Bài dự thi vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho học sinh trung học môn: Hóa Học

BÀI DỰ THI
VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN
ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC
Môn: HÓA HỌC
- Sở Giáo dục và Đào tạo Tây Ninh
- Phòng Giáo Dục và Đào tạo huyện Trảng Bàng
- Trường Trung học cơ sở Lộc Hưng
- Địa chỉ : Lộc Tân, Lộc Hưng, Trảng Bàng, Tây Ninh
- Họ và tên: Trần Thanh Trung
 - Lớp: 9/4.
1/.  Tên tình huống:
          Trong một tiết hóa học, cô có nói đến mưa axit, chúng em thật bất ngờ khi những cơn mưa đó gây nhiều hậu quả nghiêm trọng đến tài nguyên đất nước Việt Nam. Qua đề tài, này cho chúng ta hiểu rõ được nguyên nhân, khái niệm mưa axit. Những chất nào đã hình thành mưa axit.
  2/. Mục tiêu giải quyết nội dung
- Giúp chúng em hiểu thêm được nguyên khái, khái niệm mưa axit.
- Với chúng em khi giải quyết nội dung bài học này, chúng em sẽ được tìm hiểu sâu rộng và ôn lại một số kiến thức các môn học như Hóa học, Ngữ Văn, Địa Lý,
  3/. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải tình huống.
Để giải quyết nội dung bài học này, nhóm chúng em đã tìm hiểu và thấy có thể vận dụng nhiều kiến thức các môn đã học trong nhà trường để giải quyết cho thấu đáo, cặn kẽ nội dung mà chúng em đã đưa ra ở trên. Cụ thể là: môn Lịch sử, Địa Hóa học, Ngữ Văn, Địa Lý, Giáo dục công dân...ví dụ:
- Với môn Ngữ văn: Văn thuyết minh
- Với môn Hóa học: Nguyên nhân, hiện tượng mưa axit.
- Với môn Địa lý: Tình hình khí hậu ở Việt Nam
     - Với môn Giáo dục công dân: Giáo dục về ý thức bảo vệ môi trường.
4/. Giải pháp giải quyết tình huống
1/ Nguyên nhân mưa axit.
2/ Do đâu hình thành mưa axit.
3/ Cách phòng tránh như thế nào ?
 5/. Thuyết minh tiến trình giải quyết tình huống
Khi có sự kết hợp của các oxit phi kim và nước, mưa axit sẽ xảy ra. Nước có sẵn trong tự nhiên, các oxit được thải ra từ hoạt động của con người, đặc biệt là việc sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch. Chính sự lạm dụng các nhiên liệu hóa thạch đã khiên những cơn mưa chứa đầy chất axit xuất hiện nhiều hơn.
Nguyên nhân chủ yếu là các loại oxit nito (N2O, N2O3, N2O4) và oxit lưu huỳnh (SO, SO2, SO3). Những loại oxit này tạo nên những loại axit mạnh nhất là axit nitric (HNO3), và axit sulfuric (H2SO4). Ngoài ra còn một số nguyên nhân dẫn đến hiện tượng mưa axit trong tự nhiên như những vụ phun trào của núi lửa, hay các đám cháy
Top of Form
Tuy nhiên nguyên nhân chủ yếu vẫn bắt nguồn từ các hoạt động của con người. Chỉ trong năm 1977, nước Mĩ đã thải vào bầu khí quyển 31 triệu tấn oxit sulfur và 22 triệu tấn oxit nito. 
80% oxit sulfur là do hoạt động của các thiết bị tạo năng lượng, 15% là do hoạt động đốt cháy của các ngành công nghiệp khác nhau, và 5% từ các nguồn khác. Còn đối với oxit nito, 1/3 là do hoạt động của các máy phát năng lượng, 1/3 khác là do hoạt động đốt nhiên liệu để chuyển hóa thành năng lượng và phần còn lại cũng do các nguồn khác nhau.
