第五章-實(shí)踐與探究測(cè)定雨水PH及酸雨防治-高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

2019人教版第二冊(cè)

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素

研究與實(shí)踐雨水PH測(cè)定及酸雨防治選擇

1.核心素養(yǎng):(1)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí):能發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的問題,能從問題和假設(shè)出發(fā),依據(jù)研究目的,設(shè)計(jì)探究方案。(2)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任:具有探索未知、崇尚真理的意識(shí);具有節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)2.素養(yǎng)目標(biāo):通過課題的探究學(xué)習(xí),掌握硫、氮及其化合物的相關(guān)知識(shí),初步養(yǎng)成綠色應(yīng)用意識(shí),增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。課題任務(wù):

以硫及其化合物、氮及其化合物的知識(shí)為載體,了解酸雨，解決酸雨的防治問題

柳州蝶變:從“酸雨之都”到“宜居花城”在上世紀(jì)80至90年代,廣西柳州傳統(tǒng)重工業(yè)聚集,粗放型發(fā)展模式使大氣遭到嚴(yán)重污染,年酸雨出現(xiàn)頻率最高達(dá)98%,被列為全國(guó)四大“酸雨之都”之一。

作為廣西最大的工業(yè)基地和西南工業(yè)重鎮(zhèn),柳州市多年來一直努力在工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間尋求平衡,現(xiàn)已成為踐行綠色發(fā)展理念的城市典范。近20多年來,柳州市經(jīng)過酸雨治理、生態(tài)建設(shè)和新型工業(yè)化探索,已經(jīng)由過去的“酸雨之都”蛻變?yōu)椤耙司踊ǔ恰?。情景?chuàng)設(shè)在綠色發(fā)展理念的指引下,柳州實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的統(tǒng)一,工業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的良性互動(dòng),走出了一條“生態(tài)工業(yè)城”的發(fā)展新路。如今柳州已成為國(guó)家低碳試點(diǎn)城市、國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范城市。

1.某同學(xué)查閱資料得知:酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落過程中,吸收并溶解了空氣中的二氧化硫、氮氧化合物等物質(zhì),形成了pH低于5.6的酸性降水。中國(guó)的酸雨多為硫酸型酸雨,少為硝酸型酸雨,此外,各種機(jī)動(dòng)車排放的尾氣也是形成酸雨的重要原因。素養(yǎng)探究【探究一】酸雨成分的分析(1)酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。以5.6為標(biāo)準(zhǔn)是因?yàn)檎Ｓ晁膒H大約為5.6,請(qǐng)分析原因。提示:空氣中含有CO2,CO2與雨水反應(yīng)生成碳酸,故雨水的pH約為5.6。(2)硝酸型酸雨是如何形成？提示:氮的氧化物NO2、NO與雨水反應(yīng)生成硝酸,使雨水的pH小于5.6,發(fā)生的反應(yīng)為2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO。提示：酸雨中的陰離子主要是硝酸根離子和硫酸根離子,通過硫酸根離子和硝酸根離子的濃度比值將酸雨的類型分為三類,如下:(1)硫酸型或燃煤型:硫酸根/硝酸根≥3(2)混合型:0.5<硫酸根/硝酸根<3(3)硝酸型或燃油型:硫酸根/硝酸根≤0.5。由此,可以根據(jù)一個(gè)地方的酸雨類型來初步判斷酸雨的主要影響因素。（3）怎樣判斷酸雨的類型(4)某測(cè)定酸雨的站點(diǎn)對(duì)取得的酸雨樣品進(jìn)行了pH的測(cè)定,隨時(shí)間推移,得到了如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。試分析酸雨的類型、形成原因及pH隨時(shí)間變化的原因。時(shí)間(h)開始81624324048pH5.04.84.54.34.24.04.0提示:隔一段時(shí)間檢測(cè),發(fā)現(xiàn)pH逐漸減小,酸性增強(qiáng),發(fā)生的反應(yīng)為2H2SO3+O2====2H2SO4,酸雨樣品中的H2SO3逐漸被氧化成H2SO4,使溶液的酸性增強(qiáng),由此可以得出酸雨形成過程為二氧化硫與水反應(yīng)SO2+H2O====H2SO3,酸雨為硫酸型酸雨。(5)如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明(4)中的結(jié)論,寫出你的思路,并與同學(xué)們進(jìn)行交流。提示:①取一定量上述雨水,加入足量鹽酸,再加熱將產(chǎn)生的氣體通入品紅溶液中,品紅溶液褪色;②取①反應(yīng)后的雨水于另一試管中,加入BaCl2溶液,產(chǎn)生白色沉淀;如圖:

