氧化钙和反应是否放热？
还有什么反应也放热？
是放热反应.
常见放热反应
壹:酸碱中和
贰:可燃物燃烧
叁:金属单质与酸反应
肆:大部分化合反应
其他答案（共8个回答）
反应都是放热的
化学反应方程式：
CaO + H2O = Ca(OH)2
反应分为二种，一种是将水倒入生石灰粉中，一种是将生石灰放入水中。
第一种反应现象为，水逐渐沸腾蒸干，中...
1.所有的燃烧反应都是放热反应
2.活泼金属与酸的反应都是放热反应
3.中和反应都是放热反应.
1.需要持续加热才能进行的反应是吸热反应.如CaCO3分解,KC...
电石本身和水作用,不会着火,但在下列情况下,电石遇水,就很有可能发生火灾,
1,因为电石和水的反应是放热反应,在散热不良的情况,会引起周围的温度上升,若达到某一...
氧化钙＝CaO
用拼音打就知道了……
这个问题的确是中学阶段应该尽力回避的问题，那么氧化钙能否与CO2发生反应呢？回答是肯定的，这符合了酸性氧化物与碱性氧化物具备的特殊性质（你可以查阅酸性或碱性氧化...
答: ◎广西壮族自治区 南宁市 江南区 白沙大道北一里 邮编：530031
答: 那是肯定没有问题的啊，拓维教育跟长郡中学网站合作，这对你孩子进名校提供了一个门槛哦
答: 专家建议，父母可使用如下方法一：以身作则给孩子树榜样方法例示一个初一的小男孩，偷偷地抽烟，被父亲发现了
答: 在这里你可以找到.
B.20世纪上半叶，人类经历了两次世界大战，大量的青壮年人口死于战争；而20世纪下半叶，世界基本处于和平发展时期。
“癌症的发病率”我认为这句话指的是:癌症患者占总人数口的比例。
而B选项说是死亡人数多，即总体人数下降了，但“癌症的发病率”是根据总体人总来衡量的，所以B项不能削弱上述论证
铝属于两性金属，遇到酸性或碱性都会产生不同程度的腐蚀，尤其是铝合金铸件的孔隙较多，成分中还含有硅和几种重金属，其防腐蚀性能比其他铝合金更差，没有进行防护处理的铝铸件只要遇到稍带碱性或稍带酸性的水，甚至淋雨、水气、露水等就会受到腐蚀，产生白锈。
解决的办法。
铝铸件完成铸造后，在机械加工前，先要进行表面预处理，如预先对铸件进行喷砂，涂上一道底漆（如锌铬黄底漆），在此基础上再进行机械加工，以避免铸铝件在没有保护的情况下放久了被腐蚀。
一般都是对着电视墙，这样的感觉有一些对私密的保护..
因为一般人在自己家里是比较随便的，有时来了客人也来不及收敛，但是如果正对的是电视墙，就给了主人一个准备的时间，就不至于显得很尴尬..
有2个拉电子基团啊，怎么稳定，联想一下“五马分尸”~~
胃肠疾病会给患者朋友们带来很多的困扰，专家介绍说，胃肠疾病的症状主要有腹痛、恶心、呕吐、打嗝、腹泻、胃胀、胃痛、胃酸、厌食、消化不良、饭后饱胀感、胃痉挛等等，大家可以根据这些症状来判断自身疾病。
胃肠疾病是临床上常见的消化道疾病，正是因为这种常见的疾病才往往会被人们所忽视，殊不知，胃肠疾病如果没有得到有效及时的治疗，很有可能会导致胃粘膜的炎症加深，最后甚至是穿孔或者癌变。
除此之外，胃肠疾病还可以影响到其他的一些器官和系统，比如免疫力系统、肠道系统、神经系统等，其中的哪个系统受到影响都会对人体造成多多少少的伤害，因此，胃肠疾病需要尽早发现、及早治疗。
患有胃肠疾病的人在饮食上要多加注意，三餐一定要规律，饮食要清淡，不吃生冷油腻的食物，不吃寒凉食物，更要注意保暖，必要时可以进行中药物调理。
一般来说可以针对肠梗阻手术治疗以后，距离现在的时间也比较久了，其实影响是不会很大的，只是手术后对人肯定是有一定的影响的，一般也是需要看术后的恢复，建议可以去医院做一个心电图确诊。
关节疼痛的原因很多的，是不是创伤过，或是年龄大了引起的关节风湿，还是有与关节增生等引起的疼痛呢，这些原因都是需要很好的分析清楚的，这样容易找出病因的。
如果确诊是风湿性关节炎的话，可以确诊的时候就需要做一些检查的，通过一些消炎或是做针灸等一些治疗措施这样可以缓解病人的疼痛，平时应该注意不要着凉，而且要注意身体的保暖，预防关节疾病的发生。
其实就是有很多的骨细胞组成的，而且这些就是因为很多的骨细胞大量的发生了坏死的过程之后，于是开始变的疏松了，于是就像露了一样的，这样就容易引起很多的骨组织粘连了。
平时关节要注意尽量的少活动，不要做一些激烈的运动，同时做活动的时候不要用力过大，注意关节的保暖，同时多注意休息，必要的时候及时就医。
超过三天的疝气手术还感染的情况，那么需要重视的了，如果是肺部感染。那么一定要治疗。病人会有呼吸粗重和咳嗽的症状出现，需要进一步的检查，然后如果是肺部感染就需要进一步的抗炎的治疗。
异型管是经冷拔制成各种异型的无缝钢管。异型管一般是根据断截面来区分的，按材料来说又可分为无缝钢管异型管，铝合金异型管，塑料异型管。
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这个要看你在哪个城市，一线城市政府部门的CMA检测机构，一个点的费用大概在600-1000左右，民营CMA检测机构相对便宜一些。室内甲醛检测可以分为室内空气检测和家具内甲醛污染源检测。使用后，产品随着水及渗透剂的作用下渗透进行人造板表层内，进入到胶粘剂表层广泛分布，遇到游离甲醛即可捕捉并反应生成安全无毒的大分子树脂
因此在木门的选择时，油漆是必须考虑的因素之一，它直接影响着质感、手感、防潮、环保、耐久、耐黄变等问题。价格因素实木门的价格因其木材用料、纹理等不同而有所差异。市场价格从1500元到3000元不等低档的有松木、杉木等(一般实木复合门就用其做内充材料)中档的有桃花芯、花榉、马兰木、橡胶木等高档的实木有胡桃木、樱桃木、莎比利、红梨木、花梨木等而上等的柚木门一扇(一扇不含套)售价达元。
主要看你多大地方，设备有影院服务器、威动点播影院系统、影院终端、交换机、点片机、App、投影、幕布、音响、功放等，这些是主要的，1间房差不多2万-2万5左右库存中zui新的影片基本都是两三个月前影院放映过，影院方表示我们是主流影院的补充，当大片下片后，会根据消费者喜好向版权方引进。但如果需求足够大，不排除以后上档期大片，甚至上电视剧等内容。文化消费趋势是多元化，配套服务自然也要跟上这种多元化，私人电影院的出现正是差异化经营的体现。在放映设备、声光效果上，小影院肯ding不能和大影院拼，所以打的是服务牌，靠zui大限度地方便观众来吸引消费者，所以小影院可以把主流消费者ding位为附近社区居民。
试了用玻璃胶封堵的,貌似不行,很快就又漏了.玻璃胶的固化时间(完全固化的起麻得几天),本身硬度的也有限,比较不容易耐高压,由于是1.5吨稍大吨位的水箱的,漏水处又在底部,压力可想而知了.
专业的还是建议咨询佛山市南海新一亚环保设备
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这个不是我熟悉的地区当前位置： >>
化学与人类文明压缩课件2
环境是人类赖以生 存和发展的基础，人类 所从事的一切活动，都 是在一定的环境条件下 进行的。第四章 环境与化学化学家用化学的技术和方法研究环境中物质间的相互作用，包括物质 在环境介质（大气、水体、土壤、生物）中的存在、化学特性、行为和效 应，并在此基础上研究控制污染的化学原理和方法，称之为环境化学。化学家利用化学原理从源头上消除污染，即采用无毒、无害的原料和 洁净、无污染的化学反应途径与工艺过程，生产出有利于环境保护与人类 安全的环境友好的化学产品 ( 如可降解的塑料，可循环使用的金属和橡胶， 对臭氧层不构成威胁的新型制冷剂，能控制害虫而不危害人类和有用生物 的农药等) ，称为绿色化学。4.1 环境与生态平衡? 环境的构成自然环境 原生环境 (primitive environment) 指天然形成的、未受到人为活动影 响或影响较少的自然环境。 次生环境 (secondary environment) 指在人类活动影响下，发生了重大变化的自然环 境。这种变化可产生有利或有害的影响。社会环境自然环境(natural environment)自然环境包括地质环境（矿藏、自然遗址等）、土壤、大气、水体（海 洋、湖泊、河流等）；生物环境（森林、草原、野生动物、野生植物等）。 它是人类生存、繁衍的物质基础。保护和改善自然环境，是人类维护自身生 存和发展的前提。这是人类与自然环境关系的两个方面，缺少一个就会给人 类带来灾难。社会环境(societal environment)社会环境是人类在自然环境的基础上，通过长期有计划、有目的地发展，逐步创造和建立起来的一种人工环境，包括生产环境、交通环境、商业环境、 聚落环境、文教环境、卫生环境、旅游环境等。4.1.1 生态环境术语介绍?生态系统 ?生物圈 ?生物群落 ?食物链与食物网 ?生态平衡?生态系统环境部分：日光、大气、水分、土壤和营养 （无机环境）物质。 植物：野生植物、栽培 植物、藻类等。 生产者 细菌：消化菌、硫细菌、 磷细菌等。 生物部分 一级消费者 （生物群落） 消费者 二级消费者 三级消费者分解者（还原者）：各种微生物生物群落在一定范围和区域内相互依存，在同一个生存环境中组成动态 平衡系统，就叫做生态系统。生态系统由生产者、消费者、分解者和非生命 物质(无机界)四部分组成 。? 生物圈生物圈也叫做生态圈，它包括了地球上所有的生物及其生存环境。生物 圈是各种生物孕育、成长、生活的大舞台。生物圈通常分三层：上层是“大 气圈”，中层是“水圈”，下层是“岩石圈”。水生生态系统海洋生态系统 淡水（河、湖、沼泽）生态系统陆地生态系统森林生态系统 草原生态系统? 生物群落生物群落，也称群落，是指一定时间内居住在一定空间范围内的生物 种群的集合，其中包括了植物、动物和微生物，其概念比种群要大。一个 群落可以说是共同生活在一个地区的生物大家庭，具有一定的组成和结构， 其中的各种生物并不是孤立的，它们相互制约，又相互依存。 按生物群落中各种生物的生活方式，可以划分为三大类：生产者、消 费者和分解者 。生物群落中的生产者水中的莲藕、浮萍、水草和绿色的水藻等均为可进行光合作用的绿色植 物。它们从阳光中获得能量，并从空气中吸收二氧化碳，从水和淤泥中吸收 养分，合成碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机营养物质，释放出氧气，同时 自己不断生长繁殖。这些生物就被称为“生产者”。生物群落中的消费者消费者是指动物。它们不能直接利用外界能量和无机物制造有机物，而 是以消耗生产者为生。草食动物以植物作为直接食物，称为一级消费者，如 蝗虫、蚱蜢等；以草食动物为食物的肉食动物称为二级消费者，如青蛙、蟾 蜍等；以肉食动物作为食物的动物，则称为三级消费者，如蛇、猫头鹰等。生物群落中的分解者分解者是指具有分解能力的各种微生物，也包括一些低等原生动物，如 土壤线虫、鞭毛虫等。分解者是生态系统的“清洁工”，它们把动植物的尸 体分解成简单的无机物，并归还给非生物环境。