化学与大气污染

1、 随着工业化进程的随着工业化进程的 高歌猛进，大气污染问高歌猛进，大气污染问 题日益突出。题日益突出。13世纪初，世纪初， 英国便有因空气污染影英国便有因空气污染影 响居民健康的事件，至响居民健康的事件，至 17、18世纪，空气污染世纪，空气污染 问题已成为一个严重的问题已成为一个严重的 社会问题社会问题 。 一一.引言引言 在干洁的大气中，微量气体的组成是微不足道的。但是在一定范围在干洁的大气中，微量气体的组成是微不足道的。但是在一定范围 的大气中，出现了原来没有的微量物质，其数量和持续时间，都有可能的大气中，出现了原来没有的微量物质，其数量和持续时间，都有可能 对人、动物、植物及物品、材料

2、产生不利影响和危害。当大气中污染物对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害。当大气中污染物 质的浓度达到有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条质的浓度达到有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条 件，对人或物造成危害的现象叫做大气污染。件，对人或物造成危害的现象叫做大气污染。 造成大气污染的原因，主要是物理因素和化学因素。然而，物理作用造成大气污染的原因，主要是物理因素和化学因素。然而，物理作用 对空气造成的污染远不如化学作用的危害大。物理作用导致的污染，例对空气造成的污染远不如化学作用的危害大。物理作用导致的污染，例 如粉尘，危害相对较小，治理也相对容易；衡量大气

3、污染程度的几个指如粉尘，危害相对较小，治理也相对容易；衡量大气污染程度的几个指 标，受理化作用的共同控制，然而受化学因素控制的成分明显更重，比标，受理化作用的共同控制，然而受化学因素控制的成分明显更重，比 如酸雨。如酸雨。 v 19世纪，人见人怕，花见花衰的世纪，人见人怕，花见花衰的 “杀人烟雾杀人烟雾”首次出现在比利时，这首次出现在比利时，这 是史上第一次因大气污染导致的大规是史上第一次因大气污染导致的大规 模死亡事件。模死亡事件。1948年至年至1962年，又年，又 四度笼罩伦敦，累计导致四度笼罩伦敦，累计导致6000余人余人 死亡。其中死亡。其中1952年伦敦烟雾事件，年伦敦烟雾事件，

4、4000名居民仅在名居民仅在5天内丧生。这杀人天内丧生。这杀人 的烟雾就是现在的酸雨，其主要成分的烟雾就是现在的酸雨，其主要成分 为氮及硫的化合物。我们把为氮及硫的化合物。我们把pH值低值低 于于5.6的雨水定为酸雨。它看起来与的雨水定为酸雨。它看起来与 普通雨水无异，但所含酸性物质进入普通雨水无异，但所含酸性物质进入 陆地表面土壤和水中，依靠这些水土陆地表面土壤和水中，依靠这些水土 生存的生物，受到了不利影响，特别生存的生物，受到了不利影响，特别 是对森林的破坏作用很大。是对森林的破坏作用很大。1939年年 第一次作为酸雨记录下来的第一次作为酸雨记录下来的pH值是值是 5.9。到。到50年代

5、，酸雨的年代，酸雨的pH值已降到值已降到 3-5，最低还有，最低还有2.1的记录，我们平时的记录，我们平时 使用的醋的使用的醋的PH值也不过值也不过2.9而已，和而已，和 醋的酸性差不多甚至更强了。由于含醋的酸性差不多甚至更强了。由于含 有污染物的大气是在流动的，它可以有污染物的大气是在流动的，它可以 飘洋过海，日本排放的酸性成分可以飘洋过海，日本排放的酸性成分可以 跑到美国再形成酸雨降下，加拿大的跑到美国再形成酸雨降下，加拿大的 酸雨源出美国更不足奇。科学家测出，酸雨源出美国更不足奇。科学家测出， 云集在瑞典和挪威上空的二氧化硫气云集在瑞典和挪威上空的二氧化硫气 体，有体，有2/3是来自英国

