高一化学酸雨的形成

酸雨酸雨酸雨的形成酸雨的分布酸雨的危害酸雨与环境酸雨的监测酸雨的控制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”一专有名词。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5.65。被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨；pH值小于5.65的雪叫酸雪；在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH值小于5.65时叫酸雾。什么是酸雨?什么是酸雨区?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5.65,酸雨率是0-20%,为非酸雨区;pH值在5.30--5.60之间,酸雨率是10--40%,为轻酸雨区;pH值在5.00--5.30之间,酸雨率是30-60%,为中度酸雨区;pH值在4.70--5.00之间,酸雨率是50-80%,为较重酸雨区;pH值小于4.70,酸雨率是70-100%,为重酸雨区。这就是所谓的五级标准。空中的酸碱物质与酸雨现代工业、农业和交通排放更大量，种类更多的污染物(包括酸碱性物质),且与尘埃一起升到高空,通过扩散、迁移、转化而后重力沉降到地面，或经雨雪冲刷到达地面。酸性物质可破坏植被,酸化土壤,酸化水域，造成水生和陆地生态失衡，加速岩石风化和金属腐蚀自然活动和人类活动向大气排放若干物质形成酸雨；其中有的物质是中性的,如风吹浪沫漂向空中的海盐,NaCl,KCl等；有的物质是酸性的，如SOx和NOx及酸性尘埃(火山灰)等；有的是碱性的，如NH3及来自风扫沙漠和碱性土壤扬起的颗粒；有的本身并无酸碱性,但在酸碱物质的的迁移转化中可起催化作用，如CO和臭氧；降水的pH值是它们在雨水冲刷过程中相互作用和彼此中和的结果。酸性物质SOx的天然排放酸性物质SOx有四类天然排放源：海洋雾沫,它们会夹带一些硫酸到空中；土壤中某些机体，如动物死尸和植物败叶在细菌作用下可分解某些硫化物，继而转化为SOx；火山爆发,也将喷出可观量的SOx气体；雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然SOx排放源,因为树木也含有微量硫。化石燃料与酸雨酸性物质SOx，NOx排放人工源之一，是煤、石油和天然气等化石燃料燃烧，无论是煤，或石油，或天然气都是在地下埋藏多少亿年，由古代的动植物化石转化而来,故称做化石燃料。科学家粗略估计，1990年我国化石燃料约消耗近700百万吨；仅占世界消耗总量的12%,人均相比并不惊人；但是我国近几十年来,化石燃料消耗的增加速度,实在太快,1950年至1990年的四十年间,增加了30倍。不能不引起足够重视。工业过程与酸雨酸性物质SOx,NOx排放人工源之二是工业过程,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SOx气体,部分回收为硫酸,部分进入大气。再如化工生产，特别是硫酸生产和硝酸生产可分别跑冒滴漏可观量SOx和NOx,由于NO2带有淡棕的黄色，因此,工厂尾气所排出的带有NOx的废气象一条“黄龙”,在空中飘荡，控制和消除“黄龙”被称做“灭黄龙工程”。再如石油炼制等,也能产生一定量的SOx和NOx。它们集中在某些工业城市中，也比较容易得到控制。土法炼硫,炼出了赤地千里80年代初期,云南某地区乡镇企业起步,片面追求利润,实施土法炼硫,工艺陈旧落后,硫的回收率仅达30%。其余的硫都燃烧成为SO2,迷漫于大气之中,加之云南气候湿润，有人曾收集检测到每场降雨都是酸雨,pH值可达到3.2-3.8。