如果没有分解者，死亡的有 机体就会堆积起来，使营养物质不能在生物与非生物之间循环，最终使生态 系统成为无水之源。? 食物链与食物网生物与生物之间通过吃与被吃的食物关系形成一条一环扣一环的链条， 称为食物链。同一种植物会被不同的动物吃掉，同一种动物也不只吃一种食 物。各生物成分之间在取食关系上存在着错综复杂的联系，各种食物链相互 交错，相互联结，形成网状结构，称为食物网。生态系统中各种生物之间的关系? 生态平衡概念生态系统发展到成熟阶段，物质和能量的输入与 输出处于相对稳定状态，即系统中生产、消费和 分解处于相对平衡状态，叫生态平衡。 生态平衡是暂时的、相对的动态平衡。生 态 平 衡特点生态系统总是在不平衡――平衡――不平衡的发 展过程中，进行物质和能量的交换，推动着自身 的变化和发展。 地震、火山爆发、山崩 海啸、台风、水旱灾害 自然因素 流行病等自然灾害。 破坏原因 植被和食物链被破坏； 人为因素 环境被污染等人类活动4.1.2 全球环境结构? 圈层性； ? 地带性；? 节律性；? 等级性；? 稳定性和变异性。? 圈层性：?土壤岩石圈? ? ? ?水圈 ? ? ? ?生物圈 ? ?大气圈 ? ? ?人类生活的自然环境，是地球的 表层，由空气、水和岩石(包括土壤)构 成大气圈、水圈、岩石圈，在这三个 圈的交汇处是生物生存的生物圈。这 四个圈在太阳能的作用下，进行着物 质循环和能量流动，使人类(生物)得以 生存和发展。地球表面 ?有机界和无机界相互作用最集中? ? ? ?人类生存和发展最适宜的环境 ?? 地带性：从赤道到两极，气候带依次为：赤道带 ? 热带 ? 亚热带 ? 温带 ? 亚寒带 ? 寒带相应的土壤和植被带为：砖红壤赤道雨林带 ? 红壤热带雨林带 ? 棕色森林土亚热带常绿阔叶林带 ? 灰化棕色森林土暖温带落叶阔叶林带 ? 落叶林混交带 ? 寒温带明亮针叶带 ? 苔原带? 节律性：因地球形状和运动的固有性 ? 随时间变化的过程具有明显的节律性 ? 一年四季的交替变化 ? 昼夜的交替 ? 生物量昼增夜减 ? 近地面空气中CO2的夜增昼减光合作用? 等级性：无机成分（光、热、水、气、土） ???? ? 碳水化合物 ? 草食动物摄取 ? 肉食动物 ? 动植物死亡后 ???? ? 无机成分微生物作用能量在生态系统中沿着食物链、食物网，由一个机体转移到另一个机体 中。食物链上每一营养级都将从前一个营养级获得的能量中的一部分，用于 维持自己的生存和繁殖，然后将剩余的部分传递到下一个营养级。人类则处 于食物链的终端。? 稳定性与变异性：环境结构具有：相对的稳定性；永久的变异性；有限的调节能力。4.1.3 影响生态平衡的因素生态系统的调节能力是有限的。外力影响超出这个限度，生态平衡就会 遭到破坏，生态系统就会在短时间内发生结构上的变化，如一些物种的种群 规模会发生剧烈变化，另一些物种则可能消失，也可能产生新的物种。但变 化总的结果往往是不利的，它削弱了生态系统的调节能力。这种超限度的影 响对生态系统造成的破坏是长远性的，生态系统重新回到和原来相当的状态 往往需要很长的时间，甚至造成不可逆转的改变，这就是生态平衡的破坏。? 影响生态平衡的因素 ――自然因素地震、台风、龙卷风、洪涝、干 旱? 影响生态平衡的因素――人为因素丢弃废电池、滥伐、破坏生态平衡的危害对局部地区和全球气候都会产生一定影响。如海岸后退，海平面上升、 土地沙漠化、水土流失、泥石流等。4.1.4 社会文明与环境的关系文明是社会进步和人类开化状态的集中体现。生态文明是指人们在改造 客观 物质世界的同时，不断克服改造过程中的负面效应，积极改善和优化人 与自然、人与人的关 系，建设有序的生态运行机制和良好的生态环境所取得 的物质、精神、制度方面成果的总和 。它是生态生产发展水平及其积极成果 的体现，是社会文明在人类赖以生存的自然环境的扩 展和延伸，是社会文明 的生态化表现。? 文明产生的环境条件：华夏文明――黄河流域； （～公元前1500年） 古埃及文明――尼罗河流域； （～公元前3100年） 两河文明――幼发拉底河、底格里斯河； （～公元前3500年） 古印度文明――恒河流域。 （～公元前2500年）? 文明对环境的冲击：农业发展=&人口增加=&生物圈结构的变化=&水土流失和荒漠化； 服饰的需求=&对环境产生的压力=&棉、麻、毛皮、丝绸、金银饰、 宝石玉器； 居住环境的改善、交通进步、石化燃料的使用； 均以牺牲环境为代价！? 文明消失的教训：西亚文明的消失； 玛雅文明的背影； 中国西部文明的消失和经济中心的南移 世界最早的文明──美索不达米亚（希腊语意为两河之间的土地）文 明（又称两河文明）发源于底格里斯河和幼发拉底河之间的流域──苏美 尔地区（中下游地区）。美索不达亚是古巴比伦的所在，在今伊拉克共 和国境取 欧洲学者研究认为，许多辉煌的古代文明，巴比伦文明、地中海的米诺 期文明、腓尼基文明、玛雅文明、撒哈拉文明之灭亡，最重要的原因，就是 人类早期农耕对森林的破坏，和对土地的不合理使用和开发，使得支撑这些 文明的生态环境受到了彻底的破坏。玛雅人是中美洲的土著居民，主要居住在今天的墨西哥、危地马拉、洪 都拉斯和萨尔瓦多等地。他们曾经拥有与大河流域的文明古国同样高度发达 的文明（公元前1500-公元300年 ）。有人认为，地震、瘟疫等天灾造成了玛 雅文明人口的急剧减少；也有人认为，战争或者玛雅农民起义让文明陷入了 混乱。还有人提出了玛雅文明的“生态危机”论，认为玛雅人过度开垦土地、 人口严重膨胀，最终导致生态环境被破坏，文明消亡。? 环境与文明的失调：人类由对自然的崇拜――古代的图腾崇拜=& 对自然的制服――从火的发明到现代科技的进步=& 对自然的过渡征服――人定胜天的理念及其行为=& 对环境的破坏――破坏环境生态遭遇的大自然的报复。 ? 自然界的报复――20世纪上叶半发生的著名的世界八大公害事件： ? 1932年12月比利时发生的马斯河谷烟雾事件； ? 1943年5月到10月美国落杉矶的光化学烟雾事件； ? 1948年10月发生在美国的多诺拉烟雾事件； ? 1952年12月英国伦敦的烟雾事件； ? 1955年日本四日市的哮喘事件； ? 1953年日本的水俣病事件； ? 1955年日本的土壤重金属污染痛痛病事件； ? 1968年日本的农药污染米糠油事件。? 比利时的马斯河谷烟雾事件～5日，比利时马斯河谷工业区工业区处于狭窄盆地中发生气温逆 转，工厂排出的有害气体在近地层积累。3天后，有人发病，症状为胸痛、咳嗽、呼 吸困难等。一周内有60多人死亡。心脏病、肺病患者死亡率最高。后来推测当时大 气中二氧化硫的浓度约为25―100毫克/立方米。? 美国落杉矶的光化学烟雾事件20世纪40年代初期，美国洛杉矶全市50 多万辆汽车每天消耗汽油约1600万升，向 大气排放大量碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳。该市临海依山，处于50千米长的盆 地中，汽车排出的废气在日光作用下，形成以臭氧气为主的光化学烟雾。导致400多人 非正常死亡。 多诺拉是美国宾夕法尼亚州的一个小镇，位于匹兹堡市南边30公里处，有居民 1．4万多人。多诺拉镇座落在一个马蹄形河湾内侧，两边高约120米的山丘把小镇夹 在山谷中。多诺拉镇是硫酸厂、钢铁厂、炼锌厂等的集中地。在－31日， 受反气旋和逆温控制，加上持续有雾，使大气污染物在近地层积累。造成5911人发病， 17人死亡。 ～8日，英国几乎全境为浓雾覆盖，伦敦市因冬季取暖燃煤和工业 排放的烟雾，加之逆温层现象，致使城市上空连续四五天烟雾弥漫，能见度极低。 4 天中死亡人数较常年同期约多4000人。就连当时举办的一场盛大的得奖牛展览中 的350头牛也惨遭劫难。一头牛当场死亡，52头严重中毒，其中14头奄奄待毙。? 美国的多诺拉烟雾事件? 英国伦敦的烟雾事件? 日本的水俣病事件日本东部海岸四日市，原有人口25万人，主要是纺织工人。由于四日市近海临河， 交通方便，又是京滨工业区的大门，日本垄断资本看中了四日市是发展石油工业的好地 方。 1955年日本第一座石油化工联合企业在四日市上马，产生的冶炼和燃油废气严重 污染了空气。1961年，哮喘病发作。1967年，一些患者不堪忍受痛苦而自杀。1972年， 全市共确认哮喘病患者达817 人，死亡10多人。? 日本四日市的哮喘事件从1949年起，位于日本熊本县水俣镇的日本氮肥公司开始制造氯乙烯和醋酸乙烯。由 于制造过程要使用含汞（Hg）的催化剂，大量的汞便随着工厂未经处理的废水被排放到 了水俣湾。1954年，水俣湾开始出现一种病因不明的怪病，叫&水俣病&，患病的是猫和人， 症状是步态不稳、抽搐、手足变形、神经失常、身体弯弓高叫，直至死亡。 1972年，日 本环境厅公布：水俣湾和新县阿贺野川下游汞中毒者有 283 人，其中60人死亡。? 日本的土壤重金属污染痛痛病事件? 日本的农药污染米糠油事件年，日本富山县平原神通川上游从事铅、锌矿开采、精炼的矿山企 业。在采矿过程将产生的含有镉等重金属的废水直接排放，在当地的水田土壤、河 流底泥中产生了镉等重金属的沉淀堆积。镉通过稻米进入人体，首先引起肾脏障碍， 逐渐导致软骨症，并主要使妇女得上一种浑身剧烈疼痛的病，叫痛痛病，也叫骨痛 病，重者全身多处骨折，在痛苦中死亡。从1931年到1968年，神通川平原地区被确 诊患此病的人数为258人，其中死亡128人，至1977年12月又死亡79人。 1968年3月，日本九洲爱知县一个食用油厂在生产米糠油时，因操作失误，致使 油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体多氯联苯，造成食物油污染。由于当时把被 污染了的米糠油中的黑油用去做鸡饲料，造成了九州、四国等地区的几十万只鸡中 毒死亡。人食用被污染的米糠油后中毒，患病者超过1400人。至7～8月份，患病者 超过5000人，其中16人死亡，实际受害者约13000 人。当前面临的十大环境问题：? ? ? ??? ? ? ? ?全球气候变暖*； 臭氧层破坏*； 酸雨蔓延； 大气污染严重； 淡水资源枯竭和恶化*； 固体废物弃Z*； 生物多样性减少； 森林面积锐减； 土壤退化和沙漠化； 资源匮乏。4.2 自然环境中化学物质的循环生物有机体大约由40多种元素组成，其中碳、氢、氧、硫、磷是最主 要的元素，它们都来源于环境，构成生态系统中的生物个体和生物群落。 生产者把无机物转化为有机物，给消费者消耗；消费者产生的废弃物及生 产者的残体被分解者消化，又转化为无机物，返回环境，供植物重新利用。 地球上无数个这样的物质循环，汇合成生物圈的总的物质循环。? 能量流动与物质循环的关系:太阳能植 物 食 草 动 物 (能量单向流动) 一 级 食 肉 动 物 二 级 食 肉 动 物 三 级 食 肉 动 物环境物资初级生产次级生产4.2.1 水 循 环水在生态系统中不断循环。