二氧化碳、二氧化硫和酸雨
二氧化碳、二氧化硫和酸雨
8二氧化碳、二氧化硫和酸雨通过本章的学习，你将能够1.知道二氧化碳在自然界中的循环。2.知道二氧化碳的用途，并能在实验室里制取少量的二氧化碳。3.知道二氧化碳和二氧化硫的一些主要物理性质和化学性质。4.知道酸雨形成的原因及危害。含碳的燃料，无论是煤，还是煤气、液化气，充分燃烧后都会产生二氧化碳气体。此外，煤和石油中还含有一些硫的化合物，它们燃烧还会产生二氧化硫。随着人类消耗燃料的增加，空气中二氧化碳和二氧化硫的含量会不会随之增多呢？这些气体有哪些主要的性质呢？它们在大气中含量的增加，会给环境带来什么样的影响？这些都是本章学习的主要内容。8·1二氧化碳二氧化碳在自然界中的循环 燃烧产生的二氧化碳，动植物呼吸产生的二氧化碳，以及生物体在好氧菌作用下腐败产生的二氧化碳都在不断地逸入空气中。而空气中的二氧化碳又会溶解于江河湖海之中，再经过一系列的变化，成为矿石和生物体中的新物质。二氧化碳在空气中并不是静止不变的，空气只是二氧化碳中的碳元素在自然界里循环的一个“客栈”而已。图8－1描绘了二氧化碳在自然界中的循环情况。自然界里的动物只有一小部分是肉食动物。大部分以植物为主。动物赖以生存的最初营养物质来源于植物，而植物是通过光合作用产生营养物质的。二氧化碳是植物光合作用的主要原料。植物中含有的叶绿素，是一种特殊的生物催化剂。在太阳光作用下，叶绿素能使二氧化碳和水发生反应，生成葡萄糖和氧气（图8－2），这个反应可以表示如下：葡萄糖又能在植物体内转变成淀粉和油脂。动物在食用植物时摄入的淀粉和油脂等，通过一系列的化学反应，转变成体内的营养物质，并产生能量。在这个过程中，产生的二氧化碳通过呼吸排出体外，逸入大气。二氧化碳在自然界里的另一种循环方式是跟石灰石的反应来实现的。地壳的表面不少岩石（如石灰石和大理石）的主要成分是碳酸钙。碳酸钙不溶于水，但它跟溶有二氧化碳的水接触会发生反应，生成碳酸氢钙[Ca（HCO3）2]。反应的化学方程式是CaCO3 + CO2 + H2O＝Ca(HCO3)2（碳酸氢钙）碳酸氢钙溶于水被流水带走。在石灰岩地区常形成巨大的溶洞，就是因为发生了这个变化的缘故。碳酸氢钙不稳定，遇热会发生分解，又变成碳酸钙而沉积下来，同时放出二氧化碳。Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2↑石灰岩溶洞中千姿百态的石笋、钟乳石（图8－3），就是由逐渐沉积的碳酸钙形成的。【实验8－1】在大试管里加入10mL澄清石灰水，用玻璃管向石灰水里吹入二氧化碳（图8－4），当溶液变浑浊时，再继续吹入二氧化碳，观察发生的现象。当溶液不再变化时，把试管放在酒精灯上加热，观察又有什么变化。实验表明，二氧化碳通入澄清石灰水[Ca(OH)2]中，由于生成了不溶性的碳酸钙，石灰水变浑浊了。CO2+Ca(OH)2 = CaCO3↓+ H2O我们常用这个方法检验二氧化碳气体。在上述浑浊的溶液中继续通入二氧化碳，不溶于水的碳酸钙转变成可溶性的碳酸氢钙，所以溶液又变澄清了。生成的碳酸氢钙受热后分解，再转化成不溶性的碳酸钙，使溶液重新变浑浊。二氧化碳在自然界中的循环涉及到大气、水、矿物、动植物体的一系列复杂的变化，亿万年来这种不断的演变和发展，使大气中的二氧化碳有了比较稳定的含量。