大气

中学综合学科题库——大气 华东师范大学 化学系 胡波 华东师范大学 生物系 张映辉 第一部分 大气污染 地球形成的初期，其内部含有的大量气体，随着频繁的火山喷发和造山运动排出地，笼罩在地球上空形成第二代原始大气，它主要的成分是水气、二氧化碳、氮、甲烷和氨。 次生大气中没有氧气，也不能形成臭氧，强烈的紫外线就可以不受任何阻截直接照射到地面上，为生命的出现提供了能量。 大约在20多亿年前，海里出现了蓝藻，它利用太阳光和大气中的二氧化碳合成碳水化合物供自己使用，并吐出氧气。蓝藻的光合作用使大气中的氧气增多、二氧化碳减少。植物经过变异，种类繁多，原始大气经亿年变迁后演变成现代大气。 现代大气主要由氮（78%）（氮在常温下是不活泼的，但在高压下它能与人体内的血红蛋白组合而不能分离，在闪电作用下它能与氧化合成氮氧化合物。）和氧（21%）组成，其他气体的含量甚微，它们是氖、氦、甲烷、氪、氙、氢、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫……当然其中有少量水气、尘粒。 大气中的水气主要来自江河湖海等水体、土壤和植物中水分的蒸发，大部分集中在低层大气中，含量最多不超过低层大气总量的4％，一般情况下，空气中水汽含量随高度增加而减少，是大气中随地区、季节和气象等含量变化较大的成分，也是天气变化和大气污染的重要因素。 大气中的固体悬浮粒子主要来自宇宙尘埃、岩石风化、火山喷尘、植物花粉、工业烟尘和海浪飞逸溅入大气的水滴蒸发后形成的盐粒等，粒径较大者称降尘，几小时可落到地面，粒径小的（小于10um）称飘尘，可在大气中飘荡数年之久。 大气层从下向上由对流层、平流层、中层、热层组成，大气有压强，一大气压为1.013×105Pa。 对流层的高度为10 km左右。其厚度与纬度有关，也与季节有关，夏季较厚，冬季较厚。这是人类生活的主要范围，在这个范围内每升高1km，温度下降6℃左右，由下向上，含氧的百分比逐渐减少，大气密度减小。在这层大气活动异常激烈，大气水平移动形成风，11级风的风速在30m/s左右；激烈旋转的气流形成台风，其中心有一气压最低、温度较高的台风眼，其直径平均为25 km，台风最强可达12级以上；竖直方向的强烈旋风具有很强的破坏性，其风速可达200m/s。 平流层在10km到55km之间，平流层中臭氧比较集中，在25km高处形成臭氧层，它可强烈地吸收紫外线。防止人类受到伤害，减少皮肤病的发病率。 平流层上55km到80km称为中层大气，在这里温度随高度下降，在60km以上的大气层称为电离层，无线电波可在地面和电离层之间多次反射而实现远距离传播。 大气中的氧是人类和动、植物呼吸、维持生命不可缺少的气体。人可以五周不吃东西，五天不喝水继续生存，但不可以五分钟不呼吸空气。大气还保护着人类和生物界免受严寒和酷暑的煎熬，也防止从宇宙太空飞来的大量陨石的袭击。外层空间辐射的大部分宇宙射线，及太阳发射的高能电磁辐射均为大气所吸收，从而保护了包括人类在内的一切生物免受高能辐射的危害。 通常的大气污染物质（如NOx，SO2）在大气中的含量（本底值）很低，不足以产生对人类的危害作用。、 世界卫生组织（World Health Organization WHO）给大气污染了的定义是“室外的大气中若存在人为造成的污染物质，其含量与浓度及持续时间可引起多数居民的不适感，在很大范围内危害公共卫生并使人类、动植物生活处于受妨碍的状态。” 主要污染物在大气中的浓度如下表： 组分 清洁空气 污染空气 CO ＜1ppm 5～200ppm SO2 0.001～0.01ppm 0.02～2ppm NOx 0.001～0.01ppm 0.01～0.5ppm HC（碳氢化合物） 1ppm 1～20ppm O3 0.001～0.06ppm 0.06～lppm CO2 310～330ppm 350～370ppm 颗粒物 10～20ug/m3 70～700 ug/m3 随着工业化的迅猛发展，能源消耗产生的废气排放量越来越多，从而导致大气中的污染物的浓度越来越高，特别是在工业生产和人口相对聚集的城市，大气污染已经严重地威胁到了人们的生活和身体健康。第一次经仔细研究报道的重大大气污染事件是1930年12月l～5日在比利时马斯河谷发生的大气污染。该地区集中有钢铁冶炼、火力发电、化肥、炼锌及硫酸制造等工业。它们向大气排放大量的污染物，加上生活用煤燃烧时产生的污染物，在当时的天气条件下，使河谷地区上空大雾笼罩，污染物经久不散，污染气体浓度愈积愈大，造成63人死亡，许多居民出现胸疼、呼吸困难等症状。此事件中的污染元凶是硫的氧化物。此后世界上大气污染重大事件不断发生，引起了人们对大气污染的关注和研究。 大气污染源分为自然源和人为源，且主要为源。 自然源：来源于自然界的生命活动或其它自然现象的变化所产生的。如大气中的一些萜类（terpene）有机污染物（指(C5H6)n一类链状或环状稀烃，在自然界广泛存在于树脂等物体中），是针叶树的叶或花向大气发射的一类碳氢化合物；火山爆发可向大气排放大量的颗粒物及含硫气体化合物；森林火灾是大气中一氧化碳及二氧化碳的自然源；海水水花喷洒出含氯化物及硫酸盐等的微细水滴。 人为源：人类生活及生产活动产生大量污染物，危害严重的大气污染物主要来自人为源。 一．工业污染源。由火力发电厂、钢铁厂、化工厂及农药厂、造纸厂等各种工矿企业生产过程中排放出来的烟气，含有烟尘、硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳及碳黑、卤素化合物等有害物质。