中学化学中涉及的环境污染|光化学|有机物|燃烧|臭氧|酸雨

自然环境是人类生存和活动的场所。人类为满足生活和生产活动中的各种需求，一方面向环境索取自然资源，一方面又将生活和生产过程中产生的废物排泄到环境中去。伴随着地球上人口数量的不断膨胀和人类活动能力的不断增强，当人类向环境索取的物质和能量超过了环境所能提供的能力，人类活动产生的各种排泄物严重超标，那么其他生物的正常生存和发展就会受到损害。

中学化学围绕大气、水体、土壤三大环境要素，结合化学原理讲解污染的来源、危害与防治，核心内容如下：

一、大气污染

⒈典型污染物与危害

⑴颗粒物（PM）：PM10可进入呼吸道，PM2.5能深入肺泡甚至进入血液循环，是雾霾的主要成因。

⑵硫氧化物（SOₓ）：主要来自燃煤、石油燃烧，是酸雨形成的核心物质。

⑶氮氧化物（NOₓ）：机动车尾气、工业高温燃烧产生，参与酸雨和光化学烟雾的形成。

⑷一氧化碳（CO）：燃料不完全燃烧产生，剧毒，能与血红蛋白结合导致人体缺氧。

⑸碳氢化合物（HC）：燃料挥发或不完全燃烧产生，是光化学烟雾的“参与者”。

⑹近地面臭氧（O₃）：NOₓ和挥发性有机物在紫外线作用下生成的二次污染物，强氧化性，刺激呼吸系统。

⒉重点污染问题

⑴ 酸雨：

酸雨是pH＜5.6的降水。是煤炭、石油以及金属冶炼过程中产生的二氧化硫、氮氧化物，在空气中经过一系列反应，氧化后溶于水形成硫酸、硝酸，酸溶解在雨水中，降到地面即成为酸雨。

酸雨的危害十分严重，包括酸化土壤/湖泊、腐蚀建筑物、危害人体健康。它能使湖泊河流酸化。酸雨不仅污染水域，还能影响树木的生长，破坏土壤，危害农作物，破坏城市建筑物、机器、桥梁、腐蚀名胜古迹及雕塑。

⑵ 光化学烟雾：

主要污染物是一氧化氮和二氧化氮。NOₓ和HC在紫外线作用下生成的复杂混合物，1946年首次出现在洛杉矶，被称为“洛杉矶型烟雾”，会引发呼吸道疾病、降低能见度。

大气中的氮氧化物大约有2/3来自煤炭及石油产品燃烧，以及生产氮肥、有机中间体、金属冶炼时产生的废气。燃烧1吨煤能产生3.6-9千克二氧化氮。还有约1/3来自汽车的尾气。少量是由于自然界的火山爆发、雷击闪电等使大气中的氮和氧化合生成的。大气中氮氧化物含量达到一定程度时，如果还有碳氢化合物、硫氧化物等存在，就可能发生“光化学烟雾”，危害人类健康。

⑶ 温室效应：

由于人口急剧增加，工业迅猛发展，呼吸产生的二氧化碳及煤炭、石油、天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水平；而另一方面，由于对森林乱砍滥伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的条件；再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。空气中二氧化碳含量的增长，就使地球气温发生了改变。

CO₂、CH₄、氟利昂等温室气体过量排放，导致全球气温升高，引发冰川融化、海平面上升、气候异常。

气温升高，将导致某些地区雨量增加，某些地区出现干旱，飓风力量增强，出现频率也将提高，自然灾害加剧。更令人担忧的是，由于气温升高，将使两极地区冰川融化，海平面升高，许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁，甚至被海水吞没。因此，必须有效地控制二氧化碳含量增加，控制人口增长，科学使用燃料，加强植树造林，绿化大地，防止温室效应给全球带来的巨大灾难。

⑷ 臭氧空洞：

近半个世纪以来，大气中的许多有害气体，特别是作为电冰箱、空调机制冷剂的氯氟代烷大量排放，飘浮在高层大气中的氯氟代烷，在太阳紫外线高能辐射下，氟利昂分解产生的Cl原子是破坏臭氧的催化剂，氯原子能迅速跟臭氧分子作用消灭掉臭氧，然后它又立即恢复原状，重新消灭臭氧分子，因而使臭氧层中的臭氧日益减少。臭氧层可滤除紫外线，其破坏会威胁生物健康。

