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1、化学与现代文明 第三章 水与生活,水人类生活不可缺少的物质 没有水，就没有人类,3.1水的结构及物理化学特性,水约占人体（及各种生物体）体重的2/3 人类维持生活，每天需25升水 卫生用水：4050升 工业生产、农业灌溉均需大量的水 水在人类生活中占有如此重要的地位，与其结构和物理化学性质有关,1.水分子的结构、缔合和氢键,化学式：H2O 结构：V型,极性分子 ：使绝大多数物质易溶于水 优良溶剂 同时： 极易被污染,1.水分子的结构、缔合和氢键,缔合作用力氢键：,nH2O,（H2O）n,Q0 放热,温度升高，平衡向左移动,273.15K时，全部水分子缔合在一起冰,1.水分子的结构、缔合和氢键,
2、nH2O,（H2O）n,Q0 放热,由于破坏缔合需要消耗较高的能量， 故冰的熔化热大下雪不冷化雪寒 水的蒸发热大江河湖海边凉快 使水成为优良的冷却剂,2.水的渗透性和溶液的渗透压,检查容器是否泄漏，通常用水做实验，因为水具有渗透性 （1）溶液的渗透压,H2O,NaCL,h,渗透压,当p时，盐水中的水向左逆渗透,（2）渗透压的应用,例1.静脉滴注液的配制 人体输液时，通常用0.9的氯化钠水溶液或5的葡萄糖溶液溶解药物，作为静脉滴注液。这是为什么？能否直接用蒸馏水溶解药物配置滴注液？ 人体血液的渗透压760kPa（7.5atm），雪红细胞膜为半透膜。 0.9的氯化钠水溶液或5的葡萄糖溶液与人体血液
3、的渗透压相当，称为等渗液 蒸馏水溶解药物的滴注液，其渗透压远小于血液的渗透压，水向细胞中渗透撑破细胞膜。,（2）渗透压的应用,例2.高大植物的生长 高大树木靠叶片的光合作用生长： CO2H2O= CxHyO2 而光合作用所需要的水主要来自地下，高大树木依靠什么动力将水从根部送到几十米高的顶部？ 植物的细胞膜是半透膜； 高大植物的细胞质的渗透压可达到2000kPa（可使水向上渗透200m！）,（2）渗透压的应用,例3.逆渗透技术 a.海水的淡化 b.工业废水的处理,当p时，盐水中的水向左逆渗透,3.2 酸雨的形成、危害与防治,现代文明给人类带来进步,人类成了自然的主人；但享福过了头,自然又反过来
4、惩罚人类,人类遇到了许多前所未见的麻烦 酸雨,人称“来自天堂的眼泪”、“空中死神”，是目前人类遇到的全球性区域灾难之一。,目前, 全球有三大块酸雨地区： 西欧 北美 东南亚（包括中国）,1. 酸雨的发现,1872年英国科学家史密斯分析了伦顿市雨水成份： 农村雨水中含碳酸铵，酸性不大； 郊区雨水含硫酸铵，略呈酸性； 市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性。,于是史密斯首先在他的著作空气和降雨：化学气候学的开端中提出“酸雨”这一专有名词。,2.酸雨的形成,（1） 溶液酸碱性的概念 溶液的pH值 pHlgH,中性水： H OH107 pH7 酸碱性： pH7 碱性 pH7 酸性 pH值范围：114 关
5、系： H 每增加10倍，pH减小1 测量： pH试纸、pH计（酸度计）,物质酸碱 性的概念,（2）酸雨的概念,酸雨：pH5.65的酸性降水 包括：酸雨、酸雪、酸雾、酸雹 为什么不定义 pH 7 ？ 大气雨水pH的本底值： 大气中存在CO2，为弱酸性物质: CO2H2O H2CO3（弱酸） CO2的正常值（本底值）为：350ml/m3 使降水的pH5.65 当大气污染时，酸性气体增加，使降水的pH下降，形成酸雨。,（3）酸雨的形成,酸雨：pH5.65的酸性降水 造成大气污染的酸性气体： SOx：化石燃料（煤、石油、天然气）中含硫（S）， 尤其是煤中含S高。 工业生产、人们生活时燃烧化石燃料产生,
