酸雨形成原因
人类活动造成的酸雨成分中,以硫酸为最多,一般约占60%一65%,硝酸次之,约30%,盐酸约5%,此外还有有机酸约2%左右。硫酸主要是因为燃烧矿物燃料释放的二氧化硫,其中最大的排放源是发电厂、钢铁厂、冶炼厂等,还有家家户户的小煤炉。目前全世界人为释放的二氧化硫每年约1.6亿吨。硝酸是由氮氧化物形成的。氮氧化物气体主要是在高温燃烧的情况下产生的。例如,汽车发动机燃烧室中,以及矿物燃料在高温燃烧时都会放出氮氧化物。氯化氢的人工源除了使用氯化氢的工厂以外,焚烧垃圾(塑料制品中有大量的氯)和矿物燃料燃烧时也都会释放这种气体。人类活动造成的二氧化硫和氮氧化物与自然源相比数量上虽然大体相当(即各占约50%左右),但是因为自然界自我清洁能力有限。这好比一个人吃饭,肚量再大,让他多吃一倍的饭,也是会把肚子撑坏的。硫氧化物和氮氧化物在大气中形成酸雨的过程是十分复杂的大气化学和大气物理过程。如果形成酸性物质时没有云雨,则酸性物质会以重力沉降等形式逐渐降落在地面上,这叫做干性沉降,以区别于酸雨、酸雪等湿性沉降。干性沉降物在地面遇水时复合成酸。酸云和酸雾中的酸性,由于没有得到直径大得多的雨滴的稀释,因此它们的酸性要比酸雨强得多。高山区由于经常有云雾缭绕,因此酸雨区高山上森林受害最重,常首先成片死亡。
因为酸雨的主要成分是硫酸根等酸性离子,与水混合后再加上氢氧化钠会发生反应。
氢氧化钠,化学式为NaOH,俗称烧碱、火碱、苛性钠,为一种具有很强腐蚀性的强碱,一般为片状或颗粒形态,易溶于水(溶于水时放热)并形成碱性溶液,另有潮解性,易吸取空气中的水蒸气(潮解)和二氧化碳(变质)。NaOH是化学实验室其中一种必备的化学品,亦为常见的化工品之一。纯品是无色透明的晶体。密度2130g/cm³。熔点3184℃。沸点1390℃。工业品含有少量的氯化钠和碳酸钠,是白色不透明的晶体。有块状,片状,粒状和棒状等。式量为4001。
氢氧化钠在水处理中可作为碱性清洗剂,溶于乙醇和甘油;不溶于丙醇、乙醚。在高温下对碳钠也有腐蚀作用。与氯、溴、碘等卤素发生歧化反应。与酸类起中和作用而生成盐和水。
酸雨正式的名称是为酸性沉降是指pH值小于56的雨、雪、雾、 雹等大气降水。它可分为“湿沉降”与“干沉降”两大类,前者指的是所有气状污染物或粒状污染物,随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面,后者是指在不降雨的日子,从空中降下来的灰尘所带的一些酸性物质。
酸雨是指PH小于56的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落过程中,吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质,形成了pH低于56的酸性降水。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质所造成的。中国的酸雨主要因大量燃烧含硫量高的煤而形成的,多为硫酸雨,少为硝酸雨,此外,各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。我国一些地区已经成为酸雨多发区,酸雨污染的范围和程度已经引起人们的密切关注。
酸雨是由化石燃料燃烧产生的二氧化硫、二氧化氮等酸性气体,二氧化硫与水反应生成亚硫酸,亚硫酸在空气中与氧气反应生成硫酸;二氧化氮与水等反应生成硝酸;则通常人们所说的“酸雨”的主要成分是硫酸与硝酸. 故选C. |
硫酸和硝酸是酸雨的主要成分,约占总酸量的90%以上,我国酸雨中硫酸和硝酸的比例约为10∶1;工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫,燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物,经过“云内成雨过程”,即水汽凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上,发生液相氧化反应,形成硫酸雨滴和硝酸雨滴;又经过“云下冲刷过程”,即含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体,形成较大雨滴,最后降落在地面上,形成了酸雨由于我国多燃煤,所以我国的酸雨是硫酸型酸雨而多燃石油的国家下硝酸雨
酸雨形成的化学反应过程:
(1) 酸雨多成于化石燃料的燃烧:
含有硫的煤燃烧生成二氧化硫
S+O2=点燃=SO2
二氧化硫和水作用生成亚硫酸
SO2+H2O=H2SO3
亚硫酸在空气中可氧化成硫酸
2H2SO3+O2→2H2SO4
(2)氮氧化物溶于水形成酸:雷雨闪电时,大气中常有少量的二氧化氮产生
闪电时氮气与氧气化合生成一氧化氮
N2+O2=放电=2NO
一氧化氮结构上不稳定,空气中氧化成二氧化氮
2NO+O2=2NO2
二氧化氮和水作用生成硝酸
3NO2+H2O=2HNO3+NO
(3)酸雨与大理石反应:
CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑
CaSO4+SO2+H2O=Ca(HSO3)2