海洋、湖泊、河流中的水经过蒸发，形成水 蒸汽进入大气；植物叶片不断发生蒸腾作用，也把水蒸汽送入大气。大气中 的水遇到冷空气，又会以雨、雪的形式重新返回地面。这部分水一部分通过 植被覆盖的土壤汇入地下水，另一部分通过地表径流汇入江河和海洋。在正 常情况下，水的蒸发和降落维持着平衡，总量是稳定的。 ?水循环一般包括降水、径流、蒸发三个阶段4.2.2 氮 循 环氮是生物体中蛋白质的重要成分，它参与几乎所有的生命活动，所以氮 的循环涉及到生物圈的全部领域。空气中约78% 是氮气，但大多数生物体 不能直接利用空气中的氮，而必须通过固氮作用 。4.2.3 碳 循 环自然界中碳循环的基本过程是：空气中的二氧化碳被陆地和海洋中的植 物吸收，成为有机物中最重要的成分，然后通过生物或地质过程，以及人类 活动，又以二氧化碳形式返回到大气中。火山爆发和岩石风化也产生一部分 二氧化碳。 碳的地球化学循环控制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及 海洋之间的迁移,而且是对大气二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。沉 积物含有两种形式的碳：干酪根和碳酸盐。4.2.4 氧 循 环碳的生物循环 在碳的生物循环中，大气中的二氧化碳被植物吸收后，通过 光合作用转变成有机物质,然后通过生物呼吸作用和细菌分解作用又从有机物 质转换为二氧化碳而进入大气。碳的生物循环包括了碳在动、 植物及环境之 间的迁移。氧的地球化学循环涉及的环节非常复杂，包括了大气圈、生物圈、岩石 圈，甚至整个地球的方方面面，是目前研究较多的领域之一。氧在大气圈和 生物圈中主要是以水、二氧化碳和氧气的形式存在。在自然条件下，水中的 氧很难分解成氧气。而二氧化碳则可以通过植物的光合作用而释放出氧气。 因此，在生态系统中，氧循环与碳循环有着密切的联系。 大气中氧含量占21％，可以渗透到生态系统的各个角落：动物的呼吸作用、 植物非光合器官的呼吸作用和光合器官在夜间的呼吸作用，以及地表物质腐败氧 化等过程不断消耗着大气中的氧。但与此同时，大量绿色植物的光合作用却大量 吸收着大气中的二氧化碳并将释放出的氧气排入大气。如此生生不息，构成了生 态系统的氧循环，并保持了大气中氧含量的恒定，维持了整个生态系统的平衡。自然界的硫最初来自于黄铁矿（FeS2）和黄铜矿(CuFeS2)等含硫的矿物。但这些 矿物被风化剥蚀后，硫就进入了土壤。土壤中的硫一部分被地表径流溶解进入海洋， 一部分被氧化以挥发性气体的形式进入大气，还有一部分被植物吸收，通过食物链的 关系分布于生物圈。进入海洋的硫，一部分以沉积的方式，亿万年之后成为煤或石油 中的硫，一部分进入生物体被吸收。4.2.5 硫 循 环生物体中的硫在生物体死亡腐败过程中，一部分以H2S的方式进入大气，其 余的又回到土壤，使循环得以继续。而大气中的硫却以降水的形式落到海洋、土 壤中，又开始了它们的下一轮次的循环。4.2.6 磷 循 环磷灰石构成了磷的巨大储备库，而含磷灰石岩石的风化，又将大量磷酸 盐转交给了陆地上的生态系统。与水循环同时发生的则是大量磷酸盐被淋洗 并被带入海洋。在海洋中，它们使近海岸水中的磷含量增加，并供给浮游生 物及其消费者的需要。而后，进入食物链的磷将随该食物链上死亡的生物尸 体沉入海洋深处，其中一部分将沉积在不深的泥沙中，而且还将被海洋生态 系统重新取回利用。 埋藏于深处沉积岩中的磷酸盐，其中有很大一部分将凝结成磷酸盐结核， 保存在深水之中。一些磷酸盐还可能与SiO2 凝结在一起而转变成硅藻的结 皮沉积层，这些沉积层组成了巨大的磷酸盐矿床。通过海鸟和人类的捕捞活 动可使一部分磷返回陆地。但从数量上比起来，每年从岩层中溶解出来的以 及从肥料中淋洗出来的磷酸盐要少多了。其余部分则将被埋存于深处的沉积 物内。4.3 保护大气环境4.3.1 大气圈的化学组成与大气污染大气圈是环绕地球最外层的气体圈层，它的密度随高度的增加而减小， 越向上空气越稀薄，并逐渐转化为宇宙空间。地球外围大气总质量 3.9×1015t，是地球总质量的百万分一。大气质量垂直分布不均，50%的质 量集中在离地面5km以下，75%集中在10km以下，90%集中在30km以下。 高度100 km以上的空气质量仅占整个大气圈质量的百万分之一，即可认为 大气圈离地面高度为100 km。 逸散层 (→～3000km) 热层 (→250～800km) 中间层 (→～85km) 平流层 (→50～55km) 对流层 (地面→8～18km) 大气圈由空气、少量水气、粉尘和 其他微量杂质组成。空气的主要成分按 体积之比是氮为78.09%，氧为20.09%， 氩为0.93%,CO2为0.03%。此外还有稀有 气体氦、氖、氙和甲烷、氮的氧化物、 氨、臭氧等占0.1%。大 气 圈?? 大气圈的作用? 是地球上生命物质的源泉:提供物质循环基础。 ? 人类依靠氧气而生存:一般成年人每天需要呼吸约10～12m3的空气，它相当 于一天进食量的10倍、饮水量的3倍。 ? 大气层是地球的“保护伞”:使地表的热量不易散失，同时通过大气的流动 和 ,防止紫外线辐射。 ?热量交换，使地表的温度得到调节 大气污染 ?燃料的燃烧 ； ?工业排放 ； ?交通运输排放 ； ?农业排放 。 ?天然尘埃（风沙、土壤颗粒物）； ?森林和草原大火 ( 形成CO, CO2, NOx, SOx, CHx)； ?火山活动(形成SOx, H2O, SO42- )； ?森林释放 (CHx)； ?海浪飞沫 ( SO42- 和 SO32- )。大 人为源 气 中 的 污 染 源 自然源污染物一次污染物二次污染物 SO3，H2SO4， MSO4 无 NO2，HNO3， MNO3 醛、酮、酸大 含硫化合物 气 碳的氧化物 中 含氮化合物 污 碳氢化合物 染 的 卤化化合物 分 氧化剂 类 颗粒物质放射性物质?SO2，H2SCO，CO2 NO，NH3C1～C3化合物 HF，Cl2，HCl卤 无 代烃 ―― O3、过氧化物 煤尘、粉尘、金 ―― 属微粒 铀，钍，镭等 ――? 大气污染 ―― 颗粒物总悬浮颗粒（0.1―100μm颗粒物的总称）。其中包括：降尘――直径 大于10μm；飘尘――直径小于10μm；超细颗粒物――直径为2.5μm；颗粒 物对人体健康有害，尤以超细颗粒物（又称飘尘，最容易被生物体吸入）的 危害最大颗粒物主要来自工业锅炉和家用煤炉燃烧时所排放的烟尘。 。矿物燃料中一般都含有相当数量的硫（如煤中就有0.5%～6.0%。燃烧 时释放出SO2，目前世界因燃煤而排入大气的SO2高达1.5亿吨。SO2是无色 有味气体，人的嗅觉器官可探测到3μg/mL以上的SO2，当浓度达8μg/mL时， 可对人造成危害，达400μg/mL时人立即死亡。?大气污染 ―― 含硫化合物? 大气污染 ―― 含碳化合物全球每年CO排放量3~4亿吨，主要由不完全燃烧、汽车尾气、以及森林火灾、 动植物腐败等因素引起；碳氢化物年排放量~7亿吨以上，生物的分解作用、不完 全燃烧和有机化合物的蒸发是其根源。 CO可使生命体缺氧；碳氢化物则会造成 二次污染 。大气中含氮化合物有N2O、NO、NO2、NH3、NO-3等，下层大气中 N2O是土壤细菌活动的产物，在对流层上部被氧化。NO和NO2为含氮有机 物燃烧时所释放。其中NO的危害最大，NO年排放约4.3×108吨，其中人 为因素占10%。NO和NO2毒性比CO大5倍，它们能刺激呼吸系统，还能 与血红素结合形成亚硝基白色素而引起中毒。氮氧化物还是光化学烟雾的 引发剂之一。? 大气污染 ―― 含氮化合物? 大气污染 ―― 氧化剂氧化剂是指空气中氧化性能高的化合物，主要为臭氧(O3)，也包括过氧 化物、过氧硝酸盐等，其中以过氧乙酰硝酸酯（PNA）最为普遍。臭氧主 要是由氮氧化物在太阳光照射下与氧气反应生成。臭氧有很强的氧化力，在 不同浓度下，可以损坏橡胶、油漆、织物等材料。臭氧对于动物和人类有多 种伤害作用，特别是伤害眼睛和呼吸系统。指铀、钍、镭等释放的。自然环境中放射性源有天然和人工两大类。天然 的来自宇宙辐射，矿床中的放射。人工的主要是医用射线源，反应堆和各种放 射性废料。人体受到辐射后，会引起机体细胞分子、原子电离（称电离辐射）， 使组组织的某些大分子结构被破坏。如使蛋白质及核糖核酸和脱氧核糖核酸分 子链发生断裂。? 大气污染 ――放射性污染4.3.2 光化学烟雾大气中的烃和NOx等为一次污染物，在太阳光中紫外线的照射下能发 生化学反应，衍生多种二次污染物。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。NOx是这种 烟雾的主要成分，又因其1946年首次在美国洛杉矶出现，因此又叫洛杉矶 型烟雾，以区别于煤烟烟雾（伦敦型烟雾）。目前，由于我国内地汽车油耗量高，污染控制水平低，已造成汽车污 染日益严重。部分大城市交通干道的NOx和CO严重超过国标，汽车污染已 成为主要的空气污染物;一些城市臭氧浓度严重超标,已具有发生光化学烟雾 污染的潜在危险。? 光化学烟雾的防治防止光化学烟雾产生的主要办法有：控制汽车尾气排放；安装配有尾气净 化催化剂的汽车尾气净化装Z；严格控制新车污染；推广使用清洁燃料等等。采用蓄电池或燃料电池驱动的电动汽车作为交通运输工具，才可以真正 控制光化学烟雾的产生。4.3.3 酸雨的形成水的微弱酸性可使土壤的养分溶解，供生物吸收，这是有利于人类环境的。 酸雨通常是指pH小于5.6的降水，是大气污染现象之一。首先用酸雨这个名词 的人是英国化学家史密斯。1852年，他发现在工业化城市曼彻斯特上空的烟尘 污染与雨水的酸性有一定关系，并于1872年编著的科学著作中首先采用了“酸 雨”这一术语。酸雨的形成是一个复杂的大气化学和大气物理过程，主要是由 废气中的SOx和NOx造成的。我国的酸雨主要是因大量燃烧含硫量高的煤而形 成的，此外，各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。我国覆盖四川、 贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区， 面积达200 多万平方公里的酸雨区是世界三大酸雨区之一。? 酸雨危害一个月前插下的秧，看起来长得很美，但几场大雨把黑水冲入，禾苗 就这样枯死了！” 农妇曾德梅欲哭无泪。污染使他们的辛勤汗水一次次付诸东流。4.3.4 温 室 效 应众所周知，花房具有让阳光进入、阻止热量外逸的功能，人们称之为 “温室（花房）效应”。在地球大气中，存在一些微量气体，如二氧化碳、 一氧化碳、水蒸气、甲烷、氟利昂等，它们也有类似于花房的功能，即让 太阳短波辐射自由通过，同时强烈吸收地面和空气放出的长波辐射（红外 线），从而造成近地层增温。我们称这些微量气体为温室气体，称它们的 增温作用为温室效应。? 