6、硫酸型酸雨,（3）酸雨的形成,造成大气污染的酸性气体： NOx：机动车尾气、工业排放,硝酸型酸雨,3 酸雨污染的特点,（1）“干沉降”与“湿沉降” 不下雨时，大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面叫干沉降； 下雨时，高空雨滴吸收包含酸性物质继而降下时再冲刷酸性物质降到地面叫湿沉降。 （2）可降在本国、本地区，也可随风漂至他国、它地区降落，具有分布广、危害范围大的特点 （3）酸性物质的干湿沉降酸雨危害环境。包括 森林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少，农田土壤酸化、贫脊，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜果大面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。,3 酸雨污染的特点,欧洲大面积
7、酸雨 60年代，欧洲建立了欧洲大气化学监测网，继而发现pH值低于4.0 的酸雨地区，集中于地势较低地区，如荷兰，丹麦，比利时等。,瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水，湖水，土壤的化学变化，证实欧洲大陆存在大面积酸雨，是洲级区域环境问题。,跨国界的大气污染,1972年，瑞典政府给联合国人类环境会议提出报告穿过国界的大气污染：大气和降水中硫的影响,引起各国政府关注， 1973至1975年欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究，证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。 1974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域，几乎北美有三分之二陆地面积受到酸雨威胁，甚至在美国夏威夷群岛的
8、迎风一侧，也出现酸雨。 再后，东南亚日本、韩国等亦发现大面积酸雨。 有位科学家到杳无人烟，且长年冰封雪盖的格陵兰岛，给冰层打钻，取出180年前的冰块，与现在的酸度相比，酸度增长了99倍。 至此世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一,4 酸雨的危害,（1）酸化江河湖泊，污染水体，导致鱼虾死亡 途径： 干湿酸沉降可直接降入湖水内； 也可降入河内再流入湖内； 也可落到植被上，雨水冲刷形成径流，注入河湖； 也可渗入土壤，进入地下水，流入湖内； 最终导致湖泊酸化。 结果：污染水体， 导致鱼虾死亡,（1）酸化湖泊,美国大湖为什么变酸了? 本世纪50年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土壤酸
9、化，即酸雨可形成灾难，但是此成果未能为世人重视。,北欧国家为什么渔业减产? 50年代初，北欧国家瑞典和挪威渔业减产，原因不明；1959年挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大陆工业排放大量酸性气体，随高空气流飘到北欧，被雨雪冲刷，所形成酸雨使湖泊酸化，导致渔业减产。,（2）酸化土壤，危害农作物,酸雨可导致土壤酸化。 可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡。,酸雨尚能加速土壤矿物质营养元素的流失；改变土壤结构，导致土壤贫脊化，影响植物正常发育； 酸雨侵蚀植物的茎叶及根部，诱发植物病虫害，使作物减产。,（3）酸雨使森
10、林衰退,酸雨可造成叶面损伤和坏死，早落叶，林木生长不良，以致单株死亡。土壤肥力降低，产量下降，造成大面积森林衰退。,酸雨使竹林泛黄，竹叶稀稀落落。大熊猫在肌饿中 以竹叶为食物的大熊猫会因此忍肌挨饿。如果不保护好熊猫所赖以生存的生态环境，国宝大雄猫将在我们这一代濒临灭绝。,（4）酸雨毁坏建筑物及建筑材料,酸雨能使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而损坏建筑物。,重庆市1956年建成的重庆体育馆水泥栏杆, 由于酸雨腐蚀, 石子外露, 深达1 厘米之多, 按时间估计, 平均每年浸蚀0.4 毫米, 十分惊人。这种水泥栏柱石子外露现象, 在路旁电线杆