6、和德国的工业是来自英国和德国的工业 区。而我国到区。而我国到1999年已成为仅次于年已成为仅次于 欧洲和北美的世界第三大酸雨区欧洲和北美的世界第三大酸雨区。 二.N的化合物的危害 v N（氮），分子量14.01，核电荷数为7，外 层电子排布式为2s22p3 氮的性质 v氮在大气中存在形式主要为氮气，由氮元素构成的双原子单质N2占空 气体积分数的78%。 v由于单质N2在常况下异常稳定，人们常误认为氮是一种化学性质不活 泼的元素。实际上相反，元素氮有很高的化学活性。N的电负性 （3.04）仅次于F、O和Cl，说明它能和其它元素形成较强的键。另外 单质N2分子的稳定性恰好说明N原子的活泼性，在一些

7、反应中，氮气 也被用作反应的气体环境。 在一些配合物中也活跃着N元 素的身影，例如我们化学书上 的乙二胺，络合物六氰合亚铁 （）离子 化合物化合物 如氮气和氧气在一定条件下生成一氧化氮如氮气和氧气在一定条件下生成一氧化氮 。 N2+O2=2NO 从而一氧化氮和水反应生成硝酸和亚硝酸从而一氧化氮和水反应生成硝酸和亚硝酸 。 大家都知道，王水能溶解绝大部分金属，过去就曾被认大家都知道，王水能溶解绝大部分金属，过去就曾被认 为是在王水中产生了原子氯和强氧化性的氯化亚硝基的为是在王水中产生了原子氯和强氧化性的氯化亚硝基的 缘故：缘故： HNO3+3HCl=NOCl+Cl2+2H2O 由上述方程式可见由

8、上述方程式可见N也可发生化学价降低的反应也可发生化学价降低的反应 ：比如：比如 由于由于N3-离子的负电荷较高，半径较大（离子的负电荷较高，半径较大（171pm），遇），遇 到水分子会强烈水解，因此其离子型化合物只能存在于到水分子会强烈水解，因此其离子型化合物只能存在于 干态，不会有水合干态，不会有水合N3-离子存在离子存在,又比如二氧化氮在一定又比如二氧化氮在一定 条件下生成一氧化氮和游离的氧原子。条件下生成一氧化氮和游离的氧原子。 污染 v 造成大气污染的造成大气污染的N的化合物主要为的化合物主要为 NO2，二氧化氮除自然来源外，主要来，二氧化氮除自然来源外，主要来 自于燃料的燃烧、城市汽

9、车尾气。此外，自于燃料的燃烧、城市汽车尾气。此外， 工业生产过程也可产生一些二氧化氮。工业生产过程也可产生一些二氧化氮。 据估计，全世界人为污染每年排出的氮据估计，全世界人为污染每年排出的氮 氧化物大约为氧化物大约为5300万吨万吨.如如,氮气和氧气氮气和氧气 生成二氧化氮的反应，可以发生在汽车生成二氧化氮的反应，可以发生在汽车 尾气的高温中，也可发生在云层间的突尾气的高温中，也可发生在云层间的突 然放电（也就是闪电）等自然过程中，然放电（也就是闪电）等自然过程中， 反应时，首先发生生成反应时，首先发生生成NO的反应，的反应，NO 在大气中不稳定，很快发生于氧气的氧在大气中不稳定，很快发生于氧

10、气的氧 化还原反应，生成化还原反应，生成NO2。工业生产时。工业生产时 NO2排放的最大来源，其反应过程要复排放的最大来源，其反应过程要复 杂的多。杂的多。NO是一种有刺激性气味的气体，是一种有刺激性气味的气体， 可进一步氧化生成硝酸，也可降价生成可进一步氧化生成硝酸，也可降价生成 亚硝酸，通过硝酸亚硝酸的强酸性及强亚硝酸，通过硝酸亚硝酸的强酸性及强 氧化性，反映出二氧化氮的危害性。氮氧化性，反映出二氧化氮的危害性。氮 氧化物还会与臭氧层中的氧化物还会与臭氧层中的O3及少量及少量O原原 子发生反应而减少臭氧浓度：子发生反应而减少臭氧浓度： NO+O3=NO2+O2，O+NO2=NO+O2。 目