1.用pH試紙測(cè)定酸雨的pH的操作是什么?思考提升提示:取一片pH試紙放在潔凈的玻璃片上,用潔凈的玻璃棒蘸取雨水滴在試紙的中央,待顏色不變后與標(biāo)準(zhǔn)比色卡比對(duì),確定pH。2.現(xiàn)有相同的雨水樣品2份,兩位同學(xué)在不同時(shí)間測(cè)定該雨水樣品的pH,所得數(shù)據(jù)如下:測(cè)試時(shí)間/hpH甲同學(xué)04.73乙同學(xué)24.56提示:這是由于雨水中的H2SO3被空氣中氧氣氧化所致:2H2SO3+O2====2H2SO4,使溶液的氫離子濃度增大。雨水樣品的pH變化的原因是什么?提示:含有硫的煤(用S代替)→SO2→H2SO3→H2SO4①S+O2

SO2,②SO2+H2O====H2SO3,③2H2SO3+O2====2H2SO4。3.用化學(xué)方程式描述硫酸型酸雨的形成過程

提示：由于粗放型發(fā)展模式，使二氧化硫和氮氧化物的排放量日漸增多,使大氣遭到嚴(yán)重污染，酸雨的問題越來越突出。主要的危害有:2.

“酸雨之都”受到哪些危害？(1)酸雨可導(dǎo)致土壤酸化。土壤中含有大量鋁的氫氧化物,土壤酸化后,可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風(fēng)化而釋放大量鋁離子,形成植物可吸收形態(tài)的鋁化合物。植物長(zhǎng)期和過量吸收鋁,會(huì)中毒,甚至死亡。【探究二】酸雨的危害(2)酸雨能誘發(fā)植物病蟲害,使農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害,導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量下降。(3)酸雨能使非金屬建筑材料(混凝土、砂漿和灰砂磚)表面硬化水泥溶解,出現(xiàn)空洞和裂縫,導(dǎo)致強(qiáng)度降低,從而損壞建筑物。3.通過近20年的治理,柳州空氣的二氧化硫含量已于2006年達(dá)標(biāo)。(1)把煤燃燒產(chǎn)生的廢氣通入CaCO3與水形成漿狀物,可以起到很好的脫硫效果,同時(shí)制得副產(chǎn)品石膏。試寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式?！咎骄咳糠乐顾嵊甑拇胧┑倪x擇提示:由于亞硫酸的酸性大于碳酸,故發(fā)生的反應(yīng)為SO2+CaCO3====CaSO3+CO2,CaSO3再被氧氣氧化:2CaSO3+O2====2CaSO4。(2)為了持續(xù)打好環(huán)保戰(zhàn),柳州市政府推廣綠色低碳的出行方式,大力支持當(dāng)?shù)厍鍧嵻囕v的生產(chǎn)與使用。如使用純電動(dòng)汽車,這些措施可以大大減少汽車尾氣的排放,汽車尾氣的主要污染氣體有哪些?造成的主要環(huán)境危害有哪些?提示:汽車尾氣的主要污染氣體為CO、NO、NO2等,對(duì)環(huán)境的主要危害有光化學(xué)煙霧、酸雨等。(3)為了徹底修復(fù)城市生態(tài),進(jìn)一步改造城市風(fēng)貌,柳州市不僅做了“節(jié)能減排”的減法,還進(jìn)行“綠色覆蓋”的加法,實(shí)施了一系列城市綠化建設(shè)工程。這些做法體現(xiàn)了什么環(huán)境治理的思想?提示:柳州市的做法體現(xiàn)了環(huán)境治理的兩種措施:①控制進(jìn)入大氣、土壤和水體的碳、硫和氮等化合物的量;②增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)碳、硫和氮等化合物的吸收能力。提示:①開發(fā)新能源,如氫能、太陽能、水能、潮汐能、地?zé)崮艿?。②使用燃煤脫硫技術(shù),減少二氧化硫排放。③工業(yè)生產(chǎn)排放氣體處理達(dá)標(biāo)后再排放。④少開車,多乘坐公共交通工具出行。⑤使用天然氣等較清潔能源,少用煤。（4）通過上面的分析你能提出哪些酸雨的防治措施?4.水華指淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生態(tài)現(xiàn)象,是藻類大量繁殖后使水體呈現(xiàn)藍(lán)色或綠色的一種現(xiàn)象。你能解釋原因嗎?可以采取什么措施防止這種現(xiàn)象的發(fā)生?【探究四】遷移應(yīng)用1提示:水華主要是由于生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含有大量氮、磷的廢污水進(jìn)入水體后,水體富營(yíng)養(yǎng)化,引起藻類大量繁殖。為了防止水體富營(yíng)養(yǎng)化可采取以下措施:①嚴(yán)控水域附近建設(shè)氮肥廠、磷肥廠;②禁止含磷洗滌劑的使用;③工業(yè)、生活廢水去營(yíng)養(yǎng)化處理;④合理使用氮肥、磷肥。