其后果是生产区周围,树上看不到昆虫,地下找不到蚂蚁,天上望不到飞鸟,1500亩良田寸草不长,一片荒凉的灾区景象。1993年采取了一系列治理措施,问题已得到缓解。某硫酸厂年产10万吨硫酸,通过废气向大气排放SO23750吨。厂区两平方公里范围被严重污染,形成局地酸雨。厂区降水pH值的最低值达到3.63;平均pH值为4.41;为重酸雨区。硫酸厂周围的酸雨区交通运输与酸雨酸性物质SOx、NOx排放人工源之三是交通运输,如汽车尾气。在发动机内,活塞频繁打出火花，象天空中闪电,N2变成NOx。不同的车型,尾气中NOx的浓度有多有少，机械性能较差的或使用寿命已较长的发动机尾气中的NOx浓度要高。汽车停在十字路口,不息火等待通过时,要比正常行车尾气中的NOx浓度要高。近年来,我国各种汽车数量猛增,它的尾气对酸雨的贡献正在逐年上升,不能掉以轻心。人们常说车祸猛于虎,因为车祸看得见摸得着,血肉模糊,容易引起震动；污染是无形的,影响短时间看不出来,容易被人忽视。黑雨1994年重庆及其郊区下了数场黑雨,色如墨汁,且有强酸性。人们发生了恐慌，纷纷询问地区环保部门，欲知其详。经化学分析,黑色物是煤屑，原来在锅炉内化石燃料未能燃烧充分,析出一些细的碳粒，也通过烟囱排向高空。酸性物主要是硫酸根,来自煤中燃烧的杂质硫。结论是：黑雨就是强酸性雨；也可以说是酸雨发展到某种极端情况。黑雪无独有偶,1991年我国喜马拉雅山区,下了数场“黑雪”。它来自于中东战争,伊拉克军队从科威特撤退时,放了一把大火,主要油气井火光冲天,喷出浓浓的黑烟,夹杂令人窒息SOx和NOx气味,直向高空，随风漂向东方,遇到喜马拉雅高山,难以跨越,随雪落下,成为有酸性的黑雪。人迹罕至的世界屋脊也未能逃出“空中死神”的灾难。酸雾其实,酸雾不止高空有,大气污染严重的城市的临近地面也有。重庆是我国有名的雾都,每年大雾日数居各大中城市之冠;蒙胧而飘渺的雾是重庆久富盛名的景观之一。重庆又是严重酸雨污染的城市,雾也免不了酸化。80年代,全市酸雾pH平均值为4.39;市区最低值达到2.98,是典型的酸雾。雾滴是尺度微细的飘浮空中的水滴,极易吸附和吸收各种酸性气体和颗粒物,因此,雾滴所含污染物的浓度特别大,其总离子浓度最高值竟达到9.7克/升,占雾滴重量的近1%,较同期雨水含量高出十余倍。经医务工作者潜心研究,认明此种酸雾对儿童的呼吸系统十分有害。由于污染物浓度大,含水少,厚度大,能见度越来越低劣。其次生效应,诸如车祸等,更加不容忽视。我国目前酸雨的主要责任者——燃煤中的杂质硫与石油和天然气相比,在我国煤的消耗量要多得多。一般估计煤的消耗量占化石燃料总消耗量的90%左右。而煤的燃烧排放SOx的数量,除了决定于煤的消耗数量,尚决定于煤的含硫量。我国幅员辽阔，煤矿分布十分分散。我国南方产煤含硫量比北方要高,特别是西南地区,产含硫量高煤的中小煤窑如满天星斗,其含硫量要比东北和华北地区产的高叁肆倍，当地居民称之为“臭煤”,因为家庭炊饭的炉子烧用此煤，能发出令人窒息的恶臭气味,它就SOx。一般情况是当地消耗当地产的煤,以减少运输过程的损失和增加成本,这也加速了我国长江以南酸雨区域的形成。此外，我国产石油和天然气含硫量一般比煤要低得多。而且它们的年消耗量为煤的消耗量的十分之一左右,因此，燃煤中的杂质硫将是我国目前酸雨的主要负责者。空中的海盐粒氯化物排放天然源之一是海风扬起的雾沫，雾沫中含有海盐，海盐的主要成份是氯化物,如氯化钠,氯化钾,氯化镁等氯化物排放人工源氯化物排放人工源较弱，少数城市有氯气和氯化氢制造，逸出酸性气体HCl和HClO3，但量不大。对广大地区酸雨形成的贡献也不大。氟污染与酸雨浙江东北部土壤中含有微量氟元素,取土造砖时,在培烧过程中,向大气排放出一定量的氟化物,主要形式是氟化氢,也对局部酸雨有贡献。