书城教材教辅新课改·高一化学备课素材
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第45章 氧族元素环境保护(7)

长期以来,人们一直认为二氧化硫对人体是无害的,但专家在1981年发现亚硫酸盐可以诱使一部分哮喘病人哮喘复发后,人们重新审视二氧化硫的安全性。经长期毒理性研究,人们认为:亚硫酸盐制剂在当前的使用剂量下对多数人是无明显危害的。还有两点应该说明的是:食物中的亚硫酸盐必须达到一定剂量,才会引起过敏,即使是很敏感的亚硫酸盐过敏者,也不是对所有用亚硫酸盐处理过的食品均过敏,从这一点讲,二氧化硫是一种较为安全的防腐剂。

专家们认为,尽管在食品中使用现在规定剂量的二氧化硫对多数消费者无害,但还是应该制定一套亚硫酸盐在食品中应用的办法,以保护那些对亚硫酸盐过敏的人。这种限制性办法的实施,目前是以确定二氧化硫的残留量为依据,比如对蘑菇护色和防腐以及葡萄的保鲜贮藏都用二氧化硫,从报告来看,残余量都很低,是否能对人产生危害,需要进一步确定。

人为什么不能呼吸纯氧

婴儿总是头部先露出娘胎,为的是尽早吸入一口人间的新鲜空气而不至于窒息,死者则是随着呼出最后尚存的一息游气而告谢世,这一切均和氧的功能有关。

可是人却不能长时间呼吸纯氧,你知道这是为什么吗?

人体各组织均不能承受过多的氧,这是因为氧本身不靠酶催化就能与不饱和脂肪酸反应,并能破坏贮存这些酸的磷脂,而磷脂又是构成细胞生物膜的主要成分,从而最终造成细胞死亡,这个过程叫做脂质过氧化。此外,氧对细胞的破坏还在于它可产生自由基,诱发癌症。实验证明,毁灭细胞培养物的办法就是将它置于过饱和氧的环境中。

从地球的历史角度看,人适应现在的大气成分是生物长期进化的结果。地球上的大气成分经历了很多变化阶段,现在是第三代,迄今已有3亿年,远久于人类史(200万年)。第一代大气为46亿年前,相当于原始大气,即地球刚形成时的还原气,氢和氦共占90%;第二代大气约在20亿年前,以火山气为主,其中水气占80%;第三代大气,叶绿素形成以后变为含氧空气,当氧达1%时,生物开始繁殖,曾经历过含氧60%的超氧阶段,由于恐龙繁殖,毁坏了大量植物,造成氧量下降变成现在的富氧阶段。其中氮作为惰性稀释剂,调节氧在血液中的溶解度,并和二氧化碳一起,控制着氧参与的全部生化反应的速率。这就是大气中各成分含量稳定的巨大意义。

为什么要禁止燃放烟花爆竹

近几年来,我国许多大、中城市相继做出禁止燃放烟花爆竹的决定。这是为什么呢?

我国人民燃放烟花爆竹已有二千多年历史。每逢喜庆日子,人们为了增加节日的欢乐气氛,燃放烟花爆竹。爆竹的主要成分是黑火药,含有硫磺、木炭粉、硝酸钾,有的还含有氯酸钾。制作闪光雷、电光炮、烟花炮、彩色焰火时,还要加入镁粉、铁粉、铝粉、锑粉及无机盐。加入锶盐火焰呈红色、钡盐火焰呈绿色、钠盐火焰呈黄色。当烟花爆竹点燃后,木炭粉、硫磺粉、金属粉末等在氧化剂的作用下,迅速燃烧,产生二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等气体及金属氧化物的粉尘,同时产生大量光和热、而引起鞭炮爆炸。纸屑、烟尘及有害气体伴随着响声及火光,四处飞扬,使燃放现场硝烟弥漫,硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等严重污染空气。这些气体对人的呼吸道及眼睛都有刺激作用。

燃放鞭炮不仅污染空气,飞扬的纸屑、烟尘落在地面上,还会影响清洁卫生。同时爆炸声如雷贯耳,据测定单个闪光雷爆炸时,其噪声至少在130分贝(dbA)以上,成为噪声公害。此外,每逢春节,由于燃放鞭炮而引起火灾,炸伤手臂、面部或眼睛的事故屡见不鲜。因此,禁止燃放烟花爆竹,对于保护环境,维护人民的正常生活秩序,都是十分有利的。

神秘的水妖湖

前苏联卡顿山区曾经发现过一个神奇的湖泊。那湖水明亮如镜,四周风光秀丽,湖面还会不断冒出微蓝色的蒸气,如临仙境一般。可当地人发现,怎么只见有人去,不见有人归!于是人们传说,湖中有妖怪专门杀害游人。其中到底是怎么回事呢?