Mưa axit đặc biệt nguy hại đối với môi trường. Đôi khi, kể cả tuyết cũng có thể là axit, và những bông tuyết thậm chí còn có thể bị nhuốm đen. Khi những bông tuyết này tan ra, nguồn nước sinh ra từ đó có nồng độ axit cao gấp 10 lần so với nước mưa axit thông thường. Cơn mưa axit đầu tiên được chỉ ra là vào những năm 50 thế kỉ 20 tại Na-Uy. Khi đó các nhà khoa học đang bị thách thức bởi hiện tượng rất nhiều loài cá trong các hồ của Na Uy bị thoái hóa. 
Ông khói các nhà máy mạ đồng và kền ở thành phố Sudbury của Canada với chiều cao hơn 400m thải 1% lượng sulfur vào bầu khí quyển của Trái Đất. Các loài cá bị diệt vong là bởi mưa axit đã hủy hoại nguồn thức ăn của chúng, các loài thực vật và thế hệ tiếp sau. Và không có cá, các loài chim và động vật có vú cũng bị tuyệt diệt.
Mưa axit cũng giết hại các khu rừng. Chúng rửa trôi hoàn toàn những chất dinh dưỡng và những vi sinh vật có lợi. Mưa axit cũng làm yếu đi sức đề kháng của cây cối, dễ mắc bệnh và bị kí sinh trùng Cây thông là loài cây đặc biệt nhạy cảm với mưa axit.
Các công trình của con người cũng chịu tác hại bởi mưa axit: xi măng, bê tông, vôi, đá cẩm thạch, kim loại, chất bazan và đá granit và những thiệt hại đó là không hề nhỏ.
Sức khỏe con người cũng bị ảnh hưởng nhiều bởi mưa axit. Chúng làm cơ quan hô hấp của con người dễ bị thương tổn hơn, gây ra các bệnh về phổi, và khiến bệnh tình của các bệnh nhân ngày càng trầm trọng hơn.
Quá trình tạo nên mưa axít
Trong thành phần các chất đốt tự nhiên như than đá và dầu mỏ có chứa một lượng lớn lưu huỳnh, còn trong không khí lại chứa nhiều nitơ. Quá trình đốt sản sinh ra các khí độc hại như: lưu huỳnh đioxit (SO2) và nitơ đioxit (NO2). Các khí này hòa tan với hơi nước trong không khí tạo thành các axit sunfuric (H2SO4) và axit nitric(HNO3). Khi trời mưa, các hạt axit này tan lẫn vào nước mưa, làm độ pH của nước mưa giảm. Nếu nước mưa có độ pH dưới 5,6 được gọi là mưa axit. Do có độ chua khá lớn, nước mưa có thể hoà tan được một số bụi kim loại và ôxit kim loại có trong không khí như ôxit chì,... làm cho nước mưa trở nên độc hơn nữa đối với cây cối, vật nuôi và con người.
Quá trình này diễn ra theo các phản ứng hoá học sau đây:
Lưu huỳnh: S + O2 → SO2;
Quá trình đốt cháy lưu huỳnh trong khí oxi sẽ sinh ra lưu huỳnh điôxít.
SO2 + OH• → HOSO2•;
Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxyl. 
HOSO2• + O2 → HO2• + SO3;
Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2• và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2• và SO3 (lưu huỳnh triôxít).
SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l);
Lưu huỳnh triôxít SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra axít sulfuric H2SO4. Đây chính là thành phần chủ yếu của mưa axít.
Nitơ:
N2 + O2 → 2NO;
2NO + O2 → 2NO2;
3NO2(k) + H2O(l) → 2HNO3(l) + NO(k);
Axít nitric HNO3 chính là thành phần của mưa axít.
Giải pháp nào để ngăn chặn mưa axit?
Một điều nghịch lý là chính các biện pháp chống ô nhiễm, áp dụng ở khu vực xung quanh những cơ sở sản xuất điện, lại góp phần gieo rắc mưa axit trên diện rộng. Do các nhà máy buộc phải xây ống khói thật cao nhằm tránh ô nhiễm cho môi trường địa phương, các hóa chất gây mưa axit đã lan tỏa đi xa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn km khỏi nguồn.
