《自然界的物质》PPT课件.ppt

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1、第二章 自然界的物質,2-1 水,2-2 大氣,2-3 土壤,哪些物質與人類關係最密切？水人體中約含有體重70的水分食物：農業、畜牧業工業：冷卻、動力、原料大氣保護地球：調空溫度、防止紫外線及隕石侵襲氣候變化土壤地表約30覆蓋岩石或土壤人類活動大都在土壤表面進行,簡介,2-1 水,2-1A 自然水及其處理法2-1B 海水資源及其化學處理2-1C 污染及其防治,2-1A 自然水及其處理法,自然水,純水性質,處理法,三相圖,物理性質,化學性質,水,一般物質以CO2為例,水的淨化/消毒,硬水軟化,純水的物理性質,常溫、常壓下，純水為無色、無臭、無味之液體1大氣壓(atm)下 沸點(b.p.)：100

2、熔點(m.p.)：0，亦稱冰點、凝固點可調節氣溫，其原因為 高汽化熱：540(卡/克)高比熱：1(卡/克)4時 體積最小，密度最大：1(g/cm3)上述特性使水能上下對流，冬季時保持結冰的水面下為4，水中生物可生存,純水為極弱的電解質室溫下(25)，純水為中性，酸鹼值pH=7與活潑金屬(例：鹼金屬、Ca、Sr、Ba)反應，生成氫氧化物與氫氣2 Na+2 H2O 2 NaOH+H2 Ca+2 H2O Ca(OH)2+H2 金屬氧化物溶於水 鹼性 例：Na2O、CaO、不溶於水 中性 例：CuO、Fe2O3、非金屬氧化物溶於水 酸性 例：CO2、SO2、不溶於水 中性 例：CO、SiO2、,純水的

3、化學性質,水的三相圖,固相,液相,氣相,固氣共存,固液共存,液氣共存,100,374,0,1.0,218,三相點0.01610-3 atm,臨界點,正常熔點,正常沸點,臨界溫度,臨界壓力,二氧化碳的三相圖,固相,液相,氣相,壓力(atm),溫度(),31,78,1.0,73,三相點575.2 atm,臨界點,正常熔點,臨界溫度,臨界壓力,密度：CO2(s)CO2(l)向右傾斜，與水不同,2-1A 水的淨化,水的淨化,自來水廠,實驗室法,蒸餾法：各成分的沸點不同，加以分離,硬水軟化,硬水的定義含有Ca2+、Mg2+的水暫時硬水陽離子：Ca2+、Mg2+陰離子：HCO3永久硬水陽離子：Ca2+、M

4、g2+陰離子：Cl、SO42,硬水缺點,硬水軟化法,硬水軟化,目的,去除水中Ca2+、Mg2+,方法及適用種類,硬水軟化-石灰蘇打法,石灰-蘇打(CaO-Na2CO3)軟化硬水 產生CaCO3、Mg(OH)2,CaO(s)+H2O(l)Ca(OH)2(aq)Mg2+(aq)+Ca(OH)2(aq)Mg(OH)2(s)+Ca2+(aq)Ca(HCO3)2(aq)+Ca(OH)2(aq)2CaCO3(s)+2H2O(l)Ca2+(aq)+Na2CO3 CaCO3(s)+2Na+(aq),硬水軟化-陽離子交換法,陽離子交換法：交換硬水中的Ca2+、Mg2+M2+(aq)+2NaZ(s)MZ2(s)+

5、2Na+(aq)(MCa、Mg，Z沸石或樹脂)再生：加濃食鹽水使其還原 MZ2(s)+2Na+(aq)M2+(aq)+2NaZ(s),例題 2-1,前面曾介紹以凝聚法來淨化自然水，試問 何謂凝聚法？,解：若懸浮物的顆粒太小而不易沈降時，加入明礬使此顆粒發生凝聚，此法稱為凝聚法。,練習 2-1,在自然水處理過程中，哪些屬於化學變化？,解：水的消毒及軟化均屬化學變化。,2-1B 海水資源及其化學處理,表 2-1 海水中主要的物質含量,海水中重要物質的提煉(1),海水中重要物質的提煉(2),海水中重要物質的提煉(3),氯化鎂電解及產物用途,陰極產物 鎂(Mg)質硬、密度小 飛機及飛彈外殼燃燒發出強光

