НРК химия 9 класс

Урок №33

Оксиды серы (IV) и (VI). Сероводородная и сернистая кислоты.

НРК к уроку. Оксид серы (IV) – побочный продукт металлургии, значение (кислотные дожди).

В атмосфере Челябинска и Челябинской области в значи­тельных количествах содержатся соединения серы — SO₂, H₂S, сульфатные частицы. Сера попадает в атмосферный воздух в результате естественных процессов, а также антро­погенной деятельности.

Естественные источники соединений серы:

• вулканическая деятельность;

• жизнедеятельность анаэробных бактерий; ^J

• диметилсульфит — серосодержащее вещество, выделя­
ющееся с поверхности вод Мирового океана.

Антропогенные источники:

• сжигание ископаемого (уголь, мазут). Содержание се­
ры в них колеблется от 0,5 до 6%;

• производство цемента;

• химическая и нефтеперерабатывающая промышлен­
ность;

• металлургическая промышленность.
Естественная фоновая концентрация SO₂ в атмосфере

достаточно стабильна, включена в биогеохимический круго­ворот и для экологически благополучных территорий равна 0,39 мкг/м³(Арктика), в средних широтах — 1,28 мкг/м³. Эти концентрации значительно ниже принятого в мировой практике значения ПДКпо S0₂, равного 15 мкг/м³.

При сжигании каждого миллиона тонн угля выделяется около 25 тыс. т серы, главным образом в виде диоксида (до триоксида окисляется менее 3% серы). Необходимо учиты­вать, что в 4—5 раз меньше окисленной серы дает сжигание мазута.

6.5. Продукты сжигания ископаемого топлива. Оксиды серы 167

За год в атмосферу выбрасывается более 150 млн т диок­сида серы, из них 90% выбросов за счет ТЭС и котельных.

Диоксид серы — политропный яд. Резорбируется непо­средственно в верхних дыхательных путях. При интенсив­ном дыхании, например при занятии спортом, значитель­ная часть соединения серы достигает альвеол. Диоксид се­ры раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, уси­ливает слезоотделение. Инкорпорированный SO₂может за­держиваться в организме до одних суток вследствие связы­вания с белками. Основа его воздействия на организм - об­ратимое торможение парасимпатической нервной системы, контролирующей тонус гладкой мускулатуры дыхательных путей. Поэтому результатом его воздействия будет бронхо-спазм, обострение хронических заболеваний верхних дыха­тельных путей.

Даже незначительное воздействие SO₂ (свыше 0,25 ррт) ведет у астматических больных к возникновению повышенной чувствительности верхних дыхательных путей.

Помимо этого, установлено, что воздействие SO₂ может вести к возникновению у людей рака легких.

По данным ВОЗ увеличение среднесуточной концентра­ции диоксида серы на 10 мкг/м³ приводит к росту общей смертности на 0,6%, смертности от заболеваний органов ды­хания на 1,2%, смертности от сердечно-сосудистых заболева­ний на 0,6%. Прослеживается увеличение госпитализации и/или обращаемости за скорой медицинской помощью по поводу респираторных заболеваний людей в возрасте 65 лет и более на 0,5% на каждые дополнительные 10 мкг/м³.

Более того, попавший в атмосферу диоксид серы претер­певает ряд химических превращений, ведущих к образова­нию кислот (рис. 8.21). Частично это соединение в резуль­тате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SO₃:

2 SO₂ + 0₂ - 2 SO₃,

который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты:

S0₃ + Н₂О - H₂SO₄.

. ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРЫ

Рис. 8.21. Последовательность событий при формировании кислотныху осадков

Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влаж­ном воздухе образует кислотный полигидрат SO₂ -лН₂О, ко­торый часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой H₂SO₃:

SO₂ + Н₂0 -» H₂SO₃.

Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окис­ляется до серной:

2 H₂SO₃ + О₂ -» 2 H₂SO₄.

Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конден­сации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег).

Помимо этого, при сжигании топлива образуются твер­дые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, которые осажда­ются на почву и растения, делая кислотными росы. Показа­но, что за последние полвека кислотность дождевой воды увеличилась в 40 и более раз.

. Продукты сжигания ископаемого топлива. Оксиды серы 169

В последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах

Под влиянием кислотных осадков погибают леса, разру­шаются памятники культуры, архитектуры. Известняк, мел, мрамор, туф, т.е. материалы, содержащие карбонат кальция, разрушаются под действием кислотных дождей:

СаС0₃ + H₂S0₄ - Са2⁺ + SO₄2-+ CO₂ + Н₂О; СаС0₃ + 2 HN0₃ - Са?⁺ + 2 NO_r + СО₂ + Н₂О.