该地区湿沉降中,氟离子的浓度较其它地区为高,也是证明。浙中盆地义乌市,近几年来粘土建材企业(砖瓦厂,墙地砖厂等)发展迅猛,生产排放大量含氟废气。氟化物进入大气后,形成酸性很强的氟化氢,易溶于水。故而其降水中氟化物含量年均值为0.216毫克/升,比浙东舟山,浙南丽水的降水氟含量高出倍多。除了增加酸度之外,降水中氟化物毒性大,对植物的影响比二氧化硫高出10至100倍。在氟源集中的污染区,桑叶不能育蚕,果树难于结果,粮食蔬菜减产。沙尘我国北方碱性物质“黄沙”来自东亚沙漠(塔克拉玛干，古尔班通古特沙漠，腾格里沙漠和黄土高原等)；大风扬起尘暴,通常有三个主要通道万里过幽燕：1.北方通道：蒙古人民共和国中央沙漠→阿拉善高地→河套平原→鄂尔多斯高原→山西雁北地区→京津地区；2.西北通道：独联体中亚国家→古尔班通古特沙漠→吐鲁番→哈密→河西走廊→宁夏平原→陕北高原→晋北高原→京津地区；3.西方通道：新疆塔什拉玛干沙漠→青海柴达木盆地→河西走廊或→宁夏平原。最终,“黄沙”可达韩国、日本以至夏威夷群岛。黄沙含钙较多，是碱性的，会对空气中酸性物质起中和作用,中国黄河以北不是酸雨地区，部分赖于此，真是扬沙天气所造成的不幸中的幸事沙雨是一种碱性的和干的雨,在中和北方大气酸性物质中起重要作用。在中国西北工农业不发达干旱地区,如甘肃的敦煌,内蒙的阿拉善,新疆的和田等地都收集到pH值大于7.0的碱雨,这些碱雨是雨水冲刷高空沙粒形成的。“沙雨”碱性物质NH3的天然排放源碱性物质NH3主要天然排放源有两个，其一是有机物分解：野生动物或非人工饲养的动物粪便要分解出氨气,大家都知道氨水是一种肥料，因此鸟粪或其已矿化了的鸟粪层常是质量上乘的有机肥；其二是森林火灾,树木也含有微量的有机含氮化合物。农牧业与酸雨碱性物质NH3的人工排放源有三个，之一是人与家畜粪便分解，当我们走近农村猪圈或进入不经常打扫的茅厕，那种使人窒息的刺鼻刺眼的气味就是氨气；之二是化肥合成氨生产，跑冒滴漏；之三是农田氮肥施用，如施用尿素后，土壤微生物将其转化为铵离子，后者又部分被土壤微生物分解为氨气、逸出，另外部分被土壤微生物转化为硝酸盐。因此，相对城市而言，农村和草场NH3排放为高。“碱雨”与化肥生产相对于“酸雨”而言,科学家把pH值大于7.0的降水叫“碱雨”。八十年代,我国著名的化工城市吉林收集到碱雨。原因是,该市有座合成氨化肥生产联合企业,管理不善,有相当量的氨气,跑冒滴漏到大气中。氨气被降水冲刷,形成碱雨。它发生在局地,某个时间段,也未造成明显灾害,比较易于控制。因此,从灾害角度而言,碱雨不能与酸雨相比拟。但从科学角度而言,形成的道理是一样的,都是降水在高空中冲刷酸碱物质的结果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。一大块长江以南,包括江苏，上海,浙江,福建,江西,湖北,湖南,广东,广西,海南,贵州,四川,重庆,云南等省市大部分地区；及两小块胶东半岛和图门江地区,后两者“酸雨”孤岛的形成，一方面是由于附近有较大城市(青岛、长春、吉林),有酸性物质强排放源,另一方面它们濒临海洋，海洋性潮湿气候提供了产生酸雨的温床。SO2是如何变成硫酸的?人类活动向大气排放的是SO2气体,即使它溶于雨水也只能成为酸性较弱的亚硫酸,然而我们在雨水中测到的确是酸性较强的硫酸,SO2是如何变成硫酸的?这是通过三类反应实现的。气相光氧化反应。在纯净的空气中,SO2难于光氧化。但在污染的空气中,烃类与NOx生成某些有反应能力的基团,如OH,HO2,CH3O等,后者在日光照射下,将氧化SO2为SO3,再溶于水成为硫酸。液相光氧化反应。日光下,大气中的烃类与NOx气相光氧化生成臭氧和