如SO2烟炱燃烧不完全产生的极细颗粒，活性大、具催化作用，冶炼厂烟尘中含有大量金属氧化物极细颗粒。 二．交通运输污染源： 飞机、汽车、船舶排出的尾气中含NO、NO2、二氧化硫、碳氢化合物（HC）、CO、Pb氧化物、苯并（a）花、多环芳烃等。由于汽车气缸结构不好，燃烧不完全，以及使用汽油抗爆剂四乙基铅[Pb(C2H5)4]等，在燃烧排放的尾气中，含有大量污染气体。含铅汽油是为了提高汽油的辛烷值，及防止汽油在内燃机中燃烧时发生爆震现象，向汽油中加入0.2～0.5％的四乙基铅[Ph(C2H5)2]，同时又为了防止加有四乙基铅的汽油燃烧时产生的氧化铝积聚在汽缸中或火花塞上，影响汽缸的工作及寿命，通常再加有添加剂，使形成挥发性铅的化合物而排出。其中汽油中的铅转化为氧化铝微粒，使汽车尾气中含铅量高达20～25ug/m3。 无铅汽油中以甲基叔丁基醚（Metiyltert-butyl ether，缩写为 MTBE）取代四乙基铅，工业上通常是以甲醇和裂解石油C4馏分中的异丁烯作为原料在催化剂作用下合成，主要反应为： CH3OH＋(CH3)2CHCH3→(CH3)2COCH3 MTBE的辛烷值高，沸点55.2℃，与水互溶、能与汽油以任何比例混溶 而不形成共沸物，是一种优良的高辛烷值汽油添加剂和抗爆剂，能改善汽车的启动和加速性能，降低汽油消耗，并能减少汽车尾气中的CO和多环芳烃的排放。 三．生活污染源 在生活中燃烧化石燃料用于取暖和加热食物等排放出大量污染物。 煤的主要成分是碳、氢、氧及少量硫、氮等元素，此外还含有其他微量组分，伯金属硫化物或硫酸盐等。 煤中含硫量随产地不同变化较大（约在0.5～5％左右）其中一部分硫元素与煤主要化学成分结合而存在。大部分则以硫铁矿及硫酸盐的形式存在。当煤燃烧时，这些硫元素主要转化成二氧化硫形式随烟气排入大气，是大气中硫氧化物的主要来源。 四．农业污染源 喷洒农药、杀虫剂、杀菌剂挥发形成极细液滴，成为大气中的颗粒物，或从土壤表面挥发进入大气。使用化肥，产生的氮氧化物在土壤微生物的反硝化作用下形成N2O，进入对流层成为温室气体，进入平流层能破坏臭氧层。据测算，施用化肥的土壤，释放出的NO2为未施用化肥的2～10倍。在工业化国家，牲畜和化肥产生的氨的排放量占总排放量的80～90％。焚烧农业垃圾会放出高浓度的CO、CO2和NOx及其它一些气体，而水稻耕作和牲畜是释放甲烷的主要来源。 常见大气污染物如下表所示： 污染物 一次污染物 二次污染物 含硫化合物 SO2、H2S SO3、H2SO4、硫酸盐、硫酸酸雾 氮氧化物 NO、NH3 N2O、NO2、硝酸盐、硝酸酸雾 碳化合物 CO、CO2 碳氢化合物 C1—C5化合物、CH4 醛、酮、过氧乙酰硝酸酯 卤素及其化合物 F2、HF、Cl2、HCl、CFCl3、CF2Cl2 氧化剂 O3、自由基、过氧化物 颗粒物 煤尘、粉尘、重金属微粒、石棉气溶胶，酸雾纤维、多环芳烃 放射性物质 铀、钍、镭等 大气中的污染物质二氧化碳、甲烷、氮氧化物等能吸收来自太阳的短波紫外线辐射，同时吸收地球发出的长波红外线辐射。由于空气中这些污染物质含量的增多，会使地球表面的入射能量与逸散能量之间的平衡遇到破坏，导致地球表面温度上升，引起全球“温室效应”，城市空气的污染，又会形成“热岛效应”，引起温度带和降水带的移动，对农作物产生一定的影响。 大气中的酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、硫化氢、氮氧化物等。在降水过程中溶入雨水，使其成酸雨。酸雨不仅危害水生动、植物，而且还会使土壤酸化，损坏森林，腐蚀建筑结构、工业装备、动力和通讯电缆等设备，还间接危害人类的健康。目前，我国酸雨危害面积已占国土面积的40％。 含溴和氯的人造化学污染物（如氟里昂）及一氧化碳、氮氧化物的排放，能强烈地破坏臭氧分子。“氟里昂”受到太阳紫外线的照射能分解成溴原子和氯原子，每个溴原子或氯原子能破坏大约10万个臭氧分子。臭氧层的破坏，致使太阳紫外线直接照射地面，损坏人体皮肤细胞中的遗传物质，导致皮肤癌，还能引起兴化角膜炎、白内障等眼病，还可抑制人类和动物的免疫能力，导致相关疾病的发生，紫外线还能对农作物、海洋浮游动、植物和自然生态系统造成直接和间接的影响。 因此，保护地球的外衣——大气不受污染已是迫在眉睫的任务。 主要大气污染物的控制技术 一．颗粒物 大气中颗粒物大量来自燃料燃烧。 减少颗粒物的排放的控制方法主要有： 1． 改进能源结构，采取清洁能源，如地热、海洋能、风能、水能、原子能的开发和利用。对原煤进行加工利用，如原煤的洗选、气化。 2． 将废气中的颗粒物净化后再排放。 常用方法有： 机械除尘，是用机械力将尘粒从气流中分离出来。 洗涤除尘，是用水洗涤含尘气体，使尘粒与液滴或液膜碰撞而被俘获，并从气流中分离出来，随水排出。 过滤除尘，是使含尘气体通过滤布或其它多孔物质将尘粒捕集下来。 静电除尘，静电除尘器由集尘电极和放电电极组成，在集尘电极和放电电极之间通以3～6万伏的高压直流电，在放电电极附近即产生电晕放电，使气流中的尘粒带电荷，带电尘粒被吸引而聚集到集尘电极上。集尘电极上的尘粒用震荡装置消除。 二．氧化物 其治理方法可分为湿法及干法两大类。 湿法治理，以液体为吸收剂，可在吸收塔中进行反应。 湿法治理，以液体为吸收剂，可在吸收塔中进行反应。优点是设备简单，占地少，投资省，操作方便。