高中化学苏教版 (2019)必修 第一册第三单元 防治二氧化硫对环境的污染学案

第三单元　防治二氧化硫对环境的污染

一、自然界中的硫循环

1．转化途径

矿物通过风化分解、燃烧、火山爆发等方式放出SO2、H2S等气体，这些气体有些进入大气，有些转化为亚硫酸盐、硫酸盐溶入河流或海洋，还有有些则被土壤中的硫化细菌吸收。

2．过渡排放的危害

世界各国在工业化过程中，大量使用化石燃料，导致SO2过度排放，影响了自然界中硫的循环，造成酸雨、土壤酸化等环境问题。

二、酸雨及其治理

1．酸雨的形成

(1)酸雨： pH<5.6的降雨。

(2)H2SO4型酸雨形成的主要反应：

2．酸雨的危害

湖泊酸化、土壤贫瘠、森林大面积死亡、饮用水中重金属元素含量增加。

3．酸雨的防治措施

(1)消除污染源，研究开发新能源(如太阳能、核能、氢能)。

(2)对含硫燃料进行脱硫处理，减少二氧化硫的排放，并对生产中的二氧化硫废气进行处理或回收利用。

(3)对含SO2废气进行处理或回收利用。用石灰乳吸收SO2的反应方程式为Ca(OH)2＋SO2===CaSO3＋H2O。

三、空气质量评价

1．空气质量指数

(1)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。

(2)质量指数最大的污染物被确定为首要污染物，首要污染物的质量指数即为该地区的空气质量指数。

2．认识雾霾

(1)大量极细微的颗粒物均匀地悬浮在空气中，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，这种空气混浊现象叫作雾霾。

(2)根据颗粒物直径的大小可以将其分为细颗粒物(PM2.5，直径小于2.5 μm)、可吸入颗粒物(PM10，直径小于10 μm)等。

3．大气污染防治

(1)企业必须转变能源结构，坚持绿色发展，控制二氧化硫等有害气体的排放。

(2)政府要提高污染排放标准，社会各界要大力监督，共同打赢蓝天保卫战。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”。)

(1)CO2、NO2和SO2都会导致酸雨的形成。 (×)

(2)治理硫酸型酸雨的关键是减少二氧化硫的排放。 (√)

(3)空气质量指数需要检测二氧化碳的含量。 (×)

(4)酸雨样品的pH随放置时间延长而减小。 (√)

2．有关硫的氧化物的叙述不正确的是(　　 )

A．空气中二氧化硫主要来源于煤和石油产品的燃烧

B．二氧化硫与飘尘接触，部分氧化为三氧化硫，危害更严重

C．酸雨中的含硫化合物只有硫的氧化物和硫酸

D．减少大气中SO2污染的主要方法之一是减少含硫化石燃料的燃烧

C　[大气中SO2主要来源于煤和石油产品的燃烧，A正确；SO2与O2在飘尘等催化下可生成SO3，SO3溶于水生成强酸H2SO4，危害更大，B正确；酸雨中还有硫酸盐，C错；煤和石油中均含有硫元素，D正确。]

3．(1)现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该样品的pH，所得数据如下：

分析数据，回答问题：

雨水样品的pH变化的原因是(用化学方程式表示)                    。

(2)你认为减少酸雨可采取的措施是        (选字母)。

①少用煤作燃料　②把工厂烟囱修高　③燃料脱硫

④在已酸化的土壤中加石灰　⑤开发新能源

A．①②③　　　　　　　 B．②③④⑤

C．①③⑤   D．①③④⑤

[解析]　酸雨的形成主要是溶入了SO2。在空气的作用下，一部分SO2被O2氧化，从而产生SO3，在降水时SO3溶于雨水形成H2SO4。从各阶段pH的数据可以看出，在3小时之前放置的雨水样品的pH逐渐降低，溶液的酸性逐渐增强，3小时之后，pH不再变化，表明使pH降低的反应已停止。SO2溶解于雨水中生成中强酸H2SO3，H2SO3被氧化生成强酸H2SO4，溶液酸性增强。修高烟囱并不能减少排放到大气中二氧化硫的量，只能使局部地区的SO2浓度减小，但却使污染的范围扩大了。

[答案]　(1)2H2SO3＋O2===2H2SO4　(2)C

直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题，将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫，最终生成硫酸钙。硫酸钙可在如图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应，气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳，从而有利于二氧化碳的回收利用，达到减少碳排放的目的。

[问题1]　煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中，引发的主要环境问题有哪些？

[提示]　温室效应 、酸雨、粉尘污染。

[问题2]　在烟气脱硫时控制浆液的pH，此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙，写出反应化学方程式。

[提示]　Ca(HSO3)2＋O2===CaSO4＋H2SO4。

四种常见的SO2尾气处理方法

方法一：石灰石——石膏法

为防治酸雨，工业上常用石灰石粉末和含硫的煤混合后燃烧，燃烧时硫、石灰石、O2共同反应生成硫酸钙，从而使硫转移到煤渣中，反应原理为CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SO2CaSO3,2CaSO3＋O22CaSO4，总反应方程式为 2CaO＋2SO2＋O22CaSO4。

方法二：氨脱硫法

该脱硫法采用喷雾吸收法，雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2，其反应的化学方程式为2NH3＋SO2＋H2O===(NH4)2SO3,2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4。(或生成NH4HSO3，然后进一步氧化)

方法三：钠、碱脱硫法

钠、碱脱硫法是用NaOH/Na2CO3吸收烟气中的SO2，得到Na2SO3和NaHSO3，发生反应的化学方程式为2NaOH＋SO2===Na2SO3＋H2O，Na2CO3＋SO2===Na2SO3＋CO2，Na2SO3＋SO2＋H2O===2NaHSO3。

