2022-2023學(xué)年人教版必修第二冊(cè) 第八章 第三節(jié)　環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué) 學(xué)案

PAGE14-第八章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第三節(jié)環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)課標(biāo)定向1．主動(dòng)關(guān)心與環(huán)境保護(hù)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題，形成與環(huán)境和諧共處的觀念。（科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任）2．能運(yùn)用“綠色化學(xué)”觀念分析生活、生產(chǎn)過程對(duì)人類健康、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展可能帶來的雙重影響，并對(duì)這些影響從多個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估。（科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任）情境導(dǎo)入綠水青山就是金山銀山，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)越來越強(qiáng)，人們對(duì)生活環(huán)境的要求越來越高。我們應(yīng)該如何利用化學(xué)知識(shí)進(jìn)行環(huán)境保護(hù)呢？什么是綠色化學(xué)呢？教學(xué)建議本節(jié)課的重點(diǎn)是掌握綠色化學(xué)和培養(yǎng)環(huán)保意識(shí)。本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)較為簡單，但是具有十分重要的教育意義。教師授課時(shí)可首先展示目前存在的環(huán)境問題，讓學(xué)生感受環(huán)境污染給我們帶來的困擾。接下來引導(dǎo)學(xué)生利用化學(xué)方法和思想解決這些環(huán)保問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。學(xué)習(xí)任務(wù)一化學(xué)與環(huán)境保護(hù)1．環(huán)境保護(hù)（1）環(huán)境問題：主要是指由于人類不合理地開發(fā)和利用自然資源而造成的生態(tài)環(huán)境破壞，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活所造成的環(huán)境污染。（2）環(huán)境保護(hù)的任務(wù)①環(huán)境監(jiān)測(cè)：對(duì)污染物的存在形態(tài)、含量等進(jìn)行分析和測(cè)定，為控制和消除污染提供可靠的數(shù)據(jù)。②治理工業(yè)“三廢”（廢水、廢氣、廢渣）。③尋找從源頭治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝：杜絕污染物的排放，從根本上解決環(huán)境問題。2．大氣污染（1）污染物主要來源：除了自然因素，大氣污染物主要來自化石燃料的燃燒和工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣及其攜帶的顆粒物。（2）次生污染物的形成3．污水的處理方法（1）常用的污水處理方法有物理法、化學(xué)法和生物法等。（2）污水處理常用化學(xué)方法：中和法、氧化還原法、沉淀法等。（3）污水處理的流程①一級(jí)處理：通常采用物理方法，即用格柵間、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。經(jīng)過一級(jí)處理后的水一般達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，所以通常將一級(jí)處理作為預(yù)處理。②二級(jí)處理：采用生物方法（又稱微生物法）及某些化學(xué)方法，除去水中的可降解有機(jī)物等污染物。經(jīng)過二級(jí)處理后的水一般可達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。③三級(jí)處理：主要采用化學(xué)沉淀法、氧化還原法、離子交換法和反滲透法等，對(duì)污水進(jìn)行深度處理和凈化。經(jīng)過三級(jí)處理后的水可用于綠化和景觀用水等。4．固體廢棄物的處理工業(yè)廢渣和生活垃圾等固體廢物的處理應(yīng)遵循無害化、減量化和資源化的原則，達(dá)到減少環(huán)境污染和資源回收利用這兩個(gè)重要目的。[小試身手]判斷正誤（正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”）。