2021学年第三单元 防治二氧化硫对环境的污染学案

这是一份2021学年第三单元 防治二氧化硫对环境的污染学案，共9页。学案主要包含了自然界中的硫循环，防治二氧化硫对环境的污染等内容，欢迎下载使用。

一、自然界中的硫循环
1.大气中SO2、H2S的来源：
地壳中的硫黄矿、硫铁矿和煤等都含有硫元素，矿物通过风化分解、燃烧、火山爆发等方式放出SO2、H2S等气体。
2.大气中SO2、H2S的去向：
3.硫元素的最终循环：
硫元素可随着食物链从植物传递到动植物体内，植物残体和动物的尸体、粪便等经细菌的分解，其中的硫元素又转移到土壤、水体和大气中。
二、防治二氧化硫对环境的污染
1.自然界中的硫循环：
地壳的岩石里、生物体内以及大气与水中都含有硫元素。随着地壳运动、生命活动以及大气与水的流动，这些含硫物质不断发生转化和转移，形成了硫在自然界中的循环。
2.酸雨及其治理：
(1)SO2的产生
含硫化石燃料燃烧、含硫金属矿石冶炼和硫酸生产过程中均会产生一定量含二氧化硫的废气，若直接排放空气中，会导致严重的环境问题。
(2)硫酸型酸雨的形成
①空气中的SO2被降水吸收，生成亚硫酸，亚硫酸被氧化为硫酸，形成硫酸型酸雨。
②空气中的SO2在光照和烟尘中的金属氧化物等的作用下也可被氧化成三氧化硫，三氧化硫溶于水生成的硫酸随雨水降落，形成硫酸型酸雨。酸雨的pH小于5.6，对环境造成危害。
(3)酸雨的治理
①治理关键：减少二氧化硫的排放。
②治理方法：
一种途径是开发能替代化石燃料的新能源(如氢能、太阳能、核能等)，减少化石燃料的使用。
另一种途径是对含硫燃料预先进行脱硫处理，减少二氧化硫的排放，并对生产中产生的二氧化硫废气进行处理或回收利用。
3.空气质量评价：
(1)空气质量指数：根据空气中的细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的浓度计算出来的数值。空气质量指数越小，空气质量越好，对人体健康的危害就越小。
(2)空气质量指数的确定：首要污染物的质量指数即为该地区的空气质量指数。
(3)雾霾：大量极细微的颗粒物均匀地悬浮在空中，这些颗粒物容易吸附空气中的水蒸气形成雾滴，使空气水平能见度小于10 km，我们把这种空气浑浊现象叫作雾霾。
【自主探索】
(1)硫酸型酸雨放置一段时间后，酸性会增强，其原因是什么？
提示：因为SO2溶于水生成H2SO3，H2SO3经长时间放置后会被氧化成硫酸，由于硫酸是强酸，所以该酸雨放置一段时间后酸性增强。
(2)(情境思考)正常雨水的pH是多少？为什么正常的雨水会显酸性？
提示：由于雨水中会溶解CO2，正常的雨水pH为5.6，此时雨虽然呈酸性但并不是酸雨。
知识点 防治二氧化硫对环境的污染
1.SO2的“三个”来源：
2.酸雨的形成：
硫酸型酸雨形成的主要反应：
【合作探究】
二氧化硫造成的大气污染危害巨大，由它形成的酸雨更能危害人体健康及植物的生长，使土壤酸化、腐蚀建筑物等，必须消除二氧化硫对环境的污染。
(1)石灰石-石膏法是将石灰石粉末制成浆液与烟气充分接触混合并氧化，最终生成硫酸钙，从而使硫转移到煤渣中。写出此过程发生反应的方程式。(证据推理与模型认知)
提示：CaCO3+SO2CaSO3+CO2、2CaSO3+O2===2CaSO4。
(2)(思维升华)氨水脱硫法是采用喷雾吸收法，雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2，写出此过程发生反应的方程式。(宏观辨识与微观探析)。
提示：2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3，
2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。
(3)(情境应用)如何处理浓硫酸与铜反应的实验中生成的二氧化硫尾气？(科学探究与创新意识)
提示：用碱液吸收。
【典例示范】
【典例】现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：
分析数据，回答下列问题：
(1)①雨水样品的pH变化的原因是什么？
②如何用实验验证①中变化原因？
③如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合，pH将如何变化？原因是什么？
(2)减少酸雨产生的途径有哪些？
【解析】(1)①酸雨放置时pH变小，其原因是雨水中的H2SO3被空气中氧气氧化所致：SO2＋H2OH2SO3，2H2SO3＋O2===2H2SO4。
②可以通过检验不同时间的雨水中SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 的浓度大小确定2H2SO3＋O2===2H2SO4的发生。分别取2 mL 0 h 和3 h的雨水于试管中，加入等量盐酸酸化，再加入等量足量的BaCl2溶液，盛有3 h的雨水的试管中溶液更浑浊，说明SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 浓度大。