但是近百年来，人类的活动毁坏了大批绿色森林。工业的迅速发展，使含碳燃料的消耗有了惊人的增长。这就使空气中二氧化碳的含量呈现上升趋势。一般认为，当空气中二氧化碳的含量偏高时，会增强大气对太阳光中红外线辐射的吸收，同时阻止地球表面的热量向外散失，使地球表面的平均气温升高，这就是所谓的温室效应。温室效应可能导致地球两极的冰冠融化，使大片陆地被淹没。为了维护人类生存的环境，我们应注意保护地球上的植被，阻止温室效应进一步发展。二氧化碳的用途和制法 二氧化碳既然是绿色植物进行光合作用的主要原料，那么，提高空气中二氧化碳的含量能不能提高农作物的产量呢？有人用实验证明，在封闭的暖房里适当充入一些二氧化碳，确实可以大幅度地提高农作物的产量。二氧化碳在其他方面也有广泛的用途。给二氧化碳气体加压、降温，它会变成无色的液体，继续降温会凝结成雪花状的固体。固态的二氧化碳俗称干冰，它在常压、-78℃时能直接升华成气态，不留任何痕迹，并且使周围的环境迅速冷却。所以干冰是一种优良的致冷剂。干冰还可以用于人工降雨。职业与化学环境保护研究员照片中这位环保工程师正在采集水样，以便进行水质分析。环保人员进行水质分析的原因有很多。可能附近要建一座化工厂。在建厂之前环保人员必须对周围河流的水质进行分析，以便与建厂开工后的水质进行比较，看周围的水源是否因为化工厂的开工而受到污染。这一类问题属于环境监测。诸如此类的环境保护问题还有很多。随着社会的进步，人们的环境保护意识越来越强，因而对环保人员的需求量也会增多；与此同时，对环保人员的素质要求也会提高。要作好诸如水质分析这样的试验，必须具备一定的化学知识。化学知识是环保人员的基础知识。二氧化碳和氨气在高温、高压下反应可以制得尿素。尿素是最重要的优质氮肥。二氧化碳的主要用途参见图8－5。在工业上，二氧化碳主要是作为生产酒精（学名乙醇C2H6O）的副产品而得到的。工业上用淀粉发酵生产酒精，淀粉经反应先生成葡萄糖，葡萄糖在酒化酶的作用下生成酒精和二氧化碳。这个反应可以表示如下：这样，酒精厂在制得酒精的同时，还得到大量的二氧化碳。工业上煅烧石灰石生产石灰时，也能得到大量的二氧化碳。CaCO3 CaO+ CO2↑【实验8－2】用镊子夹住一小粒石灰石放在酒精灯火焰上加热。为了提高酒精灯火焰的温度，可以向火焰上压入氧气（图8－6）。把加热后的石灰石放在水中溶解，加入酚酞，观察发生的现象。实验室里常用盐酸和大理石（碳酸钙）反应，制取少量二氧化碳。CaCO3 + 2HCl＝CaCl2 + CO2↑+ H2O【实验 8－3】在简易气体发生装置里，使大理石跟稀盐酸反应，制备二氧化碳（图8－7），用向上排气法收集。讨论与思考1.在隧道的通风设施中，排气的装置为什么不设在拱顶，而安置在接近地面处？2.简述二氧化碳在大气中循环的几种主要途径。3.为什么大量使用含碳燃料会使地球的平均气温升高？后果如何？4.试比较实验室里制取和收集氢气和二氧化碳的相同点及不同点。5.碳酸镁和碳酸钡受热都会分解成二氧化碳和相应的氧化物。写出它们分解的化学方程式。8·2二氧化硫和酸雨二氧化硫 在矿物燃料——煤、石油中，往往含有一些硫的化合物。在燃烧煤或石油的过程中，一些硫的化合物会转化成二氧化硫（SO2）。二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的气体。