温室效应的特点：大气中CO2吸收了地面辐射出来的红外光（1200－ 1630nm)，把能量 截流在大气中，从而使大气温度升高的现象。? 温室效应导致的环境效果?全球气候变暖：百年来平均约上升了0.6℃近； ?海平面上升：导致两极的冰层消融及海水膨胀， 城市、海岛将面临淹没的危险。全 球1／3人口将受到威胁； ?温度带和降水带北移 ，将导致： ①低纬度热带多雨地区受到洪涝的威胁； ②亚温带地区变得更加干旱； ③台风更加频繁发生； ④厄尔尼诺和拉尼娜现象肆虐，频繁发生； ⑤苔原减少，草原增加，荒漠化、沙漠化过程 加剧，森林减少； ⑥农业生产不稳定性增加； ⑦对生物多样性产生不良影响等。地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林， 尤其是热带雨林。为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们尽量节约 能源，以减少对化石燃料的消耗。另一方面保护好森林和海洋，比如不让海 洋受到污染以保护浮游生物的生存。还可以通过植树造林，减少使用一次性 木筷，节约纸张，不破坏城市植被等行动来保护陆地植物，使它们多吸收二 氧化碳，以帮助减缓温室效应。 臭氧（O3）是氧气（O2）的一种异构体，在大气中的含量仅占一亿分之一， 其浓度因海拔高度而异。臭氧层可以说是地球的保护层，它主要围绕在地球外 部离地面20―25公里高的地方，起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UV－B （UV－B是紫外线的一段波长，为280―315nm）的作用。同时，由于紫外线是 平流层的热能来源，臭氧分子是平流层大气的重要组成部分，所以臭氧层在平 流层的垂直分布对平流层的温度结构和大气运动起着决定性的作用，发挥着调 节气候的重要功能。南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是 仅在一个世纪里就被破坏了60％。4.3.5 臭氧层空洞之迷? 臭氧层特点:作用：吸收绝大部分来自太阳的紫 外线，阻挡紫外线辐射达到地面。臭氧在1849年首次被人类发现，臭氧层问题是美国化学家 罗兰和莫利纳于1974年首先提出来的。他们认为，在对流层大 气中极稳定的化学物质氯氟烃（CFC）被输送到平流层后，在 那里分解产生的原子氯（Cl）将有可能破坏臭氧层。 (1994)2000年南极上空出现了有史以来最大的臭氧层空洞，空洞面积达2918 万平方公里，比加拿大和中国的面积加起来还大；?臭氧层的破坏产生自由基： 破坏O3层： CFCl3 → CFCl2? + Cl? Cl? + O3 → ClO? + O2 ClO? + O → Cl? + O2破坏O3层总反应 O3 + O → O2? 臭氧空洞的环境效果?对植物成长产生不利影响，改变植物 的再生能力与质量，易受虫害； ?危害人体健康，受过量紫外线辐射， 免疫系统紊乱； ? 对水生生态系统危害， 中断水生生态系统的 生物链； ? 促进光化学烟雾形成。? 大气污染的防治控制大气污染源――对城市与工业的合理规划 与布局； 防止或减少污染排放――如改革燃料结构、改 革生产工艺等； 治理排放的主要污染物―― 物理方法：机械除尘、洗涤除尘、冷凝除 尘； 化学方法：气体吸收装Z、催化转化、吸 附； 生物方法：植物净化、环境自净。 污染的法制管理――建立完善的环境法制度。NOx污染的防治? 燃料预先脱氮； ? 改变燃烧条件。SO2污染的防治? 利用低硫燃料 ? 燃料脱硫 ? 烟气脱硫： 干法、湿法方 法 石灰石/石灰―石膏 法(湿法、非再生法) 亚硫酸钠循环法 (湿法、再生法) 双碱法 (湿法、再生法) 氧化镁法 (湿法、再生法) 氨法 (湿法，非再生法)原 理 用石灰石或石灰浆液吸收 SO2 用Na2SO3吸收SO2， 用加热法再生循环吸收液 用Na2CO3吸收S02， 用石灰石再生循环吸收液 用MgO浆液吸收SO2， 用加热法再生循环吸收浆 液 用NH4OH液吸收SO2， 产出硫胺和回收浓SO2SO2去除效 果 (％ ) 80～95 85～9585～9585～95 90～974.4 保护水资源地球总面积的75％是水面，但在地球13.84亿立方千米水资源中，只有 3600万立方千米是人类生存不可或缺的淡水。淡水仅为地球水资源总量的 2.6％。而淡水资源中，77％是极地冰山、冰川，22％是地下水，0.04％是 飘浮在大气中的水蒸气，其余的在江河湖海中。可见，人类可利用的淡水资 源非常有限。 目前，全世界有1/6的人口、约10多亿人缺水。专家估计，到2025年世 界缺水人口将超过25亿。被视为“生命之源”、人们一天也离不开的水，已 越来越宝贵。正是在这一背景下，保护环境，保护水资源，已被提上各国政 府的议事日程。4.4.1 水的一些理化性质水的化学式为H2O，纯水是一种无味无色的液体。天然水多呈浅蓝绿 色。水是氧的氢化物，与周期表中同族的一些元素的氢化物(如H2S，CH4 等)相比，水的许多物理常数均表现出“异常”。如水的生成热很高，所以 其热稳定性很大，在2000K的高温下离解度不足百分之一。在一般性液体 中，除汞以外，水的表面张力最大。? 水的结构? 水的性质几种常见物质的热容(J/g? K) Ammonia, NH3 4.70 Liquid water , H2O 4.184 Ethylene glycol, C2H6O2 2.42 Ice , H2O 2.01 Water vapor, H2O 2.0 Aluminum, Al 0.90 Iron, Fe 0.451 Silver, Ag 0.24 Gold, Au 0.13? 水的性质? 水的蒸发热大: 40.67 kJ? mol-1(101.3kPa) ? 水的等压热容：75.30 J? mol-1? K-1 ? 水 的 沸 点：100℃(373.15K)? 水 的 冰 点: 0℃(273.15K)? 密 度 反 常： 4℃为最大 ? 良好的溶剂4.4.2 水资源污染的化学由于人类的各种活动排放的污染物进入河流湖泊、海洋或 地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化而降 低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。水体是江河湖 海、地下水、冰川等的总称，是被水复盖地段的自然综合体。 它不仅包括水，还包括水中溶解物质、悬浮物、底泥、水生生 物等。地球各种水体的循环更替期水体 类型 海洋深层地下水循环 更替期 2500年 1400年 9700年 1600年 10000年 几小时水体 类型 湖泊 沼泽 土壤水 河川水 大气水循环 更替期 17年 5年 1年 16天 8天极地冰川 永久积雪 高山冰川永冻带底冰生物水? 水体污染源的分类⑴ 按造成水体污染原因分类 ?天然污染源 ?人为污染源 ⑵ 按受污染的水体分类 ?地表水污染源 ?地下水污染源 ?海洋污染源 ⑶ 按污染源释放的有害物质种类分类 ?物理性污染源(如热或放射性物质等) ?化学性污染源(如无机物或有机物) ?生物性污染源(如细菌或霉素) ⑷ 按污染源的分布特征分为 ?点污染源(如城市污水、工矿企业和排污的船舶等) ?面污染源(如雨水的地面径流、水土流失以及农田大面积排水等) ?扩散污染源(随大气扩散的污染物通过沉降或降水等途径进入水 体，如放射性沉降物、酸雨等)?天然污染源植物、腐烂、降雨、泥石流、风蚀塌方、夏威夷基拉韦厄火山、酸雨?人为污染源――点污染它又分为固定的点污染源（如工厂、居民点、矿山、医院、废渣堆等） 和移动的点污染源（如轮船、汽车、飞机、火车等）。造成水体点污染源 主要有以下几种工业：食品工业、造纸工业、化学工业、金属制品工业、 钢铁工业、皮革工业、染色工业等。?人为污染源――线污染指输油管道、污水沟道以及公路、铁路、航线等线状污染源。线污染源 所形成的危害大大低于点污染源，但一旦形成污染源，其后果也是极其可怕 的。图为滇池呈贡农村线源污染?人为污染源――面污染指喷洒在农田里的农药、化肥等污染物，经雨水冲刷随地表径流进入 水体，从而形成水体污染。?地表水污染源几乎所有水污染源的污染物，都通过各种途径进入地表水体中，且向下 游汇集。河川水、湖泊水对流域内工农业生产有着极其重大的意义，一旦这 些水体遭到污染，危害是极大的。?地下水污染源地下水一般有一定的保护层，污染物很难进入地下水体形成地下水污染 源。但是，地下水体一旦被污染，则很难恢复，更新期特别长。大气水污染 源和地表水污染源都可以通过下渗而转化为地下水污染源。?海洋污染源海洋约占地球总面积的71％，是地球上最大的水体。海洋污染具有以下 特点。①污染源多而复杂。②污染持续性强，危害性大。③污染范围大。? 赤潮的成因赤潮究竟是一种原本就存在的自然现象，还是人为污染造成的，至今尚 无定论。但根据大量调查研究发现，其发生必须具备以下条件： ①海域水体高营养化； ②某些特殊物质参与作为诱发因素，已知的有维生素B1、B12、铁、锰、 脱氧核糖核酸； ③环境条件，如水温、盐度等也决定着发生赤潮的生物类型。发生赤潮的 生物类型主要为藻类，现已发现有63种浮游生物，硅藻有24种，甲藻32种、 蓝藻3种、金藻1种、隐藻2种、原生动物1种。新华网北京6月15日电 (记者 李斌、李亚杰) 记者15日从国家海洋局 获悉，我国5月份全海域发现赤潮34起，其中，黄渤海3起(赤潮监控区内2 起)，东海31起(赤潮监控区内13起)，累计面积超过10000平方公里。针对 今年5月浙江沿海连续发生大面积的赤潮，国家海洋局密切关注赤潮发生、 发展情况，同时，及时与浙江省沟通，加强跟踪监视监测。陈连增表示， 赤潮发生发展及变化趋势始终处于国家海洋局和当地政府的监控之中，赤 潮未造成重大损失。? 赤潮的危害赤潮不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对 人类健康甚至生命都有影响。主要包括两个方面： ①引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为死海； ②有些赤潮生物分泌毒素，这些毒素被食物链中的某些生物摄入，如果 人类再食用这些生物，则会导致中毒甚至死亡。工业废水中包含有大量的氮和磷，这些东西正好是农业化肥原料成分。 这些养分使海藻急速的生长，形成大规模的浮游植物群。在特别大的浮游植 物群的某些部分，海藻会非常集中，海水呈现黑色，一些海藻死掉之后沉入 海底，被细菌吞噬。大量滋生的细菌不断的吞噬海藻，导致海水中氧气含量 减少，于是海中的鱼类就会因为缺氧而大规模死亡。?物理性污染源 ?化学性污染源 ――需氧污染物水体中所含的碳氢化合物、脂肪、蛋白质等有机化合物中水中微生物等作 用下，最终分解为二氧化碳、水等简单的无机物，同时消耗大量的氧；而水体 中的亚硫酸盐、硫化物、亚铁盐和氨类等还原性物质，在发生化学氧化时，也 要消耗水中的溶解氧。