Hiện nay, mưa acid, hiệu ứng nhà kính và thủng tầng ozone là ba thảm họa môi trường toàn cầu. Mưa acid tàn phá nhiều rừng cây, các công trình kiến trúc bằng đá và kim loại. Tác nhân chủ yếu gây ra mưa acid là sulfur dioxide.
a) Trong khí quyển, SO2 chuyển hoá thành H2SO4 trong nước mưa theo sơ đồ sau:
Viết các phương trình hoá học.
b) Một cơn mưa acid xuất hiện tại một khu công nghiệp diện tích 10 km2 với lượng mưa trung bình 80 mm. Hãy tính:
- Thể tích nước mưa đã rơi xuống khu công nghiệp.
- Khối lượng H2SO4 trong lượng nước mưa, biết nồng độ H2SO4 trong nước mưa là 2.10-5 M.
c) Lượng acid trong nước mưa có thể ăn mòn các công trình bằng đá vôi.
- Viết 1 phương trình hoá học minh hoạ.
- Khối lượng CaCO3 tối đa bị ăn mòn bởi lượng acid trên.
d) Em hãy tìm hiểu về nguyên nhân phát sinh các khí gây mưa acid và đề xuất giải pháp hạn chế.
a) \({\rm{2S}}{{\rm{O}}_2} + {\rm{ }}{{\rm{O}}_2} \to 2{\rm{S}}{{\rm{O}}_3}{\rm{ }}\)
\({\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} + {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} \to {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}{\rm{ }}\)
b) Thể tích nước mưa chứa H2SO4 tại khu công nghiệp diện tích 10 km2: \({\rm{V}} = 10 \times {1000^2} \times \frac{{80}}{{1000}} = 8 \times {10^5}{\rm{ (}}{{\rm{m}}^3})\)
Số mol của H2SO4 trong lượng nước mưa: \({{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}} = 8 \times {10^5} \times {10^3} \times 2 \times {10^{ - 5}} = 16 \times {10^3}{\rm{ }}({\rm{mol)}}\)
Khối lượng H2SO4 trong lượng nước mưa: \({{\rm{m}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}} = 16 \times {10^3} \times 98 = 1568 \times {10^3}({\rm{g) = }}1568{\rm{ }}({\rm{kg) }}\)
c) \({\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} + {\rm{ }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} \to {\rm{CaS}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} + {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} + {\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}\)
\(\begin{array}{l}{{\rm{n}}_{{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ = }}{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}} = 16 \times {10^3}{\rm{ }}({\rm{mol)}}\\ \Rightarrow {{\rm{m}}_{{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}} = 16 \times {10^3} \times 100 = 16 \times {10^5}{\rm{(g) = 1600 (kg)}}\end{array}\)
d) - Nguyên nhân phát sinh các khí gây mưa acid:
+ Nguồn phát sinh sulfur dioxide
Sulfur dioxide được sinh ra từ cả nguồn tự nhiên (khí thải núi lửa) và nguồn nhân tạo. Nguồn sulfur dioxide nhân tạo chủ yếu sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu có chứa tạp chất sulfur (than đá, dầu mỏ), đốt quặng sulfide (galen, blend) trong luyện kim, đốt sulfur và quặng pyrite trong sản xuất sulfuric acid,....
+ Nguồn gốc phát sinh NOx trong không khí
Bên cạnh nguồn gốc tự nhiên như núi lửa phun trào, cháy rừng, mưa dông kèm theo sấm sét, sự phân huỷ các hợp chất hữu cơ, thì sự phát sinh NOx chủ yếu là do hoạt động của con người. Các nguồn gây phát thải NOx nhân tạo từ hoạt động giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, nhà máy nhiệt điện và trong đời sống.
