高中化学选修一改善大气质量

We have only one earth地球是茫茫宇宙中最神奇最美丽的星球，她静静地闪耀着蓝色的光辉，缓缓地转动着，据目前太空探索的成果表明，整个银河系内尚未发现可供生物生存的其它星球，地球是我们人类惟一的家园【学习目标【学习目标】1.知道大气主要污染物及其危害，能说出减少大气污染物的原理和方法。2.知道主要的室内空气污染物及其危害，了解减少室内空气污染物的方法 。3.认识化学科学的发展对于环境保护的重要作用，树立可持续发展的观念。【重点和难点重点和难点】 1.大气主要污染物及其危害，改善大气质量的主要方法。2.臭氧层受损和汽车尾气系统中催化转化器的化学反应原理。大气的组成大气的组成: : 干燥洁净空气的干燥洁净空气的组成几乎是不变组成几乎是不变的。根据这个的。根据这个组成可以很容易判定大气中的外来污染物。组成可以很容易判定大气中的外来污染物。0.0000010.000001臭氧臭氧0.0000080.000008氙气氙气0.000050.00005氢气氢气0.00010.0001氪气氪气0.0005240.000524氦气氦气0.00180.0018氖气氖气0.030.03二氧化碳二氧化碳0.930.93氩气氩气 体积分数体积分数 其他气体其他气体大气污染物大气污染物主要成分主要成分可吸入颗粒物可吸入颗粒物固体状物质，又称飘尘固体状物质，又称飘尘S S的氧化物的氧化物SOSO2 2、SOSO3 3 （SOSOx x）N N的氧化物的氧化物N N2 2O O、NONO、NONO2 2（NONOx x）C C的氧化物的氧化物CO CO （COCO2 2不是大气污染物）不是大气污染物）碳氢化合物碳氢化合物CHCH4 4、C C2 2H H6 6 （HCHC）氟氯代烷氟氯代烷CFCsCFCs（氟利昂）等（氟利昂）等主要的大气污染物主要的大气污染物CFCs(英文全称英文全称Chloro-fluoron-carbon）为氯氟烃的英文缩写为氯氟烃的英文缩写 1. 酸雨酸雨2. 臭氧层受损臭氧层受损3. 温室效应与全球气候变暖温室效应与全球气候变暖几种常见的大气污染现象：几种常见的大气污染现象：1. 1. 酸雨酸雨（pHpH5.65.6的降水）的降水）成因：成因：人为排放人为排放S的氧化物和的氧化物和N的氧化物等酸性气体；的氧化物等酸性气体；形成机理：形成机理：或：或：2SO2 + O2 2SO3催化剂催化剂SO3 + H2O = H2SO4 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO SO2 + H2O H2SO32H2SO3 + O2 = 2H2SO4催化剂催化剂大气中的烟尘、O3等危害：危害：引起江河湖泊和土壤的酸化引起江河湖泊和土壤的酸化影响渔业、林业、农业和畜牧业的正常生产影响渔业、林业、农业和畜牧业的正常生产。加快房屋、桥梁、堤坝、管道和电缆加快房屋、桥梁、堤坝、管道和电缆等的腐蚀，等的腐蚀，特别是对特别是对文物古迹、雕塑绘画和人文景观文物古迹、雕塑绘画和人文景观的腐的腐蚀作用尤其显著。蚀作用尤其显著。酸雨还会对酸雨还会对人体健康人体健康造成影响。造成影响。防治：防治： 消除工业烟尘、改变能源结构，研制开发消除工业烟尘、改变能源结构，研制开发新型清洁能源；新型清洁能源； 改造锅炉，提高燃烧率，处理尾气，综合回改造锅炉，提高燃烧率，处理尾气，综合回收利用；收利用；治理：石灰石治理：石灰石石膏法石膏法CaCO3+SO2 CaSO3+CO22CaSO3+O2 2CaSO42.2. 臭氧层受损臭氧层受损图4-5 南极上空臭氧层的变化 在距离地面在距离地面151550km50km的大气平流层集中了自然界的大气平流层集中了自然界9090的臭氧，也就是我们说的臭氧层。臭氧层中臭氧的含量的臭氧，也就是我们说的臭氧层。