酸雨形成及危害的模拟实验

酸雨形成及危害的模拟实验一、研究背景在全球性的环境问题中，酸雨已成为重大危害之一，给工农业生产和人类生活造成巨大的损失。

因此，进一步认识、研究酸雨的形成及危害，对保护人类赖以生存的环境有着十分重要的意义。

二、研究目的通过模拟实验可以使学生了解酸雨形成的原因，培养学生科学研究的探索精神，提高学生的分析问题和操作动手能力。

三、研究内容1．背景调查与分析收集资料：有关部门——大气污染—一酸雨—一酸雨的危害—一酸雨的防治。

2．实验模拟酸雨的形成及危害实验装置如图所示。

①在小烧杯中放人少量Na2SO3，滴入一滴水后加人2mL浓H2SO4，立即罩上玻璃钟罩，同时罩住植物苗和小鱼（底部一托盘）。

②少许几分钟后，经钟罩顶部加水使形成喷淋状，观察现象，最后测水、土的pH。

并记录现象。

四、成果形式完成实验报告，并通过查阅资料及调查弄清下列问题①酸雨是如何形成的？其危害是什么？②本地区能源结构是怎样的？③本地区汽车交通量及汽车尾气排放状况如何？④本地区大气的工业污染源都有哪些？⑤本地区采取哪些措施防治大气污染？第一节大气的结构与组成一、大气的结构地球的最外层被一层约5×1015吨的混合气体包围着。

由于受地心引力的作用，大气在垂直方向的分布极不均匀，大气的质量主要集中在下部，50％的质量集中在离地面5km以下，75％集中在10km以下，90％集中在30km以下的范围内。

距离地面1000~1400km的高空，气体已非常稀薄。

根据大气垂直方向分布的特点，在结构上可将大气圈分为5层(见图3-1)。

（1）对流层对流层是大气的最低层，其平均厚度约12km，集中了大气中80%的空气和几乎所有的水蒸汽。

对流层内具有强烈的对流作用，云、雾、雨、雪等主要天气现象均出现在此层，其对人类的生产生活影响最大，也是大气污染的主要研究对象。

（2）平流层对流层顶到50km的大气层为平流层。

（3）中间层平流层顶至约80km高度范围内的大气称为中间层。

（4）暖层从80km到约500km的高空称为暖层。

（5）逸散层暖层之上的大气统称为逸散层。

图3-1 大气圈的结构二、大气的组成大气是由多种气体混合组成的，按其成分可概括为三部分：干结空气、水汽、悬浮颗粒。

1、干结空气干结空气即干燥清洁的空气，平均分子量是28.966，在标准状态下(273.15K，1atm)密度是1.293kg/m3。

干结空气的常定成分是氮、氧、氩、氖、氦、氪等，其中氮、氧、氩在空气中的总体积约占99.96%。

此外还有少量其它可变成分，如二氧化碳、甲烷、氮化物、硫氧化物及臭氧等，它们在大气中的含量随时间和地面的变化而变化。

2、水汽大气中的水汽含量随时间、地点、气象条件等不同而有较大变化，在正常状态下其变化范围为0.02%~6%。

大气中的水汽含量虽然很少，但却导致了各种复杂的天气现象，如云、雾、雨、雪、霜、露等；同时，水汽又具有很强的吸收长波辐射的能力，对地面起保温作用。

3、悬浮颗粒大气中的悬浮微粒，除水汽凝结物如云、雾滴、冰晶等，主要是大气尘埃和悬浮在大气中的其他杂质，它在大气中的含量、种类和化学组成随时间和地点变化。

第二节? 大气污染及大气污染物一、大气污染大气污染是指由于自然过程或人类活动使大气中一些物质的含量达到有害的程度，以至对人类健康生存和生态环境造成危害的现象，大气污染物则是由人为或天然来源进入大气环境。

