大气的组成及主要污染物
2021-2022学年人教版高中化学选修一教学案：第四章 第一节 改善大气质量 Word版含答案
第一节改善大气质量大气污染物及酸雨[自读教材·夯基础]1．大气污染物的组成及其危害(1)洁净的大气是由N 2、O 2、稀有气体、CO 2、少量水蒸气和其他微量杂质等组成的混合物。
(2)主要的大气污染物及其危害：大气污染物 主要成分危害颗粒物 大气中液体、固体状颗粒物，又称飘尘 加重呼吸道疾病，其他有害气体转化的催化剂 硫的氧化物 SO 2、SO 3 酸雨 氮的氧化物 NO 、NO 2(NO x )光化学烟雾、酸雨 碳的氧化物 CO 降低血液的输氧力量碳氢化合物 CH 4、C 2H 6等温室效应 氟氯代烷CFCl 3温室效应，破坏臭氧层2．酸雨 (1)酸雨的概念：正常雨水的pH 约为5.6，由于大气中的二氧化碳溶于雨水中所导致。
酸雨的pH 小于5.6，是由人为排放的硫氧化物和氮氧化物等酸性气体转化而成的。
(2)酸雨的形成原理： ①硫酸型：SO 2＋H 2OH 2SO 3，2H 2SO 3＋O 2=====催化剂2H 2SO 4。
②硝酸型：3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。
(3)我国酸雨类型：我国的酸雨主要以硫酸型酸雨为主，这是由我国以煤炭为主要的能源结构造成的。
[跟随名师·解疑难](1)干燥清洁空气的组成几乎是不变的，而受污染空气的组成是可变的。
(2)呈酸性的雨水并不肯定是酸雨，缘由是CO 2溶于水并与水反应生成H 2CO 3而使正常雨水也呈酸性，只有pH<5.6的雨水才称为酸雨。
(3)酸雨的主要危害：①酸雨会使湖泊的水质变酸，导致水生生物死亡； ②酸雨浸渍土壤，会使土壤变得贫瘠； ③长期的酸雨侵蚀会造成森林大面积死亡；④酸雨会加速建筑物、桥梁、工业设备、石材类文物，以及电信电缆等的腐蚀。
[剖析典例·探技法][例1] 我国农业因患病酸雨而造成的损失每年高达15多亿元，为了有效地把握酸雨，目前国务院已批准了《酸雨把握区和二氧化硫把握区划分方案》等法规。
大气的成分及垂直分层知识点
大气的成分及垂直分层知识点大气，作为地球的外部环境，是维持地球生命的重要组成部分。
了解大气的成分和垂直分层对于我们理解气候变化、气象现象以及环境保护等方面都具有重要的意义。
本文将介绍大气的成分以及其垂直分层的知识点。
一、大气的成分大气主要由氮气、氧气和稀有气体组成，其中氮气占大气总体积的78%，氧气占21%，其余的1%是稀有气体和水蒸气等。
1. 氮气（N2）：氮气是大气中含量最丰富的成分，具有稳定性和不参与化学反应的特点。
它是构成蛋白质和DNA等生命物质的重要元素。
2. 氧气（O2）：氧气是维持动植物生命所必需的气体，是呼吸作用和燃烧反应的重要参与者。
3. 稀有气体：大气中的稀有气体包括氩（Ar）、氦（He）、氖（Ne）、氪（Kr）、氙（Xe）和气态氡（Rn）等。
它们主要以原子的形式存在，并且具有稳定性。
4. 水蒸气（H2O）：水蒸气是大气中存在量较大的成分之一，它在地球的水循环中起着至关重要的作用。
水蒸气的含量受温度和湿度等因素的影响，是引起天气变化的重要因素之一。
5. 氧化氮（NOx）：氧化氮是大气中的一类重要污染物，主要由工业排放和机动车尾气等产生。
氧化氮与其他气体和颗粒物发生复杂的化学反应，形成臭氧和颗粒物等有害物质。
二、大气的垂直分层大气的垂直分层按照温度和压强的变化可以分为以下几个层次：对流层、平流层、中间层和热层。
1. 对流层：对流层是离地球表面最近的一层，它的厚度约为10-15千米。
在对流层中，温度随着高度的上升而递减，平均每升高1千米温度下降约6.5℃，这被称为标准大气递减率。
对流层是大部分天气现象发生的区域，包括云的形成、降雨和风等。
温度递减的原因是地表受到太阳辐射加热后，通过对流将热量传递至对流层顶部。
2. 平流层：平流层位于对流层之上，其特点是气流较为平稳，高度范围在10-50千米之间。
在平流层中，温度基本保持恒定或适度增加，顶部呈逆温区，即温度逐渐升高。
平流层的风向和速度决定了大气中飞行器的运动轨迹。
环境化学 第二章 大气环境化学
大气中重要吸光物质的光离解
4 3
（1） O2和N2的光离解
2
1 O2键能493.8KJ/mol。相 应波长为243nm。在紫外区 lgε 0 120-240nm有吸收。
O2 + hν
λ < 240 nm
-1 -2
O· + O·
N2键能：939.4KJ/mol。 对应的波长为127nm。
-3
-4
HNO
3
h ν HO NO
2
2
HO CO CO
H
2
H O 2 M HO 2HO
2
M
(有CO存在时）
H 2O 2 O 2
产生过氧自由基和过氧化氢
(5) SO2对光的吸收
SO2的键能为545.1kJ/mol， 吸收光谱 中呈现三条吸收带，键能大，240 - 400 nm 的光不能使其离解，只能生成激发态：
思考题:
太阳的发射光谱 和地面测得的太阳光 谱是否相同?为什么?