(4)此外还有其他酸性气体溶于水导致酸雨,例如氟化氢,氟气,氯气,硫化氢等其他酸性气体
酸雨是雨、雪等在形成和降落过程中,吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质,形成了pH低于56的酸性降水。
酸雨的形成首先是SO2溶解在空气和云中的水里,形成H2SO3,H2SO3易被氧化为酸性更强的H2SO4,H2SO4随雨水下降到地面从而形成酸雨,据此可写出相应的化学方程式。
酸雨的形成机理:工业过程,如金属冶炼:某些有色金属的矿石是硫化物、铜、铅、锌便是如此,将铜、铅、锌硫化物矿石还原为金属过程中将逸出大量二氧化硫气体,部分回收为硫酸,部分进入大气。
酸雨的发现
近代工业革命,从蒸气机开始,锅炉烧煤,产生蒸汽,推动机器;而后火力电厂星罗齐布,燃煤数量日益猛增。遗憾地是,煤含杂质硫,约百分之一,在燃烧中将排放酸性气体 SO2;燃烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部分化学变化,氧气与氮气化合,也排放酸性气体NOx。它们在高空中为雨雪冲刷,溶解,雨成为了酸雨;这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子。1872年英国科学家史密斯分析了伦顿市雨水成份,发现它呈酸性,且农村雨水中含碳酸铵,酸性不大;郊区雨水含硫酸铵,略呈酸性;市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性。于是史密斯首先在他的著作《空气和降雨:化学气候学的开端》中提出“酸雨”这一专有名词。
什么是酸雨
简单地说,酸雨就是酸性的雨。什么是酸 纯水是中性的,没有味道;柠檬水,橙汁有酸味,醋的酸味较大,它们都是弱酸;小苏打水有略涩的碱性,而苛性钠水就涩涩的,碱味较大,它们是碱。科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关;而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关;然后建立了一个指标:氢离子浓度对数的负值,叫pH值。于是,纯水的pH值为7;酸性越大,pH值越低;碱性越大,pH值越高。未被污染的雨雪是中性的,pH值近于7;当它为大气中二氧化碳饱和时,略呈酸性,pH值为565。被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于565的雨叫酸雨;pH值小于565的雪叫酸雪;在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH值小于565时叫酸雾。
什麽是酸雨率
一年之内可降若干次雨, 有的是酸雨, 有的不是酸雨, 因此一般称某地区的酸雨率为该地区酸雨次数除以降雨的总次数。其最低值为0%; 最高值为100%。如果有降雪, 当以降雨视之。
有时, 一个降雨过程可能持续几天, 所以酸雨率应以一个降水全过程为单位, 即酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除以全年降水过程的总次数。
除了年均降水pH值之外, 酸雨率是判别某地区是否为酸雨区的又一重要指标。
什麽是酸雨区
某地收集到酸雨样品, 还不能算是酸雨区, 因为一年可有数十场雨, 某场雨可能是酸雨, 某场雨可能不是酸雨, 所以要看年均值。目前我国定义酸雨区的科学标准尚在讨论之中, 但一般认为: 年均降水pH值高于565, 酸雨率是0-20% , 为非酸雨区; pH值在530--560之间, 酸雨率是10--40% , 为轻酸雨区; pH值在500--530之间, 酸雨率是30-60%, 为中度酸雨区; pH值在470--500之间, 酸雨率是50-80%, 为较重酸雨区; pH值小于470, 酸雨率是70-100%, 为重酸雨区。这就是所谓的五级标准。其实, 北京, 西宁, 兰州, 乌鲁木齐等市也收集到几场酸雨, 但年均pH值和酸雨率都在非酸雨区标准内, 故为非酸雨区。
制约酸雨地区分布的因素
酸雨地区分布为复杂因素所制约。从宏观来看,中国大陆的酸雨分布取决于中国各地酸、碱性物质的排放量,促成大气中酸碱物质转化的物质,如CO和O3的当地排放量;再加上当地的气象条件,如中国各地年均温度,中国各地年均雨量,中国各地年均大气湿度,中国各地年日照时数和中国各地土壤的酸碱性等。
“干沉降”与“湿沉降”
不下雨时,大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面叫干沉降;下雨时,高空雨滴吸收包含酸性物质继而降下时再冲刷酸性物质降到地面叫湿沉降。
"湿沉降" 取决于酸雨中致酸碱性物质浓度, 如果我们讨论硫的 "湿沉降" , 那么, 将取决于降水中的硫的浓度, 如此类推; 也取决于降雨量。 "干沉降" 则不同, 除了取决于大气中酸碱性物质浓度, 如果我们讨论硫的 "干沉降" , 那么, 将取决于大气中SO2的浓度和总悬浮颗粒物的浓度, 后者在空中已吸附了少量硫, 并以硫酸根的形式存在; 还取决于它们沉降到哪类地面上, 即土地利用格局。利用格局不同, 吸附和吸收酸性物质能力不同。一般分为四类, 森林的SO2 的沉降能力最强, 约为8毫米/ 秒; 林地, 约为5 毫米/ 秒; 庄稼地和草地, 约为4 毫米/ 秒; 水面, 居民区等, 约为2 毫米/ 秒。土壤的酸碱性也有一些影响, pH值大于7 的碱性土壤, 约为 8毫米/ 秒; pH值近于 4的酸性土壤, 约为4-6 毫米/ 秒。