大气污染的形成过程由三个环节组成，如图3-2所示，缺少任何一个环节就不构不成大气污染。

大气污染物进入大气环境后即参与循环过程，即经过一定的滞留时间，又通过大气中的化学反应、生物活动、物理沉降等从大气中去除。

当大气中污染物的输入和输出速度相等时，大气中该污染物可保持平衡，但如果大气污染物的输出速率小于污染物的输入速率时，污染物就要在大气中积累，这样就造成了大气中某种物质浓度的升高，当达到危害人类和动植物、材料时，就发生了大气污染现象。

?????图3-2 大气污染形成过程二、大气污染源根据大气污染物产生的分类，可将大气污染源分为工业污染源、民用污染源、交通污染源和农业污染源。

1. 工业污染源各类工矿企业称为工业污染源，如火力发电厂、钢铁厂、化工厂及水泥厂等。

2. 民用污染源人们由于烧饭、取暖、沫浴等生活需要，燃烧燃料向大气排放煤烟等造成大气污染。

由于这类污染源具有面积广而分散、排放高度低、排放量大等特点，是造成大气污染不可忽视的污染源。

3. 交通污染源也称流动污染源，是指由汽车、飞机、火车、船舶等交通工具排放尾气所产生的污染源。

4．农业污染源农药及化肥的使用，对提高农业产量起着重大的作用，但也给环境带来了不利影响，致使施用农药和化肥的农业活动成为大气的重要污染源。

三、主要大气污染物大气污染物种类众多，其分类方式也多种，比较常用的有两种，一是根据污染物的来源，可分类一次污染物及二次污染物。

一次污染物：直接从各种排放源进入大气的污染物质，如颗粒物、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等。

二次污染物：由一次污染物在大气中相互作用，或与大气中的正常组分发生化学反应或光化学反应，而形成的与一次污染物物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性较一次污染物还强。

最常见的二次污染物有硫酸烟雾及光化学烟雾。

根据大气污染物存在的状态，可将其分为颗粒污染物及气态污染物两类。

1. 颗粒污染物颗粒物是指包含在大气中的分散的液态或固态物质，按粒径大小分为总悬浮颗粒物(TSP)、降尘、飘尘、可吸入颗粒物(IP)等。

(1) 总悬浮颗粒物(TSP)是指能悬浮在空气中，粒径在100微米以下的颗粒物，记作TSP,是大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。

(2) 降尘是指在空气环境条件下，短时间内能靠重力而自然沉降的颗粒物，它的粒径在30微米或以上。

其测定方法是空气中可沉降的颗粒物，沉降在集尘缸内，以此计算降尘浓度。

(3)可吸入颗粒物(IP)可吸入颗粒物是指悬浮在空气中，粒径小于10微米能进入人体呼吸系统的颗粒物，记作PM10，简写IP。

2. 气态污染物大气中的气态污染物是以分子状态存在的，其种类很多，其中既有由污染源直接排入大气的一次污染物，也有由一次污染物经化学反应或光化学反应生成的二次污染物。

常见的有五大类，即含硫化合物、含氮化合物、碳氧化物、碳氢化合物及卤族化合物。

(1) 含硫化合物主要指二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、硫化氢(H2S)等，其中又以二氧化硫含量大，危害大，也严重影响大气质量。

二氧化硫无色，有刺激性气味，本身毒性不大，但其在大气中很容易被氧化生成三氧化硫，再与水分子结合形成硫酸或硫酸盐，硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水，造成较大的危害。