这些物质就统称为需氧污染。?化学性污染源 ――重金属重金属，特别是汞、镉、铅、铬等具有显著的生物毒性。它们在水体中不 能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)。 微量浓度即可产生毒性(一般为1～10毫克/升，汞、镉为0.01～ 0.001毫克/升)； 在微生物作用下会转化为毒性更强的有机金属化合物(如甲基汞)；可被生物富 集，通过食物链进入人体，造成慢性中毒。 长期饮用含砷量严重超标的地下水造成慢性砷中毒，其症状多在接触砷 化合物数年后发生，主要表现为消化系统症状（如腹泻、便秘）、贫血、肝 肾损害症状、皮炎以及多发性周围神经病。?化学性污染源 ――一般有机物指油类和有机化学毒物。油类已成为水体特别是海洋污染的主要物质，会降 低水生生物的品质和数量。有机化学毒物主要是指酚、氰化物、苯、硝基物、 有机农药、多氯联苯、多环芳烃、合成洗涤剂等。这些物质具有较强的毒性。?化学性污染源 ――酸碱及一般无机盐类酸主要来自矿坑废水、工厂酸洗水、硫酸厂、粘胶纤维、酸法造纸等， 酸雨也是某些地区水体酸化的主要来源。碱主要来自造纸、化纤、炼油等 工业。酸碱污染不仅可腐蚀船舶和水上构筑物，改变水生生物的生活条件， 还可大大增加水的硬度（生成无机盐类），影响水的用途，增加工业用水 处理费用等。?化学性污染源 ――植物营养物植物营养物主要指N、P、K化合物。主要污染源是化肥、农业废弃物、 生活污水和造纸、制革、印染、食品、洗毛等工业废水。如，城市居民每人每 天排放污水中的氮约50克。N、P、K等物质大量进入河流、湖泊、海湾等缓 流水域，引起不良藻类和其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧含量下降，水质 恶化，鱼类及其他生物大量死亡。这种现象叫富营养化。4.4.3 水的化学净化、纯化和软化受污染的水体在自然或人工状态下，通过物理、化学、生物学的作用， 使污染物浓度逐渐降低，直至恢复到原有清洁状态，称为水体的净化。利 用蒸馏、离子交换等方法进一步除去净水中的钠、钙、镁、铁等离子及氨、 二氧化碳等气体的过程称为水的纯化。水的软化是指将水中的钙离子 （Ca2+）、镁离子（Mg2+）、铁离子（Fe3+）或锰离子（Mn2+）等会产 生沉淀物的离子去除的过程。? 水质术语?溶解氧(DO)（dissolved oxygen）：溶解氧是指溶解于水中的氧。以每升水所含氧的毫克数表示。一般情 况下，没有受到污染的水中，溶解氧呈饱和状态。 在一定条件下，用一定的强氧化剂(如高锰酸钾、重铬酸钾)处理水样 时所消耗的氧化剂的量，以氧的毫克／升表示。是评定水质污染程度的重 要综合指标之一。 COD的数值越大，则水体污染越严重。?化学需氧量(COD)（chemical oxygen demand）：?生物化学需氧量(BOD)(biochemical oxygen demand):表示在规定条件下水中有机污染物经微生物分解所需的氧量，用氧的毫克 /升表示有机物的浓度。目前均以 5 天作为测定生化需氧量的规定时间，故称5 日生化需氧量(用BOD5表示)。?总需氧量（TOD ）(total oxygen demand) ：总需氧量是指水中能被氧化的物质，如有机碳氢化合物，含硫、含氮、 含磷等化合物燃烧生成稳定的氧化物所需的氧量。包括全部稳定的和不稳定 的需氧污染物需氧量，其数值较BOD5(五日生化需氧量)为高。目前用燃烧法 测定。?总有机碳(TOC) (total organic carbon):水溶液中有机物所含碳（有机分子中以共价键结合的碳）的总量 。?水的硬度(hardness):水的总硬度是指水中Ca2+、Mg2+的总含量。水中钙镁酸式碳酸盐形成的 硬度称为暂时硬度，钙镁的其他盐类如硫酸盐、氯化物等形成的硬度称为永 久硬度。暂时硬度和永久硬度的总和称为总硬度，其单位用每升水中含CaO 或CaCO3的毫克数来表示，可写成CaO mg? L-1或CaCO3 mg? L-1。?水体中常见的工业污染物有害物质 游离氯 氨 氟化物 氰化物 汞 镉 硫化物 亚硫酸盐 酸 碱 油 酚 醛 放射性物质主要来源 造纸厂，纺织物漂白 煤气和炼焦，化学工厂 烟气的净化，玻璃制品 有机玻璃，丙烯腈合成，制造煤气，电镀 氯碱制造，炸药制造，农药制造，医用仪表 有色金属冶炼 纺织物硫化染色，皮革，煤气，粘胶纤维 纸浆工厂，粘胶纤维 化学工厂，矿山，钢铁，铜等金属酸洗 化学纤维工厂，制碱厂 石油炼厂，纺织厂，食品加工厂 煤气和焦化厂，化学工厂，合成树脂厂，染料厂，制药厂 合成树脂厂，青霉素药厂，合成橡胶厂，合成纤维厂 原子能工业，放射性同位素实验室，医院，疗养院二f英 (dioxine)? 是210种氯代烃的总称，分为多氯二苯对二f英(PCDD, 75种)和多氯二苯并 呋喃(PCDF, 135种)两种。 ? 无色针状晶体的含氯化会物，是目前世界上已知的有毒化合物中毒性最强的， 其致癌性质极强，还可引起严重的皮肤病和伤及胎儿。 ? 二f英微量摄人人体不会立即引起病变，但由于其稳定性极强，一旦摄入不 易排出。二f英的来源：?在制造包括农药在内的化学物质，尤其是氯系化学物质的过程中产生。 来自 对垃圾的焚烧。在高温（约1000℃）焚烧聚氯乙烯塑料时，就会产生微量二f 英。 河流的分类分类 很清洁 清洁 尚清洁 可疑 劣 BOD5 (毫克/升) &1 ～2 ～3 ～5 &10 氨氮 (毫克/升) 0.04 0.24 0.67 2.5 6.7 悬浮固体 （毫克/升） 4 15 15 21 35中华人民共和国国家标准 生活饮用水卫生标准 (GB5749-85)项 色 浑浊度(度) 嗅和味 肉眼可见物 pH 总硬度(以CaCO3,计)(mg/L) 铁(Fe)(mg/L) 目 标 准 色度不超过15度，并不得呈现其他异色 不超过3度，特殊情况不超过5度 不得有异臭、异味 不得含有 6.5-8.5 450 0.3感官性状和 一般化学指标锰(Mn)(mg/L)铜(Cu)(mg/L) 锌(Zn)(mg/L) 挥发性酚类(以苯酚计)(mg/L)0.11.0 1.0 0.002硫酸盐(mg/L)氯化物(mg/L) 溶解性总固体(mg/L)250250 1000氟化物(mg/L) 氰化物(mg/L) 砷(As)(mg/L) 硒(Se)(mg/L) 汞(Hg)(mg/L)1.0 0.05 0.05 00.01 0.001镉(Cd)(mg/L)0.010.05 0.05 0.05 20 60 3 0.01 &1.0毒理学指标铬(六价)(Cr6+)(mg/L) 铅(Pb)(mg/L) 银 硝酸盐(以N计)(mg/L) 氯仿*(μ g/L) 四氯化碳*(μ g/L) 苯并（a）芘*(μ g/L) 滴滴涕 *(μ g/L)六六六*(μ g/L)&5.0100 3 在与水接触30min后应不低于0.3mg/L。 0.1 1.0细菌学指标细菌总数(个/mL) 总大肠菌群(个/L) 游离余氯 总σ 放射性(Bq/L) 总β 放射性(Bq/L)放射性指标?水体的净化?物理净化:借助于物理作用，分离和去除污水中非溶解的悬浮固体（包括油膜、油品）的污水处理法。?化学净化:通过化学反应改变污水中污染物的化学形态或物理形态，消除其毒性，或使其从溶解、胶体 和悬浮状态转变为沉淀物或漂浮物，或从固体 形态转变为气态，而从污水中去除，使污水得 到净化的污水处理法。?物理化学净化:运用物理和化学的综合作用，使污水得到净化的污水处理技术。?生物净化:利用水生生物特别是微生物的降解作用而使水中污染物浓度降低的过程。?水体的物理净化根据物理作用的不同，物理净化法可分为 筛滤截留法、重力沉降法和离心分离法 : ① 筛滤截留法：使污水流过留有孔眼或孔隙的 装Z。 ② 重力沉降法：污水中的固体污染物在其本身 重力作用下与水分离的过程。 ③ 离心分离法：使注有污水的容器高速旋转， 形成离心力场。固体颗粒在离 心力的作用下被甩向外侧，污 水则留在内侧，各自通过不同 的出口排出，使固体颗粒从污 水中分离出来的方法。? 水体的化学净化:属于化学净化法的有中和、化学沉淀、氧化还原、电解等。化学法主要 用于工业废水的处理。 ① 中和：酸和碱相互反应生成盐和水的过程称为中和。中和法用以处理酸性 废水和碱性废水，还可以调节被处理污水的pH值，使其形成中性。 ② 化学沉淀：向污水中投加某些化学药剂，使污水中的污染物发生直接的化 学反应，形成难溶的固体生成物（沉淀物），然后通过固液分 离，使污水得到净化。 ③ 氧化还原：通过药剂与污水中污染物的氧化还原反应，将污水中有毒害的 污染物转化为无毒或微毒物质的方法称为氧化原还法。常用的 氧化剂有：空气、臭氧、氯气、高锰酸钾等，作为还原剂者： 硫酸亚铁、亚硫酸盐等。 ④ 电解：污水在直流电流作用下，发生电解，其中的有毒物质在阳极和阴极 分别进行氧化和还原反应，生成新物质，这些物质或沉积在电极表 面或生成气体从水中逸出，降低了污水中有毒物质浓度，使污水得 到处理。?水体的物理化学净化属于物理化学净化法的处理技术有：混凝、气浮、吸附、离子交换、电渗 析、反渗透、超滤等。 ① 混凝：向污水中投加混凝剂，使水中呈胶体形态的污染物失去稳定状态， 进一步在相互碰撞和附聚搭接而成为较大的呈絮状的颗粒，这样的 颗粒易于从水中沉淀分离。 常用的混凝剂(絮凝剂)： 铝盐、聚合铝、铁盐、镁盐、有机絮凝剂 、高分子絮凝剂。②气浮：采取一定的技术措施，使空气以微小气泡的形式分散在污水中，并向 水面上浮，污水中比重小于1或接近于1的污染物以及乳化油剂粘附在气泡上， 随气泡一同上浮，与污水分离，使污水得到净化。按气泡产生的方法不同，气 浮可分为加压溶气气浮、叶轮扩散气浮、扩散板曝气气浮等。气浮法可有效地 用于处理含油废水、造纸厂白水以及染色废水等。 ③ 吸附：利用多孔性固体（称为吸附剂）吸附污水中某种或几种污染物（称 为吸附质），以回收或去除某些污染物，从而使污水得到净化的过程称为吸附 净化。根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。 常用的吸附剂有：活性炭、磺化煤、焦碳、沸石及硅藻土等。④ 离子交换：借助于离子交换剂中的交换离子与污水中的离子进行交换而 去除污水中有害离子的一种水处理技术。离子交换化学反应速度很快，一 般是瞬间完成。离子交换剂有多种分类法，但在实际工作中，习惯上按活 动离子名称，将交换树脂分为：H型、Na型、OH型、Cl型等。离子交换原理? 阳离子交换树脂：含酸性基团（如：-SO3H） ? 阴离子交换树脂：含碱性基团（如：≡NX ）? 2Cl ? ? 2Cl ? ? 2? ? ? 2? 2 R ? OH ? ? SO4 ? 2 R ? SO4 ? 2OH ? ?CO 2? ?CO 2? ? 3 ? 3? 2 Na ? ? 