臭氧层中臭氧的含量虽然很少，但可以吸收来自太阳的大部分紫外线，使地虽然很少，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。所以臭氧层是地球的保护伞。球上的生物免遭伤害。所以臭氧层是地球的保护伞。人类活动排入大气的某些化学物质，如：人类活动排入大气的某些化学物质，如：氟氯代烃氟氯代烃（致冷剂，（致冷剂，商品名为氟利昂）和含溴的卤代烷烃（灭火剂，商品名为哈龙）商品名为氟利昂）和含溴的卤代烷烃（灭火剂，商品名为哈龙）等化学性质稳定，在低层大气中基本不分解。上升到平流层以后，等化学性质稳定，在低层大气中基本不分解。上升到平流层以后，在紫外线的照射下分解出氯原子，参与破坏臭氧的反应在紫外线的照射下分解出氯原子，参与破坏臭氧的反应破坏原因破坏原因： Cl + O3 ClO + O2 + ClO + O Cl + O2总反应总反应 O + O3 2O2 在上述反应中，一个氯原子能破坏在上述反应中，一个氯原子能破坏1010万个万个O3O3，哈龙分解，哈龙分解 产生的溴原子破坏产生的溴原子破坏O3O3的能力更强。的能力更强。措施：措施：减少并禁止氟氯烃等物质的排放研制新型的制减少并禁止氟氯烃等物质的排放研制新型的制冷系统；冷系统；（一）对人类健康影响（一）对人类健康影响1. 1. 增加皮肤癌：臭氧减少增加皮肤癌：臭氧减少1%1%，皮肤癌（黑色素癌）患者增加，皮肤癌（黑色素癌）患者增加4%-6%4%-6%。2. 2. 损害眼睛，增加白内障患者。损害眼睛，增加白内障患者。3. 3. 削弱免疫力，增加传染病患者。削弱免疫力，增加传染病患者。破坏臭氧层的危害破坏臭氧层的危害（二）对生态影响（二）对生态影响 ：1.1.农产品减产及其品质下降。农产品减产及其品质下降。2. 2. 减少渔业产量。减少渔业产量。紫外线辐射可杀死紫外线辐射可杀死1010米水深内的单细米水深内的单细胞海洋浮游生物胞海洋浮游生物 。3. 3. 破坏森林。破坏森林。紫外线辐射的增加会破坏核糖核酸（紫外线辐射的增加会破坏核糖核酸（DNADNA），），以改变遗传信息及破坏蛋白质，从而影响植物（特别是以改变遗传信息及破坏蛋白质，从而影响植物（特别是森林）的生长。森林）的生长。4. 4. 对工业生产的影响。对工业生产的影响。如使塑料及其他高分子聚合物加如使塑料及其他高分子聚合物加速老化。速老化。 人类共同采取人类共同采取“补天补天”行动：签行动：签订了订了保护臭氧层保护臭氧层维也纳约维也纳约关于关于消耗臭氧层物质的消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书蒙特利尔议定书等国际公约。等国际公约。 氟里昂于氟里昂于3030年代开发出来。属于氯氟烃化合物（年代开发出来。属于氯氟烃化合物（CFCsCFCs），），氟里昂是它的商品名称。它不易燃烧，不具腐蚀性，无毒，性氟里昂是它的商品名称。它不易燃烧，不具腐蚀性，无毒，性能稳定，价格便宜，作为一种工业用化学物质，被广泛使用在能稳定，价格便宜，作为一种工业用化学物质，被广泛使用在各种冷冻空调的冷媒、电子和光学元件的清洗溶剂、化妆品等各种冷冻空调的冷媒、电子和光学元件的清洗溶剂、化妆品等噴雾剂，以及泡沫塑料噴雾剂，以及泡沫塑料PUPU、PSPS、PEPE的发泡剂等等。从的发泡剂等等。从2020世纪的世纪的3030年代初到年代初到9090年代的五六十年中，人类总共生产了年代的五六十年中，人类总共生产了15001500万吨氯万吨氯氟烃。氟烃。 在对氟里昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟在对氟里昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟里昂已达到了里昂已达到了20002000万吨。