大学化学化学与环境ppt课件

第五章化学与环境环境的定义（1）自然环境亦称地理环境，是指环绕于人类周围的自然界，包括大气、水、土壤、生物和各种矿物资源等，是人类赖以生存和发展的物质基础。社会环境是指人类在自然环境的基础上，为不断提高物质和精神生活水平，通过长期有计划、有目的的发展，逐步创造和建立起来的人工环境，如城市、农村、工矿区等。其发展和演替，受自然、经济以及社会规律的支配和制约，其质量是人类物质文明建设和精神文明建设的标志之一。环境的定义（2）《中华人民共和国环境保护法》从法学的角度对环境概念进行的阐述：“本法所称环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、目然遗迹，人文遗迹、风景名胜区、自然保护区、城市和乡村等。”人类的自然地理环境水圈大气圈岩石圈生物圈环境问题（1）环境问题是指由于人类活动作用于周围环境所引起的环境质量变化，以及这种变化对人类的生产、生活和健康造成的影响。人类在改造自然环境和创建社会环境的过程中，自然环境仍以其固有的自然规律变化着。社会环境一方面受自然环境的制约，也以其固有的规律运动着。人类与环境不断地相互影响和作用，产生环境问题。环境问题（2）第一环境问题：由自然演变和自然灾害引起的原生环境问题，如地震、洪涝、干旱、台风、崩塌、滑坡、泥石流等。第二环境问题：由人类活动引起的次生环境问题，一般又分为环境污染（工业生产造成大气、水环境恶化等）、生态失衡（乱砍滥伐引起的森林植被的破坏、过度放牧、大面积开垦引起的草原退化、沙漠化和土地沙化）和资源短缺三大类。造成环境污染的人为因素主要可分为三大类：物理污染如噪声、振动、热、光、辐射及放射性等；生物污染如微生物、寄生虫等；化学污染如有毒的无机物和有机物。环境污染白色污染20世纪环境八大公害事件马斯河谷事件（比利时1930.12.1）SO2废气.洛杉矶光化学烟雾事件（洛杉矶市1943年夏）汽车废气伦敦烟雾事件（伦敦1948.12）SO2废气.水俣病事件（日本1953）甲基汞骨痛病事件（日本1972）镉中毒.米糠油事件（日本1958）多氯联苯博帕事件（印度1984）甲基异氰酸酯莱茵河化学药品事件（瑞士1986）硫化物、磷化物、汞洛杉矶光化学烟雾事件水俣病肢端感觉麻木（左）中心性视野缩小（右）水俣病事件甲基汞中毒汞污染引起的胎儿性水俣病患者胎儿性水俣病发笑症（3岁开始）5-1大气的污染与防治影响生态平衡和人类生存的重大环境问题中最为突出并带有全球性潜在威胁的四大问题均来自大气污染酸雨在加重和蔓延光化学烟雾平流层的臭氧遭受破坏全球气候变暖5-1-1酸雨酸雨是值pH值低于5.6的降水。正常的雨水pH约为6，这是由于大气中CO2溶于雨水后造成的。酸雨的形成是一个复杂的大气化学和物理过程，主要是由于人们燃烧含硫的煤炭、冶炼金属硫化矿、燃料油料等产生的废气中含有的SO2、NOx排入天空造成的。它们在大气中被氧化并吸收水分形成硫酸和硝酸，随雨水一起降落到地面。SO2的氧化催化氧化光催化4223242222SOH2OSOH2SOH2OH2OSO2大气中的烟尘大气中的烟尘42hv233hv22SOHOHSOOSOOSONO的氧化NO在空气中氧化成NO2：2NO+O2=2NO2NO2溶于水生成硝酸和亚硝酸：2NO2+H2O=HNO3+HNO2酸雨的危害农林牧渔减产建筑物、文物腐蚀5-1-2光化学烟雾（1）排到大气中的碳氢化合物（HC）和氮的氧化物（NOX）等称为一次污染物。在太阳光紫外线照射下，一次污染物可能再发生化学反应，衍生出种种二次污染物。这种由一次污染物和二次污染物的混合物（气体和颗粒物）所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。因其1946年首次出现在美国洛杉矶，因此又叫洛杉矶型烟雾。主要是由汽车排出的尾气和工业废气中的氮氧化物和碳氢化合物，在一定的气象条件下形成的。