（1）CO2能引起溫室效應(yīng)，故CO2為大氣污染物。（×）（2）大量化肥的施用和含磷洗衣粉的使用會(huì)污染水資源，引起水華。（√）（3）含硫燃料的大量燃燒能引起酸雨。（√）（4）白色污染主要是廢棄塑料制品引起的。（√）（5）生活垃圾可以掩埋減少環(huán)境污染。（×）1．思考：含硫氧化物和含氮氧化物是形成酸雨的主要物質(zhì)。針對(duì)我國以煤炭為主、酸雨類型屬于硫酸型的特點(diǎn)，工業(yè)上常利用在煤炭中加入CaCO3進(jìn)行脫硫，寫出此方法所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)方程式和反應(yīng)類型。提示：CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())CaO＋CO2↑，分解反應(yīng)CaO＋SO2eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())CaSO3，化合反應(yīng)2CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())2CaSO4，化合反應(yīng)（或氧化還原反應(yīng)）2．探索：含氮、磷元素的大量污水任意排入河流、湖泊和近海水域，會(huì)出現(xiàn)水華、赤潮等水體污染問題。你認(rèn)為在城市和農(nóng)村出現(xiàn)的這種水體污染各有什么特點(diǎn)？怎樣預(yù)防？提示：導(dǎo)致水華、赤潮現(xiàn)象的原因，從農(nóng)村方面來說，主要是人們的日常生活、水產(chǎn)及禽畜養(yǎng)殖等產(chǎn)生的污水未經(jīng)處理排放，化肥的不當(dāng)施用等；從城市方面來說，主要是人們的生活廢水及工業(yè)生產(chǎn)廢水的排放等。水華、赤潮現(xiàn)象達(dá)到一定程度，會(huì)使飲用水（淡水）水源受到威脅，水生生物大量減少，生態(tài)遭到破壞，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)更是面臨毀滅性打擊。預(yù)防水華、赤潮現(xiàn)象的發(fā)生，一要少用或不用含氮、磷的洗滌劑，合理施用化肥，適量向水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)投放飼料等；二要對(duì)產(chǎn)生的含氮、磷的廢水和固體廢棄物做科學(xué)合理的處理。1．常見環(huán)境問題環(huán)境問題主要物質(zhì)主要危害溫室效應(yīng)CO2造成全球氣候變暖，水位上升，陸地面積減小等酸雨SO2、NOx土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蝕等臭氧層破壞氟氯代烷、NOx到達(dá)地球表面的紫外線明顯增多，給人類健康及生態(tài)環(huán)境帶來多方面危害光化學(xué)煙霧碳?xì)浠衔?、NOx刺激人體器官，特別是人的呼吸系統(tǒng)，使人生病甚至死亡白色污染廢棄塑料制品①在土壤中影響農(nóng)作物吸收水分和養(yǎng)分，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。②混入生活垃圾中難處理、難回收。③易被動(dòng)物當(dāng)作食物吞入，導(dǎo)致動(dòng)物死亡赤潮和水華廢水中含氮、磷元素的營養(yǎng)物質(zhì)使水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水中藻類瘋長，消耗水中溶解的氧，使水體變得渾濁、水質(zhì)惡化PM2.5顆粒物污染空氣，形成霧霾天氣，增加交通事故，危害人體健康2.常見工業(yè)廢氣的成分及處理工廠尾氣主要成分處理方式硫酸廠尾氣SO2、O2、N2等一般用氨水吸收硝酸廠尾氣NO、NO2等一般用NaOH溶液吸收高爐煤氣CO、CO2、N2等一般回收利用工廠尾氣主要成分處理方式煉鋼煙氣Fe2O3煙塵、CO等一般回收利用焦?fàn)t氣CH4、CO等可用作燃料1．以下非金屬氧化物與其引起的環(huán)境問題及主要來源對(duì)應(yīng)正確的是（）選項(xiàng)氧化物環(huán)境問題主要來源ACO2破壞臭氧層化石燃料的燃燒BSO2溫室效應(yīng)汽車尾氣的排放CNO2光化學(xué)煙霧工廠廢氣、汽車尾氣的排放DCO酸雨汽車尾氣和化石燃料的不完全燃燒【解析】選C。化石燃料燃燒主要排放二氧化碳?xì)怏w，與溫室效應(yīng)有關(guān)，與破壞臭氧層無關(guān)，故A錯(cuò)誤；工廠廢氣的排放產(chǎn)生大量二氧化硫氣體，是形成酸雨的主要污染物，而溫室效應(yīng)是由二氧化碳引起的，故B錯(cuò)誤；工廠廢氣、汽車尾氣含有大量的氮氧化物，氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧的主要污染物，故C正確；形成酸雨與二氧化硫及氮的氧化物有關(guān)，CO與酸雨無關(guān)，故D錯(cuò)誤。