Многие скульптуры и здания Под угрозой полного исчезновенияИз бетона и других минеральных строительных материа­лов, а также стекла под действием кислотных дождей выще­лачиваются не только карбонаты, но и силикаты. Если рН осадков достигает значений, равных 4,5—3, то ионы алюми­ния начинают вымываться из кристаллической решетки. С уменьшением рН интенсивно протекает разрушение си­ликатной кристаллической структуры, как, например, в по­левом шпате (сырье для производства керамики, стекла, це­мента):

3 KAlSi₃O₈ + 12 Н₂О + 2 Н⁺ - KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + 6 H₄SiO₄ +

+ 2 Г;

2 KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + 18 Н₂0 + 2 Н⁺ - 3 А1₂0₃(Н₂О)₃ + + 6 H₄Si0₄ + 2 К⁺.

Подобным образом кислотные дожди разрушают древ­ние оконные стекла церквей, соборов и дворцов. Старинное стекло из-за повышенного содержания оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов более подвержено действию кислот, чем современное.

170_________ ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРЫ_________________

Металлы под действием кислотных дождей, туманов и рос разрушаются еще быстрее, чем строительные материа­лы и стекло. Корка образующегося на поверхности желез­ных изделий гигроскопичного сульфата железа (II) окисля­ется кислородом воздуха, при этом образуется основная соль сульфата железа (III), являющаяся составной частью ржавчины:

2 FeS0₄ + Н₂0 + ^0₂ - 2 Fe(OH)S0₄.

Помимо этого, кислотные осадки разрушают корневую систему растений, нарушают всасывание ими воды и пита­тельных веществ, снижают запасы рыбных ресурсов.

На живые организмы кислотные осадки могут оказывать прямое или косвенное действие.

На растительность прямое действие оказывается в виде:

• генетических и видовых изменений;

• подавления фотосинтеза.

Косвенное действие на живые организмы может осуществ^ ляться через:

• изменение рН водоемов, ведущее к нарушению эколо­
гического равновесия в них, а затем и к гибели гидробионтов;

• нарушение кислотности почвы, которое ведет к сниже­
нию всасывания растениями ионов Са, Mg, К, • изменение состава микроорганизмов почвы, сопровож­
• повышение растворимости в кислой почве тяжелых ме­
таллов (Cd, Al, Cu, Hg, Pb, Mn), которые поглощаются рас­
тениями, а затем по пищевым цепочкам поступают в орга­
низм человека.

Необходимо несколько более подробно остановиться на алюминии. Этот металл в естественных условиях практиче­ски не растворим и поэтому безвреден, но под влиянием кислотных осадков, в кислой среде, переходит в раствор.

При повышении кислотности воды (критическим поро­гом выживания водной биоты является, например, для мол-

6.5. Продукты сжигания ископаемого топлива. Оксиды серы 171

люсков рН 6, для окуней — рН 4,5) в ней быстро нарастает содержание алюминия за счет взаимодействия гидроксида алюминия придонных пород с кислотой:

А1(ОН)₃ + 3 Н⁺ - АР⁺ + 3 Н₂О.

Даже небольшая концентрация ионов алюминия (0,2 мг/л) смертельна для рыб. В то же время фосфаты, обеспечиваю­щие развитие фитопланктона и другой водной раститель­ности, соединяясь с алюминием, становятся малодоступны­ми этим организмам.

Алюминий, попавший в организм человека по пищевым цепочкам:

• оказывает прямое повреждающее действие на ядерный
хроматин;

• нарушает обмен минеральных веществ;

• блокирует активные центры ферментов, участвующих в
кроветворении.

Таким образом, алюминий оказывает следующие действия:

• нейротоксическое;

• мутагенное и канцерогенное;

• гемолитическое.

Активные накопители алюминия — чайный лист, мор­ковь, помидоры, яблоки, цветная капуста.

Для уменьшения загрязнения атмосферы оксидами серы не­обходимо:

• совершенствовать методы очистки топлива от серы пе­
ред сжиганием;

• производить очистку отходящих газов от этих соеди­
нений;

• вводить прогрессивные .технологии производства
электроэнергии.

Содержание серы в выбросах можно уменьшить, исполь­зуя низкосернистый уголь, а также путем физической или химической его промывки. Первая позволяет очистить уголь от неорганических примесей серы, таких как сульфи­ды металлов. С помощью второй удаляется органическая се­ра. Отметим, что физические методы очистки малорента­бельны, а применение химических методов очистки из-за