摘要:大气中大量二氧化硫来源于煤和石油的燃烧以及金属矿石的冶炼

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二氧化硫是一种有毒气体,患有心脏病和呼吸道疾病的人对这种气体最为敏感,就是正常人在二氧化硫浓度过高的地方呆得太久也会生病。
二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的气体。空气中二氧化硫的浓度只有百万分之一时,我们就会感到胸部有一种被压迫的不适感。当浓度达到百万分之八时,人就会感到呼吸困难。二氧化硫的危害还在于它常常跟大气中的飘尘结合在一起,进入人和其他动物的肺部,或在高空中与水蒸气结合成酸雨而降落下来,对人和其他动植物造成危害。目前,我国的能源结构主要以煤为主,因此,我国的大气污染是以烟尘和二氧化硫为代表的典型的煤烟型污染。1989年,科学研究人员对北京的两个居民区进行了大气污染与死亡率的关系研究。研究结果表明,大气中二氧化硫的浓度每增加1倍,总死亡率就增加11%。所以我们要时刻警惕二氧化硫污染。
据统计,世界各国每年排入大气中的二氧化硫的总量达1.5亿吨以上,而且呈逐年上升趋势。这些二氧化硫主要是过度燃烧煤和石油生成的。中国是燃煤大国,随着燃煤量的增加,排放的二氧化硫的量也不断增加。二氧化硫的大量排放使城市的空气污染不断加重,并导致我国出现大面积的酸雨。我国的酸雨主要是硫酸型的,要治理酸雨污染,就要控制二氧化硫的排放量。
为了保护环境,变废为宝,我们可以采用多种方法进行烟道气脱硫,以防止空气污染并回收和利用二氧化硫。
方法一:冶金厂利用一氧化碳还原二氧化硫。
SO2+2COS+2CO2
方法二:硫酸厂通常用氨水吸收二氧化硫。
SO2+2NH3+H2O=(NH42SO3
(NH42SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3
当吸收液达到一定浓度时,再用质量分数为93%的浓硫酸酸化:
2NH4HSO3+H2SO4(浓)=(NH42SO4+2SO2↑+2H2O
(NH42SO3+H2SO4(浓)=(NH42SO4+SO2↑+H2O
放出的二氧化硫经液化得到液态二氧化硫,可用于制取漂白剂、消毒剂,也可用于生产硫酸(前苏联曾用烟道气生产了百万吨硫酸)。硫酸铵溶液经过结晶、分离、干燥,可用于制化肥(硫铵)。
方法三:用纯碱溶液吸收二氧化硫。
2Na2CO3+SO2+H2O=2NaHCO3+Na2SO3
2NaHCO3+SO2=Na2SO3+2CO2+H2O
Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3
方法四:用石灰水处理低浓度的二氧化硫烟道气也具有重要的意义。
其原理是将烟道气经水洗、冷却、除尘后,在吸收塔内用质量分数为10%的石灰乳浆吸收,再将吸收后的浆液用加压空气氧化,生成石膏。缺少石膏的日本、美国、瑞典大都采用此法处理烟道气。
思考题:
1.上述处理和回收二氧化硫的措施分别利用了SO2的什么性质?
2.你能写出方法四的化学方程式吗?
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随着大气污染的日趋严重,国家拟于“十二五”期间,将二氧化硫(SO2)排放量减少8%,氮氧化物(NOx)排放量减少10%。目前,消除大气污染有多种方法。

Ⅰ.处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H1=-574kJ·mol­1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H2

CH4(g)+2NO2 (g)=N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)      △H3=-867kJ·mol1

则△H2                  。

Ⅱ. 化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO2是大气中SO2的主要来源。(1)将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一,反应为C(s) + H2O(g)= CO(g) + H2(g),

该反应的化学平衡常数表达式为K=                     。 800℃时,将1molCO、3mol H2O、1mol H2充入容积为1L的容器中,发生反应:CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2(g),反应过程中各物质的浓度如右图t1前所示变化。若保持温度不变,t2时再向容器中充入CO、H2各1mol,平衡将      移动(填“向左”、 “向右”或“不”)。t2时,若改变反应条件,导致H2浓度发生如图t2后所示的变化,则改变的条件可能是        (填符号)。

a加入催化剂       b降低温度       c缩小容器体积        d减少CO2的量

(2)碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染,同时又能制得氢气,具体流程如下:

①用离子方程式表示反应器中发生的反应                        

②用化学平衡移动的原理分析,在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是               

Ⅲ.开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示:

通入a气体的电极是原电池的      极(填“正”或“负”),其电极反应式为                   

 

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