2023版高三一轮总复习化学（苏教版）第2部分 专题4 课题探究3探秘雾霾的成因及治理方案

探秘雾霾的成因及治理方案雾霾，顾名思义是雾和霾。雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。多出现于秋冬季节，是近地面层空气中水汽凝结(或凝华)的产物。雾的存在会降低空气透明度，使能见度恶化，如果目标物的水平能见度降低到1000米以内，就将悬浮在近地面空气中的水汽凝结(或凝华)物的天气现象称为雾。霾，也称灰霾(烟霞)，空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混浊。雾霾天气是一种大气污染状态，雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，尤其是PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶”。二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物是雾霾主要组成，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得灰蒙蒙的。颗粒物的英文缩写为PM，北京监测的是PM2.5，也就是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的污染物颗粒。这种颗粒本身既是污染物，又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长，对人体健康和大气环境质量的影响很大。雾霾中无机盐成分探究某地区的雾霾中可能含有如下可溶性无机离子：Na＋、K＋、NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))、Mg2＋、Ca2＋、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、Cl－。某同学收集了该地区的雾霾，经必要的预处理后得试样溶液，使用同一份试样溶液，设计并完成了如下实验：已知：在加热与强碱性条件下，铝单质可以将NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))还原为氨。(1)PM2.5形成的分散系是胶体吗？为什么？[答案]不是，PM2.5的直径不在1～100nm范围。(2)根据上述实验现象推断肯定含有的离子是什么？[答案]NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))。(3)不能确定的离子是什么？如何重新设计实验进行检验？[答案]由于溶液引入Cl－，故后续的实验无法判断试样中是否含有Cl－；重新取样，加入足量的Ba(NO3)2溶液后，振荡、静置，向上清液中加入硝酸酸化的AgNO3溶液后观察，若有白色沉淀生成，说明试样含有Cl－，反之不含。探究雾霾中的污染源用离子色谱法测定上述试样，所含离子浓度如表所示。离子NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))K＋Ca2＋Cl－Mg2＋Na＋离子浓度/(μg·m－3)26.8029.0519.161.780.501.640.220.16已知大气颗粒物中各元素的污染主体如表所示。元素NSNa、Mg、ClKCa污染主体机动车尾气燃煤污染海盐离子秸秆燃烧建筑粉尘结合所给信息判断，该地区大气颗粒物的主要污染源有哪些？[答案]离子检验实验只能检测出NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))和NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))，说明这些离子含量比较高，由此判断该地区大气颗粒物的主要污染源是机动车尾气和燃煤污染。消除雾霾的方案探究汽车尾气的净化处理。机动车排放的污染物包括碳氢化合物(CxHy)、颗粒物(PM)、CO、NOx。为了减少汽车尾气的排放，科研工作者研发出了三元催化转化技术，即当高温的气体尾气通过三元催化净化器时，可将尾气中的CxHy、CO、NOx转化为无毒的物质排出。你能写出净化器中可能发生的物质变化吗(无需配平)?[答案]CxHy＋O2→CO2＋H2OCO＋O2→CO2CxHy＋NOx→CO2＋N2＋H2OCO＋NOx→CO2＋N2SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NOx排放。(1)SCR(选择性催化还原)工作原理：①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，该反应的化学方程式：。②反应器中NH3还原NO2的化学方程式：。③当燃油中含硫量较高时，尾气中SO2在O2作用下会形成(NH4)2SO4，使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH4)2SO4的形成：。④尿素溶液浓度影响NO2的转化，测定溶液中尿素(M＝60g·mol－1)含量的方法如下：取ag尿素溶液，将所含氮完全转化为NH3，所得NH3用过量的v1mLc1mol·L－1H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2mLc2mol·L－1NaOH溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数是。(2)NSR(NOx储存还原)工作原理：NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示。图a图b①通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存NOx的物质是。②用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是。③还原过程中，有时会产生笑气(N2O)。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下，15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO。将该反应的化学方程式补充完整：eq\o(=,\s\up9(催化剂))15NNO＋H2O[解析](1)④根据题意，加入硫酸的总物质的量为c1v1×10－3mol，NaOH消耗硫酸的物质的量为eq\f(c2v2×10－3,2)mol，因此与NH3反应的硫酸的物质的量为(c1v1×10－3－eq\f(c2v2×10－3,2))mol，根据关系式：CO(NH2)2～2NH3～H2SO4，得n[CO(NH2)2]＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c1v1－\f(1,2)c2v2))×10－3mol，m[CO(NH2)2]＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c1v1－\f(1,2)c2v2))×10－3mol×60g·mol－1＝0.06eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c1v1－\f(1,2)c2v2))g，因此尿素溶液中溶质的质量分数为eq\f(0.06\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c1v1－\f(1,2)c2v2))g,ag)×100%＝eq\f(3(2c1v1－c2v2),a)%。[答