Để giảm lượng khí thải SO2 từ các nhà máy nhiệt điện xuống còn 7,84 tỷ tấn năm 2020, trước năm 2005, 80% các nhà máy nhiệt điện phải lắp đặt thiết bị khử sunphua. Đây cũng là một trong những giải pháp hạn chế mưa axít đã được đề ra. Tuy nhiên, quy định này không dễ thực hiện đối với các nhà máy nhiệt điện lâu đời. Rất ít trong số nhà máy này lắp đặt thiết bị khử sunphua bởi vì để lắp đặt được hệ thống khử sunphua hiệu quả phải chi khoản tiền trị giá 1/3 tổng đầu tư xây dựng một nhà máy nhiệt điện. 
Mưa axit cũng có lợi 
Khi mưa axit giảm đi, các vi sinh vật trong suối, sông và đất có cơ hội thuận lợi để phát triển. Tuy nhiên, sự thiếu vắng các trận mưa axit cũng có thể gây ra nhiều vấn đề với môi trường, các nhà khoa học cảnh báo. 
"Đó là những kết quả mà chúng ta không mong đợi", David DeWalle, một chuyên gia về môi trường tại Đại học Pennsylvania (Mỹ), phát biểu. "Lượng carbon dioxide ngày càng tăng trong sông, suối và đất có ảnh hưởng to lớn tới hệ sinh thái rừng và sự cân bằng carbon nói chung".
Trong quá trình phát triển, vi khuẩn phân hủy các hợp chất hữu cơ, giải phóng ra carbon dioxide, nước và những chất hữu cơ hòa tan khác, DeWalle giải thích. Do bị vi khuẩn hấp thụ, các hợp chất hữu cơ không thể hòa tan vào nước. Quá trình hô hấp của vi khuẩn làm tăng nồng độ carbon dioxide trong đất. 
"Mặc dù sự suy giảm nồng độ nitơ và sulfur là một dấu hiệu tích cực, song nó đã tác động tới hệ sinh thái rừng. Lượng CO2 trong đất ngày càng tăng nghĩa là một ngày nào đó, loại khí gây hiệu ứng nhà kính này sẽ thoát ra khỏi đất và quay trở lại bầu khí quyển", DeWalle nhận định.
Mưa axít là hiện tượng mưa mà nước mưa có độ pH dưới 5,6. Đây là hậu quả của quá trình phát triển sản xuất con người tiêu thụ nhiều than đá, dầu mỏ và các nhiên liệu tự nhiên khác.    Mưa axit được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1872 tại Anh. Người ta đã thấy rằng: Mưa axit là do sự kết hợp của các oxit phi kim và nước. Nước có sẵn trong tự nhiên, các oxit được thải ra từ hoạt động của con người, đặc biệt là việc sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch và điều đó dẫn đến kết quả là những cơn mưa chứa đầy chất axit.Biện pháp quản lí tức là chúng ta quản lí nguồn gây ô nhiễm, không cho các nguôn khí này phát sinh và xả tự do vào môi trường. Để làm được điếu đó, chúng ta có thể xây dựng công ước, điều luột về môi trường trong việc xả và thải các khí trên. Công ước điều luột đó phải được áp dụng trên toàn cầu các quôc gia phải thực hiện . Hơn thế trong từng quốc gia cần có biện pháp ngăn ngừa phát thải các nguồn khí ô nhiễm nói trên.Hợp tác là sự quan tâm tất cả các quốc gia, không phân biệt phát triển hay không phát triển.   Hợp tác chính là sự giúp đỡ của các nước phát triển đối với các nước nghèo trong việc khắc phục và xử lí hậu quả của mưa acid. Tôn trọng chính là việc thực hiện các công ước hay điều luột quốc tế về môi trường. Đó chính là công ước Kyoto, công ước Born hay công ước về nhiễm bẩn bầu không khí trong phạm vi rộng (LRTAP). Ngoài ra, chúng ta có thể xây dựng điều luật về môi trường CAA như nước Mỹ đã áp dụng hay xây dựng luật thuế về việc xả thải các chất khí gây ra mưa acid ở các nước phat triển, thuế này được đánh trên giá bán nhiên liệu . Trong tưng quốc gia, ngoài việc tham gia các công ước quốc tế về môi trường thê giới mà từng quôc gia cần xây dựng điều luôt riêng phù hợp với hoàn cảnh từng nước. các nước có thể ghi sổ đen những thành phố hay địa điểm gây ô nhiễm để theo dõi và sử phạt. Bên cạnh đó nhà nước luôn cần có chương trình giáo dục tuyên truyền người dân có ý thức trong việc bảo vệ môi trường
Tuyên truyền, giáo dục người dân có ý thức bảo vệ môi trường
Các cá nhân cũng có thể giúp ngăn chặn mưa axit bằng cách tiết kiệm năng lượng. Những người sử dụng điện ít hơn trong nhà của họ, càng ít các nhà máy điện sẽ phát ra các hóa chất. Phương tiện đi lại cũng là người sử dụng nhiên liệu hóa thạch lớn, vì vậy trình điều khiển có thể giảm lượng khí thải bằng cách sử dụng giao thông công cộng, đi chung xe, đi xe đạp, hoặc chỉ đơn giản là đi bất cứ nơi nào có thể
Đi xe đạp vừa giảm thiểu lượng khí thải vừa có lợi cho sức khỏe
Sử dụng phương tiện giao thông công cộng
Bottom of Form
Các khí gây ô nhiễm hay gây mưa acid khi đã phát thải vào môi trường thì chúng ta không thể làm sạch khí quyển được. Do vậy chúng ta chỉ có thể dùng biện pháp công nghệ giảm thiểu hay hấp thu các khí trên trước khi chúng xả vào bầu khí quyển.