3.3大气中重要自由基来源
自由基 由于在其电子壳层的外层有
一个不成对的电子，因而有很高的活 性，具有强氧化作用。如：
CH 3 C(O)H hv H 3 C HCO
由于高层大气十分稀薄，自由基的半 衰期可以是几分钟或更长时间。自由基参 加反应，每次反应的产物之一是自由基， 最后通过另一个自由基反应使链终止，如：
SO 2 h SO 2
*
240 400 nm
SO2*在污染大气中可参与许多光化学反应。
（ P73,图2－32）
(6) 甲醛的光离解
HCHO中H-CHO的键能为 356.5 kJ/mol， 它对 240 – 360 nm 范围内的光有吸收， 吸光后的光解反应为：
第一节大气的组成及其主要污染物
Ph:高度h时的大气压力；
Po地面大气压力；
g：重力加速度（981cm/s2）;
T:海平面绝对温度（k）；
R:气体常数（8.314×107尔格/mol·K）; h：海拔高度（cm）;
M:空气的平均摩尔质量（28.97g/mol）
上述方程两边取对数：
地面大气压力Po=1
三、大气中的主要污染物
•
几点说明:
地表大气平均压力1atm，相当于
1cm2地表承受的空气柱质量1034g；
大气质量随高度呈不均匀分布，主
要集中在下部。
大气层没有明确的边界，在北极，
800km的高空仍少量空气存在。一
般认为大气层的厚度约1000km，其
质量的75%存在于10km以下；99%
在30km以下；100km以上空气质量
气中去除。其中湿沉降是最主要的消除方式。
（2）燃料燃烧过程中NOx的形成机理
I.燃料中的含氮化合物在燃烧过程中氧化生成NOx，即含
氮化合物+O2→NOx。
II.燃烧过程中空气中的N2在高温（>2100℃）条件下氧化生
成NOx。其机理为链反应机制：
O2 → O + O
O + N2 → NO + N
N + O2 → NO + O
•
11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21. 6.3011:10:3411 :10Jun- 2130-J un-21
•
12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。11:10:3411:1 0:3411:10Wed nesday , June 30, 2021
03环境科学概论-大气环境
空气中氧化剂特别是O3也包括PAN（过氧乙酰硝酸酯） 及其他化合物是烟雾形成的指标。
发生光化学烟雾还必须有烃类参加，烯烃特别能使烟 雾形成，也必须有NOx参加，NOx是建立导致烟雾形成的 起始光化学过程。 •光化学烟雾三个重要条件：NOx、HCs和紫外线
氮氧化物危害：
氮氧化物可以转化为硝酸，是形成酸雨主要物 质之一
形成光化学烟雾的重要物质 消耗臭氧的重要因子 NO2对人有生理刺激和腐蚀作用，引起城市居
民产生急性呼吸道病变的一种原因 可腐蚀织物、材料、破坏染料，使之褪色 危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎
D.碳的氧化物
CO主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色 无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻 碍体内氧气的传输，使人体缺氧，导致死亡。
或者污染物之间相互反应，从而生成与原来的物质在理化性质 上完全不同的新的污染物
B.根据物理状态
• 固态、液态和气态
C.根据化学组成、性质
• 碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物、氧化剂、颗粒 物及气溶胶、放射性物质
主要污染物
类别
一次污染物
含硫化合物 含氮化合物 碳的氧化物 碳氢化合物 含卤素化合物
PM2.5 染毒病理实验
PM2.5染毒剂量增加 •肺泡上皮细胞增生 •间质血管扩张淤血 •肺泡壁逐渐增厚
B.含硫化合物