街头小铺的煤炉里有时会产生冲鼻的气味，这就是二氧化硫的气味。二氧化硫溶解于水时，会跟水起反应生成亚硫酸（H2SO3）。SO2 + H2O = H2SO3亚硫酸溶液是否跟碳酸一样呈酸性呢？让我们来做一个实验。【实验8－4】在亚硫酸溶液里滴入石蕊指示剂，观察产生的现象。实验证明，亚硫酸溶液跟碳酸溶液一样，也呈现酸性。二氧化硫跟水生成亚硫酸的反应，和二氧化碳跟水生成碳酸的反应十分相似，二氧化硫和二氧化碳很像是亚硫酸（H2SO3）或碳酸（H2CO3）失去一份水（H2O）的产物。因此，我们把二氧化硫称为亚硫酸酐，把二氧化碳称为碳酸酐。二氧化硫在有催化剂（某些金属氧化物）存在和高温时，能跟氧气进一步反应，生成三氧化硫（SO3）。2SO2 + O2 2SO3三氧化硫是硫酸的酸酐。它跟水反应生成硫酸。SO3+H2O＝H2SO4硫酸是一种酸性很强的物质。它的水溶液呈现很强的酸性。在1L水中，只要滴入1滴硫酸，pH值就会接近1。酸雨 近几十年来不少工业发达的国家出现了酸雨现象。上海地区也屡降酸雨。所谓酸雨是指pH值小于5.6的雨水。我们知道，蒸馏水是中性的，它的pH值应该为7。为什么酸雨的pH值会小于5.6呢？经过分析，那些pH值小于5.6的雨水中溶有硫酸等酸性物质。含硫的矿物燃料燃烧产生的二氧化硫，在大气中，在金属氧化物粉尘的催化作用下，跟氧气反应，生成了三氧化硫。这些三氧化硫被降水吸收，就形成了酸雨。现代工业的发展，使矿物燃料的使用量大大增加，同时也增加了产生酸雨的可能性。酸雨不仅会危害植物和动物的生命，而且还会侵蚀建筑物，污染环境（图8－8）。怎样才能使释放到大气中的二氧化硫降低到最低限度，从而有效地防止酸雨的形成呢？这个问题目前正在引起人们的关注。讨论与思考1.盐酸跟碳酸钙反应，生成氯化钙、二氧化碳和水。你认为它属于哪一种基本反应类型？2.二氧化硫跟水反应，二氧化硫跟氧气反应分别属于什么基本反应类型？它们是否属于氧化还原反应？为什么？3.酸雨是怎样形成的？阅读材料干冰的妙用你见过舞台上云雾缭绕的景色吗？演员们在五彩缤纷的雾海中翩翩起舞，使人有步入仙境之感。云雾是怎样“跑到”舞台上去的呢？它是干冰的杰作。干冰很容易升华，同时吸收大量的热量，使周围空气的温度急骤下降，于是空气中的水蒸气就会凝结成雾滴，产生了人造云雾。干冰升华所吸收的热量大约是相同质量的冰融化所吸收热量的两倍。干冰气化后，可以使周围的细菌窒息死亡。因此，用干冰做致冷剂有保鲜的作用，可以使鱼、肉等食品保存得更久。开采煤矿用的炸药里，常加一些干冰。炸药引燃后产生的热量，使干冰在瞬息间气化，一方面增强了爆炸的威力，另一方面由于逸散出去的二氧化碳不支持燃烧，可以有效地避免引起煤层中甲烷等可燃气体爆炸。干冰气化后不留任何痕迹。如图书馆、仪器室、文物楼等场所不慎发生火灾时，若用液体灭火剂，即使火扑灭了，也可能造成损失。用干冰灭火，可以完好地保护没有着火的物品。干冰在现代社会里妙用无穷。阅读材料酸雨的危害下雨，是一种自然现象。在雨水形成和下降的过程中，空气中的二氧化碳会溶解在雨滴中，使雨水呈微弱的酸性。因此，天然雨水的pH值约在5.6左右。如果空气中还有其他可溶的酸性污染物，它们也能溶解在雨水中，这样降雨的pH值就会小于5.6。科学家给这种雨取名叫“酸雨”。