光化学烟雾
光化学烟雾
校本教材五常高级中学赵玉群一、光化学烟雾大气中的HC和NO x等为一次污染物，在太阳光中紫外线照射下能发生化学反应，衍生种种二次污染物。
由一次污染物和二次污染物的混合物(气体和颗粒物)所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。
NO x是这种烟雾的主要成分，又因其1946年首次出现在美国洛杉矶，因此又叫洛杉矶型烟雾，以区别于煤烟烟雾(伦敦型烟雾)。
这种洛杉矶型烟雾是由汽车的尾气所引起，而日光在其中起了重要作用：2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)O(g)+O2(g)→O3(g)NO2光分解成NO和氧原子时，光化学烟雾的循环就开始了。
原子氧会和氧分子反应生成臭氧(O3)，O3是一种强氧化剂，O3与烃类发生一系列复杂的化学反应，其产物中有烟雾和刺激眼睛的物质，如醛类、酮类等物质。
在此过程中，NO2还会形成另一类刺激性强烈的物质如PAN(硝酸过氧化乙酰)。
另外，烃类中一些挥发性小的氧化物会凝结成气溶胶液滴而降低能见度。
下列化学方程式表示光化学烟雾的主要成分和产物。
总之，NO，HC的氧化，NO2的分解，O3和PAN等的生成，是光化学烟雾形成过程的基本化学特征，其反应机理极为复杂。
它对大气造成的严重污染不能轻视。
O3，PAN，醛类对动植物和建筑物伤害很大，对人和动物的伤害主要是刺激眼睛和粘膜，及气管、肺等器官，引起眼红流泪、头痛、气喘咳嗽等症状，严重者也有死亡的危险。
O3，PAN等还能造成橡胶制品老化、脆裂，使染料褪色，并损坏油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等等。
在发生光化学烟雾时，大气中各种污染物的浓度比晴朗天气要增大五、六倍(见下表)，能见度晴天为11.2km，而在烟雾天只有1.6km。
显然，要对石油、氮肥、硝酸等化工厂的排废严加管理，严禁飞机在航行途中排放燃料等，以减少氮氧化物和烃的排放。
现在已研制开发成功的催化转化器，就是一种与排气管相连的反应器，它使排放的废气和外界空气通过催化剂处理后，氮氧化物转化成无毒的N2，烃可转化成CO2和H2O。
光化学烟雾环境化学课件
有机化合物在光化学反应中与氧分子发生反应， 生成过氧基和自由基。
分解反应
有机有机化合物在光化学反应中发生聚合，生成大分 子有机物。
氮氧化物在大气中的反应
氧化反应
还原反应
氮氧化物在光化学反应中与氧分子发 生反应，生成二氧化氮和自由基。
癌症
光化学烟雾中的某些致癌物质， 如苯和多环芳烃，会增加人类患
肺癌、膀胱癌等癌症的风险。
对生态系统的破坏
植物损伤
光化学烟雾中的有害物质 会损伤植物叶片，影响光 合作用，导致生长受阻甚 至死亡。
动物死亡
光化学烟雾中的有害物质 会通过食物链累积，影响 动物生存，导致种群数量 减少甚至灭绝。
土壤和水质污染
02
环境化学基础
大气化学基础
01
02
03
大气组成与结构
大气主要由氮气、氧气、 氩气等组成，其中氮气约 占78%，氧气约占21%。
大气分层
根据温度和成分的变化， 大气可分为对流层、平流 层、中间层和热层。
大气污染物扩散
污染物在大气中的扩散受 到气象条件、地形和大气 稳定度等因素的影响。
有机化合物在大气中的反应
光化学烟雾环境化学课件
• 光化学烟雾的概述 • 环境化学基础 • 光化学烟雾的环境影响 • 光化学烟雾的防治措施 • 光化学烟雾的未来研究方向
01
光化学烟雾的概述
光化学烟雾的定义
总结词
光化学烟雾是由汽车尾气和工业废气排放的污染物在阳光作用下发生光化学反 应生成的二次污染物。
详细描述
光化学烟雾是汽车尾气和工业废气中的氮氧化物（NOx）和挥发性有机物 （VOCs）在阳光的作用下发生光化学反应生成的二次污染物。这些污染物包括 臭氧（O3）、氮氧化物（NOx）、挥发性有机物（VOCs）等。
光化学烟雾反应
光化学烟雾反应
光化学烟雾反应是由于有害的烟雾可能对人体健康造成损害，对其进行光化学氧化而进行的反应。
它是利用太阳光或人工光源，让高温、高压氧气将这些有毒物质分解，形成无害物质，在排出空气中不再形成有害物质，消除环境污染的一种新型应用技术。
光化学烟雾反应，首先通过喷射器将烟雾带入反应步骤中，这些烟雾经过加热处理后可以形成气体的气体，然后通过进行高温、高压氧化和光化学反应，分解烟雾中的有毒物质，去除污染物，使其无害化。
光化学烟雾反应，处理是廉价实用的，其原料比较常见，处理效率相对较高，且它们能有效和安全地减少烟雾对人体健康的损害和空气污染，使空气中污染物减少。
光化学烟雾反应有很多优势，但也有一些缺点。
例如，它不能完全除去有毒物质，有限的处理量且投资较高。
此外，这种反应也会产生有害的副产物，例如氢氧化物，氰化物等，仍有待进一步研究。
总之，光化学烟雾反应是一种有效的技术，既可以有效去除有毒物质，又可以减少污染，保护空气质量。
因此，我们应充分利用这一技术，使空气中污染物进一步减少，建立一个绿色环保的健康的空气环境。
光化学烟雾