- Giải pháp hạn chế phát sinh NOx, SO2: tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo; sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên; cải tiến công nghệ sản xuất, có biện pháp xử lí khí thải và tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur, nitrogen
a) \({\rm{2S}}{{\rm{O}}_2} + {\rm{ }}{{\rm{O}}_2} \to 2{\rm{S}}{{\rm{O}}_3}{\rm{ }}\)
\({\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} + {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} \to {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}{\rm{ }}\)
b) Thể tích nước mưa chứa H2SO4 tại khu công nghiệp diện tích 10 km2: \({\rm{V}} = 10 \times {1000^2} \times \frac{{80}}{{1000}} = 8 \times {10^5}{\rm{ (}}{{\rm{m}}^3})\)
Số mol của H2SO4 trong lượng nước mưa: \({{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}} = 8 \times {10^5} \times {10^3} \times 2 \times {10^{ - 5}} = 16 \times {10^3}{\rm{ }}({\rm{mol)}}\)
Khối lượng H2SO4 trong lượng nước mưa: \({{\rm{m}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}} = 16 \times {10^3} \times 98 = 1568 \times {10^3}({\rm{g) = }}1568{\rm{ }}({\rm{kg) }}\)
c) \({\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} + {\rm{ }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} \to {\rm{CaS}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} + {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} + {\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}\)
\(\begin{array}{l}{{\rm{n}}_{{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ = }}{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}} = 16 \times {10^3}{\rm{ }}({\rm{mol)}}\\ \Rightarrow {{\rm{m}}_{{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}} = 16 \times {10^3} \times 100 = 16 \times {10^5}{\rm{(g) = 1600 (kg)}}\end{array}\)
d) - Nguyên nhân phát sinh các khí gây mưa acid:
+ Nguồn phát sinh sulfur dioxide
Sulfur dioxide được sinh ra từ cả nguồn tự nhiên (khí thải núi lửa) và nguồn nhân tạo. Nguồn sulfur dioxide nhân tạo chủ yếu sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu có chứa tạp chất sulfur (than đá, dầu mỏ), đốt quặng sulfide (galen, blend) trong luyện kim, đốt sulfur và quặng pyrite trong sản xuất sulfuric acid,....
+ Nguồn gốc phát sinh NOx trong không khí
Bên cạnh nguồn gốc tự nhiên như núi lửa phun trào, cháy rừng, mưa dông kèm theo sấm sét, sự phân huỷ các hợp chất hữu cơ, thì sự phát sinh NOx chủ yếu là do hoạt động của con người. Các nguồn gây phát thải NOx nhân tạo từ hoạt động giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, nhà máy nhiệt điện và trong đời sống.
- Giải pháp hạn chế phát sinh NOx, SO2: tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo; sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên; cải tiến công nghệ sản xuất, có biện pháp xử lí khí thải và tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur, nitrogen
Các bài tập cùng chuyên đề
Năm 1872, trong cuốn sách Không khí và Mưa, Robert Angus Smith (Rô-bớt An-gớt Smit) (nhà hoá học người Scotland) đã trình bày chi tiết về hiện tượng mưa acid. Đến cuối những năm 1960, mưa acid đã thực sự ảnh hưởng đến môi trường các vùng rộng lớn ở Tây Âu và Đông Bắc Mỹ. Ngày nay, mưa acid trở thành một trong các thảm hoạ môi trường toàn cầu. Vậy mưa acid là gì? Hợp chất của nitrogen với oxygen có vai trò gì trong hiện tượng đó?
Từ đặc điểm cấu tạo, dự đoán tính tan và tính chất hóa học của nitric acid.
Viết phương trình phân li và các phương trình hóa học minh họa cho tính chất acid mạnh của nitric acid.
Quan sát Hình 5.2, mô tả quá trình hình thành mưa acid.
Viết các phương trình hoá học của chuỗi phản ứng tạo ra nitric acid từ nitrogen trong không khí
N2→ NO→NO2→HNO3
Quan sát Hình 5.3, hãy nêu một số tác hại của mưa acid.
Quan sát Hình 5.4a, cho biết các liên kết hoá học giữa các nguyên tử trong phân tử HNO3 thuộc loại liên kết gì. Xác định số oxi hoá của nitrogen trong HNO3. Dự đoán vai trò của HNO3 trong các phản ứng oxi hoá — khử.
Tại sao phải bảo quản nitric acid trong lọ tối màu?
Hãy tìm hiểu và cho biết HNO3 được ứng dụng vào những lĩnh vực nào trong đời sống và sản xuất.
Tại sao phải bảo quản nitric acid trong lọ tối màu?
Viết phương trình hoá học của các phản ứng khi cho dung dịch HNO3 tác dụng với CuO, Ca(OH)2, CaCO3. Các phản ứng này có phải phản ứng oxi hoá — khử không? Giải thích.
Trong công nghiệp, người ta sản xuất nitric acid (HNO3) từ ammonia theo sơ đồ chuyển hoá sau:
a) Viết các phương trình hoá học xảy ra.
b) Để điều chế 200 000 tấn nitric acid có nồng độ 60% cần dùng bao nhiêu tấn ammonia? Biết rằng hiệu suất của quá trình sản xuất nitric acid theo sơ đồ trên là 96,2%.
Viết phương trình hoá học minh hoạ tác động của mưa acid đối với calcium carbonate trong núi đá vôi và với kim loại sắt có trong thép.
Trong mưa acid chứa sulfuric acid (H2SO4) và nitric acid (HNO3).
Công thức Lewis của HNO3 như dưới đây có phù hợp không?
Viết sơ đồ phản ứng gây ra mưa chứa nitric acid và sulfuric acid.
Hãy tìm hiểu, chỉ ra các hoạt động tạo thành các khí gây mưa acid tại địa phương em. Đề xuất một số biện pháp giảm thiểu sự tạo thành các khí đó.