由于它们在大气中的平均寿命达数百万吨。由于它们在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中，其中大部分仍然停留年，所以排放的大部分仍留在大气层中，其中大部分仍然停留在对流层，一小部分升入平流层。在对流层，一小部分升入平流层。氟氯代烷的功与过氟氯代烷的功与过科学史话科学史话看漫画，试想企鹅在说什么？看漫画，试想企鹅在说什么？资料卡片资料卡片1 1、大气中温室气体及现有浓度、增长率以及对增温的作用、大气中温室气体及现有浓度、增长率以及对增温的作用温室气体温室气体现有浓度现有浓度（mL/mmL/m3 3）估计年增长估计年增长率（）率（）估计对温室效应增估计对温室效应增加的贡献率（）加的贡献率（）COCO2 23503500.40.45555CHCH4 41.71.71 12 21515N N2 2O O0.30.30.20.26 6氟氯代烷氟氯代烷6.36.31010-4-45.05.024242 2、温室气体主要来源有：、温室气体主要来源有：化肥的大量使用（导致土壤产生化肥的大量使用（导致土壤产生N N2 2O O）；）；化石燃料大量使用（产生化石燃料大量使用（产生COCO2 2）；）；森林面积减少（减少吸收森林面积减少（减少吸收COCO2 2）；）；致冷剂和喷雾剂的广泛生产、使用（产生氟氯代烷）致冷剂和喷雾剂的广泛生产、使用（产生氟氯代烷） ；航空业迅速发展（飞机高空飞行会产生大量的航空业迅速发展（飞机高空飞行会产生大量的COCO2 2和和N N2 2O O等）；等）；（1）减少温室气体的产生。减少温室气体的产生。3 3、防治措施、防治措施 这种方法由于受到成本和技术等的限制，目前不太容易这种方法由于受到成本和技术等的限制，目前不太容易实行，但也是人类努力的方向。实行，但也是人类努力的方向。减少使用煤减少使用煤 、石油和天然气等化石燃料、石油和天然气等化石燃料，更多地，更多地利用太阳能、风能和地热，发展核能和氢能；利用太阳能、风能和地热，发展核能和氢能；大面积植树造林，严禁乱砍滥伐森林；大面积植树造林，严禁乱砍滥伐森林；限制并逐步停止氟氯代烷的生产和使用；限制并逐步停止氟氯代烷的生产和使用；控制煤矿、稻田和垃圾填埋场等场所破坏的控制煤矿、稻田和垃圾填埋场等场所破坏的CHCH4 4；控制人口增长。控制人口增长。（2）除去或回收温室气体。除去或回收温室气体。4 4、温室效应的危害、温室效应的危害冰川消退冰川消退海平面上升海平面上升大洋洲岛国图瓦卢大洋洲岛国图瓦卢5050年后将消失，居民将被迫于年后将消失，居民将被迫于20022002年起举国搬迁年起举国搬迁( (新西兰）。新西兰）。荒漠化荒漠化世界上某些地区的降水将减少，而蒸发将增大，致使径世界上某些地区的降水将减少，而蒸发将增大，致使径流减少。流减少。原生态系统内物种损失原生态系统内物种损失对农业生产的影响对农业生产的影响旱旱干干涝涝洪洪 煤、石油等化石燃料是当今世界最重要的能源。煤、石油等化石燃料是当今世界最重要的能源。煤除了含有煤除了含有碳碳元素外，还含有元素外，还含有氢氢、氧氧、氮氮和和硫硫等元等元素，以及素，以及无机矿物质无机矿物质。二二. . 改善大气质量改善大气质量1. 1. 减少煤等化石燃料的燃烧产生的污染减少煤等化石燃料的燃烧产生的污染NNO NO2SO2SCCO从煤的组成分析可能造成的污染从煤的组成分析可能造成的污染 ？为了减少煤燃烧产生的大气污染目前主要采用的措施有：为了减少煤燃烧产生的大气污染目前主要采用的措施有：改进燃烧装置和燃烧技术、改进排烟设备改进燃烧装置和燃烧技术、改进排烟设备 进行煤炭洗选加工，降低含硫含灰量。同时限制高进行煤炭洗选加工，降低含硫含灰量。同时限制高硫分、高灰分煤炭的开采。