（1）改善能源结构。推广使用天然气和二次能源，如煤气、液化石 油气、电等，加强对太阳能、风能、地热等清洁能源的利用。
（2）区域集中供热发展区域集中供暖供热，设立规模较大的热电厂 和供热站，取缔市区矮小烟囱。
（3）推广燃煤电厂烟气脱N技术。如选择性催化还原法（SCR）、非 选择性催化还原法（SNCR）和吸收法。选择性催化还原法是以金属铂 的氧化物作为催化剂，以氨、硫化氢和一氧化碳等作为还原剂，选择 最佳脱硝反应温度，将烟气中的氮氧化物还原为N2。非选择性催化还 原法与选择性催化还原法不同的是非选择性控制一定的反应温度，在 将烟气中的氮氧化物还原为N2的同时，一定量的还原剂还与烟气中的 过剩氧发生反应。吸收法是利用特定的吸收剂吸收烟气中的 NO 。根 据所使用的吸收剂，可分为碱吸收法，溶融盐吸收法和稀硝酸吸收法。
0 ℃ ,g/L ） 2 . 1 4 4 ； 液 体 密 度 （ 150℃,g/cm3 ）1.473
【熔点（℃）】（固）-251 【沸点（℃）】（液）-112 【性状】 气态臭氧厚层带蓝色,有特殊臭味,浓度高时与氯气气味相 像；液态臭氧深蓝色,固态臭氧紫黑色.
【用途】
用于水的消毒和空气的臭氧化 ,在化学工业中用作强氧化 剂.
植树造林
实验证明，树木在一定浓度范围内， 吸收各种有毒气体，使污染的空气得以 净化。因此应大力提倡植树造林，文名称】臭氧 【英文名称】ozone 【结构或分子式】
O 原子以 sp2 杂化轨道形成 σ 键 . 分
子形状为V形.
【相对分子量或原子量】48.00 【密度】气体密度（
据有关专家介绍，1997年，中国大气污染的比例约为5%， 但到了 2007年，一些城市的交通干道污染比例达到 40% 以 上。尤其是北京、广州、西安等大城市，已逐渐由煤烟型污 染转向综合型污染。也就是说，在以二氧化硫、氮氧化物、 可吸入颗粒物为特征的传统煤烟型污染问题依然严重且尚未 根本解决的同时，臭氧和颗粒物细粒子等二次污染问题接踵 而至，且污染态势严峻、危害更大。两种污染形式结合在一 起，就形成了大气复合型污染。
光化学烟雾
光化学烟雾Last revision on 21 December 2020光化学烟雾一、大气中的碳氢化合物大气中的碳氢化合物通常是指C1—C8可挥发的所有碳氢化合物，又称烃类。
碳氢化合物在大气中CH4约占80—85％。
甲烷是一种重要温室气体，碳氢化合物作为形成光化学烟雾的前体物而引起人们的广泛关注。
⒈甲烷（CH4）甲烷主要来源于厌氧细菌的发酵过程（牲畜），自然界的淹水土体，如水稻田底有机质的分解、原油和天然气的泄漏都会释放出相当量的CH4。
这其中以水稻田的排放量为最大，按1986年有关材料报道，水稻田的年排放量为70～170×106t／a。
我国水稻田面积约占全球稻田的1／3，因而是甲烷产生的很大源。
⒉非甲烷烃非甲烷的天然源：非甲烷烃种类很多，因来源而异。
其中排放量最大的是由自然界植物释放的萜烯类化合物，约占非甲烷烃总量的65％。
（资料来源，刘培桐，环境学概论）非甲烷烃的人为源：主要来自汽车尾气、燃料燃烧、有机溶剂的挥发、石油炼制和运输等。
二、碳氢化合物在大气中的迁移转化（以烷烃为例）⒈烷烃与OH·基和氧原子O·的反应：RH（烷）＋OH·→R·（烷基）+H2ORH（烷）＋O·→R·（烷基）+HO·R·＋O2→RO2·（过氧烷基）（NO+RO2·→RO·+NO2）RO·＋O2→HO2·＋RCHO（醛）上述烷烃所发生的两种氧化反应中，经氢原子的摘除反应所产生的烷基R·与空气中的氧气O2结合生产RO2·，它可以将NO氧化成NO2，并产生RO·，O2还可以从RO·中再摘除一个H·，最终生成HO2·和一个相对稳定的产物醛或酮。
⒉甲烷的氧化反应：CH4＋OH·→CH3·＋H2OCH4＋O·→CH3·＋HO·生成的CH3·与空气中的O2结合：CH3·＋O2→CH3O2·由于大气中的O·主要来源于O3的光解，通过上述反应CH4不断消耗O·，可导致臭氧层损耗。
【化学知识点】光化学烟雾的主要成分是
【化学知识点】光化学烟雾的主要成分是光化学烟雾的主要成分是臭氧、醛类、过氧乙酰基硝酸酯、烷基硝酸盐、酮等一系列氧化剂。
光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学反应生成二次污染物，后与一次污染物混合所形成的有害浅蓝色烟雾。
大气中的有机物和氮氧化物等污染物，在阳光作用下形成的一种有害混合烟雾。
其有特殊气味、刺激眼睛、伤害植物和使大气能见度降低。
刺激眼睛是光化烟雾的明显征象，刺激的大小则反映光化烟雾的强弱。
光化烟雾的形成过程十分复杂，无机和有机化合物都参加了反应，无机化合物为数不多，无机化合物的反应已经明确，有机化合物为数众多，反应相当复杂。
目前可以肯定的是，在对流层可见太阳光作用下引起的光化烟雾，参加反应的污染物主要是二氧化氮、一氧化氮、一氧化碳和碳氢化合物等，它们是由汽车、炼油工业、石油化学工业排出的一次污染物，还有臭氧、过氧乙酰硝酸酯PAN、醛等二次污染物。
光化学烟雾是由汽车和工厂烟囱排出的氮氧化物和碳化氢，经太阳光紫外线照射而生成的一种毒性很大而且不同于一般煤烟废气的浅蓝色烟雾。
颗粒物成分：大气灰霾存在大量含氮有机颗粒物。