但湿法脱硫后的烟道气温度低，湿度大，易形成白色烟雾，难于扩散，故必需增加一道烟道气再加热工序。此外，用水量也较多，必须对排水加以处理后才能排放。 干法的特点是适于处理排气量大的废气，排气降温不显著，烟气在大中的扩散不受破坏，排气中水分增加很少，在烟囱附近不会产生腐蚀性雾气。但干法吸附或吸收慢，使装置庞大，设备费用增加。 （一）湿法治理 1．NaOH或Na2SO3吸收法 反应原理为； 2NaOH＋SO2→Na2SO3＋H2O Na2SO3＋SO2＋H2O→2Na2SO3 在所有SO2治理方法中，这是一个最容易最合理的方法。如烟气中CO2含量高，因NaOH易吸收CO2，增加NaOH溶液的消耗，可采用Ph〈7的Na2SO3作吸收剂。 从吸收塔中排出的NaHSO3溶液是还原性液体，如直接排放，会污染水体，可用以下方法回收和再生： ①在吸收塔排出液中加入NaOH，使Na2SO3再生 NaHSO3＋NaOH→Na2SO3＋H2O 可将再生的Na2SO3溶液，供给以此为原料的工厂，如造纸厂等使用，也可将Na2SO3结晶回收。 ②将吸收液氧化成Na2SO4并结晶回收 ③在吸收废液中加石灰石或消石灰，得CaSO3，进一步氧化成石膏回收利用； 4NaHSO3＋2CaCO3→2CaSO3·H2O＋2Na2SO3＋H2O十2CO2 4NHSO3＋2Ca（OH）2→2CaSO3·H2O＋Na2SO3＋3H2O 2CaSO3·H2O＋O2＋3H2O→2CaSO4·2H2O 本法脱硫率可达90％以上 2．氨水吸收法 用NH3水作吸收剂除去废气中的SO2。 使含有0.9%SO2的制酸尾气（或烟气）在吸收塔内用NH3水和（NH4）2SO4溶液作逆吸收，反应式为： SO2＋2NH3＋H2O→(NH4)2SO3 (NH4)2SO3＋SO2＋H2O→2NH4HSO3 NH4HSO3＋NH3→(NH4)2SO3 经二次吸收后，废气中SO2浓度可降到0.03％，在吸收过程中，控制NH3的加入量以及(NH4)2SO3与NH4HSO3的比例，才能得到较高的吸收效果。 吸收塔排出的含NH4HSO3溶液，可通过不同方法加以处理、利用。 ①加入93％的浓H2SO4，可逸出较纯的SO2气体。 2NH4HSO3＋H2SO4→2SO2＋2H2O＋（NH4）2SO4 (NH4)2SO3＋H2SO4→SO2＋(NH4)2SO4 此法可得到浓度达95％的SO2气体，经冷冻至－10℃，成为液态SO2，可在制酸装置中制得H2SO4，而含40％(NH4)2SO4的溶液经蒸发后可得(NH4)2SO4晶体，作为肥料。 ②在排出液中通入NH3气，并用空气氧化成(NH4)2SO4再浓缩结晶，回收(NH4)2SO4晶体。 NH4HSO3＋NH3→(NH4)2SO3 (NH4)2SO3＋O2→(NH4)2SO4 此法SO2吸收率可达90％以上。 （二）干法治理 1．石灰石一白云石法 将石灰石（CaCO3），白云石或两者混合物直接放在锅炉内。分解为氧化物，在吸收塔中吸收烟道气中的SO2，生成MSO3及MSO4。 CaCO3→CaO+CO2 MgCO3→MgO＋CO2 MO＋SO2→MSO3 MO＋SO3→MSO4 生成的固体MSO3及MSO4微粒可用除尘装置除去。这里SO3反应完全，SO2去除率约为25％，故需进一步用湿法治理。 2．活性炭吸附法 活性炭能吸附SO2，当有氧和水汽存在时，除物理吸附外，尚有化学吸附，故吸附量较单纯物理吸附为高。 一般的燃烧烟气的组成为： SO2 0.05～0.10％ 水汽：10一13％ O2 3～6% CO2：10一13％ 是适合活性炭吸附的。 当温度为100～150℃的排气通过活性炭时，由于活性炭的催化作用，排气中的SO2被吸附，同时水汽及氧气也被吸附并将硫氧化物氧化，进一步形成 H2SO4： SO2→SO2 O2→O2* H2O→H2O* SO2＋O2→SO3* SO3＋H2O→H2SO4 此处*表示物体被吸附在活性炭上的状态，吸附在活性炭上的H2SO4可采用多段水洗得到稀H2SO4，脱附后的活性炭可再生复用。 三．氮氧化物 NOX的工业来源有硝酸制造厂、使用硝酸的工厂及工厂中燃料燃烧排放的废气，汽车尾气等。制造及使用HNO3的工厂排放的废气中NOX的含量可高达数千ppm，燃料燃烧废气中的NOX可达数百ppm，火力发电厂排气中NO含量约1000ppm NOX的治理包括改进燃烧方法及排烟治理两个方面。 NOx废气常用的治理方法有： （一）催化还原法 在催化剂存在条件下。一些还原性气体，可使NOx还原成无毒的N2。 1．非选择性催化还原法 以Pt作催化剂，以甲烷，CO，H2等还原性气体作还原剂。如在废气中通入CH4： CH4＋4NO2 4NO＋CO2＋2H2O CH4＋2O2 CO2＋2H2O CH4＋4NO 2N2＋CO2＋2H2O 上述反应的速度，基本按上述顺序递减。故CH4还原NO为N2的反应，要在反应室内的O2耗尽后才进行。 CO与H2均能与NOX及O2反应，反应速度顺序与CH4相同。如废气中含O2的比例大，一定量的还原剂将与烟道气中的O2反应，增加还原剂的耗用量，增大治理成本，故此类方法，仅适用于含氧量较少的废气。 3．选择性催化还原法 在催化剂作用下，通入的还原气体，仅与NOX发生氧化还原反应，不与废气中的O2作用。 用Pt、Cr、Fe、V、Mo、Ni等的氧化物为催化剂，选择最适宜的反应温度使NOx还原，这个温度随所选用的催化剂，还原剂的不同而不同。 