2．（2022·紹興高一檢測(cè)）空氣中的灰塵、硫酸、硝酸等顆粒物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成視覺障礙的叫霾。當(dāng)水汽凝結(jié)加劇、空氣濕度增大時(shí)，霾就會(huì)轉(zhuǎn)化為霧。二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物這三項(xiàng)是霧霾的主要組成。下列說法錯(cuò)誤的是（）A．SO2是無色、有毒的氣體B．在燃煤中加入生石灰可以減少二氧化硫的排放C．由氮氧化物到硝酸鹽的變化，屬于氮的固定D．霧霾天，汽車車燈照出“通路”的現(xiàn)象屬于丁達(dá)爾效應(yīng)【解析】選C。A.SO2是無色的、有刺激性氣味的、有毒的氣體，故A正確；B.在燃煤中加入生石灰可以減少二氧化硫的排放，即氧化鈣與SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣進(jìn)一步被氧化為硫酸鈣，故B正確；C.由氮氧化物到硝酸鹽的變化，不屬于氮的固定，氮的固定是指由氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮化合物的過程，故C錯(cuò)誤；D.霧霾屬于膠體，汽車車燈照出“通路”的現(xiàn)象屬于丁達(dá)爾效應(yīng)，故D正確。3．（走進(jìn)生活）高鐵酸鈉（Na2FeO4）是一種新型水處理劑，它有比高錳酸鉀更強(qiáng)的氧化性，在水中反應(yīng)被還原為Fe3＋。高鐵酸鈉用于水處理，除了能消毒殺菌外，它還能沉降水中的懸浮雜質(zhì)，起到凈水作用，請(qǐng)說明其凈水原理。提示：高鐵酸鈉殺菌消毒后的還原產(chǎn)物是Fe3＋，F(xiàn)e3＋可發(fā)生反應(yīng)生成Fe（OH）3膠體，它可吸附水中懸浮的雜質(zhì)或泥沙膠粒等一起凝聚而沉降，達(dá)到凈水的效果。學(xué)習(xí)任務(wù)二綠色化學(xué)1．綠色化學(xué)也稱環(huán)境友好化學(xué)，其核心思想就是改變“先污染后治理”的觀念和做法，利用化學(xué)原理和技術(shù)手段，減少或消除產(chǎn)品在生產(chǎn)和應(yīng)用中涉及的有害化學(xué)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)從源頭減少或消除環(huán)境污染。2．簡單而言，化學(xué)反應(yīng)就是原子重新組合的過程。因此，按照綠色化學(xué)的思想，最理想的“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”就是反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，這時(shí)原子利用率（即期望產(chǎn)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量之比）為100%。3．綠色化學(xué)示意圖[閃問]所學(xué)無機(jī)、有機(jī)反應(yīng)類型中哪些符合綠色化學(xué)的思想？提示：化合反應(yīng)、加成反應(yīng)和加聚反應(yīng)中原子利用率是100%。1．思考：設(shè)計(jì)由Cu制備CuSO4的實(shí)驗(yàn)方案，并評(píng)價(jià)優(yōu)劣。提示：方案1：Cueq\o(→,\s\up7(濃H2SO4),\s\do5(△))CuSO4方案2：Cueq\o(→,\s\up7(O2),\s\do5(△))CuOeq\o(→,\s\up7(H2SO4))CuSO4方案1產(chǎn)生SO2污染氣體，且H2SO4利用率低，而方案2無污染氣體生成且H2SO4利用率高。2．探索：十八大以來，習(xí)近平總書記在多個(gè)場合強(qiáng)調(diào)，“綠水青山就是金山銀山”，對(duì)環(huán)境生態(tài)保護(hù)尤為重視。下列說法符合綠色化學(xué)理念的是哪些？①開發(fā)高效氫能、太陽能等新型電動(dòng)汽車，以解決城市機(jī)動(dòng)車尾氣排放問題②利用有機(jī)垃圾發(fā)酵生產(chǎn)沼氣作生活燃料③將造紙的廢水通過高壓水井壓到地下，節(jié)約成本④積極開發(fā)廢舊電池的綜合利用技術(shù)，解決電池中的重金屬對(duì)土壤和水源的污染提示：①②④。開發(fā)高效氫能、太陽能等新型電動(dòng)汽車，可以減少污染性氣體的排放，改善空氣質(zhì)量，①符合；利用有機(jī)垃圾生產(chǎn)沼氣，可以減少對(duì)其他形式不可再生能源的使用，②符合；造紙的廢水中含有有毒、有腐蝕性的物質(zhì)，將造紙的廢水通過高壓水井壓到地下，會(huì)污染土壤和地下水，③不符合；電池中的重金屬污染土壤和水源，應(yīng)積極開發(fā)廢舊電池的綜合利用技術(shù)，④符合。1．綠色化學(xué)核心思想：從源頭減少或消除環(huán)境污染。2．