6、 鎂光燈陽極產物 氯氣(Cl2)水的消毒氧化Br，得到紅棕色刺激性Br2(l),例題 2-2,氫氧化鎂與鹽酸作用可得氯化鎂，請寫出此反應的化學反應式？,解：Mg(OH)2(s)+2HCl(aq)MgCl2(aq)+2H2O(l),海水淡化法(1),海水淡化,目的,去除海水中鹽類，取得淡水,方法/原理/裝置/特色(1),海水淡化法(2),方法/原理/裝置/特色(2),離子交換法：以食鹽水為例,H+,RH,ROH,食鹽水(Na+Cl),OH,OH,水(H2O),Na+,Cl,H+,Na+,Cl,逆滲透法,小球：溶劑分子(水)；大球：溶質分子,滲透作用：水分子移動方向低濃度(淡水)高濃度(海水),逆

7、滲透作用：水分子移動方向高濃度(海水)低濃度(淡水),練習 2-2,本節課文中提到電解濃食鹽水可以得到氯氣和氫氧化鈉，請寫出此電解方程式？,2-1C 污染及其防治,水污染,來源,種類,防治,生活廢水,工業廢水,農業/畜牧 廢水,其他廢水,需氧廢料,熱污染,植物營養素,無機化學品,合成清潔劑,一級處理,二級處理,三級處理,水污染種類(1)：熱污染,來源：發電廠、工廠的冷卻水過程：廢熱排入水中，水溫，溶氧量 破壞生態影響：熱污染 珊瑚白化,水污染種類(2)：需氧廢料,來源：生活廢水、農業/畜牧廢水、工業有機廢水影響：水中溶氧量檢測：細菌分解需氧廢料，會耗去水中溶氧，因此可以用BOD及COD作為有機

8、污染程度的指標,生化需氧量(BOD)：20/5天細菌分解污水中需氧廢料所消耗O2總質量化學需氧量(COD)：以化學藥品(如:K2Cr2O7)氧化污水全部有機廢料所需O2的總質量單位：ppm=毫克/公升BOD，污染愈嚴重CODBOD細菌若能完全分解需氧廢料，則COD=BOD,水污染種類(3)：合成清潔劑,來源：生活及工業廢水影響：泡沫污染、溶氧量清潔劑成分：烷苯磺酸鹽硬性清潔劑：分枝結構，細菌無法分解 泡沫污染、溶氧量軟性清潔劑：長鏈結構，細菌可以分解 溶氧量,水污染種類(4)：無機化學品,重金屬污染,水污染種類(5)：植物營養素,來源：肥料(含氮、磷、鉀)、含磷清潔劑過程：含氮、磷物質是藻類養

9、分，排入水中造成大量藻類成長 溶氧量 魚貝類死亡 淨水發臭影響：水質優養化,水污染防治,廢水處理,二級處理,三級處理,一級處理,過濾法 除去固態物質,活性汙泥法 除去需氧物質,特定方法 除去特殊物質，如：清潔劑中的含磷物,例題 2-3,廢水的二級處理通常採用活性汙泥法來完成。何謂活性汙泥法？,解：在汙泥中培養可分解有機物的微生物，並適量通入O2於汙泥池中，藉以分解汙水中的有機物等需氧物質之方法，稱為活性汙泥法。,練習 2-3,在標準的廢水處理法中，一級和二級處理能不能除去清潔劑中的含磷物質呢？,解：第一級主要以過濾法除去固態物質；二級以除去需氧物質(如：有機物)為目的，因此無法除去清潔劑中的含

10、磷物質。,2-2 大氣,2-2A 大氣的組成2-2B 大氣污染及防治,2-2A 大氣的組成,大氣,定義,垂直結構,地表上空約1000公里所覆蓋的氣體,平流層,對流層,外氣層,游離層,中氣層,密度,大氣密度以海平面最大高度，密度,大氣循環,氧循環,氮循環,水循環,組成、溫度及特色,大氣的組成、溫度及特色(1),大氣的組成、溫度及特色(2),大氣的組成、壓力、溫度及化學變化圖,大氣的組成、溫度及特色(3)-空氣的組成,大氣循環(1)：氮循環,氮氣(N2),氮化合物,固定,脫氮,大氣循環(2)/(3)：氧循環/水循環,氧循環,水循環,例題 2-4,空氣中含有少量的惰性氣體，請問惰性氣體有哪幾種？為何