• 主要指H2S、SO2和SO3。湿度大的情况下，含硫化 合物最终被氧化形成硫酸，是硫酸型酸雨的主要来 源。
• 二氧化硫是一种无色的刺激性气体, 腐蚀性很大， 会严重刺激人的呼吸系统，使人出现咳嗽、嗓子疼、 胸闷和感到呼吸受阻，刺激腐蚀人的肺部，可造成 肺气肿和支气管炎，并加重哮喘病情。
大气中污染物的迁移
主要成分：major component
N2 78.09%、 O2 20.95%、 Ar 0.93%、 CO2 0.03%;
次要成分：minor component 含量 <
0.003%
次要成分中可变的:
O3、H2S、SO2、NH3、NO、O2、 HCHO等，这些痕量气体（trace gas）在大气化
B：汽车尾气 据统计美国的汽车尾气排放NOx占大气污染物中总 NOx排放量的48％，而且汽车产量增加及汽车加速时 NOx排放量增加。
C：工业生产 每生产1吨的NOx排入大气。
(4) CH化合物 Hydrocarbons
CH化合物包括：烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃 等。
110000(万吨/年)×1％×SO2 / S ×80%(可燃) = 1760 万吨/年
石油裂解、燃烧（含硫在1％左右）、硫酸生产都 排出大量SO2。每生产1吨硫酸排放20kg SO2 ，烟道气 中SO2 的含量在5％左右。
按1998年的数据，工业排放SO2 达1593万吨， 生活中SO2排放量达497万吨。
二、气块的绝热过程和干绝热递减率
如果气块（空气微团）和周围环境间没有发生热量 交换，那么它的状态变化就可认为是绝热过程。由污染 源排放的污染气体就可视为一个气块。如果固定质量的 气块的绝热过程中不发生水相变化就称为干绝热过程， 其质量不变。当干气块在绝热上升时由于外界压力减小 而膨胀，就要抵抗外界压强而作功，这个功只能依靠消 耗本身内能来完成，因而气块温度降低，相反则升高。
一、辐射逆温层
在对流层中，气温一般随高度增加而降低， 但在一定条件下会出现反常现象，即所谓逆温 现象(temperature inversion)，以其稳定性 为特点。
大气层的组成与大气污染
大气层的组成与大气污染大气层是地球周围的一层气体包围层，它起着保护地球生命的重要作用。
大气层由不同的气体组成，其中包括氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳等。
同时，随着人类活动的加剧，大气污染也愈发严重。
本文将探讨大气层的组成和大气污染对环境的影响。
一、大气层的组成大气层主要由氮气（78%）、氧气（21%）和稀有气体（0.9%）组成。
氮气是大气层中最多的成分，它是一个非活性气体，对地球生态系统起着重要的平衡作用。
氧气则是支持生物呼吸和燃烧过程的关键元素。
稀有气体，如氦、氩和氖，虽然比较稀少，但它们对大气的物理性质有重要影响。
此外，大气层中还存在其他气体，如二氧化碳、水蒸气、甲烷等。
二氧化碳是温室气体的主要成分之一，它能够吸收地球表面的热辐射，起到保暖地球的作用。
然而，随着人类活动的增加，二氧化碳排放量也在增加，导致全球变暖和气候变化等问题。
二、大气污染的影响大气污染指的是大气层中大量加入了有害物质的现象。
它对环境和人类健康造成严重影响。
1. 大气污染对环境的影响大气污染会导致酸雨的形成。
当大气中含有二氧化硫和氮氧化物等污染物排放物排放物排放物与水蒸气结合时，就会形成酸性物质，降落到地面上形成酸雨。
酸雨对土壤和水域造成严重影响，破坏了生态平衡。
此外，大气污染还会导致光化学烟雾的形成。
在日照强烈的地区，大气中的氮氧化物与挥发性有机化合物相互作用，形成光化学烟雾。
光化学烟雾是一种有毒，有害的气体，对人类健康和植物生长产生不良影响。
2. 大气污染对人类健康的影响大气污染会导致空气质量下降。
当大气中污染物超过某一阈值时，空气质量就会下降，对人体健康产生直接威胁。
细颗粒物、臭氧、硫化物等污染物与空气中的氧气结合，形成了有害物质，进入人体呼吸系统后会引发呼吸道疾病和心血管疾病。
