第五章-实践与探究测定雨水PH及酸雨防治-高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

2019人教版第二册

第五章化工生产中的重要非金属元素

研究与实践雨水PH测定及酸雨防治选择

1.核心素养:(1)科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的问题,能从问题和假设出发,依据研究目的,设计探究方案。(2)科学态度与社会责任:具有探索未知、崇尚真理的意识;具有节约资源、保护环境的可持续发展意识。学习目标2.素养目标:通过课题的探究学习,掌握硫、氮及其化合物的相关知识,初步养成绿色应用意识,增强社会责任感。课题任务:

以硫及其化合物、氮及其化合物的知识为载体,了解酸雨，解决酸雨的防治问题

柳州蝶变:从“酸雨之都”到“宜居花城”在上世纪80至90年代,广西柳州传统重工业聚集,粗放型发展模式使大气遭到严重污染,年酸雨出现频率最高达98%,被列为全国四大“酸雨之都”之一。

作为广西最大的工业基地和西南工业重镇,柳州市多年来一直努力在工业发展与环境保护之间寻求平衡,现已成为践行绿色发展理念的城市典范。近20多年来,柳州市经过酸雨治理、生态建设和新型工业化探索,已经由过去的“酸雨之都”蜕变为“宜居花城”。情景创设在绿色发展理念的指引下,柳州实现了经济效益与环境效益的统一,工业发展与生态环境的良性互动,走出了一条“生态工业城”的发展新路。如今柳州已成为国家低碳试点城市、国家循环经济示范城市。

1.某同学查阅资料得知:酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落过程中,吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质,形成了pH低于5.6的酸性降水。中国的酸雨多为硫酸型酸雨,少为硝酸型酸雨,此外,各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。素养探究【探究一】酸雨成分的分析(1)酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。以5.6为标准是因为正常雨水的pH大约为5.6,请分析原因。提示:空气中含有CO2,CO2与雨水反应生成碳酸,故雨水的pH约为5.6。(2)硝酸型酸雨是如何形成？提示:氮的氧化物NO2、NO与雨水反应生成硝酸,使雨水的pH小于5.6,发生的反应为2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO。提示：酸雨中的阴离子主要是硝酸根离子和硫酸根离子,通过硫酸根离子和硝酸根离子的浓度比值将酸雨的类型分为三类,如下:(1)硫酸型或燃煤型:硫酸根/硝酸根≥3(2)混合型:0.5<硫酸根/硝酸根<3(3)硝酸型或燃油型:硫酸根/硝酸根≤0.5。由此,可以根据一个地方的酸雨类型来初步判断酸雨的主要影响因素。（3）怎样判断酸雨的类型(4)某测定酸雨的站点对取得的酸雨样品进行了pH的测定,随时间推移,得到了如下实验数据。试分析酸雨的类型、形成原因及pH随时间变化的原因。时间(h)开始81624324048pH5.04.84.54.34.24.04.0提示:隔一段时间检测,发现pH逐渐减小,酸性增强,发生的反应为2H2SO3+O2====2H2SO4,酸雨样品中的H2SO3逐渐被氧化成H2SO4,使溶液的酸性增强,由此可以得出酸雨形成过程为二氧化硫与水反应SO2+H2O====H2SO3,酸雨为硫酸型酸雨。(5)如何设计实验证明(4)中的结论,写出你的思路,并与同学们进行交流。提示:①取一定量上述雨水,加入足量盐酸,再加热将产生的气体通入品红溶液中,品红溶液褪色;②取①反应后的雨水于另一试管中,加入BaCl2溶液,产生白色沉淀;如图:

1.用pH试纸测定酸雨的pH的操作是什么?思考提升提示:取一片pH试纸放在洁净的玻璃片上,用洁净的玻璃棒蘸取雨水滴在试纸的中央,待颜色不变后与标准比色卡比对,确定pH。2.现有相同的雨水样品2份,两位同学在不同时间测定该雨水样品的pH,所得数据如下:测试时间/hpH甲同学04.73乙同学24.56提示:这是由于雨水中的H2SO3被空气中氧气氧化所致:2H2SO3+O2====2H2SO4,使溶液的氢离子浓度增大。雨水样品的pH变化的原因是什么?提示:含有硫的煤(用S代替)→SO2→H2SO3→H2SO4①S+O2

SO2,②SO2+H2O====H2SO3,③2H2SO3+O2====2H2SO4。3.用化学方程式描述硫酸型酸雨的形成过程

提示：由于粗放型发展模式，使二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多,使大气遭到严重污染，酸雨的问题越来越突出。主要的危害有:2.