日夜晚，在日本东京的代代木火车站下了一场酸雨，落在人的皮肤上，像小虫蛰一口似地疼痛，这种雨的酸性就很强了。雨水怎么会变酸的呢？科学家考察了世界各地的酸雨，发现雨水中的酸性物质以硫酸居多，因此，他们认为酸雨的形成与空气中的二氧化硫有关。空气中的二氧化硫在催化剂（金属氧化物烟尘）的作用下，能被氧化为三氧化硫，三氧化硫溶入雨水后，成为硫酸液滴，使雨水的pH值下降，形成酸雨。空气中的二氧化硫，大多来自于煤和石油的燃烧。酸雨是一种空气污染的现象，是全世界人民共同关心的环境热点问题之一。酸雨能使湖泊酸化，严重的酸雨会使湖泊生态系统受到损害。倘若湖泊水体的pH值小于5.0时，鱼、虾会死亡，生机盎然的湖泊会变成“死湖”。加拿大境内就有五万个湖泊，由于酸雨的危害，没有鱼类生存，成为“水沙漠”。酸雨能使土壤酸化，土壤中的钙、镁、钾等营养元素会因此而流失，影响作物的生长。酸雨还会损伤植物的枝叶，使森林生长缓慢。年15年间，由于酸雨作怪，瑞典的林木减少了2～7%。我国重庆南山的马尾松林也因频繁的酸雨损失严重。此外，酸雨还会腐蚀金属材料和其他建筑物。我国由于能源结构仍以燃煤为主，因此，酸雨危害不容忽视。1983年，对我国部分城市酸雨情况的调查结果如下：苏州pH=4.0，广州pH=3.8，贵阳pH=3.7，重庆pH=3.7，上海pH=4.6。近年来，上海地区酸雨的极端pH值已达3.92。酸雨的污染是跨国界的，它是随着风行云移而飘忽不定的。因此，酸雨的防治需要全世界人民共同努力，真诚合作。其中一项根本性的措施是通过改变能源结构，改善燃料质量，寻求清洁能源和改造供热方式等措施，来达到减少二氧化硫的排放量。
5.少用一次性制品 商场里充斥着一次性用品：一次性餐具、一次性牙刷、一次性雨衣、一次性签字笔……一次性用品给人们带来了短暂的便利，却给生态环境带来了灾难。它们加快了地球资源的耗竭，所产生的大量垃圾造成环境污染。以一次性筷子为例，我国每年向日本和韩国出口约150万立方米，需要损耗200万平方米的森林资源。 6.不要掉进奢侈品的陷阱 越时尚的商品，更新换代的速度越快。无论是电子产品还是时髦的服装，商家通过不断地推陈出新，刺激人们的购买欲。那些追求奢侈品消费的「月光族」和「车奴」、「卡奴」，不仅浪费资源，还使自己背上沉重的经济枷锁，究竟是富人还是「负 ...生物圈，也可以认为是地球上有生命的部分，含有许许多多碳的化合物，例如，煤、石油、天然气、石灰岩和其他的碳酸盐岩，包括介壳、珊瑚礁、泥炭等。这些化合物在不断地生成、转化和分解。它们的关系基本上是由动力学根据不同的对象，产生不同的机制来维持的。这包括4个方面的因素：一是海水溶解大量二氧化碳的能力；二是它们之间的物理和化学过程；三是海洋浮游生物和陆地植物吸收日光能和二氧化碳，并把它们用于光合过程，将二氧化碳转化为有机分子的能力；四是大自然中的植物和动物之间，存在的复杂相互作用，使之降解为二氧化碳后又回到大气中。虽然，二氧化碳在大气中所 ...沼气中氧的存在使其在化工生产中具有安全隐患。同时沼气的不同加工过程也对氧含量..
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沼气脱氧催化剂及工艺研究
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