考向 01 化学与环境 环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，从而使环境的质量降低，对人 类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象．具体包括：水污染、大气污染、噪声污染、放射性污 染等 一、大气污染及防治 1、酸雨形成及防治 (1)正常雨水偏酸性，pH 约为 5.6，这是因为大气中的 CO2 溶于雨水中的缘故。 酸雨是指 pH 小于 5.6 的雨水， CO2 不会导致酸雨，NO2 或 SO2 都会导致酸雨，酸雨的形成主要人为排放的氮氧化物和硫氧化物等酸性气 体转化而成的 (2)硫酸型酸雨及治理： ①硫酸型酸雨(SO2 引起)： SO2+H2O H2SO3 2H2SO3+ O2===2H2SO4 (酸雨在空气中酸性增强的原因) ②SO2 主要来源：主要是煤等化石燃料的燃烧 ③治理：开发新能源、处理工业废气、燃煤脱硫 a、石灰石脱硫：在煤中添加石灰石作为脱硫剂，可以减少煤燃烧时 产生的 SO2，发生反应的化学方程 式如下：2Ca CO3＋O2＋2SO22CaSO4＋2CO2 b、用 CaO 脱硫：CaO＋SO2CaSO3、2CaSO3＋O2 2CaSO4(或 2CaO＋2SO2＋O22CaSO4) c、用 Ca(OH)2 脱硫：Ca(OH)2＋SO2===CaSO3＋H2O、2CaSO3＋O2 2CaSO4 d、用氨水脱硫：2NH3·H2O＋SO2===(NH4)2SO3＋H2O(或 NH3·H2O＋SO2===NH4HSO3)、 2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4 (3)硝酸型酸雨及治理 ①硝酸型酸雨(氮氧化合物 NO、NO2 引起)： 2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===HNO3+NO ② 氮氧化物主要来源： 煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等 (4)氮氧化物对环境的污染及其防治 ① 氮的氧化物都是有毒气体，都是大气污染物 ② 空气中的 NO2 等是造成光化学烟雾的主要因素 ③ 空气中的 NO、NO2 主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等 ④ 常见的 NOx 尾气处理方法 a、碱液吸收法：NO2、NO 的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 n(NO2)≥n(NO)。一般适用于工 业尾气中 NOx 的处理。2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O b、催化转化：在催化剂、一定温度下，NOx 可与氨反应转化为无毒气体(N2)和 H2O 或与 CO 反应转化为无 毒气体(N2 和 CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。NO2 与 CO 反应的方程式为 2NO2＋4CON2＋4CO2 2、温室效应 (1)温室效应的定义：温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短 波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产 生大气变暖的效应 (2)地球大气中起温室作用的气体称为温室气体，主要有二氧化碳(CO2)、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟里昂 以及水汽等 (3)温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，产生的和大量排放的汽车尾气中含有的 二氧化碳气体进入大气造成的 (4)温室效应的危害：①全球变暖 ②地球上的病虫害增加 ③海平面上升 ④土地沙漠化 ⑤缺氧 (5)温室效应的防治：减少温室气体向大气中排放是减缓温室效应的最直接的方法，导致 CO2 排放量有增无减的 根本原因是世界对化石燃料的过分依赖，特别是对煤炭、原油和天然气的依赖。鉴于此，国际上 CO2 减排主 要有五种方案： ① 优化能源结构，开发核能、风能和太阳能等可再生能源和新能源 ② 提高植被面积，消除乱砍滥伐，保护生态环境 ③ 从化石燃料中捕捉 CO2 并加以利用或封存 ④开发生物质能源，大力发展低碳或无碳燃料 ⑤ 提高能源的利用效率和节能，包括开发清洁燃烧技术和燃烧设备等 3、光化学烟雾 (1)光化学烟雾：氮氧化物(NxOy)和碳氢化合物(CxHy)在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后，发生复杂 的化学反应，主要生成光化学氧化剂(主在是 O3)及其他多种复杂的化合物，这是一种新的二次污染物， 统称为光化学烟雾。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节 (2)主要污染物：氮氧化物和碳氢化合物 (汽车尾气) (3)危害：人受到的主要伤害是眼睛和黏膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、肺部功能损害 (4)来源：空气中氮的氧化物主要来自石油产品和煤燃烧的产物、汽车尾气以及制硝酸工厂的废气等 (5)防治措施：控制城市汽车数量、开发新能源、汽车安装尾气净化器 (6)汽车尾气主要是由汽油不完全燃烧产生的 CO、气态烃等以及气缸中的空气在放电条件下产生的氮的氧化物 等，它是城市大气污染或造成光化学烟雾的主要原因。汽车工业的发展可持续发展离不开技术的进步，改进 汽车性质尾气净化技术，减少大气污染物的排放是汽车工业发展必然要求。