硫分、高灰分煤炭的开采。 2CaCO3 + O2 + 2SO2 = 2CaSO4 + 2CO2 2CaO + O2 + 2SO2 = 2CaSO4改善燃煤的质量改善燃煤的质量a.a.提高燃烧时的空燃比（增大空气的比率）；提高燃烧时的空燃比（增大空气的比率）；b.b.采用新型煤粉燃烧器；采用新型煤粉燃烧器；c.c.在煤中加入固硫剂（如石灰石、生石灰）后再燃烧。在煤中加入固硫剂（如石灰石、生石灰）后再燃烧。发展洁净煤技术，开展煤的综合利用。发展洁净煤技术，开展煤的综合利用。煤的气化和液化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径。煤的气化和液化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径。水煤气水煤气或或干馏煤气干馏煤气就是煤气化后的产物。就是煤气化后的产物。高温焦炭在高温下与水蒸气反焦炭在高温下与水蒸气反应，就得到应，就得到CO和和H2H H2 2、COCO、CHCH4 4和和COCO2 2水煤气：水煤气： COCO、H H2 2干馏煤气：干馏煤气：调整和优化能源结构调整和优化能源结构: : 降低燃煤在能源结构中的比率，加快开发和利用太降低燃煤在能源结构中的比率，加快开发和利用太阳能、风能、地热能、核能和氢能等新能源。阳能、风能、地热能、核能和氢能等新能源。风力发电风力发电我国自行设计和建我国自行设计和建造的秦山核电站造的秦山核电站2.2. 减少汽车等机动车尾气污染减少汽车等机动车尾气污染 我国一些大城市汽车等机动车排放的尾气（含我国一些大城市汽车等机动车排放的尾气（含COCO、NONO、NONO2 2和碳氢化合物等，如果使用含铅汽油的还有含铅的化合和碳氢化合物等，如果使用含铅汽油的还有含铅的化合物）在相应大气污染物排出总量中可占物）在相应大气污染物排出总量中可占40405050，所以，所以，减少汽车等机动车尾气污染是改善大气质量的主要环节。减少汽车等机动车尾气污染是改善大气质量的主要环节。二二. . 改善大气质量改善大气质量推广使用无铅汽油推广使用无铅汽油铅污染主要是使用含铅铅污染主要是使用含铅抗爆震剂：抗爆震剂：四乙基铅四乙基铅 Pb(CPb(C2 2H H5 5) )4 4 现在广泛采用的无铅汽油抗爆震剂是甲基叔丁现在广泛采用的无铅汽油抗爆震剂是甲基叔丁基醚基醚（MTBEMTBE）等等；甲基叔丁基醚是否会对人体造成危害甲基叔丁基醚是否会对人体造成危害还有争议，但还有争议，但迄今尚未找到更合适的替代物。迄今尚未找到更合适的替代物。危害：危害：引起儿童行为异引起儿童行为异常和智力障碍。引起孕常和智力障碍。引起孕妇的孕儿出现神经系统妇的孕儿出现神经系统发育异常发育异常2.2. 减少汽车等机动车尾气污染减少汽车等机动车尾气污染在汽车尾气系统中装置催化转化器在汽车尾气系统中装置催化转化器2CO + 2NO = 2CO2 +N2催化剂催化剂催化剂催化剂 C7H16 + 11O2 = 7CO2 + 8H2O注意：含铅的化合物会使催化剂中毒，使用装有催化转换器的注意：含铅的化合物会使催化剂中毒，使用装有催化转换器的汽车必需使用无铅汽油。汽车必需使用无铅汽油。在催化器前半部发生反应：在催化器前半部发生反应：在催化器后半部发生反应：在催化器后半部发生反应：催化剂催化剂2CO + O2 = 2CO2 图图4-11 催化转化器催化转化器未燃烧的碳氢化合物如庚烷未燃烧的碳氢化合物如庚烷（C C7 7H H1616）和尚未反应的和尚未反应的COCO催化转化器中的催化剂通常为铂等贵金属。催化转化器中的催化剂通常为铂等贵金属。2.2. 减少汽车等机动车尾气污染减少汽车等机动车尾气污染其他减少汽车尾气污染的措施：其他减少汽车尾气污染的措施：以锂离子电池以锂离子电池为动力的汽车为动力的汽车使用液化石油气使用液化石油气(LPG)为燃料的汽车为燃料的汽车2.2. 