此外，大气污染还影响着人类的生活质量。
空气中的污染物会降低能见度，对城市景观照明、交通运输等产生不利影响。
同时，大气污染还影响农作物的生长和质量，对农业产生不良影响。
大气污染物组成
大气污染物组成
大气污染物是指大气中各种物质的总称，主要影响人类健康的有害物质和其他影响大气环境的物质。
它们从污染源中释放出来，可以直接接触大气：有的直接排放，进入大气的空气中；也有的是污染源释出的废气，经过污染物的传输，可以随着大气流动，最终落入大气。
大气污染物最主要包括氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、有机化合物、飞尘及其他物质。
氮氧化物主要来自燃烧高温形式，如氮氧化物及其衍生物，是汽车尾气中很多污染物之一。
一氧化碳是燃烧过程中释放的无机物质，也是现代社会中污染物之一。
硫氧化物是大气污染中最普遍的物质，主要来源是过热的煤炭、石油和汽油等燃料的燃烧，释放出的烟气中有大量的硫氧化物。
有机气体是一类污染物，是一类碳氢化合物，它们的组成主要是一系列的有毒有害的有机污染物，可以通过异丁烷、氨和乳化剂等污染物发生反应，有着较强的毒性，会对人类健康和生态环境造成很大危害。
飞尘是一类悬浮在大气中的物体，是由多种物质组成而成，其中一些来源于火势源，如农业活动期间释放的灰尘及工厂烟尘等；另外的来源是大气中其他形式的污染物，如各种气体、实体和液体污染物等，它们会对空气质量产生重要影响，会影响人们正常呼吸，从而影响人们健康。
大气污染物组成丰富多样，可以用途宽泛，其中一些大气污染物，如氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、有机化合物、飞尘等，是严重危害人类健康和环境的有害物质，需要我们采取有效的措施，减少大气污染物的排放，以保护好环境，建设清洁空气的社会。
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化学性质
不稳定性： H2S → H2 + S （加热）
酸性： H2S水溶液叫氢硫酸，是二元弱酸
还原性： S为-2价，具有较强的还原性，很容易
被SO2，Cl2，O2等氧化。
化学性质
可燃性：
2H2S +3O2 → 2H2O + 2SO2（O2过量）点燃 2H2S + O2 → 2H2O + 2S （O2不足）点燃
空气作用
④大气在以太阳为能源的庞大的蒸馏室中起 冷凝器的作用，形成降雨，从而把水从海 洋输送到陆地，为陆地生物提供了必要的 生活条件。
⑤大气还吸收来自外层空间的宇宙射线和来 自太阳的大部分电磁辐射，滤掉了紫外辐 射，使地球上的生物免受其伤害。
二、大气层结构
根据温度随海拔高度的变化分为对流层、 平流层、中间层、热层、散逸层。
H2S比空气重，能在较低处扩散到相当远的地 方，遇明火会引起回燃。
天然来源
许多天然来源都可以向环境中排放含硫化合物， 如火山喷射、海水浪花和生物活动等。
硫化氢自然存在于原油、天然气、火山气体和温 泉之中。原油中存在少量的硫化氢；但天然气可 以包含高达90%的硫化氢。它也可以在细菌分解 有机物的过程中产生。人体释放出的屁也含有及 小量（少于屁成分的1%）的硫化氢。
对流层内大气的重要热源是来自地面的长波辐射。 大气中绝大多数天气现象都发生在对流层中。 这一层内含有全部大气质量3/4的大气和几乎所有的
水汽，加之空气的运动会造成风、雨、雷电和冷暖转 变等复杂的天气现象，对天气分析和预报具有重要意 义。 从污染源排放出的污染物几乎都直接进入对流层，因 而这些污染物的迁移转化过程也主要发生在这一层内。
沉淀反应： 实验室中用于去除硫化氢气体的反应
CuSO4 + H2S → CuS↓+ H2SO4 氧化性：
CuSO4
2Na + H2S → Na2S + H2↑
危险性
与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高 热能引起燃烧爆炸，爆炸极限为4.3~45.5%。 与浓硫酸、发烟硫酸或其它强氧化剂剧烈反应， 发生爆炸。