“酸雨之都”受到哪些危害？(1)酸雨可导致土壤酸化。土壤中含有大量铝的氢氧化物,土壤酸化后,可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子,形成植物可吸收形态的铝化合物。植物长期和过量吸收铝,会中毒,甚至死亡。【探究二】酸雨的危害(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。3.通过近20年的治理,柳州空气的二氧化硫含量已于2006年达标。(1)把煤燃烧产生的废气通入CaCO3与水形成浆状物,可以起到很好的脱硫效果,同时制得副产品石膏。试写出有关反应的化学方程式。【探究三】防止酸雨的措施的选择提示:由于亚硫酸的酸性大于碳酸,故发生的反应为SO2+CaCO3====CaSO3+CO2,CaSO3再被氧气氧化:2CaSO3+O2====2CaSO4。(2)为了持续打好环保战,柳州市政府推广绿色低碳的出行方式,大力支持当地清洁车辆的生产与使用。如使用纯电动汽车,这些措施可以大大减少汽车尾气的排放,汽车尾气的主要污染气体有哪些?造成的主要环境危害有哪些?提示:汽车尾气的主要污染气体为CO、NO、NO2等,对环境的主要危害有光化学烟雾、酸雨等。(3)为了彻底修复城市生态,进一步改造城市风貌,柳州市不仅做了“节能减排”的减法,还进行“绿色覆盖”的加法,实施了一系列城市绿化建设工程。这些做法体现了什么环境治理的思想?提示:柳州市的做法体现了环境治理的两种措施:①控制进入大气、土壤和水体的碳、硫和氮等化合物的量;②增强生态系统对碳、硫和氮等化合物的吸收能力。提示:①开发新能源,如氢能、太阳能、水能、潮汐能、地热能等。②使用燃煤脱硫技术,减少二氧化硫排放。③工业生产排放气体处理达标后再排放。④少开车,多乘坐公共交通工具出行。⑤使用天然气等较清洁能源,少用煤。（4）通过上面的分析你能提出哪些酸雨的防治措施?4.水华指淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象,是藻类大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。你能解释原因吗?可以采取什么措施防止这种现象的发生?【探究四】迁移应用1提示:水华主要是由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废污水进入水体后,水体富营养化,引起藻类大量繁殖。为了防止水体富营养化可采取以下措施:①严控水域附近建设氮肥厂、磷肥厂;②禁止含磷洗涤剂的使用;③工业、生活废水去营养化处理;④合理使用氮肥、磷肥。

5.中国气象局气候变化中心发布《中国气候变化蓝皮书(2019)》。报告指出,1992～2018年,中国酸雨总体呈减弱、减少趋势;2018年,全国平均降水pH为5.90,全国平均酸雨和强酸雨频率均为1992年以来的最低值。酸雨与工业化的快速发展及化石燃料的大量使用有关。某工业烟气中含有CO、CO2、N2、SO2等气体,用Na2SO3溶液吸收并回收SO2的过程如下图所示。【探究四】迁移应用2(1)SO2的浓度:Ⅰ________Ⅱ(填“>”或“<”)。

(2)在这个过程中可以循环使用的物质是________。

(3)上述吸收过程中主要反应的化学方程式是________。

(4)解吸过程需要加热,在这个过程中常伴有少量

产生。①证明产物中含

的实验方法是取少量解吸产物的溶液,________(填操作和现象)。

②产生

的原因是___________________________。

(3)亚硫酸钠溶液吸收二氧化硫反应生成亚硫酸氢钠,反应方程式为Na2SO3+SO2+H2O====2NaHSO3;(4)①硫酸根的检验方法是先加入过量盐酸,不产生沉淀,再加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成;②亚硫酸根或亚硫酸氢根中的硫为+4价,易被空气中的氧气氧化为+6价的硫,即硫酸根,反应方程式为2+O2====2。【解析】(1)(2)烟气中含有CO、CO2、N2、SO2等气体,通过亚硫酸钠吸收二氧化硫,因此富集了二氧化硫,亚硫酸氢钠受热易分解,生成二氧化硫、水和亚硫酸钠,因此SO2的浓度:Ⅰ<Ⅱ,可以循环使用的是Na2SO3;答案:(1)<

(2)Na2SO3

(3)Na2SO3+SO2+H2O====2NaHSO3

(4)①先加入过量盐酸,不产生沉淀,再加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成②加热过程中,(或)被空气中的氧气氧化成

(或2

+O2====2)某校化学兴趣小组的学生,分成两组对酸雨及空气中二氧化硫的含量进行了测定。第一组,取刚降到地面的酸雨水样,进行了如下实验:①将一片红色的玫瑰花瓣浸在一份水样中;②向雨水试样中滴加氯化钡溶液,有白色沉淀生成;(1)一段时间后,观察到玫瑰花瓣红色变浅,原因是________________。

(2)生成白色沉淀的离子方程式是_________________。

素养提升第二组,拟用如图装置定量分析空气中SO2的含量:(3)通入空气前应进行的实验操作是___________________________________;酸性KMnO4溶液中导管末端做成球状多孔结构的作用是__。

(4)已知:5SO2+2

+2H2O====5

+2Mn2++4H+。随着空气的不断通入,酸性高锰酸钾溶液颜色逐渐变浅直至褪色,说明SO2具有________________性。

(5)若实验中气体流速为aL·min-1,酸性KMnO4溶液的体积为bL,其浓度为cmol·L-1,从气体通入到紫色恰好褪去,用时5min,则空气中二氧化硫的含量为________g·L-1。

【解析】(1)玫瑰花瓣颜色变浅,则酸雨中存在漂白物质,即酸雨中的SO2有漂白作用。(2)酸雨中含有硫酸,可以与钡离子结合生成沉淀。(3)有气体参与的体系应先进行气密性检查;多孔结构表面积增大,使SO2尽可能地与高锰酸钾反应,有利于SO2的充分吸收。(4)根据反应可知5SO2+2+2H2O====5+2Mn2++4H+,SO2与酸性高锰酸钾溶液反应,硫从+4价变为+6价,酸性高锰酸