NH3选择性催化还原： NH3＋4NO 2N2＋6H2O 3NH3＋NO2 7N2＋12H2O 其最佳温度与使用催化剂，是否含有SO2等有关。 在含有微量O2时，NOx的去除率更高，因此时反应按下式进行： 4NH3＋4NO＋O2→4N2＋6H2O 用氨气作还原剂其优点为：NH3在最佳温度范围内不与O2作用，可降低还原剂的消耗，但温度控制要严。如果温度过高，NH3也可与O2反应： 4NH3＋5O2→4NO＋6H2O 反应温度愈高，NH3愈优先与O2反应，不仅要消耗更多的还原剂，NOx的去除率也会下降，所以此法要严格控制温度。 （二）吸收法 1．碱吸收法 此法可同时除去烟气中的SO2，但因NO极难溶于碱液中，故只有当[NO]:[NO2]＝1:1（或[NO] ＜[NO2]＝时，NOx才能有效地被碱液吸收。一般使用30％的NaOH溶液或10～15％的碳酸钠溶液为吸收剂，在2～3个串联的吸收塔内串联吸收。 2NaOH＋NO＋4NO2→2NaNO2＋H2O 2NaOH＋2NO2→NANO2＋NaNO3＋H2O Na2CO3＋NO＋NO2→2NaNO2＋CO2 Na2CO3＋2NO2→NaNO2＋NaNO3＋CO2 NOx的吸收率为80～90％，此法技术成熟，吸收率高，但碱耗用量大，所得副产品用处不大。 2．氨吸收法 吸收系统与碱吸收法相似，其反应为： 2NH3·H2O＋NO＋NO2→2NH4NO2＋H2O 2NH3·H2O＋2NO2→NH4NO3＋NH4NO2＋H2O 此法反应速度快，操作方便，特别适用于废气排放量及其浓度波动较大，或间歇排放废气的工厂，但吸收率为50～70％，比碱吸收法低。 3．熔融盐吸收法 主要是以碱金属和碱土金属的熔融盐作吸收剂，其反应为： Na2CO3＋2NO2→NaNO2＋NaNO3＋CO2 Na2CO3＋NO＋NO2→2NaNO2＋CO2 4．酸吸收法 吸收率为80％，可同时除去烟气中的SO2，所得产物NaHSO4，可用于亚硝基法生产硫酸。主要反应为： SO2＋NO2＋H2O→H2SO4＋NO 2H2SO4＋NO2＋NO→2NOHSO4＋H2O 2NOHSO4＋H2O→2N2SO4＋（NO2＋NO） 3NO2＋H2O→HNO3＋NO NO＋1/2O2→NO2 第二部分 大气污染与空气质量周报 1．空气质量周报 日益严重的空气污染正危害着人们的健康，慢性中毒屡见不鲜。据资料，肺癌、哮喘、肺源性心脏病等呼吸道系统疾病的死亡率甚高，在许多城市已成为市民的主要死因，而人们常常不以为然。 从1997年“六·五”世界环境日始，我国南京、上海、武汉、沈阳。天津、西安、广州、重庆、杭州、大连、厦门、珠海等12个重点城市，开展了向社会公布空气质量周报的尝试。空气质量的数据，本来具有一定保密级别，下决心向社会公布，是因为让老百姓享有对环境质量的“知情权”是进行环境治理的一个关键步骤，这同时也表明了政府对老百姓的负责态度。这一举措的出台，受到各界的欢迎和关注。3年来的运作证明，空气质量周报已被各地政府视为制定城市文明建设和落实管理的一个依据。 近年来，不少国家和地区，相继开展了空气污染警报发布和污染预报工作。美国早在1976年就开始公布全国统一的污染物标准指数，并通过媒体发布，提醒人们在污染指数达到一定限值应采取相应措施保护健康。日本于1988年12月起，对污染严重的大阪、东京地区的氮氧化物进行污染预报。欧洲一些发达国家，韩国、墨西哥及我国的香港特别行政区等，也已利用空气监测网络发布空气污染警报。目前，国外一般预报的重点，是因汽车尾气污染导致的光化学烟雾，具体预报项目为臭氧和一氧化碳。 2．空气污染指数 空气质量周报就是根据国家《环境空气质量标准》中的几种常见污染物例行监测的结果，评价城市一周内的空气质量，并以空气污染指数的表征形式来向公众发布。 空气污染指数（AIR POLLUTION INDEX，简称API）是一种反映和评价空气质量的方法，就是将常规监测的几种空气污染物的浓度简化成为单一的概念性数值形式、并分级表征空气质量状况与空气污染的程度，其结果简明直观，使用方便，适用于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。 空气污染指数的确定原则：空气质量的好坏取决于各种污染物中危害最大的污染物的污染程度。空气污染指数是根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响来确定污染指数的分级及相应的污染物浓度限值。目前我国所用的空气指数的分级标准是：①空气污染指数（API）50点对应的污染物浓度为国家空气质量日均值一级标准；②API100点对应的污染物浓度为国家空气质量日均值二级标准；③API200点对应的污染物浓度为国家空气质量日均值三级标准；③API更高值段的分级对应于各种污染物对人体健康产生不同影响时的浓度限值，API500点对应于对人体产生严重危害时各项污染物的浓度。 根据我国空气污染的特点和污染防治工作的重点，目前计入空气污染指数的污染物项目暂定为：二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒物。随着环境保护工作的深入和监测技术水平的提高，再调整增加其它污染项目，以便更为客观地反应污染状况。 3．空气污染指数的计算与： 污染指数与各项污染物浓度的关系是分段线性函数（见下表和下图），用内插法计算各污染物的分指数In，取各项污染物分指数中最大者代表该区域或城市的污染指数。