原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)：充分利用反應(yīng)物中的各個(gè)原子，既能充分利用資源，又能防止污染。綠色化學(xué)可用原子利用率來衡量，原子利用率＝eq\f(期望產(chǎn)物的總質(zhì)量,生成物的總質(zhì)量)×100%，原子利用率越高，反應(yīng)產(chǎn)生的廢棄物就越少，對(duì)環(huán)境造成的污染也就越小。最理想的“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”要求反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，這時(shí)原子利用率達(dá)到100%，在化學(xué)反應(yīng)過程中不產(chǎn)生任何廢棄物，原子利用率為100%的反應(yīng)有化合反應(yīng)、加成反應(yīng)、加聚反應(yīng)。[提醒]與原子利用率相似的幾個(gè)概念：純度＝eq\f(純凈物質(zhì)量,樣品混合物質(zhì)量)×100%；產(chǎn)率＝eq\f(實(shí)際產(chǎn)量,理論產(chǎn)量)×100%；原料利用率＝eq\f(理論消耗量,實(shí)際消耗量)×100%；轉(zhuǎn)化率＝eq\f(已反應(yīng)的反應(yīng)物的量,反應(yīng)物總量)×100%?！镜淅俊皽厥倚?yīng)”是全球關(guān)注的環(huán)境問題之一。CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體。因此，控制和治理CO2是解決溫室效應(yīng)的有效途徑。（1）下列措施中，有利于降低大氣中CO2濃度的有ABCD。（填字母，下同）A．減少化石燃料的使用B．植樹造林，增大植被面積C．采用節(jié)能技術(shù)D．利用太陽能、風(fēng)能（2）將CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物可有效實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物的例子很多，如：A．6CO2＋6H2Oeq\o(→,\s\up7(光合作用))C6H12O6＋6O2B．CO2＋3H2eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH3OH＋H2OC．CO2＋CH4eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH3COOHD．2CO2＋6H2eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH2=CH2＋4H2O以上反應(yīng)中，最節(jié)能的是A，原子利用率最高的是C。[解題思維]解答本題的思維流程如下：提取關(guān)鍵點(diǎn)（1）降低大氣中CO2濃度的措施；（2）實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)最節(jié)能和原子利用率最高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化知識(shí)點(diǎn)（1）可從減少CO2排放及CO2利用角度分析；（2）原子利用率100%是最理想狀態(tài)排除障礙點(diǎn)一般而言，原子利用率最高的反應(yīng)類型有化合反應(yīng)、加成反應(yīng)以及加聚反應(yīng)【解析】（2）A項(xiàng)利用植物光合作用完成，最節(jié)能；C項(xiàng)反應(yīng)物中的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的產(chǎn)物，原子利用率最高。1．綠色化學(xué)最理想的“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”就是反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物。以下反應(yīng)最符合這一要求的是（）A．硫化亞銅高溫氧化的火法煉銅B．用銅作催化劑將乙醇氧化為乙醛C．銅和濃硝酸反應(yīng)制硝酸銅D．鎳作催化劑的條件下，苯與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成環(huán)己烷【解析】選D。A項(xiàng)，Cu2S高溫氧化的火法煉銅中還會(huì)產(chǎn)生SO2氣體，不符合“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”的要求，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，CH3CH2OH催化氧化生成CH3CHO的同時(shí)有H2O生成，不符合“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”的要求，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，Cu和濃硝酸反應(yīng)制備Cu（NO3）2時(shí)還會(huì)生成H2O和NO2，不符合“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”的要求，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，苯與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)只生成環(huán)己烷，原子利用率為100%，符合“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”的要求，正確。