5-1-2光化学烟雾（2）反应3生成臭氧O3是一种强氧化剂，能氧化烃类成醛、酮等类物质，这些醛、酮对人和动物的眼睛由极强的刺激作用。与碳氢化合物等的作用332222O(4)(g)O(g)OO(g)(3)O(g)NO(g)(g)NO(2)(g)2NO(g)O2NO(g)(1)必须在光的作用下完成5-1-3臭氧层的空洞（1）大气层的结构逸散层：800Km（exosphere）热层：500Km（thermosphere）中间层：85Km（mesosphere）平流层：55Km（stratosphere）（臭氧层）：3035Km（ozonelayer）对流层：14Km（troposphere）5-1-3臭氧层的空洞（2）大气臭氧层主要有三个作用：保护作用：能够吸收太阳光中的波长300nm以下的紫外线，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。加热作用：吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，这对大气的循环具有重要的影响。温室气体的作用：臭氧层减少，会产生使地面气温下降的动力。因此，臭氧的高度分布及变化是极其重要的。臭氧层对于地球上的生命极其重要臭氧层被破坏，对地球有什么危害？农作物枯死动物免疫系统和DNA会受到破坏大海中的生物会大幅度减少人类皮肤病患者大幅增加5-1-3臭氧层的空洞（2）堪称地球上芸芸众生“保护伞”的臭氧层，确正被它所保护的人类严重破坏。1985年南极地区发现臭氧层空洞以后，1988年发现北极上空也出现了一个臭氧层空洞。两个空洞都一直以极其惊人的速度扩大。臭氧层破坏的原因（1）人类活动产生的大量NOx排入大气，如超音速飞机在臭氧层高度上飞机、宇航飞机器不断发射，都可排出大量NOx进入臭氧层和O3反应，如下列反应式：NO作为催化剂，使O3分解22223ONOONOONOONO23O2OO臭氧层破坏的原因（2）人们大量生产和使用氟氯烃化合物（最重要的使人们常用的氟利昂CCl2F2）也是罪魁。由于它性质较稳定，能长时间滞留在大气中而不发生变化，但当它逐渐到达臭氧层时，受紫外线光照便进行分解、生成氯原子，从而破坏臭氧层（Cl原子本身也作为催化剂，催化分解O3）223OClOClOOClOOCl23O2OO5-1-4全球气候变化（温室效应）温室效应：大气具有让太阳光短波辐射透过并到达地表，同时又能吸收太阳光的长波和阻挡地表向外发射的长波辐射，仅让很少的一部分热辐射散失到宇宙空间。由于大气吸收的辐射多于散失的，最终导致地球保持相对稳定的气温，这种现象称为温室效应。温室效应下的地球温室气体研究表明：大气中吸收长波辐射的分子，多为CO2、H2O、CH4、N2O和氟氯烃等多原子分子，故称这些气体为温室气体。洁净的大气都是一个恒定的化学组成，所以能保持相对稳定的气温。但是由于人口数量激增、人类活动频繁、化石燃料的燃烧量剧增，加之绿色面积急剧减少，致使主要的温室气体CO2在大气中的含量不断增加。据估计：CO2浓度年增长率为0.5％;CH4和N2O的年增长率分别为0.9％和0.25％；原本大气中没有的氟氯烃浓度，年增长率高达4.0％，而且它吸收长波辐射的能力是CO2分子的几千万倍。这些温室气体浓度的增加，导致地表气温上升，造成温室效应加剧，气候变暖。因此，要防止全球变暖，应从控制温室气体的排放入手。例如，开发新能源以减少化石燃料的使用量，扩大绿色面积以及控制人口的增长。温室效应的加剧导致全球气候变暖，会对气候、生态平衡及人类健康等方面带来严重影响。据中科院兰州冰川土研究所对珠穆朗玛峰地区数次考察研究发现，30多年来，这一全球海拔最高地区的冰川区域在逐渐缩小后退，其中远东绒布冰川末端后退了约230m，东绒布、中绒布冰川冰塔林分别后退了170m和270m。