经过源解析技术，这些包括含氮有机颗粒物在内的有机物被识别出了4类有机组分：氧化型有机颗粒物、油烟型有机物、氮富集有机物、烃类有机颗粒物。
颗粒物里面的有机物种类有多种，包括含氮的有机物。
有机物占PM2.5质量浓度的20%—60%，能识别出大约200多种有机化合物，主要物种有脱氧单糖苷、正构烷烃、正构烷酸、多环芳烃以及其它多种源的示踪物。
大气颗粒物中有机物通常分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯等。
过氧乙酰硝酸酯又称过氧乙酰硝酸盐，是光化学烟雾的主要组分，为强氧化剂，常温下为气体，易分解生成硝酸甲酯（CH3ONO2）、二氧化氮（NO2）、硝酸（HNO3）等。
大气中PAN浓度的水平是衡量光化学烟雾污染程度的重要指标之一。
光化学烟雾课件
光化学烟雾名字班级学号等案例导入：视频2020/6/28光化学烟雾简介：【光化学烟雾】（photochemical smog)也称光化烟雾。
碳氢化合物及氮氧化合物污染的大气，在太阳紫外线照射下以及其他适宜的气象条件下，发生一系列光化学反应而形成的烟雾。
光化学烟雾具有光化学氧化型大气污染的各种典型特征，即大气中氧化剂浓度增高，使人产生眼、鼻、喉的刺激症状，引起红眼病，造成农作物和其他植物的损害以及降低大气的能见度。
今后随着工业发展，汽车数目的增多，以及其他燃烧过程中使用石油的不断增长，光化学氧化型大气污染将成为城市空气污染的一个严重问题。
光化学烟雾产生的条件：光化学烟雾形成的最根本的先决条件是空气中高浓度碳氢化合物和氮氧化合物的存在。
主要来源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中的的转化。
其中，以汽车尾气为主要来源。
光化学烟幕的形成根据这些前体物排放源的不同，大致可分为城市型光化学烟雾、工业区型光化学烟雾和区域型光化学烟雾。
城市型光化学烟雾多见于人口密集的较大城市及其下风向，主要由大城市内居民以及工业源排放引起。
工业区型光化学烟雾多见于大型工业排放源（例如火电厂、炼油厂、化工厂等）下风向地区，光化学前体物主要来自上风向工业排放源。
区域性光化学烟雾多见于人口密集和工业发达的城市群和城乡复合体构成的较大区域。
光化学烟雾的形成除了必备的化学条件之外，还需要一定的有利于烟雾形成的气象条件。
工业革命以后，人类活动对自然环境的影响日益加剧，引起一系列大气污染问题。
光化学烟雾就属于大气环境污染之一，对人体健康和植物生长等有严重危害。
由光化学烟雾造成的污染事件被列入历史上“八大公害事件”之一，已引起大气科学界和医疗界等的广泛关注。
光化学烟雾产生的机理：一、化学反应过程。
二、光化学烟雾特征请大家看这张图片这张照片是用特殊方法拍摄的，因为我们用肉眼是看不到哪里的臭氧被破坏了。
在这张照片里，蓝色的深浅代表臭氧的含量，颜色愈深，臭氧的含量愈少。
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5、水俣病事件 1953－1956年，日 本熊本县水俣镇一家氮肥公司排放的含汞废 水，使汞在海水、底泥和鱼类中富集，又经 过食物链使人中毒。1991年，日本环境厅公 布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。
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水俣病 肢端感 觉麻木 （左） 和中心 性视野 缩小（ 右）
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2、日变化曲线
▪ 总体上，白天生成，夜晚消失，污染物浓度峰值出现在 中午和午后。
▪ 烃类和NO发生在早上交通高峰时节，此时NO2浓度很 低。
▪ 随太阳辐射增强，O3和NO2浓度逐渐增加，到中午已经 较高，一般O3和NO2浓度峰值比NO浓度峰值晚出现4-5小 时。
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痛痛病发病地区分布图
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7、四日哮喘病事件 1961年，日本 四日市由于石油冶炼和工业燃油产生的废气， 严重污染大气，引起居民呼吸道疾病聚增， 尤其是哮喘病的发病率大大提高，形成了一 种突出的环境问题。
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8、米糠油事件 1968年，在日本北九 州一带，由于鸡和人吃了含有多氯联苯的米 糠油，先是几十万只鸡吃了有毒饲料后死亡。 继而有13000多人开始眼皮发肿，手掌出汗， 全身起红疙瘩，接着肝功能下降，全身肌肉 疼痛，咳嗽不止。
畜死亡。
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2、洛杉矶光化学烟雾事件 1943年夏季， 洛杉矶市250万辆汽车燃烧的1100吨汽油所产 生的碳氢化合物等气体，在太阳紫外线照射 下引起化学反应，形成了浅蓝色烟雾，使该 市大多市民患了眼红、头疼。1955年和1970 年洛杉矶又两度发生该类事件，分别有400多 人死亡和全市四分之三的人患病。