③雨水和自来水混合，应考虑H2SO3与Cl2(或HClO)的反应：H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl(或SO2＋2H2O＋Cl2===H2SO4＋2HCl)。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。
(2)减少酸雨的产生需减少SO2的排放，将煤转化为清洁能源(如煤的气化和液化)，燃料脱硫、固硫，开发不含硫的新能源(如氢能、核能等)，都是有力措施。
答案：(1)①雨水中存在反应SO2＋H2O⇌H2SO3，2H2SO3＋O2===2H2SO4，酸性增强，pH变小。
②分别取2 mL 0 h和3 h的雨水于试管中，加入等量盐酸酸化，再加入等量足量的BaCl2溶液，盛有3 h的雨水的试管中溶液更浑浊，说明SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 浓度大，说明2H2SO3＋O2===2H2SO4的发生。
③变小；自来水使用Cl2消毒，含有Cl2和HClO，与雨水混合发生反应H2SO3＋HClO ===H2SO4＋HCl(或SO2＋2H2O＋Cl2===H2SO4＋2HCl)酸性增强，pH变小。
(2)①少用煤作燃料；②燃料脱硫；③开发新能源。
【规律方法】
1.常见环境污染：
【规律方法】
2.环境保护：
(1)空气质量日报
主要包括“空气质量指数”、“空气质量级别”、“首要污染物”。目前计入的污染物主要是SO2、NOx、一氧化碳、臭氧、固体小颗粒等。
(2)环境保护的措施
①工业废气携带颗粒物的回收利用。
②工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用含N、P洗涤剂。
③回收、限制废弃塑料，研制可降解塑料。
【素养训练】
酸雨是指pH小于5.6的雨水，个别地方雨水的pH竟低于2.1(食醋的pH=3)。形成酸雨的原因是大气中含有SO2和氮氧化物。主要来源是煤和石油的燃烧。全世界每年大约有1.5亿吨SO2被排放。
(1)SO2可在空气中受光照被氧化，最终与雨水反应形成酸雨。试写出这两个化学反应方程式：__________________ 。
(2)酸雨可导致的危害有___________。
A.腐蚀建筑物B.导致树木枯萎
C.造成洪涝灾害D.使生态环境恶化
(3)为了减少酸雨的形成，必须对燃料中的硫化物进行_________，对废气中的氮氧化物进行_______。
【解析】SO2在空气中被氧气氧化为SO3，SO3溶于水生成H2SO4；NO2溶于水会生成HNO3；酸雨会腐蚀建筑物，使树木枯萎、生态环境恶化；为了减少酸雨的形成，必须进行燃料的脱硫、氮氧化物的碱液吸收等处理，从而减少SO2的排放量。
答案：(1)2SO2+O22SO3，SO3+H2O===H2SO4
(2)ABD
(3)脱硫处理 碱液吸收
【课堂小结】
三言两语话重点
1.酸雨的形成：
(1)途径1：SO2→H2SO3→H2SO4
(2)途径2：SO2→SO3→H2SO4
2.防治二氧化硫的污染：
(1)开发新能源，减少化石燃料的使用。
(2)减少二氧化硫的排放。
1.如图是硫在自然界的循环，相关说法不正确的是( )
A.大气中的硫可能以酸雨的形式进入土壤
B.煤和石油中的硫燃烧生成三氧化硫进入大气
C.化石燃料中的硫来自于形成化石燃料的生物体
D.煤和石油燃烧产生的颗粒物可能是导致雾霾的成因之一
【解析】选B。煤和石油中的硫燃烧生成二氧化硫，不能直接生成三氧化硫，二氧化硫需要催化剂加热反应生成三氧化硫。
2.我国南方地区冬季常出现酸性冬雾，酸性冬雾是一种胶体，由于冬雾中溶解了大量燃煤排放的二氧化硫，形成了酸雾雾滴，故其酸性比酸雨强得多。下列关于酸雾的说法中不正确的是( )
A.燃煤中加碳酸钙可以减轻酸雾的污染
B.酸雾的pH大于5.6
C.酸雾可产生丁达尔效应
D.酸雾会使呼吸道疾病加重
【解析】选B。酸雾的pH应小于5.6；酸雾会使呼吸道疾病加重。
3.下表中解决相对应的环境问题所采取的措施不科学的是( )
【解析】选D。氟氯烃是造成臭氧空洞的主要原因；减少二氧化硫、氮氧化物的排放有利于控制酸雨的产生；对废旧塑料回收利用及开发可降解塑料制品均有利于减少白色污染；禁止施用氮肥不符合农业现状，D不科学。
4.煤炭燃烧时会排放二氧化硫等污染物，为了减少污染物的排放，许多地方都使用了洁净煤(如脱硫)技术。读煤炭脱硫效率图。
关于洁净煤技术的影响，叙述正确的是( )
A.该技术脱硫效率达到100%
B.该技术不能减小酸雨危害
C.该技术使煤炭资源得到了循环利用
