人教版 (新课标)选修1 化学与生活第一节 改善大气质量教学设计

第一节　改善大气质量

目标与素养：1.了解大气污染的危害。2.掌握大气中的主要污染物。(重点)3.以酸雨的形成、臭氧层的破坏以及温室效应的产生，掌握改善大气质量的途径。(难点)4.了解室内的一些主要污染物。

一、大气污染的危害

1．大气污染物的组成及危害

(1)清洁空气的组成为N2、O2、稀有气体、CO2、少量水蒸气和其他微量杂质。

(2)主要的大气污染物及其危害

2.酸雨

(1)概念：pH小于5.6的降水。

(2)成因：人为排放的硫氧化物和氮氧化物等酸性气体转化而成。

我国的酸雨主要以硫酸型酸雨为主，这是由我国以煤炭为主的能源结构造成的。

3．臭氧层受损

(1)臭氧层及其作用

(2)破坏臭氧层的物质

人类活动排入大气的某些化学物质如氟氯代烷和含溴的卤代烷烃、CCl4、CH4、喷气式飞机在高空飞行排出的氮氧化物如N2O、NO以及大气中的核爆炸产物等，都能使臭氧层受到破坏。

(3)氟氯代烷破坏臭氧层的原理

氟氯代烷在紫外线的照射下分解出氯原子，参与破坏臭氧层的反应：

Cl＋O3―→ClO＋O2，O3O2＋O，ClO＋O―→Cl＋O2

总反应：2O3―→3O2

反应结果是O3变成了O2，Cl在其中起了催化作用。

微点拨：在空气中存在的稀薄的臭氧能够杀死细菌、净化空气；平流层中的臭氧可防止地球上的生物受到太阳紫外线的伤害；但是空气中过量的臭氧对人体也是有害的，它会刺激人的呼吸系统而引发疾病。

4．温室效应与全球气候变暖

(1)温室气体主要有CO2、CH4、N2O、氟氯代烷，其中影响最大的是CO2。

(2)危害与防治措施

二、改善大气质量

1．减少煤等化石燃料燃烧产生的污染

(1)化石燃料污染的成因

煤中除了含有碳元素外还含有H、O、N、S等元素，燃烧时会产生大量的CO、NO、NO2、SO2等对大气造成污染的气体。

(2)减少污染的措施

①改善燃煤的质量

如推行煤炭的洗选加工，降低煤的含硫量和含灰量，限制高硫分、高灰分煤炭的开采等。

②改进燃烧装置和燃烧技术、改进排烟设备等

如调节燃烧时的空燃比、采用新型煤粉燃烧器，向煤中加入适量石灰石可大大减少SO2的含量，其反应的化学方程式为2CaCO3＋O2＋2SO2===2CaSO4＋2CO2。

③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，水煤气的制取的化学方程式为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。

④调整和优化能源结构，加快利用太阳能、风能、地热能、核能和氢能等新能源。

2．减少汽车等机动车尾气污染

(1)汽车尾气的组成

汽车尾气主要含有CO、NO、NO2、碳氢化合物等污染物，若使用含铅汽油，则还有含铅的化合物。

(2)减少尾气污染的措施

①推广使用无铅汽油

含铅汽油是指加入抗爆震剂四乙基铅的汽油，现在广泛采用的无铅汽油抗爆震剂是甲基叔丁基醚等。

②在汽车尾气系统中装置催化转化器

通常采用铂等贵重金属作催化剂，发生的反应如下。

前半部：2CO＋2NO2CO2＋N2，

后半部：2CO＋O22CO2，

C7H16＋11O27CO2＋8H2O，故使用催化转化器可有效降低尾气中CO、NO、NO2和碳氢化合物的含量。

(3)使用新燃料或动力

如以液化石油气为燃料，以锂离子电池为汽车提供动力。

3.减少室内空气污染

(1)家用燃料燃烧、烹调和吸烟等产生的CO、CO2、NO、NO2、SO2和尼古丁等污染物。

(2)各种建筑装饰材料带来各种挥发性有机物如甲醛、苯、甲苯、二甲苯以及放射性元素氡(Rn)等污染物。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)CO2过多会造成温室效应，属于大气污染物 (　　)

(2)减少机动车尾气排放是改善大气质量的重要措施 (　　)

(3)焚烧废弃塑料会产生有害气体，对大气造成污染 (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)√

2．某环境监测站每隔一段时间抽取雨水试样，测定其pH，记录数据如下：

下列有关说法不正确的是(　　)