光化学烟雾
• 世界上不少国家和地区都针对光化学污染 世界上不少国家和地区都针对光化学污染 采取了一些安全措施： 采取了一些安全措施：比如尽量减少汽车 尾气的排放。洛杉矶从2000年开始， 2000年开始 尾气的排放。洛杉矶从2000年开始，已有 50%车辆使用甲醇或改装成电动汽车 车辆使用甲醇或改装成电动汽车； 50%车辆使用甲醇或改装成电动汽车；许多 国家在汽车尾气催化转化装置上投入巨资， 国家在汽车尾气催化转化装置上投入巨资， 并不断提高尾气员会 2005年就已提出旨在大量减少轿车及轻型 2005年就已提出旨在大量减少轿车及轻型 商用卡车尾气排放物的“ 标准， 商用卡车尾气排放物的“欧5”标准，最早 标准 2008年中期正式实行 年中期正式实行。 2008年中期正式实行。
• 光化学烟雾对国民经济的影响可以通过健 康损失、生态破坏和农业产量下降、材料 破坏等来体现。
• 人体短时间暴露于严重的光化学烟雾中， 人体短时间暴露于严重的光化学烟雾中， 或经常暴露于轻、中度光化学烟雾中， 或经常暴露于轻、中度光化学烟雾中，均 可给健康带来危害。 可给健康带来危害。大量的流行病统计表 光化学烟雾与呼吸道系统发病率、 明，光化学烟雾与呼吸道系统发病率、死 亡率、眼病等有相关性， 亡率、眼病等有相关性，同时亦是某些癌 病的重要原因。 病的重要原因。光化学烟雾引起的经济损 通常包括如下几个方面的费用： 失，通常包括如下几个方面的费用：患者 医疗费及支付病假工资、病假产值损失、 医疗费及支付病假工资、病假产值损失、 提早死亡产值损失等。 提早死亡产值损失等。
• 与我国机动车数量增长相呼应的是我国石 油消耗的强劲增长和本已严重的大气污染 的进一步加重。由于人口分布、 的进一步加重。由于人口分布、区域经济 和社会发展不平衡， 和社会发展不平衡，我国汽车保有和使用 量及其引发的交通、 量及其引发的交通、大气污染问题也呈现 出明显的地区特征。就大气污染而言， 出明显的地区特征。就大气污染而言，经 济发达和人口密集的珠江三角洲、 济发达和人口密集的珠江三角洲、长江三 角洲和京津冀地区已成为重污染区。 角洲和京津冀地区已成为重污染区。
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光化学烟雾一、大气中的碳氢化合物大气中的碳氢化合物通常是指C 1—C 8可挥发的所有碳氢化合物，又称烃类。
碳氢化合物在大气中CH 4约占80—85％。
甲烷是一种重要温室气体，碳氢化合物作为形成光化学烟雾的前体物而引起人们的广泛关注。
⒈ 甲烷（CH 4）甲烷主要来源于厌氧细菌的发酵过程（牲畜），自然界的淹水土体，如水稻田底有机质的分解、原油和天然气的泄漏都会释放出相当量的CH 4。
这其中以水稻田的排放量为最大，按1986年有关材料报道，水稻田的年排放量为70～170×106t ／a 。
我国水稻田面积约占全球稻田的1／3，因而是甲烷产生的很大源。
⒉ 非甲烷烃非甲烷的天然源：非甲烷烃种类很多，因来源而异。
其中排放量最大的是由自然界植物释放的萜烯类化合物，约占非甲烷烃总量的65％。
（资料来源，刘培桐，环境学概论）非甲烷烃的人为源：主要来自汽车尾气、燃料燃烧、有机溶剂的挥发、石油炼制和运输等。
二、碳氢化合物在大气中的迁移转化（以烷烃为例）⒈烷烃与OH ·基和氧原子O ·的反应： RH （烷）＋OH ·→R ·（烷基）+H 2O RH （烷）＋O ·→R ·（烷基）+HO ·R ·＋O 2→RO 2·（过氧烷基） （NO+RO 2·→RO ·+NO 2） RO ·＋O 2→HO 2·＋RCHO （醛）上述烷烃所发生的两种氧化反应中，经氢原子的摘除反应所产生的烷基R ·与空气中的氧气O 2结合生产RO 2·，它可以将NO 氧化成NO 2，并产生RO ·，O 2还可以从RO ·中再摘除一个H ·，最终生成HO 2·和一个相对稳定的产物醛或酮。
⒉甲烷的氧化反应： CH 4＋OH ·→CH 3·＋H 2O CH 4＋O ·→CH 3·＋HO ·生成的CH 3·与空气中的O 2结合： CH 3·＋O 2→CH 3O 2·由于大气中的O ·主要来源于O 3的光解，通过上述反应CH 4不断消耗O ·，可导致臭氧层损耗。
环境化学-光化学烟雾
• (该Ⅱ自)，由基与O2结合生成相应的过氧烃基自由基
该的过带氧羟自基由的基烃也氧可自将由NO基氧与化O2成发N生O而2(开Ⅲ环)，。新生成
2
（ ）
（I
烃基自由基
）
• （3）O3的生成是由什么物质光解而导致 的？
氢
（II 过氧烃基自由基 ）
写出乙醛形成过氧乙酰基硝酸酯（PAN） 的反应式。
CH3CHO + HO → CH3CO + H2O
氢摘除 反应
过氧乙酰基
• （2）丙烯氧化的产物促进了NO、NO2、O3之 间的哪个反应？ CH3CH=CH2