方法四：双碱脱硫法

先利用烧碱吸收SO2，再利用熟石灰浆液进行再生，再生后的NaOH溶液可循环使用，化学反应原理为

①吸收反应：2NaOH＋SO2===Na2SO3＋H2O,2Na2SO3＋O2===2Na2SO4。

②再生反应：Na2SO3＋Ca(OH)2===CaSO3＋2NaOH，Na2SO4＋Ca(OH)2===CaSO4＋2NaOH。

1．如图是某燃煤发电厂处理废气的装置示意图。下列说法错误的是(　　 )

A．使用此废气处理装置可减少酸雨的形成

B．装置内发生的反应有化合、分解、置换和氧化还原反应

C．整个过程的反应可表示为2SO2＋2CaCO3＋O2===2CaSO4＋2CO2

D．可用酸性高锰酸钾溶液检验废气处理是否达标

B　[SO2是形成酸雨的重要物质，经过处理后能减少酸雨的形成，A项正确；CaCO3受热分解生成CaO和CO2的反应属于分解反应，SO2与CaO反应生成CaSO3属于化合反应，CaSO3和O2反应生成CaSO4属于化合反应，也属于氧化还原反应，该过程没有涉及置换反应，B项错误；整个过程中，SO2与CaCO3、O2反应生成了CaSO4和CO2(2SO2＋2CaCO3＋O2===2CaSO4＋2CO2)，C项正确；SO2具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故可用酸性高锰酸钾溶液检验废气处理是否达标，D项正确。]

2．含硫煤燃烧会产生大气污染物，为防治该污染，某工厂设计了新的治污方法，同时可得到化工产品，该工艺流程如图所示，下列叙述不正确的是(　　 )

A．该过程中可得到化工产品H2SO4

B．该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2

C．该过程中化合价发生改变的元素只有Fe和S

D．图中涉及的反应之一为Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O===2FeSO4＋2H2SO4

C　[根据工艺流程所示可知，该工艺中Fe2(SO4)3和H2O吸收SO2生成FeSO4和H2SO4，该反应的化学方程式为Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O===2FeSO4＋2H2SO4，该工艺不仅吸收了二氧化硫，还得到了化工产品硫酸亚铁和硫酸，A正确；根据A中分析可知该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2，B正确；过程中化合价发生变化的元素有氧、铁、硫元素，C错误；根据以上分析，结合得失电子守恒及原子守恒写出化学方程式：Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O===2FeSO4＋2H2SO4，D正确。]

1．煤燃烧生成的气体中能形成酸雨的是(　　 )

①一氧化碳　②二氧化碳　③二氧化硫　④二氧化氮

A．①②　　　　　　　 B．①③

C．③④   D．②④

C　[一氧化碳与水不反应。正常雨水中含有二氧化碳，故正常雨水的pH小于7，但溶有二氧化碳的雨水的pH不会小于5.6，故不能称为酸雨。二氧化硫能形成硫酸型酸雨。二氧化氮能形成硝酸型酸雨。]

2．环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数，下列各项中与环境污染无关的是(　　)

A．温室效应   B．光化学烟雾

C．臭氧空洞   D．潮汐

D　[温室效应是排放CO2过多造成的；光化学烟雾主要是汽车尾气和化工厂排放的碳氢化合物及NOx过多造成的；臭氧空洞是排放氟氯烃过多造成的；潮汐是一种自然现象，是地球与月球之间的相互引力引起的。]

3．如图有关硫元素循环的说法不合理的是(　　 )

A．煤、石油中的硫元素燃烧时能生成SO2

B．动物尸体腐败过程产生的H2S气体会进入大气

C．循环过程中硫元素既发生氧化反应又发生还原反应

D．大气中的硫元素会全部转化成H2SO4随雨水降到土壤里

D　[D项，大气中的硫元素会部分转化成H2SO4随雨水降到土壤里，故错误。]

4．某雨水样品刚采集时测得pH为4.82，放在烧杯中2小时后，再次测得pH为4.68。以下叙述正确的是(　　 )

A．雨水样品酸度逐渐减小

B．雨水样品酸度没有变化

C．雨水样品继续吸收空气中的CO2

D．雨水样品中的H2SO3逐渐被空气中的氧气氧化成H2SO4

D　[题干中雨水样品的pH为4.82，则为酸雨，而酸雨形成的一个主要原因是排放到空气中的SO2与雨水结合形成酸性物质。本实验测得雨水的pH变小，即酸性变强，而降雨中CO2已经达到饱和，不可能是吸收CO2的缘故，只能是弱酸H2SO3被氧化成了强酸，有关反应是SO2＋H2OH2SO3,2H2SO3＋O2===2H2SO4。]

5．形成酸雨的原理之一可简示为

含硫燃料AB硫酸

回答下列问题：

(1)A物质的化学式为             ，B物质的化学式为            。

(2)洗涤含SO2的烟气，以下物质可作洗涤剂的是                                                                 

(填字母)。

a．Ca(OH)2　b．Na2CO3　c．CaCl2　d．NaHSO3

(3)利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2，在钠碱循环法中，Na2SO3溶液作为吸收液，可由NaOH溶液吸收SO2制得，该反应的离子方程式是                                                                 

                                                   。

(4)某有色金属冶炼厂排放的废气中含SO2，先用石灰浆吸收SO2，然后利用空气中的氧气将产物继续氧化成石膏(CaSO4·2H2O)。写出有关反应的两个化学方程式：                                                                 

                                                    。

[答案]　(1)SO2　SO3　(2)ab　(3)SO2＋2OH－===SO＋H2O　(4)SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O, 2CaSO3＋O2＋4H2O===2CaSO4·2H2O