A．雨水的酸性持续减小

B．雨水的酸性一段时间后趋于稳定

C．酸雨对农作物的生长会产生一定的影响

D．工业废气中的硫和氮的氧化物是形成酸雨的主要因素

A　[由表知，雨水的pH逐渐减小至不变，说明雨水中的c(H＋)逐渐增大至不变，酸性增强至不变。]

3．在下列情况中可能引起大气污染的是(　　)

①煤的燃烧　②工业废气任意排放　③燃放鞭炮

④飞机、汽车尾气的排放

A．只有①②　　　　　 B．只有②④

C．只有①②③   D．①②③④

D　[各项均可以产生SO2、CO、NO等大气污染气体。]

[背景材料]

　我国农业因遭受酸雨而造成的损失每年高达15亿多元，为了有效控制酸雨，目前国务院已批准了《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。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：

[思考交流]

1．显酸性pH＜7的雨水都是酸雨吗？

【提示】　正常雨水由于溶有CO2，pH约为5.6，酸雨的pH小于5.6。

2．在瑞典用CaCO3粉末处理受酸雨影响的湖泊，你知道其原理吗？

【提示】　CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。

3．每隔一定时间测定一次pH，发现逐渐变小的原因是什么？

【提示】　H2SO3被空气中O2氧化为H2SO4，酸性增加，pH变小。

1．酸雨的成因

正常雨水并不是中性水，而是偏酸性，原因是CO2＋H2OH2CO3，H2CO3H＋＋HCO。酸雨是指pH小于5.6的降水，主要是由硫氧化物和氮氧化物等酸性气体转化而来：

SO2＋H2OH2SO3

2H2SO3＋O22H2SO4

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

2．酸雨的危害

酸雨给人类带来种种灾害，严重威胁着生态环境，例如：

(1)酸雨会使湖泊的水质变酸，导致水生生物死亡；

(2)酸雨浸渍土壤，会使土壤变得贫瘠；

(3)长期的酸雨侵蚀会造成森林大面积死亡；

(4)酸雨对人、畜的健康也有直接影响，酸雨渗入地下可使地下水中的重金属元素含量增加，饮用这种水会危害人、畜健康；

(5)酸雨会加速建筑物、桥梁、工业设备、石材类文物，以及电信电缆等的腐蚀。

3．酸雨的防治

首先，要从消除污染源着手，研究开发能替代化石燃料的新能源(如氢能、太阳能、核能等)，这既有利于合理利用化石燃料这一有限的资源，又能从根本上防止酸雨的产生。

其次，要利用物理、化学方法对含硫燃料预先进行脱硫处理，以降低二氧化硫的排放，对燃煤、工业生产中释放出的二氧化硫废气进行处理或回收利用。

此外，还需要提高全民的环境保护意识，加强国际合作，全人类共同努力减少硫酸型酸雨的产生。

1．A、B、C三个城市全年雨水的月平均pH变化如图所示。

(1)受酸雨危害最严重的是________城市。

(2)导致硫酸型酸雨形成的主要气体是________，减少燃煤过程产生该气体的措施有___________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(3)汽车尾气中含有NO2、NO、CO等有害气体。写出由NO2形成的硝酸型酸雨的化学方程式：_________________________________________________

_______________________________________________________________；

汽车安装尾气催化净化装置可将NO、CO转化为无害气体，写出该反应的化学方程式：_____________________________________________________

_______________________________________________________________。

[解析]　(1)由图可知雨水pH最小的城市，酸雨危害最严重。(2)燃煤过程中采用脱硫技术减少污染。(3)硝酸型酸雨由NO2等引起。在催化条件下可以将有害气体NO和CO转化为无害气体N2和CO2。

[答案]　(1)C　(2)SO2　燃煤脱硫

(3)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

2NO＋2CON2＋2CO2

1．消烟除尘

(1)改进燃烧方式和设备，使燃料完全燃烧。

(2)靠机械设备将粉尘收集起来。

常用的除尘设备有沉降室、旋风收尘器、电除尘器、水浴除尘器等。

2．对二氧化硫的控制

对SO2的控制有三种方式：烟气脱硫、燃料预先脱硫、燃烧中脱硫。

(1)从烟气中脱硫

①氨酸法：NH3(aq)(NH4)2SO3(aq)NH4HSO3(aq)

