Номер 14, страница 278 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 38. Кислород и озон. Пероксид водорода - номер 14, страница 278.

Условие.

14. Известно, что озон может образовываться при действии солнечного света на продукты неполного сгорания моторного топлива. В задымлённом воздухе озон взаимодействует с органическими веществами, образуя продукты, раздражающие дыхательные пути, — так называемый фотохимический смог. Опишите конкретный механизм образования смога. Можно ли такой смог называть смогом лос-анджелесского типа?

Решение.

Решение 2.

Опишите конкретный механизм образования смога.

Фотохимический смог представляет собой сложный многокомпонентный аэрозоль, возникающий в результате серии химических реакций в атмосфере под действием солнечного света. Основными исходными веществами (первичными загрязнителями) являются оксиды азота ($NO_x$) и летучие органические соединения (ЛОС), которые в больших количествах содержатся в выхлопных газах автомобилей (продукты неполного сгорания топлива).

Механизм образования можно описать следующей последовательностью ключевых реакций:

1. Фотодиссоциация диоксида азота. Процесс запускается под действием ультрафиолетового излучения Солнца (с длиной волны менее 420 нм), которое расщепляет молекулу диоксида азота ($NO_2$) на оксид азота ($\text{NO}$) и атомарный кислород ($\text{O}$):

   $NO_2 + h\nu \rightarrow NO + O$

   где $h\nu$ — квант солнечной энергии.

2. Образование озона. Высокореакционный атомарный кислород немедленно вступает в реакцию с молекулярным кислородом ($O_2$), содержащимся в воздухе, образуя озон ($O_3$) — один из главных компонентов фотохимического смога:

   $O + O_2 \rightarrow O_3$

3. Взаимодействие озона с оксидом азота. В нормальных условиях (например, ночью) озон разрушается, реагируя с оксидом азота ($\text{NO}$), что приводит к восстановлению диоксида азота:

   $O_3 + NO \rightarrow NO_2 + O_2$

   Этот цикл ($NO_2 \leftrightarrow NO + O_3$) устанавливает равновесие, при котором концентрация озона не достигает опасных значений.

4. Роль летучих органических соединений (ЛОС). Наличие в атмосфере ЛОС (недогоревших углеводородов из выхлопных газов) нарушает этот цикл. ЛОС окисляются, образуя высокореакционные частицы — свободные радикалы (например, пероксидные радикалы $RO_2^\cdot$). Эти радикалы вступают в реакцию с оксидом азота ($\text{NO}$), окисляя его до диоксида азота ($NO_2$):

   $RO_2^\cdot + NO \rightarrow RO^\cdot + NO_2$

   Этот процесс конкурирует с реакцией разрушения озона (шаг 3). В результате $\text{NO}$ быстро превращается в $NO_2$ без участия озона. Это приводит к двум последствиям: во-первых, прекращается разрушение озона, а во-вторых, образуется дополнительное количество $NO_2$, которое снова вступает в реакцию фотодиссоциации (шаг 1), генерируя еще больше озона. Таким образом, концентрация озона и других окислителей в атмосфере резко возрастает.

5. Образование вторичных загрязнителей. В ходе этих сложных реакций образуются и другие токсичные вещества, раздражающие дыхательные пути и слизистые оболочки глаз. К ним относятся альдегиды, кетоны и, в частности, пероксиацетилнитраты (ПАН), которые являются мощными фитотоксикантами и лакриматорами (веществами, вызывающими слезотечение).

Ответ: Механизм образования фотохимического смога — это цепная фотохимическая реакция, запускаемая солнечным светом, в которой оксиды азота и летучие органические соединения (продукты неполного сгорания топлива) вступают в цикл реакций. Ключевым моментом является фотолиз $NO_2$ с образованием атомарного кислорода, который формирует озон ($O_3$). Летучие органические соединения, окисляясь, образуют радикалы, которые переводят $\text{NO}$ обратно в $NO_2$, минуя стадию разрушения озона. Это приводит к накоплению в приземном слое атмосферы высоких концентраций озона и других токсичных вторичных загрязнителей (ПАН, альдегиды).

Можно ли такой смог называть смогом лос-анджелесского типа?

Да, описанный тип смога является классическим примером смога лос-анджелесского типа. Этот термин используется для обозначения именно фотохимического, или окислительного, смога. Его основные характеристики полностью совпадают с описанным явлением:

• Условия образования: жаркая, солнечная, безветренная погода.
• Основные компоненты: озон ($O_3$), оксиды азота ($NO_x$), летучие органические соединения (ЛОС), пероксиацетилнитраты (ПАН).
• Источник первичных загрязнителей: преимущественно выхлопные газы автотранспорта.
• Характер: окислительный (в отличие от восстановительного смога лондонского типа).
• Внешний вид: желтовато-коричневая дымка, вызванная высокой концентрацией диоксида азота ($NO_2$), который имеет бурый цвет.

Исторически этот тип смога был впервые детально изучен и описан в Лос-Анджелесе в середине XX века из-за уникального сочетания географического положения (город в котловине), климата (много солнца) и огромного количества автомобилей.

Ответ: Да, такой смог можно и нужно называть смогом лос-анджелесского типа. Это его научное и общепринятое название, которое описывает фотохимический смог, образующийся из выхлопных газов автомобилей под действием солнечного света.