即：API＝max(I1，I2……Ii……In) 该指数所对应的污染物即为该区域或城市的首要污染物。当污染指数API值小于50时，不报告首要污染物。 污染指数API分级限值 污染指数 污染物浓度 In TSP SO2 NOx 500 1.000 2.620 0.940 400 0.875 2.100 0.750 300 0.625 1.600 0.565 200 0.500 0.250 0.150 100 0.300 0.150 0.100 50 0.120 0.050 0.050 空气污染指数及对应的空气质量级别（仅供参考） 空气污染 指数(API) 空气质 量级别 空气质 量状况 对健康的影响 对应空气质量的适用范围 0～50 Ⅰ 优 可正常活动 自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区 51～100 Ⅱ 良 可正常活动 城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区 101～200 Ⅲ 普通 （轻度污染） 长期接触，易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状 特定工业区 201～300 Ⅳ 不佳 （中度污染） 一定时间接触后，心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状 　 ＞300 Ⅴ 差 （重度污染） 健康人除出现较强烈症状，降低运动耐受力外，长期接触会提前出现某些疾病 　 4．从周报“看空气质量” 仔细观察媒体公布的空气质量周报，会发现主要公布的是二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒物这三项指标。这是因为，根据我国空气污染的特点和防治重点，当前对人类生命威胁最大的是以上三项指标，它们分别指小煤烟、汽车尾气和降尘的污染状况。 海市氮氧化物对大气污染的“贡献率”超过了二氧化硫的“贡献率”。上海的大气污染已从过去的以二氧化硫为主的煤烟型污染，转变为以氮氧化物为主的石油型污染。由于氮氧化物主要来源于机动车尾气的排放，因此环保部门幽默地称：“刹尾气，就是救命行动！”在市政府的干预下，有关部门着手推行无铅化进程，并且研制和推广使用无公害汽车，根治机动车尾气污染。 5．改善和提高城市空气质量，尚需努力 空气质量状况的强制性宣传，是一股不可忽视的力量。将来如果人人都像关心天气预报一样每天早晨出门前问一问今天的空气质量指数，那么接下来可能就是追问谁是现在的排污大户，为什么还不解决它的问题。正因为如此，1998年“六·五”之际，我国的47座重点城市（直辖市消会城市、经济特区、沿海开放城市和重点旅游城市）都开始发布空气质量周阳）报。而有条件的城市，如上海已从1999年6月5日开始过渡到发布空气质量预报。并“要像天气预报一样深入人心，使老百姓一听就能有条件反射”。 空气质量周报已开展3年多了，美中不足的问题仍然不少。首先是时效性尚显差些，从而与公众的贴近程度也显得不够；二是发布和实施控制的结合问题。国外当污染指数超过警戒线时，市政府或有关部门就要据此采取相应的措施，如减少车辆流量，企业限产、停产，学校减少或停止上课，病人和老幼暂缓出行等。我国现在仅是第一步——广而告之。 6．城市空气质量周报的三项指标 ①．总悬浮颗粒物：这是大气降尘的主要污染指标。大气中的总悬浮颗粒物主要来自工业废气、建筑扬尘、交通尾气、物质燃烧等。它含有可损害神经系统的铅、汞、锰等，还有致癌物苯并芘、砷、铬等。总悬浮颗粒能吸附有害气体、液体、细菌等。目前，许多国家对粒径小于10微米不能被人的上呼吸道所阻挡的可吸入性颗粒（即PM10）非常重视，尤其是粒径小于2.5微米的可吸入性气溶胶（即PM2.5）。这种气胶微粒被吸入人体后，会渗透到肺部组织的深处，可引起支气管炎和肺癌等病变。限于监测技术，除上海现已开始监测PM10外，我国各个城市普遍监测的只是总悬浮颗粒TSP。在1996年修订的国家环境空气质量标准中，已增加了PM10的控制标准，但考虑到对人体健康危害最大的是PM2.5，我国即将制订新的标准，以更好地保护人民的身心健康。 ②．二氧化硫：主要由燃煤排放引起。二氧化硫在大气中会氧化而形成硫酸盐气溶胶，毒性将增大10倍以上，它将会严重危害人体健康，导致胸闷。眼睛刺激、呼吸困难，甚至呼吸功能衰竭。在此环境下的降水便是酸雨，它会使水质及土壤酸化，从而导致鱼类和植物大量死亡。二氧化硫曾是一些发达国家在工业发展时期的主要污染物。被列为世界八大公害事件的比利时马斯河谷、美国的多诺拉等烟雾事件，均系二氧化硫严重污染所致。我国是燃煤大国，每年排放的二氧化硫居世界前列，所以对二氧化硫及其次生污染的防治必须加大力度。 ③．氮氧化物：主要是一氧化氮和二氧化氮，主要由机动车尾气造成。它对人们呼吸器官有较强的刺激作用，可引起气管炎、肺炎、肺气肿等。氮氧化物与水可生成硝酸盐、亚硝酸盐。进入人体，可生成强致癌物亚硝酸氨，也可与人体血液中的血红蛋白结合，使人产生缺氧症状。1952年美国洛杉矶光化学烟雾事件的罪魁祸首便是氮氧化物。此外，它还使植物大面积受损。值得注意的是，随着城市现代化交通的高速发展，我国许多城市的氮氧化物也严重超标，由机动车（也含助动车）的激增引发的光化学烟雾污染，在许多城市已被环境监测部门发现。 