致计算的二氧化硫质量偏小，从而导致计算的结果偏低。(5)二氧化硫能使酸性KMnO4溶液（或溴水）褪色，因此能用酸性KMnO4溶液（或溴水）代替碘的淀粉溶液。