2 R ? H ? ? Ca 2 ? ? ? Mg 2 ? ?? 2 Na ? ? 2 R ? ? Ca 2 ? ? 2 H ? ? Mg 2 ? ?⑤反渗透：污水处理膜分离技术之一。将纯水与某种溶液用半透膜隔开，水 分子就会自动地透过半透膜进到溶液一侧，这种现象称为渗透。当渗透达到 平衡状态时，液面不再变化。此时两侧液面差称为该种溶液的渗透压。如果 在溶液一侧施加大于渗透压的压力，则溶液中的水就会透过半透膜，流向纯 水一侧，溶质则被截留在溶液一侧，这种作用称为反渗透。 ⑥电渗析:（简称ED）是一种利用直流电为动力来进行的膜分离技术。电渗析 器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小的水室。原污水进入这些小室时， 在电场作用下，污水中的离子即作定向移动。阳膜只允许阳离子通过，阴膜 只允许阴离子通过，结果这些小室的一部分变成含离子少的淡水室，出水为 淡水，而与其相邻的另一部分水室则变成聚集大量离子的浓水室，出水为浓 水。这样使离子得到了分离和浓缩，污水得到净化。?水体的生物净化:根据作用微生物种类的不同，生物处理分为好氧生物处理技术和厌氧生 物处理技术。城市污水及大多数的工业废水广泛使用好氧生物处理技术。按 好氧微生物在污水中的状态，好氧生物处理又可以分为活性污泥、生物膜、 稳定塘法和各种类型的土地处理技术。厌氧生物处理技术，又名生物还原处 理技术，主要用于处理高浓度有机污水和污水处理过程产生的污泥。?水体的纯化和软化净水的进一步纯化和软化主要依靠离子交换和蒸馏技术，利用石灰――苏 打法也可以使净水得到软化，其方法是向水中加入Ca（OH）2（消石灰）和 纯碱（Na2CO3），发生下列反应：HCO-3+OHCa2++CO2-3CO2-3 + H2O CaCO3↓Mg2++2OH-Mg（OH）2↓这样就可把水中钙、镁离子全部除去，而在水中仅留下钠离子。 城市中的生活用水是经自来水厂净化处理过的。而在某些乡村，则利用 明矾溶于水后生成的胶状物对杂质的吸附，使杂质沉降来达到净水的目的。4.4.4早在１６世纪时，英国女王曾颁布过一道命令：对发明廉价淡化海水方 法者给予一万英镑的奖金。当时的一万英镑可不是一笔小数目，大约折合今 天的７００多万元人民币。４００年以来竟没有哪位科学家夺得这笔奖金， 至今，英国政府宣布女王当年的悬赏仍然有效。因为到目前为止，海水淡化 的方法虽然有了320多种，但是，还没有一种达到该赏格规定的“物美价廉” 的标准。可见廉价淡化海水之难，淡水之需。海水的淡化海水含有3.5%的盐类化合物，存在着多种元素。如何廉价地把这些化合 物从水中去掉和利用一直是化学家们孜孜以求的目标。正因为如此，20世纪 50年代以后，海水谈化，作为一门现实的应用技术，发展很快。在已经开发 的20几种淡化技术中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法达到了工业规模的生产 应用。 我国海水谈化的研究起步于1958年。40年来发展很快，取得了长足进步和 显著的成绩，已逐步形成了一门综合性的技术学科和水处理技术产业。包括蒸 馏法、电渗析法、反渗透法、太阳能法等淡化技术在不同程度上得到较广泛的 开发和应用，初具规模，并已取得良好的社会环境和经济效益。海水淡化工程 不但在国内取得稳定发展，而且还有技术输出，多套装Z已出口印尼、中东、 基里巴斯和马尔代夫等国家。4.5 绿色化学世界化工产品数量已达到7万种之多，总产值约1万亿美元。化学品极大 地丰富了人类的物质生活，提高了生活质量，并在控制疾病、延长寿命，增 加农作物产量，在食品储存和防腐等方面起到了重要作用。但在生产、使用 这些化学品的过程中也产生了大量的废物，污染了环境。全世界每年生产的3 亿~4亿吨危险废物，给人类带来了严重灾难。那么， 化学工业能否洁净地制造化学品？ 化学家能否控制害虫而不危害人类的生存安全？ 化学家能否保证新合成的化学品不会破坏环境，或不会产生不良的生物效 应？4.5.1 可持续发展是人类的惟一选择可持续发展是本世纪80年代随着人们对全球环境与发展问题的广泛讨论 而提出的一个全新概念，是人们对传统发展模式进行长期深刻反思的结晶。 1992年在里约热内卢召开的联合国环境和发展大会（UNCED）把可持续发展 作为人类迈向21世纪的共同发展战略，在人类历史上第一次将可持续发展战 略由概念落实为全球的行动。 可持续性观念源远流长。然而现代可持续发展理论源于人们对愈演愈烈的 环境问题的热切关注和对人类未来的希冀。世界人口的爆炸式增长、自然资源 的日渐短缺和生态环境的不断恶化，是现代可持续发展理论产生的背景。1987 年Barbier等人发表了一系列有关经济、环境可持续发展的文章引起了国际社 会的注意。同年，布伦特兰夫人(Ms Gro Harlem Brundtland )在世界环境与发 展委员会的《我们共同的未来》中正式提出了可持续发展的概念，标志着可持 续发展理论的产生。?可持续发展观念的提出4.5.2 绿色化学――可持续发展的基本化学问题绿色化学与技术处于当前国际化学的前沿领域，绿色化学又称环境无 害化学，在其基础上创新的技术称绿色技术、环境友好技术或洁净技术。 绿色技术的核心是利用化学原理从根本上消除化学工业对环境的污染，它 具有少产废物，甚至不产废物，达到“零排放”的特点。绿色技术采用无 毒、无公害原料、催化剂和溶剂，生产对环境友好的产品，符合人类可持 续发展的基本战略。?绿色化学（环境无害化学）包括三个方面： ?原料的绿色化：即采用无毒、无害原料，利 用可再生资源。 ?化学反应的绿色化：指化学反应以“原子经 济 性”为基本原则，即在获取新物质 的 化学反应中，充分利用参与反应的每 个原料原子，实现零排放；反应过程 不产生其它副产品；反应采用无毒、 ?产品的绿色化：即生产无毒、无害，有利于 无害的溶剂、助剂和催化剂。 保护环境和人类安全的环境 友好产品。?原子经济性(Atom economy）美国Stanford大学的B.M.Trost教授在l991年首先提出了原子经济性(Atom economy）反应的概念，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。 理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成、产物，不生副产 物或废物。实现废物的“零排放”(Zero emission)。对于大宗基本有机原料的 生产来说，选择原子经济反应十分重要。原子经济性理论是绿色化学的核心内 容之一。1. 造纸工业纸造工业对环境的污染主要在于所排放的废液、废气和废渣，其中废 液是严重污染源。据统计，1994年我国造纸业排放有害废液50亿吨，占全 国废水排量的1／6，其中有机物约占 l／4。有害废液来源于三个方面：一是煮浆工段的废液，即碱法煮浆(制浆) 的黑液和酸法煮浆(制浆)的红液（主要是木素和碳水化合物的降解产物 ）。 第二种有害废液来源是含氯漂白废液（含氯代酚 ）。第三种有害废液来源 是制浆造纸过程中段废水。?目前造纸工业的绿色化学改造：①发展了其他无污染制浆技术，如机械法制浆、生化法制浆、废纸制 浆技术等，其中生化法制浆有很大的优越性，是21世纪造纸工业发展的方 向。 ②用中高浓度无氯漂白纸浆的新技术取代全氯漂白纸浆的传统方法。 无氯漂白也称无污染漂白，即用不含氯的物质如氧、过氧化氢、臭氧等作 为漂白剂，对纸浆在中高浓度条件下进行漂白。2.塑料工业世界塑料工业发展迅速，其年产量已达 1亿吨，美国和欧洲各为3000万吨，日本约1200万吨，中国约400万吨。 其用途已渗透到国民经济各部门以及人们生活的各个方面，给人们带来 文明，但其大量使用产生的塑料废弃物每年高达5000万吨。特别是农用 薄膜、垃圾袋、购物袋、餐具、食品包装、杂品和工业品包装材料等一 次性塑料废弃物，污染农田、铁路、城市环境、江河、港口等等，即所 谓“白色污染”已成为人类公害。化学家从70年代起就开始研制可降解塑料，至今已取得相当大的进展。这些 降解塑料有生物降解塑料、光降解塑料、光-生物降解塑料等类型。生物降解塑 料是由天然微生物(如细菌、真菌和藻类)的作用而引起降解的一类降解塑料。例 如，英国帝国化学公司(ICI)开发的酯类无规共聚物PHBV(商品名为Biop01)和美 国UCC公司研制的降解型塑料(商品名Tone)以及日本岛津制作所研制的聚乳酸 (PLA)都是完全生物降解性塑料。光降解塑料，如美国杜邦公司开发的Ecolyte(商 品名)，可控期在60―600天之间。我国化学家研制的添加型光降解“新疆5号” 超薄光解地膜已中试生产2000多吨，用于农田，覆盖面积已达4.52万公顷，其光 降解诱导期为60天，可满足农艺要求。 光-生物降解塑料是结合光与生物全面降 解作用达到完全降解的目的，它是2l世纪主要研制开发的方向之一3.氟里昂代用品在绿色化学产品方面，化学家还成功研制了CFCs的替代品――氢碳氟化 合物（HFCs）和氯碳氟化合物（HCFCs）。例如，CFC-12(化学式为CF2Cl2) 的替代品HFC-134a(化学式为CF3CFH2)已被用于电冰箱和空调等家用制冷设 备中；HCFC-22（化学式为CHF2Cl）在工业制冷装Z中用于代替CFC-12。 HFCs和HCFCs均容易挥发，不溶于水。随着它们被释放到周围环境，这些化 合物将滞留在大气中，并被氧化成各种无毒无害的降解产物。大气化学行为 研究已经证实，HFCs与臭氧“友好相处”。化学家研制的HFCs和HCFCs等 绿色化学品将在保护臭氧层、减少温室效应方面发挥十分重要的作用。第5章 能源与化学现代化学不仅研制新材料提高了人类的生活质量、推动了社会经济的 发展，利用化学品还能解决人类社会中存在的能源紧缺问题。以往的重点 能源是煤、石油、天然气等化石能源，上述这些不可再生的能源将在100年 后变得稀缺，必须提早节约和保存，并为后代做好利用新能源的准备。况 且它们已经成为20世纪人类影响环境的主要因素。因此，人们已开始积极 地研究高效洁净的转化技术和控制低品位燃料的化学反应，使之既能保护 环境又能降低能源的成本。5.1 全球能源结构和发展趋势? 能源的分类 (1) 按能源的形成可分为:能源 (energy sources) 是指能够提供某种形式能量的资源。它既包括能 提供能量的物质资源，又包括能提供能量的物质运动形式。前者如煤、石 油、天然气等燃料燃烧时可提供热能；后者如太阳光可放出热能，若照射 太阳能电池也可转化为电能。总之，某些物质和某些物质运动形式中储存 着高度集中的能量，燃料、太阳光、风力、水力等都是能源。① 一次能源：它是指自然界中存在的可直接使用的能源，例如煤、石 油、天然气、太阳能等，也称天然能源； ② 二次能源：它是指经加工转化成的能源，例如，电、蒸汽、煤气、 氢气、合成燃料等，因不是自然界天然存在，又称人工能源。