CH3CH=CH2 + HO → CH3CHCH2OH (或 CH3CH(OH)CH2) CH3CHCH2OH + O2 → CH3CH(O2)CH2OH CH3CH(O2)CH2OH + NO→ CH3CH(O)CH2OH + NO2 CH3CH(O)CH2OH + O2 → CH3C(O)CH2OH + HO2 或CH3CH(O)CH2OH → CH3CHO （乙醛） + CH2OH CH2OH + O2 → H2CO（甲醛） + HO2
链终止
NO2既起链引 发作用，又起
链终止作用
• 在污染大气中还发现了PAN的同系物，它们 是PAN中的乙基由其他烷基替代形成的。如 过氧丙酰基硝酸酯 (PPN)、过氧苯酰基硝酸 酯（PBZN）。
光化学烟雾日变化曲线 NO ⇛ NO2 ⇛ RC(O)O2NO2
PAN 继增z由。反于同应反时产应生R使O过2N·氧(O如乙快丙酰速烯硝氧与酸化O酯成3反(NP应OA生2N，)成类从的物而双质加自。速由N基O2C光H解3C，·H使O二O·次)与产O物2和ON3净O2相
光化学烟雾
姓名;李鑫班级：环工091班学号：200910701104光化学烟雾摘要：汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生化学反应，生成臭氧(O3)、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光化学烟雾。
光化学烟雾的成分非常复杂，对动物、植物和材料有害的是臭氧、PAN和丙烯醛、甲醛等二次污染物。
人和动物受到主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。
植物受到PAN的损害，PAN 使叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生长，降低植物对病虫害的抵抗力。
臭氧、PAN等还能造成橡胶制品的老化、脆裂，使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。
随着世界各地不断出现的光化学烟雾污染，日益严重的光化学烟雾问题，逐渐引起人们的重视。
产生过程20世纪40年代，在美国加利福尼亚州洛杉矶首先发现了光化学烟雾。
1951年A.J.哈根最先指出臭氧(O3)是氮氧化物、碳氢化合物和空气的混合物通过光化学反应生成的。
以后F. W. 温特发现臭氧与不饱和烃（如汽车废气中的烃类）的化学反应产物跟洛杉矶烟雾有相同的伤害效应。
通过对光化学烟雾形成的模拟实验，已经初步明确在碳氢化合物和氮氧化物的相互作用方面主要有以下过程：1、污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。
（化学式：NO2==NO+O（条件为光照）O+O2==O32NO+O2==2NO2）2、碳氢化合物被HO、O等自由基和臭氧氧化，导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物RO2、HO2、RCO等自由基的生成。
3、过氧自由基引起NO向NO2的转化，并导致O3和PAN等的生成。
光化学反应中生成的臭氧、醛、酮、醇、PAN等统称为光化学氧化剂，以臭氧为代表，所以光化学烟雾污染的标志是臭氧浓度的升高。
光化学烟雾的形成及其浓度，除直接决定于汽车排气中污染物的数量和浓度以外，还受太阳辐射、气象以及地理等条件的影响。
产生光化学烟雾的条件
产生光化学烟雾的条件在我们的日常生活中，光化学烟雾是个不得不提的话题。
哎呀，谁都不想在外面碰上那种看起来像是浓雾的东西，更何况它还让人感觉不舒服。
这种烟雾可不是无缘无故就出现的，它需要一些特定的条件。
阳光是个重要的角色。
没错，阳光照射得越强，光化学反应就越活跃，结果就是空气中那些让人讨厌的污染物开始舞蹈，形成了烟雾。
这就好比我们在阳光下晒太阳，结果一不小心就变成了烤焦的红虾。
还有那些臭名昭著的污染物，比如汽车尾气、工业排放等等，都是这场“舞会”的参与者。
要是没有阳光，它们也许就躲在角落里不出声，但一旦阳光来临，它们就像被点燃的火药，瞬间变得活跃起来。
再说说气温，气温的变化也跟光化学烟雾有密切关系。
高温天气就像个热锅上的蚂蚁，让人焦躁不安。
这时候，空气中的化学物质也变得活跃起来，跟阳光一起合作，联手制造出这种难缠的烟雾。
真是让人无奈。
想象一下，夏天的中午，热浪袭来，空气中弥漫着那股浓浓的汽油味，简直让人想逃回家。
再加上湿度，哇，那可就麻烦了。
湿度高的时候，空气中的水分增多，污染物就会更加容易聚集在一起，形成雾霾。
就好比你去洗澡，热气蒸腾，镜子上全是水汽，什么都看不清。
再加上大城市里那些汽车、工厂的排放，简直是给烟雾添了火。
说到光化学烟雾的形成，其实它有个最直接的结果，就是对我们的健康影响不小。
经常吸入这种烟雾，容易让人咳嗽、流鼻涕，严重的甚至会引起呼吸道疾病。
就像一场突如其来的感冒，让你猝不及防。
小孩和老人特别容易受影响，真是让人心疼。
这就像一只大老虎在我们身边游荡，随时都有可能扑过来，惹得我们人心惶惶。
可见，光化学烟雾可不是什么小事，尤其在夏天，大家出门前可得多留个心眼，看看天气预报，别让自己变成“灰头土脸”的那个人。