再用93%的浓硫酸分解亚硫酸氢铵，可得到高浓度二氧化硫。

②石灰乳法(钙法)：用氢氧化钙浆液来吸收含SO2的尾气以脱硫，并产生副产品——石膏。其化学反应如下：

2Ca(OH)2＋2SO2===2(CaSO3·H2O)＋H2O

2(CaSO3·H2O)＋2SO2＋H2O===2Ca(HSO3)2

                                 石膏　　　　

Ca(HSO3)2＋O2＋2H2O===CaSO4·2H2O＋H2SO4

石膏在工业中用途较多，它可以用作建筑材料(石膏板)，还可以作为高密度树脂材料或塑料所制成的复合材料中的填料。

(2)从燃料中脱硫

燃料脱硫是在煤炭洗选中实现的。洗煤的方法有物理方法和化学方法两种。物理洗选是利用煤中硫铁矿与其他组分间物理性质的差异进行分离的方法。化学方法脱硫是利用化学反应对硫铁矿中的硫进行脱除。

(3)燃烧时脱硫

燃烧时脱硫是采用流化床燃烧技术进行的。这种方法是向炉内喷射石灰或白云石作流动介质，与煤粒混合在炉内进行多级燃烧，二氧化硫以硫酸钙的形式除去。

其化学原理是：

CaCO3＋SO2===CaSO3＋CO2

2CaSO3＋O2===2CaSO4

2．SO2是常见的大气污染物之一，我国规定空气中SO2的含量不得超过0.02 mg·L－1。下列措施中，不能减少SO2排放量的是(　　)

A．用天然气代替煤炭作民用燃料

B．大力植树造林

C．硫酸厂采取措施提高尾气的吸收率

D．燃煤中加入生石灰

B　[天然气是一种清洁燃料，煤炭中含有硫元素，燃烧会产生SO2，所以A项能减少SO2的排放量；某些树木能吸收SO2，但不能减少SO2的排放量；提高SO2的吸收率，就可以减少向大气中的排放量；煤炭中加入的生石灰可以与产生的SO2反应生成CaSO3，从而减少SO2的排放量，故选B项。]

1．因具有放射性而被称为居室“隐形杀手”的是(　　)

A．甲醛　　　　　　　 B．苯

C．氡   D．一氧化碳

C　[氡无色、无味，因其放射性污染不易察觉，因此氡被称为“隐形杀手”，甲醛、苯、CO均没有放射性。]

2．环境污染已严重危害人类的生活。下列对应关系正确的是(　　)

B　[造成酸雨的主要物质为SO2和氮的氧化物，臭氧层空洞是氟利昂和氮的氧化物造成的，光化学烟雾是氮的氧化物造成的。]

3．下列有关燃料的说法错误的是(　　)

A．燃料燃烧产物CO2是温室气体之一

B．化石燃料完全燃烧不会造成大气污染

C．以液化石油气代替燃油可减少大气污染

D．燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一

B　[A项中，燃料燃烧产生的CO2是造成温室效应的主要气体之一，正确。B项中，化石燃料完全燃烧时产生的气体有CO2、SO2等，会造成大气污染，错误。C项中，液化石油气的主要成分是丙烷等含碳原子数目较少的烃，燃油的主要成分是含碳原子数目较多的烃，液化石油气燃烧更充分，可减少大气污染，正确。D项中，燃料不完全燃烧产生的CO是造成大气污染的主要污染物之一，正确。]

4．如图是某燃煤发电厂处理废气的装置示意图。装置内发生的主要反应中不含(　　)

A．化合反应   B．分解反应

C．置换反应   D．氧化还原反应

C　[装置内不存在置换反应。化合反应为CaO＋SO2===CaSO3，分解反应为CaCO3CaO＋CO2↑，氧化还原反应为2CaSO3＋O2===2CaSO4。]

5．当今世界的三大环境问题是酸雨、臭氧层空洞和温室效应。

(1)酸雨形成的主要原因是人们向空气中排放了大量的(　　)

A．二氧化硫　　　　　 B．二氧化碳

C．一氧化碳   D．硫化氢

(2)臭氧层易被破坏的原因是(　　)

A．臭氧氧化性强，不稳定   B．臭氧还原性强，不稳定

C．臭氧被紫外线破坏      D．臭氧与氢气合成雨水

(3)目前地球气温普遍上升是由温室效应而引起的，引起温室效应的主要原因是(　　)

A．CO2能放出能量，使大气层中空气的温度升高

B．植物的光合作用需要CO2，CO2可促进光合作用

C．CO2是酸性氧化物

D．CO2可减少太阳光反射到宇宙中的红外线

[解析]　酸雨的主要成分是H2SO4和HNO3，其中H2SO4含量更高。酸雨的形成是大量燃烧含硫物质和汽车尾气所致。

2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

氮氧化物、氟氯烷烃是破坏臭氧层的元凶。

温室效应是空气中的CO2、颗粒状悬浮物增多造成的。CO2能吸收红外光。曾有人研究估算二氧化碳浓度每增加10%，地球表面温度就能提高0.5 ℃。

[答案]　(1)A　(2)A　(3)D