隔了数年以后,卡顿山区来了一位画家,听人说起水妖湖的故事,他怀着好奇心想,何不去冒险一游,兴许能创作出一幅好画来呢!

数天后,他一大早就出发,到了目的地,登高远望,啊,银白色的满面春景映在红色岩石之中,尽管满山寸草不长,但却风景奇丽。

画家兴奋极了,立即拿出画板进行绘画。画家全神贯注地一连画了几个小时,初稿刚画好,他突然感到一阵恶心、头晕、呼吸急促,立即意识到可能要发生意外,于是他匆匆拿好了画稿,飞也似的离开了那里。回家后,他生了一场大病,差一点丢掉了性命。以后他常常会回忆起那段可怕的经历,可始终不明白那要致人于死地的湖的奥秘。

有一天,他家来了一位地质学家,在交谈中,他讲起了当年去水妖湖的经历,还拿出画请地质学家欣赏。地质学家看到画面上有一个小湖,周围山上尽是红色的岩石,湖面在阳光下升起微蓝色的蒸气。他好奇地问画家:“这是写生画,还是想像画?”画家说完全是根据当时情景画出来的。地质学家若在所思,但一时也无法揭开这个谜。

后来,这位地质学家在用显微镜观察硫化汞矿石时,突然联想到画家的那幅画,他猜想那画中的红石头会不会是硫化汞矿石?银白色的湖水会不会就是硫化汞分解出来的金属汞(水银)呢?蓝色的微光会不会就是汞蒸气的光芒?

为了证明自己的想法,地质学家便带着他的助手和防毒面具对“水妖湖”进行了实地勘查。经过采样分析,他终于揭开了“水妖湖”的奥秘。

原来,在卡顿深山里有一个巨大的硫化汞矿,天长日久,硫化汞已分解成几千吨的金属汞并汇集成所谓的“水妖湖”,游人在湖上莫名其妙地死去,并非是水妖在作怪,而是被水银湖上散发的高浓度的水银蒸气所毒死的。

液氧炸药的发明和使用

液氧炸药就是液态氧化剂混合炸药。将装有碳粉、木屑等可燃剂的药包或药筒,浸入到液态氧中制得的混合炸药。1895年由德国人林德发明。

由于液态氧在常温下挥发很快,这种炸药的寿命很短,一般为15~20分钟。因此,必须在使用前临时浸制。二次大战前,由于硝酸盐短缺,这种炸药曾被广泛使用。后来有了合成氨,硝酸盐可以廉价大量供应了,使用液氧炸药就不多了,到了20世纪60年代末已基本上停止使用。

氢氧燃料电池的制作

燃料电池是类新型化学电池。氢气、氧气、甲烷等都可以成为它的原料。它具有能量转化率高、无污染、节约金属资源等优点,具有巨大的应用价值。但是,由于这类电池必须用特殊的催化剂,而该类催化剂现在制造困难,价格昂贵,所以,这类电池还不能普及,仅能应用于人造卫星、太空站等高科技领域。我们运用已学过的原电池、电解池知识,在学校科技活动中,制作了可用于演示的所氢氧燃料电池,效果很好。现介绍如下:

一、用具

U形管,石墨碳棒,分液漏斗,酒精喷灯,低压直流电源,30%的氢氧化钾溶液(或30%的稀硫酸),橡皮塞(双孔),导线等。

二、制作原理

用多孔碳棒作燃料电池的正、负极,30%的氢氧化钾溶液作电解质溶液。负极吸附氢气,正极吸附氧气。氢氧燃料电池工作时,负极上的氢放出电子,发生氧化反应,正极上的氧得到电子,发生还原反应。

负极2H2+4OH--4e4H2O

正极O2+2H2O+4e4OH-

总反应2H2+O22H2O

三、制作过程

1.多孔碳棒的加工。

将石墨碳棒放到酒精喷灯上加热除去其中的胶质,并淬火3~4次,即形成多孔碳棒,也就是多孔碳电极。

2.把多孔碳电极、U形管、分液漏斗、橡皮塞组装;再通过分液漏斗向U形管中注满氢氧化钾溶液,密闭。

3.氢气、氧气的制备。

调节低压电源的电压到6伏,并把其正、负极分别与装置中的两个碳电极相连接;接通电源,电解氢氧化钾溶液制取氢气、氧气,且制得的氢气与氧气的体积比为2∶1。去掉电源,装置就成为一只氢氧燃料电池。

