Номер 337, страница 71 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

337. Что такое кислотные дожди, и какие процессы лежат в основе их образования? Приведите уравнения соответствующих химических реакций.

Решение

Кислотные дожди — это все виды атмосферных осадков (дождь, снег, туман, град), кислотность которых превышает нормальное значение. В норме pH дождевой воды равен примерно 5,6. Это обусловлено растворением в ней углекислого газа ($CO_2$) из атмосферы и образованием слабой угольной кислоты ($H_2CO_3$):

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

О кислотном дожде говорят, когда pH осадков становится ниже 5,6. Основная причина этого явления — выбросы в атмосферу оксидов серы и азота в результате промышленной деятельности человека, в первую очередь, при сжигании ископаемого топлива (угля, мазута, газа) на тепловых электростанциях, в металлургии и в двигателях внутреннего сгорания.

Процессы, лежащие в основе образования кислотных дождей, включают несколько стадий химических превращений этих оксидов в атмосфере.

1. Образование серной кислоты ($H_2SO_4$)

При сжигании топлива, содержащего серу (например, угля), образуется диоксид серы (сернистый газ):

$S + O_2 \rightarrow SO_2$

Далее в атмосфере диоксид серы окисляется до триоксида серы. Эта реакция может быть катализирована частицами пыли, оксидами металлов или происходить фотохимически под действием солнечного света:

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

Триоксид серы очень гигроскопичен и, реагируя с водяным паром в атмосфере, образует аэрозоль серной кислоты:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

2. Образование азотной кислоты ($HNO_3$)

При высоких температурах (свыше 1200-1300 °C), которые достигаются в камерах сгорания двигателей или в топках котлов, а также во время грозовых разрядов, атмосферный азот реагирует с кислородом, образуя оксид азота(II):

$N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO$

Затем оксид азота(II) быстро окисляется кислородом воздуха до оксида азота(IV) (бурый газ):

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Оксид азота(IV) взаимодействует с атмосферной влагой, образуя азотную и азотистую кислоты. Азотистая кислота является неустойчивой.

$2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2$

Также возможно образование азотной кислоты при реакции диоксида азота с гидроксильными радикалами ($OH\cdot$), которые постоянно присутствуют в атмосфере:

$NO_2 + OH \cdot \rightarrow HNO_3$

Образовавшиеся в результате этих реакций серная и азотная кислоты являются сильными кислотами. Они растворяются в каплях облаков и тумана, а затем выпадают на землю в виде кислотных дождей, снега или тумана, нанося значительный ущерб окружающей среде.

Ответ:

Кислотные дожди — это атмосферные осадки (дождь, снег и др.) с повышенной кислотностью (pH < 5,6). Они образуются в результате загрязнения атмосферы оксидами серы ($SO_2$) и азота ($NO_x$), которые при взаимодействии с атмосферной влагой и кислородом превращаются в сильные кислоты — серную ($H_2SO_4$) и азотную ($HNO_3$).

Уравнения ключевых реакций:

Образование серной кислоты:

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Образование азотной кислоты:

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

$2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2$