在车排气管上加装“催化转化器” 能将有毒的 CO 和 NO 转化为无毒的 CO2 和 N2 4、雾 霾 (1)雾霾是雾和霾的组合词，硫氧化物、氮氧化物和可吸入颗 粒物(如 PM2.5)这三项是雾霾的主要组成，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， 燃煤 和汽车尾气是雾霾天气产生的重 要原因。“煤改气”、“煤改电”等清洁燃料改造工 程减少了二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物，故有利于减少雾霆天气 (2)颗粒物的英文缩写为 PM，粒子直径小于 10 微米的颗粒物即 PM10，被称为“可吸入颗粒物”，而粒子直径小于 2.5 微米的颗粒物即 PM2.5，目前还没有统一规范的中文名称，现在媒体上和科学界有“可入肺颗粒物”、“细颗粒 物”、“ 超细颗粒物”、“细粒子”等各种 说法，比较混乱。大颗粒物易被鼻腔、咽喉、气管拦截，或者通过绒毛的运 动将其排除体外，但是由于 PM2.5 是细小颗粒物，一旦被人体从呼吸道吸入，就会沉积于人的肺泡内，而后溶 解进入血液，造 成血液中毒。很容易达到肺部深处，造成呼吸系统和心血管系统的伤害，刺激呼吸道 、出现咳 嗽、呼吸困难，加重哮喘发作，出现心律失常、诱发心脏病等等 (3)PM2.5 就是细颗粒物又称细粒、细颗粒。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗 粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然 PM2.5 只是地 球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比 ， PM2.5 粒径小，面积大，活性强，具有较强的吸附性，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，且 在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大； 汽车尾气中含有大量有 害物体和粉尘，所以汽车尾气随意排放，与雾霾形成有很大的关系 5、臭氧层空洞 (1)臭氧层空洞：冰箱制冷剂氟里昂等排放到空气中，能破坏臭氧层，引起臭氧层空洞；NO2 可使平流层中 的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。氟氯代烃在高空中发生化学反应，释放出高能的 Cl 原子和 F 原子，与 O3 反应而消耗 O3，减少大气中平流层的臭氧浓度，导致大量紫外线辐射到地球，造成较大危害 (2)自然界中臭氧有 90%集中在距离地面 15~50km 的大气平流层中，也就是通常所说的臭氧层，虽然其中臭氧 含量很少，但可以吸收来自太阳的大部分紫外线，使地球上的生物免遭伤害 6、大气主要污染物 (1)空气质量日报：主要内容包括“空气污染指数”、“首要污染物”、“空气质量级别”、“空气质量状况”等，目前计 入空气污染指数的项目主要为：二氧化硫、碳氧化物、氮氧化物、碳氢化物、飘尘、煤尘等 (2)CO2 能造成温室效应，但 CO2 不属于空气污染物 (3)大气污染物根据组成成分，可以分为颗粒物、氮氧化物、硫氧化物、 CO、碳氢化物、氟氯代烷(常用作制冷剂， 商品名叫氟利昂) 二、水体污染及其防治 1、定义：水体污染主要是指人类活动排放的污染物进入水体，引起水质下降，利用价值降低或丧失的现象 2、水体污染源根据不同的分类方法，可以有不同的分类形式： (1)按污染物的发生源地，可分为工业污染源、生活污染源、农业污染源和天然污染源 (2)按排放污染的种类，可分为有机污染源、无机污染源、热污染源、噪声污染源、放射性污染源和同时排放多 种污染物的混合污染源等 (3)按排放污染物空间分布方式，可以分为点污染源(点源)和非点污染源(面源) 3、原因：农业化肥的使用、工业三废、生活污水、石油泄漏等 4、常见的水体污染物的种类有 (1)酸、碱、盐等无机物污染及危害：水体中酸、碱、盐等无机物的污染，主要来自冶金、化学纤维、造纸、印 染、炼油、农药等工业废水及酸雨。水体的 pH 小于 6.5 或大于 8.5 时，都会使水生生物受到不良影响，严重 时造成鱼虾绝迹。水体含盐量增高，影响工农业及生活用水的水质，用其灌溉农田会使土地盐碱化 (2)重金属污染及危害：污染水体的重金属有：汞、镉、铅、铬、钒、钴、钡等。其中汞的毒性最大，镉、铅、 铬也有较大毒性。重金属在工厂、矿山生产过程中随废水排出，进入水体后不能被微生物降解，经食物链的 富集作用，能逐级在较高生物体内千百倍地增加含量，最终进入人体 (3)耗氧物质污染及危害：生活污水、食品加工和造纸等工业废水，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等 有机物质。这些物质悬浮或溶解于污水中，经微生物的生物化学作用而分解。在分解过程中要消耗氧气，因 而被称为耗氧污染物。这类污染物造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽 后，有机物将进行厌氧分解，产生 H2S、NH3 和一些有难闻气味的有机物，使水质进一步恶化 (4)植物营养物质污染及危害：生活污水和某些工业废水中，经常含有一定量的氮和磷等植物营养物质；施用磷 肥、氮肥的农田水中，常含有磷和氮；含洗涤剂的污水中也有不少的磷。水体中过量的磷和氮，为水中微生 物和 藻类提供了营养，使得蓝绿藻和红藻迅速生长，它们的繁殖、生长、腐败，引起水中氧气大量减少导致 鱼虾等水生生物死亡、水质恶化。这种由于水体中植物营养物质过多蓄积而引起的污染，叫做水体的“富营养 化”。这种现象在海湾出现叫做“赤潮” ①赤潮(海水富营养化)是水中的氮、磷元素浓度过大造成的水污染，会导致藻类疯长，引起水中缺氧，水 生生物大量死亡，水质恶化 ②水华(淡水富营养化)是含 N、P、K 等污水的任意排放，会导致藻类疯长，引起水中缺氧，水生生物大 量死亡，水质恶化 ③水中氮、磷过的是造成水体富营养化的主要原因，