【综合练习】 一．1．大气污染是环境污染的一个重要方面，常见的大气污染分一次污染和二次污染。二次污染是排入环境中的一次污染物在物理化学因素或生物作用下发生变化，或与环境中的其他物质发生反应。生成新的污染物，如： 2NO＋O2==2NO2，则NO2就是二次污染物，由NO2导致的污染就是NO的二次污染。下列物质：①SO2，②NO，③NO2，④HCl，⑤CO2。不易导致二次污染的是 A ①②③④⑤ B ①③⑤ C ④和⑤ D 只有④ 2．原始大气经过紫外线、宇宙射线和闪电等的作用，就有可能形成 A 无机小分子 B 有机小分子 C 有机大分子 D 多分子体系 3．蓝藻以前的生命，新陈代谢的类型属于 A 自养型、需氧型 B 自养型、厌氧型 C 异养型、需氧型 D 异养型、厌氧型 4．汽车尾气中污染空气主要的是 ①CO ②CO2 ③NO2 ④铅的化合物 A ①② B ①③ C ③④ D ①③④ 5．下列气体不会造成大气污染的是 A 二氧化硫 B 氮气 C 一氧化碳 D 一氧化氮 6．在相同条件下燃烧时对大气污染程度最小的燃料是 A 液化气 B 煤油 C 煤饼 D 木柴 7．假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比 A 将提前 B 将延后 C 在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D 不变 8．目前排放到空气中的二氧化碳逐年增加，对此科学家最担心的是 A 会使空气中的氧含量下降，不足以供给人类呼吸 B 会使地球温度升高，冰川融化，生态失衡 C 会使人体吸进大量二氧化碳，损害健康 D 会使石灰岩大量溶解，破坏自然风光 9．作为新型燃料，氢气具有的突出优点是 A 在自然界里存在氢气 B 氢气轻，便于携带 C 燃烧氢气污染小 D 氢气燃烧发热量高 10．下列情况可能引起大气污染的是 ①煤的燃烧 ②工业废气的任意排放 ③燃放鞭炮 ④飞机、汽车尾气的排放 A 只有①② B 只有②③ C 只有①③③ D ①②③④ 11．地球周围的大气圈是我们人类生存的保障，这是因为 A 提供人类呼吸所需要的氧气 B 提供人类生存所需要的能量 C 既能让阳光透过，又能调节温度 D 减弱宇宙射线和太阳紫外线对人类的伤害 【参考答案】 1．C 此题是一道信息给予题，考查所给气体是否导致二次污染，关键要看气体在空气中或外界条件下能否再反应生成有害物质。 2．B 3．D 原始海洋有丰富的有机物，又称“营养汤”。原始生命直接从海洋中苯取有机物，进行原始的新陈代谢，所以为异养型。原始的海洋没有氧气，生物靠无氧呼吸获得能量，故为厌氧型。 4．C 原汽油中含铅 5．B SO2、NO、CO都有毒 6．A 7．B 因为大气层密度和折射率随高度的增加而减小，日出时阳光平行射入大气层相当从光疏介质射到光密介质。折射角小于入射角，光线向地面发生弯曲，人们看到太阳时，太阳还在地平线以下。 8．B 9．C 氢气作为燃料最突出的优点是产生污染最小 10．D ①煤燃烧易产生毒气如SO2、CO、NO、NO2等；②工业废气中含有毒气如CO、NO、NO2、SO2、H2S等；③燃放鞭炮产生毒气如SO2等；④汽车尾气主要含有毒气如NO、NO2等。题目中提出的四点对大气都造成污染。 11．A、C、D 人类生活的大气圈对人类的作用是多方面的，它涉及到的科学原理不仅有生物学方面的，而且有物理学和宇宙学等多方面的领域。 大气圈给人类提供的不仅给人以呼吸，而且它能让太阳光通过，使地球上的植物能吸收太阳的能量，进行光合作用。白天由于太阳的照射使地面的温度升高，夜里当太阳光不能照射的时候，大地的散热会使地面温度降低，大气圈具有一定的热容，当大地的温度太低时它会放热，大地的温度太高的时候它又会吸热，起到了调节温度的作用。大气圈还能挡住一部分宇宙射线和太阳光的紫外线，减少对人类的伤害，与月球相比，地球上的大气圈的作用是十分显著的。 二．在大气污染中，酸雨和浮尘是最主要的污染， 1． 对此我们应该认识到 A 环境污染不可避免，只能采取“先污染、后治理”的策略 B 保护环境非常重要，必须杜绝兴建有污染的工业 C 酸雨现象是工业发达的一个标志，会自然解决 D 应及时采取措施减少或避免有害气体的排放 2．上述事实给我们的哲学启示是 A 要用联系的观点、发展的观点看问题 B 要抓主要矛盾 C 实践是认识的来源 D 外因必须通过内因起作用 【参考答案】 考查用哲学知识分析问题和解决实际问题的能力。 1． D 2． A 三．汽车尾气（含有烃类、CO、SO2和NO等物质）是城市空气的污染源，治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转化器”。它的特点是使CO与NO反应生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。 1．写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式 2．“催化转化器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是 3．控制城市空气污染源的方法可以有 A 开发氢能源 B 使用电动车 C 植树造林 D 戴上呼吸面具 【参考答案】 1．2CO＋2NO 2CO2＋N2 2．SO2转化为SO3产生硫酸而形成酸雾 3．