(2) 按能源能否再生可分为：① 再生能源：它是指不随人类的使用而减少的能源，例如太阳能、生 物质能等； ② 非再生能源：它是指随人类的使用而逐渐减少的能源，例如煤、石 油、天然气等。(3) 按能源性质可分为：① 含能体能源：它是指能够提供能量的物质资源，例如煤、石油、 天然气等。这种能源若暂不使用可以保存也可以直接储存运输； ② 过程性能源：它是指能够提供能量的物质运动形式，例如太阳能、 风能等。这种能源不能保存也很难直接储存运输。(4) 按能源使用的成熟程度可分为：① 常规能源 ( 传统能源 ) ：它是指人类已经长期广泛使用，技术上比较 成熟的能源，例如煤、石油、天然气等； ② 新能源：它是指虽已开发并少量使用，但技术上还不成熟，尚未普 遍使用，却极具潜在应用价值的能源。例如太阳能电池、氢能源等。 但是，“常规”与“新”是一个相对的概念，随着科学技术的进步，它 们的内涵将不断发生变化。例如，核能在某些国家已成为常规能源，而在我 国，由于起步较晚，至今还归人新能源的范围内。预计 21 世纪核能在我国 也将成为常规能源。能源的分类种类 一次能源 煤 石油 天然气 植物秸秆 水力 风力 核燃料 生物质 太阳能 二次能源 煤气、煤油 汽油、柴油 甲醇、乙醇 苯胺 电、蒸汽 氢能 沼气 激光常规能源新能源5.1.1 地球上可供利用的能源地球从太阳的辐射中获取光和热，这种光和热经植物的光合作用又被转 化为生物质（biomass）的化学能。埋藏在地下的动植物残骸经过漫长的地质 作用转化为煤炭、石油和天然气等化石能源。江河湖海中的水，经日晒蒸发 再凝聚降落在高山丘陵之间形成水力能；空气经太阳光能加热，因密度差而 形成风能。所以，可以说太阳能是地球上主要能源的总来源。 从火的发现到18世纪产业革命之间，树枝、杂草、秸杆等生物质燃料一 直是人类使用的主要能源，称之为柴草时期。 18世纪中叶，煤炭开始大规模开采，1769年詹姆士? 瓦特（James， Watt，）发明蒸汽机，煤炭作为蒸汽机的动力之源，完成了第一 次产业革命，使煤炭成为人类的主要能源，称之为煤炭时期。 20世纪初，在美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天 然气。石油的大量开采和炼油工艺的提高，使石油很快成为能源消费的主 流，称为石油时期。据国际能源机构和美国能源部能源消息局最近预测，在未来20年内，世界能源 消费量年均增长率为2.0％。 世界煤炭消费量将由2000年的42．98亿吨增长到2020年的58亿吨，增加15亿吨。 世界石油供需格局无重大变化。2003年，全球石油生产量为36.9亿吨，较上年增 加3.8％； 天然气作为洁净优质能源近10年发展速度超过石油，产量年均增速在2％以上。 2003年，世界天然气产量达到2．63万亿立方米，年增幅在5％以上。天然气作为优 质能源将快速发展，2030年以后有可能超过石油，成为第一能源。
常规能源（指煤炭、石油和天然气）的燃烧将化学能转换为热能和光 能，同时生成二氧化碳、水和其他无机物。由于其中含有硫、氮等元素， 在燃烧过程中转化为二氧化硫和氮氧化物而造成大气污染。同时人类对化 石燃料的消费速度远远超过了动植物经地质作用形成化石能源的速度。因 此化石能源面临被消耗殆尽的危险。 根据国际能源机构的统计，假使按目前的势头发展下去，不加节制， 那么，地球的三种主要能源――原油、天然气和煤炭。能供人类开采的年 限，分别只有40年、50年和240年了。所以，开发新能源，替代上述3种传 统能源，迅速地逐年降低它们的消耗量，已经成为人类发展中的紧迫课题， 核能在今后一段时期内还将有所发展，但是核电站的最大使用期只有25-30 年，核电站的建造、拆除和安全防护费用也相对不低，过多地建设核电站 是否明智可取，还有待今后实践和历史来检验。那么，人类将向何处寻找 新能源呢？先进国家的能源专家认为，太阳能、风能、地热能、波浪能和 氢能这五种新能源，在今后将肯定会优先获得开发利用。5.1.2 中国能源消费现状及特点我国虽然幅员广大，但能源并不丰富。中国人口占世界的20%，而已探 明的煤炭储量只占世界的11%，原油占22%，天然气占1.20%，人均煤炭资 源为世界平均值的42.5%，人均石油资源为17.1%，人均天然气资源为13.2%， 人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半。我国一次能源预测总量约4 万亿吨标准煤，但其中90%是煤炭资源，石油、天然气等资源不足10%。同 时，我国能源利用率只有32%左右，比发达国家低了10个百分点。到2000年底，我国煤炭地质储量探明保有储量为10077亿吨，资源探明 率为20%，根据国际通行的划分标准，我国现有煤炭经济可开发剩余可采储 量为1145亿吨，约占世界同类储量的11.6%，按2000年年产煤炭10亿吨计算， 经济剩余可采储量的保证程度为114年，如果按年产40亿吨计算，则最多可 保证开采26年。我国石油资源量约有1000亿吨，其中探明储量160亿吨，天然气资源总 量约为38万亿立方米，其中探明储量2万亿立方米。我国到2000年油气资源 探明剩余可采储量石油为32.7亿吨，天然气为1.37万亿立方米，分别占世界 总量的2.3%和0.9%。按2001年我国原油产量1.63亿吨、天然气272亿立方 米计算，剩余可采储量石油为20年，天然气为49年。也就是说，按目前我 国每年石油开采量1.6亿多吨计算，现有剩余可采储量用不了到2020年就已 被全部开采完。为此，中国地质科学院已发出警告：我国油气资源的现有 储量将不足10年消费，最终可采储量勉强可维持30年消费。2001年全国能源生产消费总量约为12亿吨，其中煤炭产量近11亿吨，消 费超过10亿吨，发电装机容量为3.38亿千瓦，年发电量14838亿千瓦时，全社 会用电量14683亿千瓦时，石油产量1.6亿吨，进口7000万吨，全社会石油消 费量为2.3亿吨。 未来16年，我国能源安全面临的主要挑战：一是能源生产总量和结构如 何满足迅速增长的需求，为国民经济发展提供强有力的支撑；二是如何保持 燃料油价格的稳定，为轿车进入家庭提供保障条件；三是如何全面推广洁净 煤技术，在煤炭消耗持续增长的情况下减少污染排放；四是如何调整能源结 构，增加可再生能源和清洁能源的比重。“十五”期间我国能源发展战略可概括为六句话，三十六个字：保障能 源安全，优化能源结构，提高能源效率，保护生态环境，继续扩大开放，加 快西部开发。5.2 能量产生和转化的化学原理能量转换包括同种能量和不同种能量转换，又包括能量的直接转换 和间接转换。化学反应是能量转换的重要技术。能量的化学转换主要利 用热化学反应、光化学反应、电化学反应和含有微生物的生物化学反应 等。用化学反应进行的能量转换能量的化学转换 化学能→热能 热能→化学能→ 热能 化学能→化学能 光能→化学能 光能→化学能→ 电能 现象 燃烧反应、反应热 化学热管、化学热泵 气化反应、液化反应 、化学平衡 光化学反应 光化学电池 能量的化学转换 化学能→电能 电能→化学能 光能→生物能 现象 电化学反应、燃 料电池 电解 光合作用、生物 化学反应生物能→化学能 生物化学反应、 发酵5.2.1 利用热化学反应的能量化学转换常规能源如煤、石油、天然气等主要利用热化学反应（燃烧反应）将化学 能直接转化成热能。各种燃料完全燃烧时的产物是CO2和H2O。下表是几种燃 料(以每克燃料计)在标准态下燃烧时放出的热量：燃料热化学反应式C(s) ＋ O2 (g)=CO2 (g) C8H18(l)+ 25/2O2(g) = 8CO2(g) + 9H2O(l) CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g)Q/kJ 〃 g - 1－ 32.8 － 48.0 － 55.6煤 石油① 天然气①石油主要由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成，石油加工可得到石 油气、汽油、煤油、柴油等。辛烷 (C8H18) 是汽油的代表性组分。 由表可知，相同量的燃料，煤燃烧反应放出的热量最少。但是，在化石 燃料中，石油、天然气等的储存量远没有煤丰富。因此，虽然煤燃烧反应放 出热量较少，但它们仍然是使用最多的能源之一。在我国煤炭一直是主要能 源，约占一次能源的 70 ％左右，为了解决煤 ( 含杂质 S) 燃烧时产生 SO2 等 有毒气体引起环境污染的问题，充分利用煤资源。就必须提高煤的化学转换 的利用率。其中煤气化后转变为气态或液态燃料是有效的方法。5.2.2 利用电化学反应的能量化学转换在电池装Z中发生电化学反应可以将化学能直接转换为电能，提高化学能 的利用效率。大多数电池包括原电池、蓄电池和储备电池等，都属于常规电池， 其反应物质是预先封闭在电池里的，当反应物质消耗完后，不能很方便地补充， 因此它们只能用于短时间、小范围、低电压、小电流的局部供电。5.2.3 利用光化学反应的能量化学转换太阳能是一种辐射能，具有即时性，必须即时转换成其它形式能量才能 利用和贮存。利用光化学反应的能量化学转换就是将太阳能转换为化学能。 它主要有两种方法： ①光合作用：光合作用过程中首先是吸收光能并把光能转变为电能，进 一步形成活跃的化学能，最后转变为稳定的化学能，贮藏于碳水化合物中。 ②光分解水制氢：光分解水制氢是将太阳能转化成能够储存的化学能的 方法。由于氢是一种理想的高能物质，地球上水的资源又及其丰富，所以光 分解水制氢技术对利用氢能源具有十分重要的意义。5.2.4 能量的转化和利用效率尽管能源和能量可以用同一词“ energy ”来表示，但是能量和能源既有联系又 有区别。能量来自能源，但能量本身是量度物质运动形式和量度物体作功的物理量， 它包括机械能、势能、动能、化学能、热能、电 ( 磁 ) 能、核能、物质能等。人类 利用的各种形式的能量都是由一次能源转换而来的，在人们的生产和生活中，每时 每刻都在消耗着大量的能源，但并不是在消耗能量而是在利用能量。利用能量的实 质是能量的传递过程，它主要包括能量转换、能量传输和能量储存等环节。? 能量的守恒和转化――热力学第一定律外界对系统作功W，同时系统从外界吸收热量Q，则系统从一个平衡 态变化到另一个平衡态，系统的内能增大了?U，即 ?U = Q ― W 规定：系统从外界获得热量，Q为正值，向外界释放热量，Q为负值；系统内 能增大，?U为正值，内能减小，?U为负值；系统对外界作功，W为正值， 外界对系统作功，W为负值。 热力学第一定律也可以表述为，第一类永动机不可能实现。 在科学界一般把永动机分成两类：第一类永动机声称一旦让其运转起 来，就不再需要继续提供能量，而能自动不断地做功。这类永动机自古以 来就有人设计过，通常的永动机基本上属于这一类。它实际上是认为能量 能够无中生有地创造出来 。 