Làm sạch anhydryt sunfurơ SO2
Phương pháp làm sạch SO2 bằng sữu vôi
Khí SO2 được thu hồi trong tháp rửa bằng sữu vôi, sữu vôi tác dụng với SO2 theo phản ứng:
SO2 + Ca(OH)2   → CaSO3 + H2O
Khí chứa SO2 được dẫn vào trong tháp rửa, lượng khí này được rửa bằng dung dịch vôi sữa dưới dạng phun. Lượng vôi sữa này cần được dùng với lượng lớn tránh bị tắc trong lớp ô đệm do phản ứng CaSO3 và thạch cao CaSO4 .H2O. Đối với phương pháp này, có thể thay dịch vôi sữa bằng vôi bột :
CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2
Phương pháp làm sạch SO2 bằng Amoni
 Sau khi làm làm sạch bụi trong khí, nếu còn chứa SO2 với hàm lượng nhất định thì khí được làm nguội đến nhiệt độ 35- 400C sau đó rửa khí bằng dung dịch chứa (NH4)2SO3 Khi đó phản ứng trong thiết bị xảy ra: 
(NH4)2SO3 + SO2 + H2O → 2NH4SO3
Kết quả phản ứng này cho thu hồi SO2. Khi đun dung dịch nhận được là amon bisunfit đến nhiệt độ sôi, phản ứng theo chiều nghịch cho ra SO2. Khí SO2 thu được với nồng độ cao dùng để sản xuất lưu huỳnh nguyên tố, acid sunfuric và các sản phẩm khác.Chất hấp thụ trong phương pháp này được tái sử dụng thực hiện theo chu trình vòng. 
Phương pháp kẽm
  Khí chứa SO2 cần làm sạch khi được rửa bằng dung dịch chứa ZnO, phản ứng xảy ra như sau:
ZnO + SO2 +H2O → ZnSO3 H2O
Sản phẩm của phản ứng trên tồn tại dưới dạng rắn có thể tách ra khỏi dịch thể bằng phương pháp lọc hoặc ly tâm, sau đó đem lung đến nhiệt độ 3500C được sản phẩm H2O, SO3 ZnO. ZnO được tái sử dụng lại trong chu trình trên. Theo phương pháp trên, chúng ta có thể dung MgO thay cho ZnO vẫn đạt hiệu quả. 
Làm sạch nito oxit trong khí
Các khí NO, NO2, trong hỗn hợp khí thải có thể làm sạch theo phương pháp hấp phụ, dịch hấp phụ dùng thường là dịch kiềm hay chỉ nước không.
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
Nito oxit (NO) sẽ bị oxy hoá trong không khí, vận tốc oxy hoá tuỳ thuộc nhiệt độ, nồng độ NO, O2 Vì vậy phương pháp này đã hoàn lại 1/3 NO, nên sự làm sạch nito oxit không hoàn toàn. Phương pháp này áp dụng khi hàm lượng nito oxit lớn hơn 1%.