A、B 对汽车尾气治理方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转化器”。它使CO、NO发生氧化还原反应，根据氧化还原反应中化合价归中可判断出产物为无毒气体N2；也使SO2氧化为SO3，并与水反应生成强酸H2SO4，从而在一定程度上提高了空气的酸度。 四．SO2可形成酸雨，写出变化的化学方程式 。这些含硫化合物形成的酸雨对土壤和作物造成了危害，如果土壤中有大量的铵离子（NH4+），危害将更严重。由于植物合成蛋白质的需要，根系吸收NH4+较多，根据 原理，土壤溶液中就会有许多 残留，从而使土壤的pH值 。因而这种土壤不应再施生理 性盐的肥料，应施 等氮肥。对于酸化的土壤，可以施加 ，中和酸性，提高土壤对酸性的缓冲能力。田间作物如遇严重的酸雨危害时，可采取人工 的方法，减轻对作物的侵害。如果一个生态系统由于酸雨的侵害，植物大量死亡。那么这个生态系统的 将遭到破坏。所以在SO2污染比较严重的地区，可选择 树作为主要的绿化树种。因为此树种一公顷每月可吸收SO2 60kg。 【参考答案】 略 交换吸附 H＋ 下降 酸 尿素 石灰 浇水 平衡 柳杉 五．带电云层之间或带电云层和地面之间发生强烈放电时，会产生耀眼的闪光和巨响，这就是闪电。闪电的放电电流可以高达几十万安培，可严重损坏建筑物，并对人身安全构成威胁，这就是雷击。为了避免雷击，人们设计了避雷针。避雷针是针状金属物，装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属物相连，以保持与大地的良好接触。闪电也有积极的意义。闪电产生的高温使空气中的某些物质发生一系列的化学反应，产生对农作物有利的天然氮肥，故有“雷雨好庄稼”之说。同时，闪电过程中还会产生一种物质，能保护地球上的生命免受某种射线的过量照射而伤害。原始生命起源于有机物分子，有一种生命起源学说把最初有机分子的产生也归功于闪电。请回答： 1．闪电过程中产生的能保护地球上的生命免受某种射线的过量照射而伤害的物质是什么？写出其化学式。题中所述的某种射线是什么？人体过量照射这种射线的主要危害是什么？ 2．简述避雷针避雷的物理过程。 3．写出闪电过程中空气中某些物质如何发生化学反应而产生对农作物有利的天然氮肥？ 4．若某观察者从看到闪光到听到雷声相隔约3.5s，试估算雷击处距观察者多远（保留两位有效数字）？ 【参考答案】 1．臭氧，化学式为O3。那种射线是紫外线。人体受过量紫外线照射，会损害人的免疫力，使人类皮肤癌发病率增加。 2．当带电云层接近避雷针时，大地中的异种电荷被吸引到避雷针的尖端，并由于尖端放电而释放到空气中，与云层中的电荷中和，从而达到了避雷的目的。 3．方程式略。 产生的HNO3。再与某些金属发生反应生成硝酸盐（天然氮肥）随雨水降至地面而有利于农作物生长。 4．S＝vt＝l.2×103m 本题是涉及物理、生化、环保等知识的一道综合题，主要考查学生对“闪电”这种自然现象的认识、声波与光波的传播知识和对论述说明题的表达能力。题目虽不难，但与现实生活相联系，能培养学生将所学知识应用于实际的能力，同时，对学生认识白然、抵御自然灾害、加强环保意识等均有一定的启迪。要在正确认识闪电这种自然现象的基础上，对所涉及的现象运用物、化、生等知识进行分析。同时，要注意有效数字的位数。 六．由于人类认识水平的时代局限性，许多不合理的行为方式最终却导致了对自身生存环境的危害。人类活动排放的大量有害物质，使大气污染加重，导致气候恶化。 1．随着人类社会的发展，化石燃料的消耗激增，导致大气中的 显著增多。这一变化始于历史上的 时期。随着上述物质为主的一些气体在大气中的积聚造成所谓的“ ”，那么由于 、 将会导致海平面上升。 2．近年来，工业生产和家庭广泛使用的制冷设备排放出大量的 ，使 层遭到破坏，给地球环境和人类健康带来极大危害。 3．在美国洛杉矾，由于汽车排放的大量尾气长期聚集、不易扩散自净，在阳光的作用下，曾发生了“ 事件”。 4．英国首都伦敦号称世界“雾都”，曾发生过举世震惊的“伦敦烟雾事件”，其罪魁祸首是 ，但其多雾的天气也是加重污染的重要因。①据研究发现，伦敦的浓雾与洋流有关。流经伦敦沿海的洋流是 （填洋流名称），它对伦敦 气候的形成有巨大的作用。②伦敦的浓雾多出现在 季节，原因是 。③试用化学方程式表达上述事件产生的主要原因 。④这种大气污染对人体 系统的危害最大。其主要污染物将直接危害陆生高等植物的 组织。 5．要防止类似上述大气污染事件的出现，应采取的根本措施是 。 【参考答案】 1．CO2，工业革命，温室效应。海水受热膨胀、冰川融化。 2．氯氟烃（氟里昂），臭氧层 3．洛杉矶光化学烟雾事件。 4．工业废气（SO2等）① 北大西洋暖流，温带海洋性。 ② 秋冬季，气温低、空气中水汽易达到饱和状态（当西风将北大西作暖流带来的暖湿水汽吹向伦敦时，与伦敦上空的干冷空气相遇，暖湿水汽受冷以后，形成大雾） ③ 略 ④ 呼吸 叶 5．严格控制污染源 七．根据国家环保局的统一规定，目前进行常规大气监测的项目是：二氧化硫、氮氧化合物、悬浮颗粒物等三种大气污染物。 1．在空气污染监测中，常用Br2与SO2气体的定量反应来测定空气中SO2的含量。写出水溶液中，Br2与SO2气体反应的化学方程式 上述反应中的Br2是由一个装有酸性溴化钾溶液的电解槽提供，该电解槽的阳极室和阴极室是分开的，Br2应在 极室中产生。