书城科普读物探索未知-透析化学污染
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第10章 二氧化硫

一提起二氧化硫,我们马上想到的就是酸雨。那么,二氧化硫从何处来,又往何处去呢?随着现代化的进程进一步提速,二氧化硫主要来自燃烧含硫的燃料。而空气中的二氧化硫很大部分来自发电过程及工业生产。它不仅污染环境,还是可怕的酸雨的制造者。

二氧化硫是一种无色的中等刺激性气体,主要影响呼吸道。吸入二氧化硫可使呼吸系统功能受损,加重已有的呼吸系统疾病(尤其是支气管炎及心血管病)。对于容易受影响的人,除肺部功能改变处,还伴有一些明显症状如喘气、气促、咳嗽等。二氧化硫亦会导致死亡率上升,尤其是在悬浮粒子协同作用下。最易受二氧化硫影响的人士包括患有哮喘病、心血管或慢性肺病(例如支气管炎或肺气肿)者、儿童及老年人。

一、二氧化硫的性质

二氧化硫是一种有毒,而且极易液化的有刺激性气味的无色气体,密度比空气的大,易溶于水。

1.二氧化硫的化学性质。二氧化硫溶于水,使水溶液显酸性;是亚硫酸的酸酐,具有酸性氧化物通性,和水化合生成亚硫酸,亚硫酸不稳定,分解成水和二氧化硫,反应是可逆的。

和碱溶液反应生成亚硫酸盐,二氧化硫过量时生成酸式亚硫酸盐:SO2+2NaOH=Na2SO3+H2ONa2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3

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

(NH4)2SO3+H2O+SO2=2NH4HSO3

和碱性氧化物反应生成亚硫酸盐:

SO2+CaO=CaSO3

因为SO2中硫为+4价,处于中间价态,所以它表现弱氧化性和强还原性。

弱氧化性:SO2+2H2S=3S↓+2H2O强还原性:2SO2+O2=2SO3

SO2+NO2=SO3+NO

SO2+Br2+H2O=H2SO4+2HBrSO2+2HNO3(浓)=H2SO4+2NO2↑5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4(溶液褪色)

漂白性:漂白某些有色有机物,但是二氧化硫的漂白原理与次氯酸是不同的,二氧化硫的漂白原理是SO2和某些有色有机物化合生成无色不稳定的化合物,当日晒或加热时,无色物质分解,颜色复原,所以是一个物理过程。

2.二氧化硫的污染性。酸性物质SOx有四类天然排放源:海洋雾沫,它们会夹带一些硫酸到空中;土壤中某些机体,如动物死尸和植物败叶在细菌作用下可分解某些硫化物,继而转化为SOx;火山爆发,也将喷出可观量的SOx气体;雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然SOx排放源,因为树木也含有微量硫。

二氧化硫是酸雨的成因之一。当雨、雪、雾、雹和其他形式的大气降水,pH小于5.6时,统称为酸雨。酸雨是大气污染的一种表现。自从20世纪50年代英国、法国发现酸雨以来,酸雨的范围逐渐扩大到世界各国。近年来我国上海、四川、贵州、湖南等地也降过酸雨。

酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理变化。酸雨中含有多种无机酸、有机酸,主要是硫酸和硝酸。酸雨是煤炭、石油以及金属冶炼过程中产生的二氧化硫、氮氧化物,在大气中经过一系列反应而生成的。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。它能使湖泊河流酸化。据调查,美国纽约州阿第伦达克山区有51%湖泊的水呈酸性(pH<5),90%的湖泊里已经没有鱼生存。瑞典一万个淡水湖中,有2000个湖里的鱼和其他生物面临灭顶之灾。1974年降落在英格兰地面上的酸雨,其酸性比食醋还强,pH值达2.4。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。例如,美国的铁轨损坏有1/3是与大气污染及酸雨有关。欧洲的许多文物古迹,如巴特农神殿、伦敦英王理查一世的塑像以及其他珍贵的古代纪念碑和雕像,都不同程度地遭受酸雨的腐蚀,而使其面目皆非。