5.中國(guó)氣象局氣候變化中心發(fā)布《中國(guó)氣候變化藍(lán)皮書(2019)》。報(bào)告指出,1992～2018年,中國(guó)酸雨總體呈減弱、減少趨勢(shì);2018年,全國(guó)平均降水pH為5.90,全國(guó)平均酸雨和強(qiáng)酸雨頻率均為1992年以來的最低值。酸雨與工業(yè)化的快速發(fā)展及化石燃料的大量使用有關(guān)。某工業(yè)煙氣中含有CO、CO2、N2、SO2等氣體,用Na2SO3溶液吸收并回收SO2的過程如下圖所示。【探究四】遷移應(yīng)用2(1)SO2的濃度:Ⅰ________Ⅱ(填“>”或“<”)。

(2)在這個(gè)過程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是________。

(3)上述吸收過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是________。

(4)解吸過程需要加熱,在這個(gè)過程中常伴有少量

產(chǎn)生。①證明產(chǎn)物中含

的實(shí)驗(yàn)方法是取少量解吸產(chǎn)物的溶液,________(填操作和現(xiàn)象)。

②產(chǎn)生

的原因是___________________________。

(3)亞硫酸鈉溶液吸收二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸氫鈉,反應(yīng)方程式為Na2SO3+SO2+H2O====2NaHSO3;(4)①硫酸根的檢驗(yàn)方法是先加入過量鹽酸,不產(chǎn)生沉淀,再加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成;②亞硫酸根或亞硫酸氫根中的硫?yàn)?4價(jià),易被空氣中的氧氣氧化為+6價(jià)的硫,即硫酸根,反應(yīng)方程式為2+O2====2。【解析】(1)(2)煙氣中含有CO、CO2、N2、SO2等氣體,通過亞硫酸鈉吸收二氧化硫,因此富集了二氧化硫,亞硫酸氫鈉受熱易分解,生成二氧化硫、水和亞硫酸鈉,因此SO2的濃度:Ⅰ<Ⅱ,可以循環(huán)使用的是Na2SO3;答案:(1)<

(2)Na2SO3

(3)Na2SO3+SO2+H2O====2NaHSO3

(4)①先加入過量鹽酸,不產(chǎn)生沉淀,再加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成②加熱過程中,(或)被空氣中的氧氣氧化成

(或2

+O2====2)某?；瘜W(xué)興趣小組的學(xué)生,分成兩組對(duì)酸雨及空氣中二氧化硫的含量進(jìn)行了測(cè)定。第一組,取剛降到地面的酸雨水樣,進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):①將一片紅色的玫瑰花瓣浸在一份水樣中;②向雨水試樣中滴加氯化鋇溶液,有白色沉淀生成;(1)一段時(shí)間后,觀察到玫瑰花瓣紅色變淺,原因是________________。

(2)生成白色沉淀的離子方程式是_________________。

素養(yǎng)提升第二組,擬用如圖裝置定量分析空氣中SO2的含量:(3)通入空氣前應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是___________________________________;酸性KMnO4溶液中導(dǎo)管末端做成球狀多孔結(jié)構(gòu)的作用是__。

(4)已知:5SO2+2

+2H2O====5

+2Mn2++4H+。隨著空氣的不斷通入,酸性高錳酸鉀溶液顏色逐漸變淺直至褪色,說明SO2具有________________性。

(5)若實(shí)驗(yàn)中氣體流速為aL·min-1,酸性KMnO4溶液的體積為bL,其濃度為cmol·L-1,從氣體通入到紫色恰好褪去,用時(shí)5min,則空氣中二氧化硫的含量為________g·L-1。

【解析】(1)玫瑰花瓣顏色變淺,則酸雨中存在漂白物質(zhì),即酸雨中的SO2有漂白作用。(2)酸雨中含有硫酸,可以與鋇離子結(jié)合生成沉淀。(3)有氣體參與的體系應(yīng)先進(jìn)行氣密性檢查;多孔結(jié)構(gòu)表面積增大,使SO2盡可能地與高錳酸鉀反應(yīng),有利于SO2的充分吸收。(4)根據(jù)反應(yīng)可知5SO2+2+2H2O====5+2Mn2++4H+,SO2與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng),硫從+4價(jià)變?yōu)?6價(jià),酸性高錳酸