11、稱為惰性氣體？,解：惰性氣體包括氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)等六種，因化性十分不活潑，所以稱為惰性氣體或鈍氣。,例題 2-5,為何天氣的變化如下雨、颱風等，僅發生在對流層？,解：因為此層含有大量水氣的存在，帶動水的循環，而造成天氣的變化。,生於英國的愛爾蘭，是位化學及物理學家1659年：製作氣力球，並進一步完成壓榨泵及一系列空氣性質實驗1660年：發表波以耳定律定溫下，定量氣體的體積與壓力成反比區分混合物與元素的不同，並證明化合物的性質與構成化合物的元素差別甚大研究燃燒與呼吸現象對神學和語文頗有興趣,科學家小傳-波以耳(16271691),法國的化學及

12、物理學家1809年：發表氣體反應體積定律乘坐熱氣球收集、分析高空氣體發現硼元素及確定氫氰酸與氫鹵酸組成，支持氫酸論，推翻氧氣論發展製造硫酸的給呂薩克塔及改良草酸製法擔任法國造幣廠的首席化驗師，發明分析化學的容量分析法，並設計許多實驗用的玻璃儀器,科學家小傳-給呂薩克(17781850),法國 巴黎工藝學校 教授1783年：研製氫氣球以蠶絲為材料，塗上橡膠溶液，以防止氫氣外洩氣球在空中停留45分鐘，並飛行15英哩1787年：發現查理定律定壓下，定量氣體的體積和溫度成正比,科學家小傳-查理(17461823),義大利科學家，研究領域包括電、比熱和毛細作用發展測定分子量方法1811年：提出亞佛加厥假

13、說(現為亞佛加厥定律)同溫、同壓下，等體積的氣體含有相同數目的分子推論有多原子氣體元素存在將原子與分子加以區分1858年，坎尼乍若才設計實驗加以證實,科學家小傳-亞佛加厥(17761856),2-2B 大氣污染及防治,大氣污染,來源,大氣污染物主要來自化石燃料燃燒的產物,碳的氧化物,碳酸鈣,觸媒轉化器,種類,防治,硫的氧化物,氮的氧化物,有機化合物,固態懸浮物,氟氯碳化物,大氣污染種類(1),溫室效應(2)：溫室氣體的種類,種類：自然界存在 H2O、CO2、CH4、N2O、O3人造化合物 氟氯碳化物(CFCs)、氟烴化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)、六氟化硫(SF6)保護/危害：維持地

14、表平均溫度穩定，約在15工業革命後，除了水蒸氣外，所有溫室氣體含量明顯增加，結果造成過去100年間，平均溫度上升0.30.6，南北極冰山融化，海平面上升1015 公分，許多低窪地區沒入海中，影響整個生態及全球氣候甚巨,溫室效應(3)：溫室氣體的GWP值,GWP定義：訂CO2的GWP值為1，藉以估算同一時期、同一質量的不同氣體，所造成全球溫暖化的程度,大氣污染種類(2),大氣污染種類(3),大氣污染的防治,Pt、Rh或V2O5,2-3 土壤,2-3A 土壤的成分2-3B 土壤的用途2-3C 土壤的污染與防治,2-3 土壤,土壤,成分,有機物：5%生物代謝或腐爛植物,形成,剖面,礦物質：95%以矽酸鹽為主，並含有鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂等氧化物或氫氧化物,未風化底岩,物理風化,底層,表土,化學風化,有機質腐爛,雨水沉積,心土,可分成表土、心土、底層以及未風化底岩,用途,(1)農業(2)礦產(3)製作陶瓷、磚瓦、玻璃,污染防治,以 重金屬/有機物 污染最嚴重，因此可採用回收、掩埋、焚化等方法處理，特殊成分的廢棄物(如：重金屬)則集中儲存,土壤剖面圖,顏色深暗，有機質聚集較多，為有機質與礦物質的混合體,顏色鮮明，含黏土、氧化鐵、氧化鋁等礦物質，質地較表土緊密,半風化的碎石塊，土壤生長之處,