11、前对于大气污染中目前对于大气污染中NO2的治理主要通的治理主要通 过其和强碱反应过其和强碱反应,如如2NO2+2NaOH aNO2+NaNO3+H2O 三.S的化合物的危害 酸雨 S的性质 v （硫），分子量（硫），分子量32.0，核电荷数，核电荷数16，外层，外层 电子排布式为电子排布式为3s22p4,单质硫有几种同素异单质硫有几种同素异 形体。主要是菱形硫，密度形体。主要是菱形硫，密度2.07克克/厘米厘米3， 熔点熔点11.28，沸点，沸点444.674.硫元素具有显硫元素具有显 著的非金属性，然而同住的氧，非金属性更著的非金属性，然而同住的氧，非金属性更 强，因此，很多硫的氧化物中，强

12、，因此，很多硫的氧化物中，S元素很多元素很多 情况下表现出正价。情况下表现出正价。 硫化物硫化物 v在我国炼铁工业中，FeS2是重要的原料，工业炼铁中，会发生 反应：4FeS2+11O2=2fe2o3+8so2。在大气中，二氧化硫会氧 化而成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的重要前驱物。大气 中二氧化硫浓度在0.5ppm以上对人体已有潜在影响；在13ppm 时多数人开始感到刺激；在400500ppm时人会出现溃疡和肺水 肿直至窒息死亡。当大气中二氧化硫浓度为0.21ppm，烟尘浓度 大于0.3mg/lL，可使呼吸道疾病发病率增高，慢性病患者的病情 迅速恶化。如前面提到的伦敦烟雾事件以及马斯河谷

13、事件和多诺 拉等烟雾事件，都是这种协同作用造成的危害。在我国部分地区 也采集到了酸雨,我们可以将其大致划分成西南酸雨区,华中酸雨 区,华东沿海酸雨区,目前我国酸雨成分主要为硫酸. 剧毒气体 vH2S,是一种毒性更大的气体，所幸， H2S在大气中含量极小，造成的危害很 小。硫化氢为常温下无色、有臭鸡蛋气 味的气体，H-S键能较H-O键能小，在 300度左右的温度下H2S就会分解成H2 和S，它是一种极强力的神经毒剂，能 引起中枢神经系统的机能改变.人吸入 浓度为1g/mm的H2S在数秒钟内即可死 亡。由于H2S的相对空气密度为1.19， 能在较低处扩散到相当远的地方，遇明 火即会回燃爆炸，在天然

14、气开采过程中， H2S有可能会发生中毒事件，一般采取 的对策是在井口引出H2S用火燃烧，使 极毒H2S迅速转化为有慢性污染的SO2 。 四，结语四，结语 v 随着生产力的发展，随着生产力的发展， 科学的进步人类自然的开发速度科学的进步人类自然的开发速度 大大加快，自第一次工业革命的生产总值，以远远超过过去大大加快，自第一次工业革命的生产总值，以远远超过过去 一切时代的总和。我们的物质生活的丰富程度，是我们的祖一切时代的总和。我们的物质生活的丰富程度，是我们的祖 先无法想象的到的。在我们沉湎于征服自然这一无知的口号先无法想象的到的。在我们沉湎于征服自然这一无知的口号 中时，大自然用无情的事实告诉我们，人类可以改造自然，中时，大自然用无情的事实告诉我们，人类可以改造自然， 但不能征服自然，盲目俄规划和过度的开发只能招致自然的但不能征服自然，盲目俄规划和过度的开发只能招致自然的 报复。化石燃料的应用，使人类应用能源时，对地形、环境、报复。化石燃料的应用，使人类应用能源时，对地形、环境、