2．下列化學(xué)反應(yīng)不符合綠色化學(xué)概念的是（）A．消除硫酸廠尾氣污染：SO2＋2NH3＋H2O=（NH4）2SO3B．消除硝酸廠的氮氧化物污染：NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2OC．制CuSO4：Cu＋2H2SO4（濃）eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2OD．制CuSO4：2Cu＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CuO，CuO＋H2SO4（稀）=CuSO4＋H2O【解析】選C。C項(xiàng)在生成CuSO4的同時(shí)，還生成了SO2，會(huì)污染環(huán)境。1．環(huán)境污染已成為人類社會(huì)面臨的重大問題，各種污染數(shù)不勝數(shù)，下列詞語與環(huán)境污染無關(guān)的是（）①溫室效應(yīng)②赤潮③酸雨④光化學(xué)污染⑤臭氧空洞⑥水俁?、叱毕啻蟛弊硬、崴AA．①③④⑨ B．只有⑦⑧C．⑥⑦⑧ D．②⑤⑦【解析】選B。⑦潮汐是一種自然現(xiàn)象，⑧大脖子病是人體缺碘引起的，二者均與環(huán)境污染無關(guān)?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】（2022·天津南開區(qū)高一檢測(cè)）我國提出爭取在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這對(duì)于改善環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展至關(guān)重要。碳中和是指CO2的排放總量和減少總量相當(dāng)。下列措施中促進(jìn)碳中和最直接有效的是（）A．開采可燃冰作為新能源B．研發(fā)催化劑將CO2還原為甲醇C．將重油裂化為汽油作為燃料D．通過清潔煤技術(shù)減少煤燃燒污染【解析】選B。A.可燃冰是甲烷的水合物，大量開采、使用，會(huì)釋放出CO2，不利于碳中和，故A錯(cuò)誤；B.研發(fā)催化劑將CO2還原為甲醇，有助于CO2的減少，對(duì)促進(jìn)碳中和最直接有效，故B正確；C.將重油裂化為輕質(zhì)油作為燃料，實(shí)質(zhì)是長鏈烴斷裂為短鏈烴，燃燒后排放的CO2的量并沒有改變，故C錯(cuò)誤；D.通過清潔煤技術(shù)減少煤燃燒污染，只是減少了SO2的排放，并沒有減少CO2的排放，故D錯(cuò)誤。2．化學(xué)與生活密切相關(guān)。下列說法錯(cuò)誤的是（）A．PM2.5是指直徑不大于2.5μm的可吸入懸浮顆粒物B．綠色化學(xué)要求從源頭上減少或消除環(huán)境污染C．燃煤中加入CaO可以減少酸雨的形成及溫室氣體的排放D．天然氣和液化石油氣是我國目前推廣使用的清潔燃料【解析】選C。通常將大氣中直徑不大于2.5μm的可吸入懸浮顆粒物稱為PM2.5，A正確；綠色化學(xué)的核心思想就是從源頭上減少或消除環(huán)境污染，B正確；CaCO3受熱易分解，燃煤中加入CaO不能減少溫室氣體CO2的排放，C錯(cuò)誤；天然氣和液化石油氣是我國目前推廣使用的清潔燃料，D正確。3．（2022·衢州高一檢測(cè)）2022年10月在湖南長沙召開可持續(xù)廢物處理和資源回收國際會(huì)議，與會(huì)專家共同為環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和低碳生活貢獻(xiàn)智慧。下列做法中不利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和綠色化學(xué)理念的是（）A．工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的三廢不加處理任意排放B．生活垃圾不隨意丟棄，分類回收處理再利用C．使用高效催化劑將汽車尾氣轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂投趸糄．利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳制造全降解塑料【解析】選A。A.工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的三廢不加處理任