Khi ta dùng dịch hấp thụ kiềm, chẳng hạn dịch chứa NaOH phản ứng hấp thụ là
2NaOH + 2NO2 → NaNO3 + NaNO2 + H2O
Để làm sạch nito oxit, khí chứa nito oxit được rửa bằng dịch các chất oxy hoá như :
KBrO3, KMnO4 , H2O2 để tạo hiệu suất cao hơn.
Phương pháp sinh học khắc phục hậu quả mưa axít
Tuy nhiên,một phương pháp để khắc phục hậu quả mưa acid bằng phương pháp sinh học. Theo phưong pháp này chunngs ta dùng một loại vi khuẩn để bảo vệ các công trình kiến trúc,vật liệu hay các tác phẩm điêu khắc khỏi sự ăn mòn của mưa acid. Loại vi khuẩn dùng đó là Myxococcus xanthus . Với loại vi khuẩn này, khi được quét hay phun các dung dịch chứa loại vi khuẩn trên lên các bề mặt vật liệu bằng đá nó sẽ xâm nhập vào đá vôi với độ sâu 0,5mm. Chúng tạo nên một lớp carbonate hay vữa sinh học bền hơn chính đá vôi và chịu được mưa acid (theo nghiên cứu của Rodriguez-Navarro và đồng nghiệp thuộc ĐH Granada, Tây Ban Nha). Đây là một phương pháp khá đơn giản mà lại hiệu quả mà chúng ta có thể nhân rộng và sử dụng.
Ảnh hưởng của mưa axit lên ao hồ và hệ thủy sinh vật
Mưa axit ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến các ao hồ và hệ thủy sinh vật.Mưa axit rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡng trên mặt đất và mang các kim loại độc xuống ao hồ. Ngoài ra vào mùa xuân khi băng tan, acid (trong tuyết) và kim loại nặng trong băng theo nước vào các ao hồ và làm thay đổi đột ngột pH trong ao hồ, hiện tượng này gọi là hiện tượng "sốc" axit vào mùa xuân. Các thủy sinh vật không đủ thời gian để thích ứng với sự thay đổi này. Thêm vào đó mùa xuân là mùa nhiều loài đẻ trứng và một số loài khác sống trên cạn cũng đẻ trứng và ấu trùng của nó sống trong nước trong một thời gian dài, do đó các loài này bị thiệt hại nặng. axit sulfuric có thể ảnh hưởng đến cá theo hai cách: trực tiếp và gián tiếp. axit sulfuric ảnh hưởng trự c tiếp đến khả năng hấp thụ oxy, muối và các dưỡng chất để sinh tồn. Đối với các loài cá nước ngọt axit sulfuric ảnh hưởng đến quá trình cân bằng muối và khoáng trong cơ thể chúng. Các phân tử axit trong nước tạo nên các nước nhầy trong mang của chúng làm ngăn cản khả năng hấp thu oxygen của các làm cho cá bị ngạt. Việc mất cân bằng muối Canxi làm giảm khả năng sinh sản của các, trứng của nó sẽ bị hỏng ... và xương sống của chúng bị yếu đi.Muối đạm cũng ảnh hưởng đến cá, khi nó bị mưa axit rửa trôi xuống ao hồ nó sẽ thúc đẩy sự phát triển của tảo, tảo quang hợp sẽ sinh ra nhiều oxygen. Tuy nhiên do cá chết nhiều, việc phân hủy chúng sẽ tiêu thụ một lượng lớn oxy làm suy giảm oxy của thủy vực và làm cho cá bị ngạt. Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật có thể tóm tắt như sau:
pH < 6,0
Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (như phù du, stonefly), đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá
pH < 5,5
Cá không thể sinh sản được. Cá con rất khó sống sót. Cá lớn bị dị dạng do thiếu dinh dưỡng. Cá bị chết do ngạt
pH < 5,0
Quần thể cá bị chết
pH < 4,0
Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu
 HÌNH ẢNH:
6/. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống:
Với những nội dung ở trên, chúng ta phải biết được những hậu quả do ô nhiễm môi trường gây ra đã làm cho thủng tầng ozon, biến đổi khí hậu. Cũng qua những đề tài trên em hiểu được học phải đi đôi với hành.