城市和农村, 谁的干沉降大, 谁的湿沉降大, 谁的干湿沉降总合大 我国城市, 特别是工业城市, SO2 排放量较大, 该城市地面测得的SO2 浓度也较高, 例如我国有24所城市SO2 年均浓度超过了0100 毫克/ 立方米, 其中有10座城市在长江以南, 这些市皆处于酸雨区中; 但是长江以南广大农村地区, SO2 年均浓度约为0010 毫克/ 立方米, 甚至低于此值, 也属于酸雨区。这是因为我们测得的SO2 浓度是地面浓度; 而决定酸雨的是高空雨云酸化的程度, 并且这种酸化了的雨云可以长距离传输; 决不能因为农村没有酸物质排放而忽视了酸雨存在与危害。由于乡村面积远远大于城市面积, 因此城市的干沉降大于湿沉降; 乡村湿沉降大于干沉降。若讨论国土面积, 乡村的干湿沉降的总和将远大于城市的干湿沉降的总合;若讨论单位面积, 城市的干湿沉降总和将远大于乡村干湿沉降之总合。
酸性物质的干湿沉降酸雨危害环境。这种危害包括森林退化,湖泊酸化,鱼类死亡,水生生物种群减少,农田土壤酸化、贫脊,有毒重金属污染增强,粮食、蔬菜、瓜果大面积减产,使建筑物和桥梁损坏,文物面目皆非。
酸雨与环境
美国大湖为什么变酸了
本世纪50年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土壤酸化,即酸雨可形成灾难,但是此成果未能为世人重视。
北欧国家为什么渔业减产
50年代初,北欧国家瑞典和挪威渔业减产,原因不明;1959年挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大陆工业排放大量酸性气体,随高空气流飘到北欧,被雨雪冲刷,所形成酸雨使湖泊酸化,导致渔业减产。
欧洲大面积酸雨
60年代,欧洲建立了欧洲大气化学监测网,继而发现pH值低于40 的酸雨地区,集中于地势较低地区,如荷兰,丹麦,比利时等。瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水,湖水,土壤的化学变化,证实欧洲大陆存在大面积酸雨,是洲级区域环境问题。
跨国界的大气污染
1972年,瑞典政府给联合国人类环境会议提出报告《穿过国界的大气污染:大气和降水中硫的影响》,引起各国政府关注,1973至1975年欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究,证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。1974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域,几乎北美有三分之二陆地面积受到酸雨威胁,甚至在美国夏威夷群岛的迎风一侧,也出现酸雨。再后,东南亚日本、韩国等亦发现大面积酸雨。有位科学家到杳无人烟,且长年冰封雪盖的格陵兰岛,给冰层打钻,取出180年前的冰块,与现在的酸度相比,酸度增长了99倍。至此世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一。
酸雨现象正在发展
1986年5月,在肯尼亚首都内罗毕召开的第三世界环境保护国际会议上,专家们认为,酸雨现象正在发展,它已成为严重威胁世界环境的十大问题之一。
南极和北极也有酸雨
地球的南极和北极,终年冰雪,罕见人至,但80年代,挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨(酸雪)。哪儿来的他们认为是前苏联南部工业区排放的大气酸性物质, 随气流,几千公里飘移到此地。后来在南极地区也有人曾收集到pH为55的酸性降水。这些酸性降水所含的酸性物质,可能来自更远的距离。看来,酸雨不但没有国界, 也没有洲界。
中国南极长城站测到酸雨
1998年上半年, 中国南极长城站八次测得南极酸性降水, 其中一次pH值为546。有趣地是, 当刮偏南风或偏东风时, 南极大陆因为没有人为排放, 大气是新鲜的, 所以测得降水的都接近于中性;当刮西北风时, 来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到中国南极站所处的南极半岛, 遇到降水, 形成酸雨。这说明: 南极也不是“净土” 。
从酸雨到毒雪
酸雨给人类敲响了警钟。90年代科学家又在冰雪世界的南极和北极收集到了含有有毒农药成份的“毒雪”。“毒雪”形成与酸雨或酸雪形成过程极为相似。也是人类活动,使用人造的农药到田间,杀虫增产,但农药却进入了环境;也是通过大气远程传输;也是在高空中,污染物被雨雪冲刷;也是最终降落地面,危害人类。由“酸雨”,发展到“毒雪”,如此严重的环境恶化趋势,能不令人类反省吗!
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