D.该技术提高了煤炭资源利用的经济价值
【解析】选D。 洁净煤技术脱硫效率没达到100%，A错误；洁净煤技术可使煤炭燃烧时排放的酸性气体减少，酸雨危害减小，B错误；该技术没有体现煤炭资源的循环利用，但提高了煤炭资源利用的经济价值，C错误，D正确。
5.(教材二次开发·教材习题改编)入冬以来，雾霾天气已经严重影响了我国多数人的正常出行和生活节奏。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是( )
A.加高工厂的烟囱，使烟尘和废气远离地表
B.推广使用燃煤脱硫技术，防止SO2污染
C.研制新型高效可充电电池，发展纯电动汽车
D.开发利用绿色能源(例如太阳能)替代化石燃料
【解析】选A。 加高工厂的烟囱，使烟尘和废气远离地表，不能改变空气中污染物的含量，A错误。
6.某城市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5(直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物)，
其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
(1)PM2.5分散在空气中形成的分散系_______(填“属于”或“不属于”)胶体。
(2)将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：
根据表中数据判断待测试样为_____(填“酸”或“碱”)性，表示该试样酸碱性的c(H+)或c(OH-)=_____ ml·L-1。
(3)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨，污染大气，采用NaClO2溶液在碱性条件下可对烟气进行脱硫，脱硝，效果非常好。完成下列对烟气脱硝过程的离子方程式。
ClO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋____NO＋____===______Cl－＋____NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋____
【解析】(1)PM2.5的直径小于等于2.5×10－6 m，所以分散在空气中形成的分散系不属于胶体。
(2)根据电荷守恒得：c(H＋)＋c(K＋)＋c(Na＋)＋c(NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) )＝2c(SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )＋c(NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) )＋c(Cl－)，将表中数据代入得：c(H＋)＝10－4 ml·L－1，所以待测试样显酸性。
(3)氮元素化合价从＋2价升高到＋5价，失去3个电子，氯元素化合价从＋3价降低到－1价，得到4个电子，根据电子得失守恒可知反应的方程式为3ClO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋4NO＋4OH－===3Cl－＋4NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋2H2O。
答案：(1)不属于 (2)酸 10－4 (3)3 4 4OH－ 3 4 2H2O测试时间/h
0
1
2
3
4
雨水的pH
4.73
4.63
4.56
4.55
4.55
污染类型
主要污染物
污染物来源
酸雨(pH<5.6)
SO2、NO2
化石燃料的燃烧
光化学烟雾
NOx
汽车尾气
臭氧空洞
氟氯烃
冰箱制冷剂
白色污染
聚乙烯、聚氯乙烯
废弃塑料制品
赤潮和水华
含N、P较高的废水
农业、生活废水
居室污染
甲醛、苯、甲苯、氡
建筑、装修材料
雾霾
SO2、NOx以及颗粒物(PM)
颗粒物
环境问题
措施
A
臭氧空洞
限制氟氯烃类物质的生产量和消耗量
B
酸雨
改变能源结构，减少二氧化硫和氮氧化物的排放量
C
白色污染
回收利用废旧塑料，开发可降解塑料
D
水体富营养化
禁止使用含磷洗衣粉及施用氮肥
离子
K＋
Na＋
NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4))
SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4))
NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))
Cl－
浓度/
ml·L－1
4×
10－6
6×
10－6
2×
10－5
4×
10－5
3×
10－5
2×
10－5