除了这些条件，还有一个不可忽视的因素就是风。
风的存在就像一位调皮的孩子，把烟雾往四处吹，可能一阵风过来，烟雾就不见了。
反之，如果风小得像蜗牛走路，那些污染物就会在空中滞留，形成更严重的烟雾。
光化学烟雾现象概念
光化学烟雾现象概念《光化学烟雾》——探索大自然的奇妙现象光化学烟雾是一种令人着迷的自然现象，其独特之处在于能够产生令人难以置信的光效应。
这种现象发展于特定的气候条件下，当太阳光与空气中的尘埃粒子相互作用时，会产生引人入胜的色彩和形状。
光化学烟雾通常出现在晨光和黄昏时分，当太阳低于天空时，其光线透过大气中的尘埃和湿度，形成一种独特的散射现象。
这些尘埃颗粒可以来自于火山喷发、森林火灾、工业污染等来源，它们悬浮在空气中，并与水分子结合。
当太阳光照射到这些尘埃颗粒上时，发生了一系列复杂的光化学反应。
首先，光子与尘埃上的分子相互作用，导致内部电子在分子间跃迁。
随后，这些激发态分子会通过多种途径进行非辐射耗散，将激发能量转化为热能或光能的形式。
最终，这些能量以独特的光谱和亮度释放出来。
光化学烟雾的独特之处在于其产生的光谱。
观察这一现象时，人们会看到各种各样的颜色，包括红色、橙色、黄色、绿色、蓝色和紫色等。
这些颜色的产生与尘埃颗粒的成分和尺寸有关。
尺寸较小的颗粒会引起蓝色和紫色的散射，而较大的颗粒则会导致红色和橙色的散射。
此外，光化学烟雾还会产生一些令人惊叹的形状，如光环、光柱、光弓等。
这些形状的产生取决于太阳光线的入射角度和尘埃颗粒的分布情况。
通过观察这些光效应，我们可以更好地了解大气中的尘埃组成、密度和分布。
光化学烟雾不仅仅是一种美丽的自然现象，它还有着重要的科学意义。
大气中的尘埃和污染物对气候变化和空气质量具有重要影响。
通过研究光化学烟雾，科学家们可以更好地了解大气中微粒的行为和排放源，从而采取有效的控制和保护措施。
总而言之，《光化学烟雾》是一个引人入胜的自然现象，它通过特殊的光谱和形状展示了我们周围复杂而美丽的世界。
通过对其的研究，我们不仅能够欣赏自然之美，还能够提高科学认识，为环境保护做出贡献。
让我们一起探索光化学烟雾的奥秘，领略大自然的无限魅力。
光化学烟雾
自然现象01 发生历史来自03 形成过程 05 防治措施
目录
02 组成成分 04 主要危害
光化学烟雾（photo-chemical smog ）是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（CxHy）和氮氧化 物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学反应生成二次污染物，后与一次污染物混合所形成 的有害浅蓝色烟雾。光化学烟雾可随气流漂移数百公里，使远离城市的农作物也受到损害。光化学烟雾多发生在 阳光强烈的夏秋季节，随着光化学反应的不断进行，反应生成物不断蓄积，光化学烟雾的浓度不断升高。约在34h后达到最大值。光化学烟雾对大气的污染造成很多不良影响，对动植物有影响，甚至对建筑材料也有影响，并 且大大降低能见度影响出行。
仅1950－1951年，美国因大气污染造成的损失就达15亿美元。
组成成分
光化学烟雾的成因及危害示意图颗粒物成分：大气灰霾存在大量含氮有机颗粒物。经过源解析技术，这些包 括含氮有机颗粒物在内的有机物被识别出了4类有机组分：氧化型有机颗粒物、油烟型有机物、氮富集有机物、烃 类有机颗粒物。颗粒物里面的有机物种类有多种，包括含氮的有机物。有机物占PM2.5质量浓度的20%—60%，能 识别出大约200多种有机化合物，主要物种有脱氧单糖苷、正构烷烃、正构烷酸、多环芳烃以及其它多种源的示 踪物。大气颗粒物中有机物通常分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯 等。
防治措施
控制污染源
洛杉矶光化学烟雾研究光化学烟雾的最终目的是如何控制NO2及HC的浓度，使O3的浓度符合大气质量标准的 要求。除控制工业污染源外，主要是改善汽车发动机的结构与工作状态和安装尾气催化转化器，前者可降低燃料 消耗、减少有害气体排放，后者可使尾气无害化。
光化学烟雾(精)
• 主要污染源：汽车尾气
NOx ＋ CH
UV
浅蓝色混合烟雾
O3(85%) 过氧酰基硝酸酯(10％) 其它（5％）
主要为过氧 乙酰硝酸酯
醛类、酮类、 过氧化氢等
光化学烟雾
C2H6 + HO
C2H5 + H2O O2
光化学烟雾
其中关键性反应是：
（1）NO2的光解导致O3的生成； （2）碳氢化合物氧化生成了具有活性的
自由基，如HO，HO2，RO2等； （3）HO，HO2，RO2等促进了NO向NO2转
化，提供了更多的生成O3的NO2源。
光化学烟雾
3. 反应机理(简化)：
NO2的光解导致O3的生成；
NO2 hv λ 430nm NO O O O2 M k 2O3 M O3 NO k 3 O2 NO2
表1 伦敦型烟雾与洛杉矶烟雾的比较
伦敦型 煤烟颗粒、SO2 硫酸及硫酸盐气溶胶 煤 冬 低（4℃以下） 高 弱 低 白天夜间连续 对呼吸道有刺激作用， 严重时可导致死亡。