5-1-5大气污染的防治大气主要污染物：SO2、NOx、CO、HC、O3为了防止大气污染，既要改变能源的结构与成分，又要改善燃烧条件，尽可能减少污染气体的排出。植树造林对大气环境的保护极为有效SO2的控制碱性溶液吸收石灰乳法、氨法、硫化碱（Na2S）法固硫剂与碱性物质混合燃烧NOx的控制烟气中的NOx的脱除氨还原法还原剂（NH3）；催化剂（CuO-CrO）汽车尾气中的NOx的脱除g2COg2NRhPd,Pt,gCOg2NO空气污染指数（API）和空气质量等级大气中各种污染物的含量高低、毒性强弱以及它们对环境的影响程度差别很大。为了简单直观地描述各种污染物对空气的污染程度，把污染物的浓度、污染等级等空气质量参数之间的关系，用一个统一的数学公式表达出来，并由此计算出一个简单的相对数值，来表示大气污染的强度。人们把这样一个能够表示空气中首要污染物对空气污染程度的数值，称为空气污染指数，或者叫做环境空气质量综合指数。空气质量等级及其对人体健康的影响一级（API：050）：空气质量评估为优，对人体健康无影响二级（API：50100）：空气质量评估为良，对人体健康无显著影响三级（API：100200）：轻度污染，健康人群出现刺激症状四级（API：200300）：中度污染，健康人群普遍出现刺激症状五级（API300）：严重污染，健康人群出现严重刺激症状5-1-6室内空气污染及防治（1）室内污染的种类可吸入颗粒物：携带细菌、病毒等生物活性污染、致癌化学污染物和放射性物质；生物活性粒子有细菌、病毒、花粉等，是大多数呼吸道传染病和过敏性疾病的元凶；空气中的气态化学污染物包括多种挥发性有机物和无机物空调系统中的藏污纳垢及适宜的温湿度是细菌、病毒滋生和繁衍的理想场所。过滤功能较差的空调系统还会加剧污染物的传播和扩散。室内有机物污染对人体健康的影响气味等感觉效应粘膜刺激，如乙醛、丙烯醛、萘致癌性，如甲醛、苯等。5-1-6室内空气污染及防治（2）室内空气污染物的主要来源建筑及室内装饰材料室外污染物燃烧产物和人本身活动5-1-6室内空气污染及防治（3）室内污染的防治治吸附剂+光催化防通风+高质量装修材料+植物5-2水的污染及其防治（1）每年27亿立方吨的工业污水只有不到30%经过处理，而又只有不到50%的“处理过”的工业污水能达到国家标准现存的淡水资源只有2400吨/单位/年，不到世界平均水平的1/45-2水的污染及其防治（2）天然水污染主要有三种途径：大量废水以及部分废渣、垃圾直接排入水体中；废渣、垃圾堆积地上，经降雨淋洗流到水体中；通过尘埃沉降和气－水界面污物，从大气进入水体中。我国水污染催生数个“癌症村”广东韶关翁源“癌症村”——上坝村山东肥城“癌症村”——肖家店村江苏阜宁“癌症村”——洋桥村无锡崇安“癌症村”——广丰村河南浚县“癌症村”——北老观嘴村天津“癌症村”——西堤头村沙颍河畔“癌症村”——东孙楼村、黄孟营村5-3-1水的污染物根据影响效果，可分为两大类:无毒污染物主要是指糖类、木质素、维生素、纤维素、脂肪、类脂、蛋白质等天然有机物。有毒污染物是指那些进入生物体后积累到一定的数量，从而使体液和组织发生生化和生理功能的变化，引起暂时或持久的病理状态，甚至危及生命的物质。赤潮太湖蓝藻有毒污染物的主要种类重金属元素：在环境科学中由于As、Se的毒性和某些性质类似于重金属元素；金属（Be）的密度虽只有1.84g·cm-3，但它与人体健康关系密切，所以把As、Se、Be也列入重金属元素范畴。它们中毒性显著的有Hg、Cd、Cr、Pd、As。无机阴离子：主要是NO2－，F－和CN－离子。放射性物质有机农药致癌物质,如稠环芳烃、杂环化合物、芳香胺等。霉变花生、玉米中含有的黄曲霉素不仅是剧毒物质而且还是致癌物质，能引起肝癌。石油。一般有机物，如酚类等。5-2-2水质监控标准（1）为防止环境污染，保障人们健康，各国都制定了符合各自国情的水质标准。我国地面水水质卫生要求：指标卫生要求悬浮物质色、嗅、味漂浮物质pH值生化需氧量溶解氧病