11、上也每每发生。,重庆被酸雨侵蚀电线杆,（4）酸雨毁坏建筑物及建筑材料,雾都建筑的 “黑壳“ 效应 建筑材料变脏, 变黑, 影响城市市容质量和城市景观, 被人们称之为 “黑壳” 效应。 我国雾都重庆 “黑壳“ 效应相当明显。天然大理石, 俗称汉白玉, 三年之后, 经酸雨淋洗, 完全变色; 失去光泽的时间为 3至 8年。,（4）酸雨毁坏建筑物及建筑材料,酸雨能使文物面目皆非。碑林文字模糊；著名的杭州灵隐寺的“摩崖石刻”近年经酸雨侵蚀，佛像眼睛、鼻子、耳朵等剥蚀严重，面目皆非，修补后，古迹不“古”。碑林、石刻大都由石灰岩雕成，遇到酸雨立即起化学反应，酸碱中和，即被腐蚀。,（4）酸雨毁坏建筑物及建筑材
12、料,酸雨与桥梁 酸雨能加速金属腐蚀，腐蚀速率：碳钢大于镀锌铁板，紫铜较低，出现空洞和裂缝，强度降低，桥梁损坏。金属涂上涂料会减缓腐蚀。 在酸雨现象严重的重庆城区, 敞开暴露的碳钢腐蚀率大于一般大气暴露情况的4.7 至16倍; 腐蚀速度达到171.3 微米/ 年。重庆市路灯金属器具使用寿命较其它酸雨较轻城市要低一倍。,（5）酸雨对人体健康的影响,人体耐酸能力高于耐碱能力，如经常用弱碱性洗衣粉洗衣服,不带手套，手就会变得粗糙，皮革工人，经常接触碱液，也有类似情况；但皮肤角质层遇酸就好一些。 可是，眼角膜和呼吸道粘膜对酸类却十分敏感，酸雨或酸雾对这些器官有明显刺激作用，导致红眼病和支气管炎,咳嗽不止
13、,尚可诱发肺病,这是酸雨对人体健康的直接影响。 另一方面，农田土壤酸化，使本来固定在土壤矿化物中的有害重金属,如汞、镉、铅等,再溶出,继而为粮食，蔬菜吸收和富集,人类摄取后,中毒,得病。这是酸雨对人体健康的间接影响。,5 我国酸雨污染现状,（1）酸雨污染分布 从2001年起，我国SO2排放为世界第一，酸雨污染跃升为世界第三大区域 主要分布地区：长江以南（主） 四川盆地 青藏高原以东 96年84个城市监测数据,5 我国酸雨污染现状,（2）我国酸雨污染特点 明显的地域性，南方多于北方 燃煤大国，属于硫酸型酸雨 城市机动车增长，硝酸成分逐年增加,5 我国酸雨污染现状,（3）具体影响 在中国南方酸雨地
14、区有近一半湖泊，受到不同程度的酸化污染。 重庆南山发现一个水塘, 其水体pH值为4.7 。 我国南方七省大豆因酸雨受灾面积达2380万亩，减产达20万吨，减产幅度约6%，每年经济损失1400万元,5 我国酸雨污染现状,（3）具体影响 在重庆, 1982年6 月18日下了一场pH值为3.9 的强酸雨, 某乡上万亩水稻叶片迅速变成赤色, 一场灾害产量损失80万斤。 我国重酸雨地区四川盆地受酸雨危害的森林面积达28万公顷，占林地总面积的三分之一， 死亡面积1.5万公顷，占林地面积6%。 同样受酸雨侵袭的贵州省，受危害的森林面积达14万公顷，为四川盆地的二分之一,5 我国酸雨污染现状,（3）具体影响
15、我国马尾松和华山松对酸雨十分敏感，重庆南山风景区约三万亩马尾松发育不良，虫害频繁；80年代约有一万公顷马尾松枯死，几经防治，毫无效果。 四川万县有华山松97万亩，其中60万亩受到不同程度伤害；而奉节县有九万亩华山松，90% 枯死。 四川名胜峨眉山，风景旖丽，全靠山深林秀。但近十年来，冷杉林成片死亡；七里坡接引殿一带，有4%的树木枯死；金顶附近600余亩树林，几乎全部死绝，光秃秃，景观全非。猴子也跑到其它山沟里去了。,6 酸雨污染的防治,核心：控制SO2、NOx的排放量 具体措施： （1）调整能源结构，开发无污染能源 （2）脱硫（S）： 燃料脱硫 烟气脱硫：SO2Ca(OH)2CaSO4H2O
16、煤中加固硫剂 （3）机动车发动机、密封技术更新，机动车、工业尾气净化等，减少NOx的排放 （4）对已酸化的湖泊，碱中和法处理 , 3.3水的污染及其处理,1.水污染及其危害 （1）水污染的原因 水体污染主要是人为污染： 生活污水 工业废水 农业排水 矿山排水 雨淋废渣和垃圾 1999年，生活污水首次超过工业污水,1.水污染及其危害,（2）我国水污染现状 1996年环境公报： 全国532条河流，436条不同程度污染，占82 流经42个大城市的44条河流，95被污染 78的城市河段不宜作饮用水 50的城市地下水受污染 全国2222个监测站监测结果： 我国七大水系污染次序： 辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江、长江 大型淡水湖泊污染次序： 巢湖、滇池、太湖、洪泽湖、洞庭湖,（2）我国水污染现状,1999年环境公报： 工业和城市生 活废水排放总量为401亿吨（比上 年增加6亿吨），废水中化学需氧量（COD）为