Sơ đồ phản ứng sau đây cho thấy rõ vai trò của thiên nhiên và con người trong việc vận chuyển nitrogen từ khí quyển vào trong đất, cung cấp nguồn phân đạm cho cây cối:
Hãy viết phương trình hoá học của các phản ứng trong sơ đồ chuyển hoá trên.
Tính nồng độ mol/L của dung dịch HNO3 60%, biết khối lượng riêng của dung dịch là 1,41 g/mL.
Sơ đồ quy trình dưới đây mô tả các bước trong quá trình sản xuất phân bón (Z). Hãy xác định các chất (X), (T), (Y), (Q), (Z). Viết các phản ứng hoá học xảy ra.
Giải thích vì sao người ta dùng chai có màu tối để chứa và bảo quản dung dich nitric acid.
Cho phản ứng: aFe + bHNO3 → cFe(NO3)3 + dNO↑ + eH2O
Hệ số tỉ lượng a, b, c, d, e là những số nguyên dương có tỉ lệ tối giản. Tổng (a + b) bằng
A. 3. B. 5. C. 4. D. 6.
Cho phản ứng: Fe3O4 + HNO3→ Fe(NO3)3 + NO↑ + H2O
Hệ số tỉ lượng của HNO3 trong phương trình hoá học trên là
A. 4. B. 1. C. 28. D. 10.
Hiện tượng mưa acid
A. là hiện tượng sẵn có trong tự nhiên.
B. xảy ra do sự bốc hơi của nước rồi ngưng tụ.
C. xảy ra khi nước mưa có pH < 7.
D. xảy ra khi nước mưa có pH < 5,6.
Vàng tan trong hỗn hợp gồm dung dịch nitric acid đặc và dung dịch hydrochloric acid đặc (tỉ lệ 1:3 về thể tích) tạo ra hợp chất tan của Au3+ theo phản ứng sau:
\(Au + HN{O_3} + HCl \to HAuC{l_4} + {H_2}O + NO\)
a) Cân bằng phương trình hóa học của phản ứng trên theo phương pháp thăng bằng electron.
b) Cho biết acid nào đóng vai trò chất oxi hóa trong phản ứng trên. Giải thích
8 a) Viết cấu hình electron của nguyên tử nitrogen (\(_7N\)) theo ô orbital. Nguyên tử N có bao nhiêu electron hóa trị ghép đôi, bao nhiêu electron độc thân?
b) Có hai đề xuất về công thức Lewis của phân tử HNO3 như bên:
b1) Công thức (A) hay (B) phù hợp với đặc điểm của electron hóa trị của nguyên tử nitrogen? Theo công thức đó, hóa trị và số oxi hóa của N là bao nhiêu?
b2) Kết quá nghiên cứu cho biết giá trị độ dài của liên kết giữa nguyên tử N và O (liên kết NO) trong phân tử HNO3 là 
Công thức (A) hay (B) có thể thỏa mãn các số liệu đã cho? Giải thích.
Sử dụng các hoá chất, dụng cụ: dung dịch nitric acid 20%, cân, tủ hút khí độc, cốc, đũa thuỷ tinh, phễu lọc, giấy lọc. Trình bày các bước xác định gần đúng hàm lượng vàng (gold) có trong hợp kim Au-Ag, trong đó hàm lượng vàng < 30% về khối lượng. Viết các phương trình hoá học xảy ra.
a) Viết phương trình hoá học xảy ra khi cho dung dịch HNO3 loãng lần lượt tác dụng với các chất: NaHCO3, Cu.
b) Trình bày phương pháp hoá học phân biệt ba dung dịch: HNO3, NaNO3, HCl.
Cho dung dịch HNO3 tác dụng với các chất sau: NH3, CaCO3, Ag, NaOH. Số phản ứng trong đó HNO3 đóng vai trò acid Brønsted là?
A. 4. B. 1. C. 3. D. 2.
Trong công nghiệp, quá trình sản xuất Ca(NO3)2 dùng làm phân bón được thực hiện bằng phản ứng giữa dung dịch HNO3 với hợp chất phổ biến, giá rẻ nào sau đây?
A. Cao. B. Ca(OH)2. C. CaCO3. D. CaSO4.
Để điều chế được silver nitrate từ một mẫu silver (bạc) tinh khiết, cần hoà tan mẫu silver vào dung dịch nào sau đây?
A. Cu(NO3)2. B. HNO3. C. NaNO3. D. KNO3.
Nitric acid dễ bị phân huỷ bởi ánh sáng hoặc nhiệt độ, tạo thành các sản phẩm là
A. NO2, H2O. B. NO2, O2, H2O. C. N2, O2, H2O. D. N2, H2O.