减少汽车等机动车尾气污染减少汽车等机动车尾气污染3. 3. 减少室内空气污染减少室内空气污染目前已发现的室内空气污染物达目前已发现的室内空气污染物达300种，主要是：种，主要是：（1 1）家用燃料燃烧、烹调和吸烟等产生的家用燃料燃烧、烹调和吸烟等产生的COCO、COCO2 2、NONO、NONO2 2、SOSO2 2、油烟和尼油烟和尼古丁等污染物；古丁等污染物；（2 2）各种建筑材料和装饰材料产生的各种挥发性有机物，如各种建筑材料和装饰材料产生的各种挥发性有机物，如甲醛甲醛 (HCHO)(HCHO)、苯苯 (C(C6 6H H6 6) )、甲苯、甲苯 (C(C7 7H H8 8) )、二甲苯、二甲苯 (C(C8 8H H1010) )，以及放射性元素，以及放射性元素氡氡 (Rn(Rn) )等污染物。等污染物。二二. . 改善大气质量改善大气质量(1) (1) 一氧化碳一氧化碳 COCOCO与血红蛋白的结合能力大约是与血红蛋白的结合能力大约是O2的的200300倍倍 CO CO的来源：的来源：各种家用燃料（煤、煤气、石油气、天然气等）。各种家用燃料（煤、煤气、石油气、天然气等）。 预防方法：预防方法：注意室内通风、安装烟囱和抽气、排气设备等，注意室内通风、安装烟囱和抽气、排气设备等，有条件的场所还应当安装有条件的场所还应当安装COCO警报器警报器注意：注意：CO气体无色、无味，不易被察觉！气体无色、无味，不易被察觉！ Hb + O2 HbO2血红蛋白血红蛋白 氧合血红蛋白氧合血红蛋白 Hb + CO HbCO血红蛋白血红蛋白 碳氧血红蛋白碳氧血红蛋白(2)(2) 甲醛甲醛 HCHO HCHO 主要来源：主要来源： 可刺激人的眼、呼吸道黏膜，引起流泪、气喘和胸闷等；可刺激人的眼、呼吸道黏膜，引起流泪、气喘和胸闷等；长期接触低剂量的甲醛可引起过敏性皮炎、造成免疫功能异长期接触低剂量的甲醛可引起过敏性皮炎、造成免疫功能异常、一些中枢神经系统，甚至还可能引发癌症。常、一些中枢神经系统，甚至还可能引发癌症。选用达标的装修材料；选用达标的装修材料；注意室内的温度和通风注意室内的温度和通风。物理性质：物理性质：甲醛是一种无色，有强烈刺甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。激性气味的气体。各种制造人造板材、家具以各种制造人造板材、家具以及装修时使用的黏合剂。及装修时使用的黏合剂。 我国标准规定的室内我国标准规定的室内空气中空气中HCHO的最高允许的最高允许含量为含量为0.08mg/m3；氡的；氡的放射性最高允许含量，放射性最高允许含量， 新新建住房为建住房为 100Bq/m3；旧房；旧房为为200Bq/m3。资料卡片资料卡片主要危害：主要危害：预防措施：预防措施：(3)(3) 氡污染氡污染 ( (8686Rn)Rn)氡是一种无色、无味的放射性气体，氡是一种无色、无味的放射性气体，是一种室内放射性污染物。是一种室内放射性污染物。氡主要来源于：氡主要来源于：长期吸入氡会引起肺癌。长期吸入氡会引起肺癌。选用达标的装修材料；注意室内通风。选用达标的装修材料；注意室内通风。 我国于我国于20032003年年3 3月月1 1日实施了第一日实施了第一部部室内空气质量室内空气质量标准标准，为改善室，为改善室内空气质量、保护内空气质量、保护人体健康提供了有人体健康提供了有力的法律依据。力的法律依据。图图4-154-15 国际通用的放射性标志国际通用的放射性标志物理性质：物理性质：地下岩石和土壤，以及含有放射地下岩石和土壤，以及含有放射性元素的填入石材。（性元素的填入石材。（建筑材料、建筑材料、瓷砖、石材等瓷砖、石材等） 氡的危害：氡的危害： 预防措施：预防措施：