臭氧层空洞问题

臭氧层破坏是当前全球面临的环境问题之一。自20世纪70年代以来就开始受到世界各国的关注。

臭氧(O3)是一种天蓝色、有臭味的气体。在大气圈的平流层中,有一个臭氧含量较高的臭氧层,它好像一个巨大的过滤网,可以吸收和滤掉太阳光中有害的紫外线,有效地保护地球生物的生存。

1985年,英国科学家首次发现,南极上空在9月至10月平均臭氧含量减少50%左右,并周期性出现。北极臭氧层耗损也很明显。

臭氧层耗损对人类健康及其生存环境的主要危害是:大量的紫外线直接辐射到地面,导致人类皮肤癌、白内障发病率增高,并抑制人体免疫系统功能;农作物受害减产,影响粮食生产和食品供应;破坏海洋生态系统的食物链,导致生态平衡破坏。

因此,1994年12月联合国大会通过了第49/114号决议,确定从1995年起,每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”。这一日子的确定,进一步表明了国际社会对臭氧层耗损问题的关注和保护臭氧层的共识。

臭氧层对人类具有如此重要的作用,那么破坏臭氧层的物质是什么呢?科学家认为,臭氧减少是由于人类活动向大气中排入氯氟烃(氟利昂)和含溴卤化烷烃(哈龙)等气体引起的。

氟利昂在自然界不会自己产生,而是人类在工业生产过程中制造、扩散出来的。它用于制冷装置的冷冻剂、气溶胶、有机溶剂和泡沫发泡。哈龙用于作灭火剂。目前,我国及世界各国正采取措施,逐步淘汰氟利昂和哈龙等对臭氧层有害的物质。

一位美国环境科学家曾预测:人类如果不采取措施,到2075年,全世界将有1.5亿人患皮肤癌,其中有300多万人死亡;将有1800多万人患白内障;农作物将减产7.5%;水产品将减产25%;材料损失将达47亿美元,光化学烟雾的发生率将增加30%。

由此而知,保护臭氧层的工作迫在眉睫。在认识到高空中的臭氧层是地球的“保护伞”的同时,还应了解近地低空气中的臭氧却是一种污染物。低层臭氧含量的增加可以引起光化学烟雾,危害森林、作物、建筑物等,臭氧还会直接引起人的机体失调和中毒。某些电器例如复印机,在使用过程中也会产生臭氧。因此,在使用这些电器时,应注意通风,保持空气流畅。

硫酸生产中的“三废”处理

硫酸厂的尾气必须进行处理,因为烟道气里含有大量的二氧化硫气体,如果不加利用而排空会严重污染空气。

(1)尾气吸收

①用氨水吸收,再用H2SO4处理:

SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3

(NH4)2SO3+H2SO4(NH4)2SO4+SO2↑+H2O

②用Na2SO3溶液吸收:

Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3

③用NaOH溶液吸收,再用熟石灰和O2处理(此方法反应复杂,还可能发生其他反应):

SO2+NaOH=NaHSO3

NaOH+NaHSO3Na2SO3+H2O

Na2SO3+Ca(OH)2CaSO3↓+2NaOH

2CaSO3+O22CaSO4

(2)污水处理

硫酸厂废水中含硫酸,排放入江河会造成水体污染。通常用消石灰处理:

Ca(OH)2+H2SO4CaSO4+2H2O。

生成的硫酸钙可制建材用的石膏板。

(3)废热利用

硫酸工业三个生产阶段的反应都是放热反应,应当充分利用放出的热量,减少能耗。

第一阶段黄铁矿燃烧放出大量的热,通常在沸腾炉处设废热锅炉,产生的过热蒸汽可用于发电,产生的电能再供应硫酸生产使用(如矿石粉碎、运输,气流、液流等动力用电)。

第二阶段二氧化硫氧化放热可用于预热原料气,生产设备叫热交换器,原料气又将三氧化硫降温,再送入吸收塔。

(4)废渣的利用

黄铁矿的矿渣的主要成分是Fe2O3和SiO2,可作为制造水泥的原料或用于制砖。含铁量高的矿渣可以炼铁。

工业上在治理“三废”的过程中,遵循变“废”为宝的原则,充分利用资源,以达到保护环境的目的。