第二类永动机不违背热力学第一定律，它也给机器提供能量，只不过 是从单一和均匀的热源（例如海洋、大气层）吸取能量。这一类永动机在 设计循环过程时，都要让热能从低温物体传到高温物体，或让热能百分之 百转化成机械能。这违背了热力学第二定律。? 能量的利用效率――热力学第二定律热力学第二定律的两种表述： ① 克劳修斯表述：不可能自动地把热量从低温物体传向高温物体而不 引起其他变化。 与之相应的经验事实是，当两个不同温度的物体相互接触时，热量将 由高温物体向低温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体 ， 如果借助制冷机，当然可以把热量由低温传递到高温，但要以外界作功为 代价，也就是引起了其他变化。克氏表述指明热传导过程是不可逆的。 ②开尔文表述：不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变成有用的 功而不产生其他影响。 相应的经验事实是，功可以完全变热，但要把热完全变为功而不产生其 他影响是不可能的。如利用热机，但实际中热机的循环除了热变功外，还必 须有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。热全部变为 功的过程也是有的，如理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了气体从单一 热源吸热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体的体积增 大了。开氏表述指明功变热的过程是不可逆的。 热力学第二定律的每一种表述都表明了一种过程的不可逆性。功转变 为热的过程的不可逆性，热量从高温物体传向低温物体的过程的不可逆性。 Q 热力学第二定律数学表达式： dS ?T热力学第二定律实质上揭示了自然界中的一切与热现象有关的过程都 是不可逆的。强调：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程 在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕迹完全消除。? 热机效率任何热机从高温（T2）热源吸热（Q2），一部分转化为功W，另一部 分（Q1 ）传给低温（T1）热源。将热机所作的功与所吸的热之比值称为热机效率，或称为热机转换系数，用η表示。? 卡诺循环W Q2 ? Q1 ?? ? Q2 Q21824 年，法国工程师N.L.S.Carnot ()设计了一个循环，以 理想气体为工作物质，从高温 T2热源吸收 Q2的热量，一部分通过理想热 机用来对外做功 W，另一部分 Q1的热量放给低温 T1 热源。这种循环称为 卡诺循环。 卡诺循环是一个理想的准静态循环，是可逆循环。它由两条等温线和 两条绝热线组成的循环。? 卡诺定理卡诺在研究热机循环效率时，提出了卡诺定理： （1）相同高温热源（T2）和低温热源（T1） 之间工作的一切可逆机，不 论用什么工作 物质 ，其效率都相等。W Q1 ? Q2 (T2 ? T1 ) ? η? ? T2 Q2 Q2（2）在两个给定（不同）温度的热源之间工作的两类热机，不可逆热机 的效率不可能大于可逆热机的效率。T1 ? ? 1? T2总结：能量可以互相转换，转换过程必须遵守热力学第一定律――能量守恒定律。 但是能量的“质量”概念显得更为重要，它是以转换为功的能力与程度来区分和判别 的。热力学第二定律指出功可以全部转化成热，而热不能全部转化为功。这实质上指 出了能量的“质量”不守恒性――贬值。不同形态的能量， “质量”不同。 高品质能――机械能、电能等，可以无限制地全部转换为功。 低品质能――热能、化学能，只能部分转换为功。 不同状态的同种载能物质，能的质量也不同，例如相同数量的热量，温度高的热能 质量高；温度低的热能质量低甚至是无用能。以水为例，水所处的位Z越高，它所具 有的潜在的可利用的能量就越多。因此高位水的能量质量比低位水高。5.3 化学在煤、石油和天然气开发利用方面的贡献煤炭是储量最丰富的化石燃料。世界煤炭可采储量约1012t，中国约占11%， 仅次于俄罗斯和美国，居世界第 3 位。煤炭既是重要的能源，也是重要的化工 原料。燃烧煤时会排放出大量有害气体和烟灰，使生态环境遭到严重破坏。统 计表明，仅中国每年排入大气的污染物中有80%的烟尘，87%的SO2，67%的 NOx。来源于煤的燃烧。5.3.1 煤的高效、清洁化燃烧及化学转化煤、石油、天然气是目前使用得最多的燃料，但它们在地球上的蕴藏量 是有限的，日用渐少，最终会枯竭。因此，如何来控制燃烧反应，使燃料充 分燃烧，对于节约能源非常重要。若能把煤等燃料的燃烧利用率提高1倍，就 相当于将这些燃料的使用时间延长1倍。当今世界能源研究的前沿课题之一， 就是如何提高燃烧效率，节约能源。在三大能源的开发利用方面，无论是煤 的高效、洁净燃烧技术，还是天然气的化学转化技术，化学都发挥了十分重 要的作用。石油化工从炼油开始，到每一种分子量较小的烃类化合物（如汽 油、煤油、柴油、乙烯、丙烯等）的生产均离不开催化，化学家研制的催化 剂已成为石油化工的核心技术。? 煤炭的组成与结构煤炭是一类具有高碳氢比的有机交联聚合物与无机矿物所构成的复杂化合物， 煤炭有机大分子有许多结构相似但又不相同的结构单元组成。结构单元的核心是缩 合程度不同的稠环芳香烃，及一些脂环烃和杂环化合物。结构单元之间由氧桥及亚 甲基桥联接，它们还带有侧链烃基、甲氧基等基团。大分子在三维空间交联成网状 结构，一些小分子以氢键或范德华力与其相连。无机矿物被有机大分子填充或包埋， 形成复杂的天然“杂化”材料。为研究煤的化学结构，人们用各种先进的分析方 法和手段进行了大量分析测试，在所测结构参数的基 础上推演出来煤的化学结构模型。迄今为止煤化学界 公认为比较正确和合理的煤化学结构模型如下：煤的组成以有机质为主体，构成有机高分子的主要是碳、氢、氧、氮等 元素。煤中存在的元素有数十种之多，但通常所指的煤的元素组成主要是五 种元素、即碳、氢、氧、氮和硫。在煤中含量很少、种类繁多的其他元素， 一般不作为煤的元素组成，而只当作煤中伴生元素或微量元素。煤的元素组成和发热量煤 种 泥 炭 褐 煤 烟 煤 无烟煤 C （%） 约50 50~70 70~85 85~95 H （%） 5.3~6.5 5~6 4~5 1~3 O （%） N （%） 27~34 16~27 2~15 1~4 1~3.5 1~2.5 0.7~2.2 0.3~1.5 微量 ~10% S /% (总硫) 发热量 MJ〃kg-1 8~10 10~17 21~29 21~25? 煤应用的历史煤炭，中国古代称“石炭”、“乌薪”、“黑金”、“燃石”等。最 早记载煤的名称和产地的著作是战国时期的《山海经》。《汉书? 地理志》 上也记载：“豫章郡出石可燃，为薪。”说明煤已用于江西南昌附近人民 的日常生活中。? 19世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主。? 20世纪60年代起，世界能源消耗中，石油与天然气所占的比例超过了煤炭。 ? 当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与天然气占60%以上，煤炭中 占20%左右。? 煤作为燃料的缺点：? 煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率低。? 通常的采煤方法，开采率仅为60%左右。 ? 运输比石油、天然气困难。 ? 煤在燃烧过程中生成的SO2, SO3污染环境，是引起酸雨的主要原因。? 煤的化学转换――煤的气化从能量转换角度来讲，煤气化技术是把煤的化学能转换成易于利用的 气体的化学能的过程。煤的气化是在气化剂 ( 空气、氧气、水蒸气或氢气 ) 作用下把煤及其干馏产物最大限度地转化为煤气。以 O2 和水蒸气为气化 剂，焦炭 ( 以石墨计 ) 发生如下反应：水煤气的主要成分是 CO 和 H2，它们完全燃烧时可放出大量热量：将 O2 和水蒸气在加压下通过灼热的煤，可以发生甲烷化反应，并生成 合成气：合成气中主要含 CH4 、 H2 和 CO ，可用作天然气的代用品。 也就是说，碳燃烧时既可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤气 的成分、热值及用途都不同，分别叫做低热值气和中热值气。中热值气在适 当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气（即合成气）。示意如图：煤气的组成（体积百分比）名 称 气化 剂 组 成（％） H2 2.6 CO CO2 14.7 N2 72.0 CH4 0.5 O2 0.2 热值 （kJ/M3） 主要用途空 气 煤 气空气10燃料混 空气、 合 水蒸 13.5 27.5 煤 汽 气 水 煤 气 半 水 煤 气5.552.80.50.2燃料水蒸 48.4 38.5 汽水蒸 汽、 40.0 30.7 空气6.06.40.50.210000－ 11300燃料8.014.60.50.2合成氨原 料气? 煤的化学转换――煤的液化煤的液化是将煤最大限度地转化为液体燃料，又称人造石油。它包括煤 的间接液化和直接液化两类。它们都是通过一定的方法将煤加热裂解，使大 分子变小，人为地提高煤中的含氢量，使燃烧时放出的热量大大增加且减少 煤直接利用所造成的严重的环境污染问题。 煤加氢液化一般在450－480℃、加压下分段进行的。先是少数最活泼 的键发生较快的热断裂，产生较大的有机碎片。然后是比较牢固的键断裂， 产生较小的碎片。随着煤大分子的分解，包藏在煤间隙结构中或与煤大分 子不是以共价键结合的烃类被释放出来，形成最初的油状产物（约占转化 产物的10～25％）。共价键的热断裂产生数量不等的自由基，它们可通过 加氢而稳定化。氢的来源可以是氢气或能提供氢原子的溶剂（称为供氢溶 剂）。这是一个十分缓慢的反应过程，反应的结果是使产物由沥青类转化 为油类，为提高油类的产率，需要更苛刻的条件（较高的温度和压强，较 长的停留时间），其间可能发生的反应包括加氢、脱水、杂环开环失杂原 子和桥结构的断裂。因此，是一难以进行、费用较高的过程。? 煤炭的直接液化直接液化工艺旨在向煤的有机结构中加氢，破坏煤结构产生可蒸馏液体。目前 已经开发出多种直接液化工艺，但就基本化学反应而言，它们非常接近，共同特征 是：在高温和高压的条件下在溶剂中将较高比例的煤溶解，然后加入氢气和催化剂 进行加氢裂化过程。直接液化是目前可使用的最有效的液化方式。? 煤炭的间接液化煤炭间接液化的第一步是，利用蒸汽气化完全打破煤的原有化学结构， 气化产物的组成可以调节而达到所需 H2 和CO组成比例，并除去对催化剂有 毒的含硫成分。生成的“合}