全世界每年排入大气中的二氧化硫约1.5亿吨，主要来自煤及石油等燃烧。

(2) 含氮化合物其种类很多，包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4等。

造成大气污染的含氮化合物主要有NO、NO2以及由它们生成的二次污染物。

NO是无色气体，毒性不大，但在进入大气后，会被氧化成NO2这样一种红棕色的恶臭刺激性的气体，毒性也因此大大增强。

此外，NO2也会参加大气中的光化学反应，形成光化学烟雾，毒性更大。

大气中的含氮氧化物(NOX)主要是由人为污染源产生的，每年约500万吨，如燃料的燃烧、汽车尾气、硝酸工业、氮肥厂、有色及黑色金属的生产过程等。

(3) 碳氧化物主要指的是CO及CO2。

CO是一种无色无味无刺激性的气体，在吸入人体后，能与血红蛋白结合，损害输氧能力，使机体缺氧，严重时甚至导致人窒息死亡。

CO主要来自燃料的不完全燃烧和汽车尾气。

在CO 排入大气后，由于大气的扩散稀释作用及氧化作用，一般不会造成危害，但如在交通繁忙地区，不利于尾气扩散时，局部地区大气中CO的浓度可能达到危害环境的水平。

CO2是无毒气体，但在局部区域的空气中浓度过高时，会导致氧含量相对减少而对人体产生不良反应；此外，由于地球上CO2排放量逐年增加，产生“温室效应”，导致全球气候变暖，已引起各国的关注。

(4) 碳氢化合物指的是由碳、氢两种元素组成的各种有机物的总称。

大气受到碳氢化合物的污染，能使人的眼睛、鼻子及呼吸道受刺激，并可能影响生理功能，其更大危害还在于与氮氧化物共同引起光化学烟雾，危害性也因此增强。

大气中的碳氢化合物主要来自煤和石油的燃烧，以及汽车尾气等。

(5) 卤族化合物主要指卤代烃及卤化物等。

随着人们生活质量的提高，大量生产使用氟氯烃化合物作为制冷剂、灭火剂或发泡剂，如CFCl3(氟利昂11)、CF2Cl2(氟利昂12)等。

这类物质在低层大气中一般比较稳定，但一到高空中就会分解，产生氯原子而与加速臭氧中的臭氧分解，导致“臭氧空洞”。

四、区域性和全球性的大气污染大气环境污染问题由来已久，但大规模、高速度的恶化趋势，只是近一个世纪以来、特别是二战后出现的现象。

1980年代以来，区域性和全球性大气环境污染问题更为突出，给人类的生存和发展带来了更加严重的威胁和挑战，因而引起各国政府和全人类的高度重视。

在区域性和全球性大气污染问题中，以酸雨、臭氧层破坏及温室效应等三大问题最为引人关注。

1. 酸雨所谓酸雨是指pH值小于5.6的降水，但广义的酸雨(也称酸沉降)包括干沉降及湿沉降。

干沉降包括各种酸性气体、酸性气溶胶和酸性颗粒，如SO2、NO2、SO42-、HF、HCl、NO3-等等；湿沉降即通常所说的酸雨，包括酸性雨、酸性雾、酸性雪等。

2．臭氧层破坏臭氧(O3)是一种具有刺激性气味的气体，其在大气中含量很少，却对人类健康和气候带来很大影响。

大气中约90%的臭氧集中在距离地面15～50km之间的大气平流层，尤其在15～30km处为臭氧浓度最高之区域，称为臭氧层。

尽管臭氧层中的臭氧浓度也不高(约5×1013个分子/cm3)，但臭氧层在保护生态环境方面作用十分重要。

一方面其吸收太阳紫外辐射变为热能而增温，使其它生命得以维持，尤为重要的是其吸收太阳光中的大部分紫外线(尤其对人体健康有害的UV-B段紫外线)，屏蔽地球表面生物，所以被誉为“生命之伞”。

3．温室效应地球大气有类似玻璃温室的效应，而其作用的加剧则是当今全球变暖的主导因素。

大气当中的众多微量气体，如二氧化碳、臭氧、甲烷、氧化亚氮等，可以让太阳短波辐射通过，使地球表面温度升高，同时吸收地面发出的长波辐射。

当此类气体在大气中含量增加时，就会导致大气吸收热量多而散失少，使地球气温升高，形成大气的“温室效应”，能强烈吸收地面辐射产生温室效应的此类气体称为温室气体。

温室气体在人类出现之前已经存在，而国际社会讨论的全球变暖问题，是指由于人类活动造成的温室气体增加，导致温室效应增强而带来的气候变化。

通过对过去100年地面大气平均温度的观测和研究，发现其虽在不断变化，但总的趋势是上升的，平均上升0.3～0.7℃。