科学研究证明，大气中臭氧减少1%，照射到地面的紫外线就增加2%，皮肤癌的发病率则增加5%左右。臭氧层的恶化还会损害人的免疫系统，使患白内障和呼吸道疾病的人增多；阻止植物的叶茎生长；还可能导致全球平均气温上升；使海平面升高；使肥沃的土地变成沙漠，最终导致人类及生物的消亡。

⑸ 大气漂尘污染：

大气中弥漫着的固体和液体颗粒，粒径大约在1.0×10-7m―1.0×10-5m之间，长期悬浮不落的，称为“大气飘尘”。漂尘的成分复杂，形态万千，往往是其他多种污染物的载体和催化剂。大气中漂浮着因核爆炸而产生的放射性灰尘时，会使人引起慢性放射性病和皮肤慢性损伤，因此，大气飘尘是危害较大的大气污染物之一。

⒊防治措施

源头控制：开发太阳能、风能等新能源，减少化石燃料使用。

燃料处理：对煤、石油进行脱硫处理，降低污染物排放。

末端治理：如烟气脱硫（石灰石-石膏法：CaCO₃吸收SO₂生成石膏，可用作建筑材料）。

二、水体污染

⒈主要污染物类型

⑴有毒无机污染物：汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）等重金属，以及氰根离子（CN⁻）、亚硝酸根离子（NO₂⁻）等，具有潜在危害，易在生物体内富集。

⑵有机污染物：难降解的有机化合物，会消耗水中溶解氧，导致水生生物死亡。

⑶农药污染物：农业过量使用农药，随雨水流入水体，破坏生态平衡。

⒉典型环境事件

⑴水俣病：由无机汞转化为有机汞（氯化甲基汞），通过食物链富集，人食用受污染鱼类后引发慢性中毒。

⑵骨痛病：由镉污染导致，镉在人体内积蓄损害骨骼系统。

⒊ 赤潮、水华：：

大量涌进海洋中的废水、废渣以及经大气交换进入海洋的物质中，有些含有氮、磷等元素，属于植物生长必需的营养素。因此浮游生物大量急剧繁殖，就使大海穿上了“红装”。为了预防海洋赤潮现象，应该控制含氮、磷等废物，例如含磷洗衣粉等向海洋中排放，以保持海洋中的生态平衡。

上述现象发生在淡水中即称水华。

⒋防治思路

⑴工业废水达标排放，采用沉淀、氧化、生物降解等化学方法处理污染物。

⑵农业合理使用化肥农药，减少面源污染。

⑶生活污水集中处理，避免直排自然水体。

三、土壤污染

⒈主要来源

工业废弃物堆放、污水灌溉、农药化肥过量使用、生活垃圾填埋等。

由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及漂尘也不断随雨水降落在土壤中，导致了土壤污染。土壤污染物的来源广、种类多，大致包括酸、碱、重金属（铜、汞、铬、镉、镍、铅等）盐类、放射性元素铯、锶的化合物、含砷、硒、氟的化合物、有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、3，4-苯并蓖以及由城市污水、污泥及厩肥带来的有害微生物等。为了控制和消除土壤的污染，首先要控制和消除土壤污染源，加强对工业“三废”的治理，合理施用化肥和农药。

⒉ 白色污染：

日常生活用品中有许多是塑料制品，如塑料袋、一次性餐具、饮料瓶、饮水杯等，这些废弃物到处乱扔不仅影响市容，而且由于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等塑料很难降解，混入土壤中几十年不变，破坏了土壤结构及作物从土壤中吸收水分和营养成分的途径，从而影响农业生产。目前我们把由塑料造成的污染称为“白色污染”。为了防止白色污染继续蔓延，应禁止使用超薄塑料袋。同时还应积极推广使用能迅速降解的淀粉塑料、水溶塑料、光解塑料等。

⒊危害

重金属、有毒有机物在土壤中累积，通过农作物进入人体，引发慢性疾病。

破坏土壤结构，降低土壤肥力，影响生态平衡。

⒋防治措施

推广绿色农业，减少化肥农药使用，采用生物防治病虫害。

工业废弃物无害化处理，避免土壤二次污染。

污染土壤修复：采用化学固定、植物修复等技术降低污染物活性。

四、中学化学的环保教育核心

⒈核心素养目标

树立绿色化学观念，理解“来源—过程—危害—防治”的闭环思维，能基于化学原理分析环境问题并提出简单对策。

⒉教学渗透方向

结合硫、氮、碳等元素化合物知识，讲解污染形成与防治；通过水俣病、伦敦烟雾事件等案例，强化环保意识；引入绿色化学理念，理解“从源头减少污染”的重要性。