洛杉矶型 碳氢化合物、NOx O3、PAN、HNO3、醛类等 石油 夏、秋 高（24℃以上）
低 强 高 白天
对眼睛和呼吸道有强刺激作用。 O3等氧化剂 有强氧化破坏作用，严重时可导致死亡。
光化学烟雾的预防措施
➢ 改进技术
汽车尾气是NOx和碳氢化合物的主要来源，改进技术控制 汽车尾气排放是防止光化学烟雾的有效措施。包括安装汽 车尾气净化装置+改良燃料（使用天燃气燃料）等。
➢ 改善能源机构
使用替代能源，尽量减少使用化石燃料，无论煤含是燃料 油中都含有大量的烃类和N，燃烧过程中容易排放光化学 一次污染物。
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1.光化学烟雾定义
含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物 的大气，在阳光照射下发生光化学反应而产生 二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物 的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学 烟雾。 二次污染物主要有： O 3、醛、 PAN(过氧乙酰 硝酸酯 ) 发生的地区：美国洛杉矶、日本东京、大阪、 英国伦敦、澳大利亚、德国等的城市。
自由基传递反应：
2O 2 RCHO hv RO 2 HO 2 CO HO 2 NO NO 2 HO O2 RO 2 NO NO 2 R CHO HO 2 O2 RC(O)O 2 NO NO 2 RO 2 CO 2
32
（二）、氮氧化物（NOX）的转化
1、NO的氧化 1）与O3 的反应： NO + O3→ NO2 + O2
NO能够迅速地与O3反应，所以在同一气团 中，NO与O3不能以显著的浓度同时共存。NO浓 度降到最低值之前，O3不可能积累，所以该反应 可控制O3浓度的峰值。
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2）与RO2· 的反应：
RH + HO·→R·+ H2O R· + O2 → RO2· NO + RO2·→ NO2 + RO· RO· + O2 → R’CHO + HO2· NO + HO2·→ NO2 + HO· 研究HO· 与烃反应的意义： ①一个烃与HO· 反应的循环链中，有两个NO被氧化成NO2, 同时HO· 得到复原； ②该反应速度快，能与O3氧化反应竞争，从而导致O3积累。
光化学烟雾
3. 反应机理(简化)： 碳氢化合物(丙烯)氧化生成具有活性的自由基：HO, HO2,
RO2等
NO2 hv NO O RCHO hv RCO H RH O R HO RH HO R H 2 O H O2 HO2 R O2 RO 2
29
N2O
主要来源：天然源 2NO3-+4H2 + 2H+→ N2O + 5H2O
人为来源 :燃料燃烧、含氮化肥
温室气体之一
30
1、NOx
天然源： 大气中的 NOx 主要来自天然过程生物源及闪电 人为源： 燃料的燃烧 、化工生产过程 ，其中以工业窑炉、 氮肥生产和汽车排放的 NOx 量最多。 去除：大气中的 NOx 最终转化为硝酸和硝酸盐颗粒，
1）NO、NO2、O3之间存在的化学循环是大气光化学过程 的基础。 2）当大气中NO与NO2和阳光同时存在时，O3就作为NO2 光分解的产物而生成。
36
1）与HO· 反应： NO2 + HO·→ HNO3(g)
①该反应是大气中气态HNO3的主要来源，同时也 对酸雨酸雾的形成起着重要作用。 ②因为HO· 浓度白天高于夜间，所以该反应在白 天会有效进行。
光化学烟雾的特征
•烟雾呈蓝色
•具有强氧化性
•降低大气能见度
•其刺激物浓度的高峰值在中午和午后 •污染区域往往在污染源的下风向几十到几百公里处
光化学烟雾
形成条件： (1) 氮氧化物与碳氢化合物的存在 (2) 大气湿度较低； (3) 很强的阳光辐射
2. 反应机理
日变化规律
烟雾组成成分
形成原理
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实际上，大气中总是存在氧分子的，因此只要能够
生成H•或HCO•的反应，都可能是HO2•的来源。
HO•对CO 的氧化作用 HO•+CO →CO2+ H•
H•+O2 → HO2•
3、R、RO和RO2等自由基的来源
大气中存在最多的烷基自由基是甲基，主要来自乙醛和 丙酮的光解 CH3CHO+hv→CH3• +HCO· (乙醛光解) CH3COCH3+hv→CH3• +CH3CO· （丙酮光解） O· 和HO•与烃类发生摘氢反应时，也能生成烷基自由基 RH+HO• →R• +H2O RH+O· → R• +HO
HO NO 2 HNO 3
终止反应：
RC(O)O 2 NO 2 RC(O)O 2 NO 2 RC(O)O 2 NO 2 RC(O)O 2 NO 2
污染物来源
主要污染源：汽车尾气
NOx ＋ CH
UV 浅蓝色混合烟雾
O3(85%) 过氧酰基硝酸酯(10％) 其它（5％）
光化学烟雾
λ 430nm NO 2 hv NO O
引发反应：