当将空气以1.2×10－4m3/min的流速通入电解槽产生Br2的极室中，此时电流计显示为7.5×10－6A时，此极室中Br2浓度保持不变。该空气中A的含量是 mg/m3。 2．大气中氮氧化合物的主要人为污染源是汽车尾气的排放，为何汽车尾气能产生氮氧化合物？当燃料（辛烷）和空气以不同比例进入汽缸时，对汽车尾气有害成分有何影响？如果在汽车的排气管上装一个“催化转化器”，它能使尾气中有害成分大量减少，写出化学反应方程式。 3．大气中氮氧化合物的天然来源之一是闪电作用。设某次雷电中，带电雷雨云与大地间的电压为109V时发生雷击，在3×10－9s内导入大地15C的电荷，则这一过程的平均电流为多大？在闪电过程中，空气中的氮气和氧气直接化合，已知每mol氧气和氮化合时要吸收180.74kJ的能量，闪电时有1/1000的能量用于这一反应。那么此次闪电所产生的NO的物质的量有多大？ 4．静电除尘是治理悬浮颗粒污染的方法之一，其依据的物理原理是让带电的物质微粒在 的作用下，奔向并吸附到 上。右图为静电除尘器的示意图，除尘器由金属A和悬在管中的金属丝B组成，A接 ，B接在 。A、B之间有很强的电场，而且距B越近电场越强。B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子。正离子跑到B上得到电子又变成 ，电子在奔向A的过程中，遇到烟气中的悬浮颗粒，使悬浮颗粒带 ，吸附到A上，排出的气体就较为清洁了。 5．下表是“我国部分城市空气质量周报（1998年6月）”的有关统计数据： 城市 污染 指数 首要 污染物 空气质 量级别 城市 污染 指数 首要 污染物 空气质 量级别 北京 92 TSP Ⅱ 济南 76 TSP Ⅱ 天津 82 TSP Ⅱ 武汉 83 NOx Ⅱ 太原 218 TSP Ⅳ 广州 126 NOx Ⅲ 长春 103 TSP Ⅲ 深圳 77 NOx 哈尔滨 96 TSP Ⅱ 珠海 47 Ⅰ 上海 74 NOx Ⅱ 汕头 54 Ⅱ 南京 95 TSP Ⅱ 南宁 56 TSP Ⅱ 杭州 67 TSP Ⅱ 成都 87 TSP Ⅱ 福州 42 Ⅰ 重庆 98 SO2 Ⅱ 厦门 25 Ⅰ 贵阳 69 TSP Ⅱ 注：总悬浮颗粒物为TSP；氮氧化物NOx；二氧化硫为SO2 ①经济特区中，空气质量最好的城市是 ；直辖市中，空气质量最好的城市是 ②最容易出现酸雨的城市是 ，为防治城市出现酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合使用，请写出燃烧有关“固硫”（不使含硫化合物进入大气）反应的化学方程式。 ③你认为减少城市酸雨产生的途径可采取的措施是 ①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源 A ①、②、③ B ②、③、④、⑤ C ①、③、⑤ D ①、②、③、④ 【参考答案】 1．SO2＋Br2＋2H2O==H2SO4＋2HBr 阳 1.25mg/m3 2．高温时，空气中的氮气和未反应的氧气化合，生成NO 当空气量较少时，燃料不完全燃烧，产生CO；当空气量较多时，多余的氧气易和氮气化合生成NO。 2CO＋2NO==N2＋CO2 3．平均电流5×109A 依题意可得闪电放出的能量：W＝qU＝1.5×1010J 每mol O2与N2化合生成2mol NO并吸收180.74kJ能量， 因此，此次闪电生成的NO物质的量：n＝1.66×102mol。 4．电场力 电极 高压电源正极 高压电源负极 空气分子 负电 5．①厦门 重庆 ②重庆 反应方程式略 ③C 八．读下列一组材料然后完成 A 《中国环境报》自1998年开始每周公布一次全国重点城市空气质量。 B 气象资料表明，98年12月10日我国北方受强冷空气影响，气温骤降。 C 以下为98年12月12日公布的空气质量周报： 城市 污染 指数 首要 污染物 空气质 量级别 城市 污染 指数 首要 污染物 空气质 量级别 北京 216 NOx Ⅳ 天津 116 SO2 Ⅲ 石家庄 187 TSP Ⅲ 秦皇岛 86 TSP Ⅱ 太原 232 SO2 Ⅳ 呼和浩特 308 TSP Ⅴ 沈阳 155 TSP Ⅲ 大连 92 SO2 Ⅱ 长春 140 TSP Ⅲ 哈尔滨 129 TSP Ⅲ 上海 95 NOx Ⅱ 南京 76 TSP Ⅱ 苏州 83 TSP Ⅱ 南通 79 TSP Ⅱ 连云港 74 TSP Ⅱ 杭州 80 TSP Ⅱ 宁波 45 Ⅰ 温州 73 NOx Ⅱ 合肥 72 NOx Ⅱ 福州 48 Ⅰ 厦门 28 Ⅰ 南昌 87 TSP Ⅱ 济南 203 SO2 Ⅳ 青岛 165 SO2 Ⅲ 烟台 77 SO2 Ⅱ 郑州 175 TSP Ⅲ 武汉 124 NOx Ⅲ 长沙 167 SO2 Ⅲ 广州 63 TSP Ⅱ 深圳 62 NOx Ⅱ 著海 78 NOx Ⅱ 汕头 45 Ⅰ 湛江 48 Ⅰ 南宁 65 TSP Ⅱ 桂林 47 Ⅰ 北海 34 Ⅰ 海口 45 Ⅰ 成都 88 TSP Ⅱ 重庆 119 SO2 Ⅲ 贵阳 167 SO2 Ⅲ 昆明 93 TSP Ⅱ 西安 160 TSP Ⅲ 兰州 500 TSP Ⅴ 西宁 381 TSP Ⅴ 银川 143 TSP Ⅲ 乌鲁木齐 280 TSP Ⅳ 注：总悬浮颗粒物为TSP；氮氧化物为NOx；二氧化硫为SO2 1．对比南方和北方，空气质量较差的是 方，自然原因是 人为原因是 2．南方空气质量最差的是 ，其首要污染物是 ，产生的人为原因是