一、大气的主要成分
大气主要由氮、氧和几种惰性气体组成，它们约 占大气总量的99.9%以上。除气体外，大气中还 悬浮着大量固体和液体颗粒。
按照停留时间的长短，大气组分可分为三类： 准永久气体：N2、He、 Ne、 Ar、Kr、Xe； 可变组分：CO2、CH4、H2、N2O、O3、O2 强可变组分：H2O、CO、NO、NH3、SO2、H2S、 碳氢化合物(HC)、颗粒物
温度随高度的增加而迅速上升。 该层内空气极稀薄，在太阳紫外线和宇宙射线的
辐射下，空气处于高度电离状态，因而热层也可 称为电离层。 可以反射无线电波，因此它又被人类利用进行远 距离无线电通信。
三、大气中主要污染物
含硫化合物 含氮化合物 含碳化合物 含卤化合物
含硫污染物
大气中的含硫化合物主要包括：COS、CS2、 (CH3)2S、H2S、SO2、SO3、H2SO4、 MSO4、MSO3等。
中间层（mesosphere）
高度：50～80km 温度： -2~-92 ℃。气温随高度的增加而降
低。顶部可达-92℃左右。垂直温度分布特 征与对流层相似。 由于层内热源仅靠其下部的平流层提供， 因而下热上冷，故空气垂直运动相当强烈。
热层（thermsphere）
高度： 80-500km。 温度： -92~1200 ℃。
可变组分和强可变组分
可变组分和强可变组分在大气中停留时间短，有 可能参与平流层或对流层中的化学变化，它们在 大气中的时空分布受地域的影响，在不同地区或 高度，其分布往往有很大的不同。
如冶炼厂、电厂所在地上空的大气中含烟尘、 SO2、NOX等强可变组分较多 ；
在化工区周围的大气中含有较多的无机或有机物 质；
加气温保持不变或稍有上升。从35km开始，气温随 高度增加而升高。到平流层顶时，温度可接近0℃。 平流层内水汽和尘埃都很少，几乎没有云、雨等天气 现象出现。大气透明度也很好，现代超高速飞机多在 平流层底部飞行，既平稳又安全。然而飞机排放出来 的废物可破坏臭氧层，因而成了人们关注的全球性的 问题。
当这些物质在大气中达到一定浓度时，就有可能 产生局部的大气污染。
大气各成分及其作用
大气组成
主要 干 成分 洁 空 次要 气 成分
水
固体杂质
主要成分 N2 生物体的基本成分 O2 维持生物活动的必要物质 CO2 植物光合作用的原料；对地面保温 O3 吸收紫外线，使地球上的生物免遭
过量紫外线的伤害 成云致雨的必要条件；对地面保温
对流层顶层
在对流层顶部有一层叫做对流层顶层的气 体。这一层气体温度ห้องสมุดไป่ตู้别低，水分子到达 这一层后会迅速转化为冰，从而阻止了水 分子进入平流层。
H2O → H• + HO•（hv）
平流层（stratosphere）
高度：17～50km。 温度： -56~-2 ℃。在35km以下的低层，随高度的增
大气层次 对流层
海拔高度/Km 0~(10~16)
温度/℃ 15~-56
平流层 中间层 热层
(10~16)~50 50~80 80~800
-56~-2 -2~-92 -92~1200
对流层(troposphere)
对流层是大气的底层，其平均厚度为12km。 温度：15~-56 ℃。海拔升高100m，温度降低0.6 ℃。
成云致雨的必要条件（凝结核）
空气作用
没有空气就没有生命 ①空气是生命的支柱，它为人类及动物提供呼吸所
需的要空的气O。2。一般成年人每天吸入大约13kg(10m3)
②提为供植人物类的和光动合物作的用食提物供。CO2，合成碳水化合物，
③大气中的氮通过不同形式的固氮作用以及一系列 复杂的生物化学反应，转变为生命不可缺少的氨 基酸。
硫化氢
硫化氢是一种无机化合物，化学式为H2S。 正常情况下是一种无色、易燃的酸性气体， 浓度低时带恶臭，气味如臭蛋；浓度高时 反而没有气味（因为高浓度的硫化氢可以 麻痹嗅觉神经）。
硫化氢是一种剧毒物质，吸入少量高浓度 硫化氢可于短时间内致命。低浓度的硫化 氢对眼、呼吸系统及中枢神经都有影响。