k2 O O 2 M O3 M k3 O3 NO O 2 NO 2
O2 RH HO RO 2 H 2 O
形 成 机 制
O2 RCHO HO RC(O)O 2 H 2 O
并通过湿沉降和干沉降过程从大气中去除。因此，大气 中的光化学烟雾与酸雨之间存在密切的关系。 NOx是导致大气光化学污染的重要污染物质。
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燃料燃烧过程中NOx的形成机理 燃烧过程中空气中的N2在高温（>2100℃） 条件下氧化生成NOx O2→ O + O （极快） O + N2→ N + NO （极快） N + O2→ NO + O（极快） N + OH → NO + H（极快） 2NO + O2→2NO2（慢）
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大气中甲氧基（ RO ， CH 3 O ），主要来自甲基
CH3ONO+hv→CH3O• +NO
亚硝酸酯和甲基硝酸酯的H3O• +NO2
大气中过氧烷基（RO2），主要由烷基与空气
R• +O2→RO2•
中的氧分子结合得到
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二、含氮化合物
大气中重要的含氮化合物有：N2O、NO、NO2、 NH3、HNO2、HNO3、氨盐等 自然来源 ：光化学反应、闪电、微生物固化、火山 爆发、森林失火。 人为来源：燃料燃烧、氮肥、炸药、染料等生产过 程中所产生的含氮氧化物废气造成的，其中以燃料 燃烧排出的废气造成的污染最为严重。
乙醛
PAN
NO2
0
NO
0 60 120 180
t (min)
240
300
图2 丙烯-NOx-空气体系中一次及二次污染物的浓度变化曲线(Pitts, 1975)
组成成分
光化学烟雾包括以下几种物质： 氮氧化物，例如二氧化氮 对流层臭氧 挥发性有机化合物 硝酸过氧化乙酰 醛类 酮类
光化学烟雾形成原理
碳氢化合物和NOx共存时，在紫外射线的作用下 会出现： （1）NO转化为NO2； （2）碳氢化合物氧化消耗； （3） O3及其他氧化剂（PAH、HCHO、HNO3） 等二次污染物的生成。
光化学烟雾形成原理
其中关键性反应是：
（1）NO2的光解导致O3的生成； （2）碳氢化合物如丙烯氧化生成了具有活性的 自由基，如HO，HO2，RO2等；
起光化学反应。
光化学烟雾
0.5 碳氢化合物 0.4
污 染 物 浓 度
0.3 醛
0.2
NO 0.1 0 NO2
O3 PAN
0:00 4:00
8:00
12:00 16:00
20:00
时间 图1 光化学烟雾日变化曲线
光化学烟雾
0.54
O3
c
mL/m3
0.45 0.36
丙烯
HCHO
0.27 0.18 0.09
24
HO2·的来源： 主要来源是大气中醛类（尤其甲醛）光解
H2CO + hν→ H·+ HCO· H· + O2 + M → HO2· +M HCO· + O2→ HO2· + CO 亚硝酸酯光解 CH3ONO + hν→ CH3O·+ NO CH3O· + O2 → HO2· + H2CO H2O2光解 H2O2 + hν→ 2 HO· HO· + H2O2 →HO2· + H2O
RCO + O2
O
RCOO
光化学烟雾
通过如上途径生成的自由基促进了NO向NO2的转化；
NO HO2 NO2 HO NO RO 2 NO2 RO RO O 2 HO2 R' CHO NO RC(O)O2 NO2 RC(O)O RC(O)O R CO 2
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另外，烷烃亦可与NO3发生反应，反应机制也 是氢摘除反应： RH + NO3→ R·+ HNO3 这是城市夜间HNO3的主要来源； 该反应速度很慢，不能与HO· 相比。
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2、烯烃的反应
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2、来源
清洁大气中：HO•自由基的天然来源是臭氧的光解，我们
知道平流层中臭氧吸收的主要是波长小于290nm的紫外光， 在对流层中，仍有一定的波长小于290nm光通过，臭氧可 以在对流层内吸收这部分光线，发生光解，一般波长在 290-400nm。
O3+hv(λ<290nm)→O2+O*（激发态原子氧）
光化学烟雾
日变化规律：
白天生成，夜晚消失，污染物浓度峰值出现在中午
和午后。
烃类和NO发生在早上交通高峰时节，此时NO2浓度
很低。 随太阳辐射增强，O3和NO2浓度逐渐增加，到中午 已经较高，一般O3和NO2浓度峰值比NO浓度峰值晚 出现4-5小时。
傍晚虽然交通繁忙，但是日光较弱，因此不足以引
光化学烟雾与伦敦烟雾
第二小组 演示人：梁波
巴黎的光化学烟雾
城市上空的光化学烟雾
比利时马斯河谷烟雾
事件
美国洛杉矶光化学烟 雾事件
美国多诺拉烟雾事件