3.3 硫循环和氮循环 学案 2023-2024学年高一上学期化学沪科版（2020）必修第一册

§3.3.1硫循环和氮循环 【知识导航】 一.硫循环 1.什么是硫循环 硫循环是硫元素在岩石圈，水圈，大气圈，生物圈以及各种地质系统之间迁移演化的地球化学过程。 在硫循环中，各种含硫的物质会呈现-2，+4、+6等不同的价态，如海水中溶解的硫酸盐，大气中存在的二氧化硫，硫化氢等气体。这些物质通过氧化还原反应等转化过程构成了复杂的全球循环，地球上流最主要的。储存库是岩石和海洋，而地球表面体系的硫循环主要发生在海洋，大气，生物和人为活动之间。 硫循环的基本过程是陆地和海洋中的硫通过生物分解，火山喷发等进入大气；大气中的硫通过降水，沉降，表面吸收等作用回到陆地和海洋，地表经流又带着硫进入河流，输往海洋，并沉积于海底。 在人类开采和利用含硫的矿物燃料和金属矿石的过程中，硫被氧化成为SO2和还原成为H2S进入大气。硫还随着酸性矿水的排放而进入水体或土壤。 2.自然界中硫的存在和转化 自然界中的硫元素主要以硫单质、硫化物、硫酸盐等形式存在。 (1)岩层深处和海底：无氧环境下转化成硫化物。 (2)地表附近：硫化物转化为硫酸盐。 黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2) 石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O) (3)火山口附近：H2S和SO2产生S。 3.硫循环与环境 人类活动导致自然界的硫循环被破坏，从而导致酸雨的形成 (1)酸雨的成因： 途径一：(先水合，后氧化) 途径二：(先氧化，后水合) 途径三：汽车尾气排放的氮氧化物转化为硝酸 (2)酸雨的危害 ①造成土壤中的营养成分流失 ②影响鱼类的繁殖与发育 ③导致农作物减产 ④腐蚀建筑材料 (3)防治酸雨的方法(减少大气中SO2和NOx的含量) ①优先使用低硫燃料 ②对煤和石油进行脱硫(或烟气脱硫后排放) 钙基固硫： 【知识拓展】硫化氢的防治 防治硫化氢污染可以采取以下措施： 第一，分增氧，高浓度溶氧可以氧化消耗硫化氢，并抑制硫酸盐还原菌繁殖； 第二，控制pH值在7.5～8.5之间，避免酸性条件下硫化氢以高毒性硫化氢形式 存在； 第三，经常换水，可稀释水体中的硫化氢； 第四，收获后及时清除池底淤泥，防止其产生硫化氢； 第五，合理投饵，减少残饵量； 第六，使用微生物制剂处理水体； 第七，一旦出现中毒，立即开启增氧机，并使用沸石粉、活性炭或增氧剂处理。综合采取这些措施，可以有效防治养殖水体中的硫化氢污染。 二.氮循环 1.什么是氮循环 氮循环(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环。 氮循环是自然界中又一个重要的物质循环方式,其主要的化学过程如下： 空气中的氮气和氧气在放电的条件下反应,使得游离态的氮转化为化合态的氮。 大气中氮分子的化学性质很稳定；只有少量的氮气通过固氮作用从游离转化为化合态进入土壤和海洋。岩石和矿物中的氮被风化后也进入土壤和海洋，植物吸收含氮化合物制造蛋白质；动物从植物中获取蛋白质，动物的排泄物再变为含氮化合物被植物吸收；土壤中的硝酸盐再被细菌分解变成氮气回到大气中。 2.自然界中的氮循环图示 自然界中通过这种固氮所形成的含氮化合物很少，大部分是来自生物固氮。生物固氮酶将空气中的氮气还原为氨，溶于水后产生铵根离子，被植物吸收。 铵根离子经土壤中细菌的作用转化为硝酸根离子，这种氧化过程并称为硝化作用。铵根离子是可以被植物吸收的另一种形态： 在氧气不足的条件下，土壤中的细菌又将硝酸根转化为氮气，且从土壤中释放出来.这是硝酸根在土壤中细菌作用下被还原的过程，称为反硝化作用。 人类活动的干预，打破了自然界的氮循环： (1)过量氮肥的使用，造成水体富营养化，产生水华（蓝藻）现象 (2)汽车尾气的大量排放，导致光化学烟雾及酸雨的形成 3.氮循环与环境 (1)光化学烟雾的形成 (2)酸雨(硝酸型酸雨) (3)水体富营养化 【微点拨】 氮循环破坏会带来的问题： 氮氧化合物超标：光化学烟雾、酸雨 水体中氮超标：水体富营养化（水华现象） 应用氮循环解决问题： 1.利用氮氧化合物的氧化性，净化汽车尾气(汽车尾气转化器) 2NO+2CON2+2CO2 2.利用硝化作用和反硝化作用发明了生物脱氮技术，消除水体富营养化 应用硝化作用，将NH4+转变成NO3-，再运用反硝化作用将NO3-转化成N2 【课后练习一】 一.硫循环是硫元素在岩石圈、水圈、大气圈。生物圈以及各种地质系统之间迁移演化