化學(xué)人教版高中必修二（2019年新編）-第12講 環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)講義

第12講環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)第12講環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)能列舉常見的大氣、水體和土壤的污染物及其危害說明常見污染的成因和預(yù)防措施的化學(xué)原理，樹立環(huán)保意識(shí)。通以酸雨防止和污水處理為例，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的防治方案，體會(huì)化學(xué)原理的應(yīng)用對(duì)環(huán)境保護(hù)的作用，說明化學(xué)科學(xué)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用價(jià)值。通過環(huán)氧乙烷兩種制備方法的討論，樹立“綠色化學(xué)”的觀念，并能運(yùn)用“綠色化學(xué)”思想分析和討論化工生產(chǎn)的相關(guān)問題，形成節(jié)約和循環(huán)利用的可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)。本節(jié)主要使學(xué)生了解化學(xué)在環(huán)境保護(hù)工作中發(fā)揮作用的三個(gè)主要領(lǐng)域，即環(huán)境監(jiān)測(cè)、“三廢”治理以及綠色化學(xué)和原子經(jīng)濟(jì)原則的應(yīng)用。教材的修訂反映時(shí)代性的要求，增加了諸如次生污染物（酸雨、霧霾和光化學(xué)煙霧等）的形成、污水處理等內(nèi)容，也增加了“化學(xué)與職業(yè)”欄目介紹環(huán)境保護(hù)工程師。重點(diǎn)內(nèi)容SO2等污染物的控制、消除和回收利用，污水處理流程、方法及原理。難點(diǎn)為綠色化學(xué)觀念的形成和綠色化學(xué)思想的運(yùn)用。內(nèi)容較多，由老師在課上結(jié)合“情景導(dǎo)入”文檔中的內(nèi)容為學(xué)生介紹即可。知識(shí)點(diǎn)一：化學(xué)與環(huán)境保護(hù)一、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的意義通過對(duì)污染物的存在形態(tài)、含量進(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)，是進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和污染治理的基礎(chǔ)。二、化學(xué)與“三廢”污染(1)“三廢”污染：是指工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣對(duì)環(huán)境的污染。(2)大氣污染物與次生污染物三、化學(xué)與“污水”處理①污水處理常用方法：物理法、化學(xué)法和生物法等。②污水的“三級(jí)”處理四、化學(xué)與“廢渣”及生活垃圾處理原則：無害化、減量化和資源化，達(dá)到減少環(huán)境污染和資源回收利用兩個(gè)目的。例1.空氣是人類生存所必需的重要資源。為改善空氣質(zhì)量而啟動(dòng)的“藍(lán)天工程”得到了全民的支持，下列措施不利于“藍(lán)天工程”建設(shè)的是()A.推廣使用燃煤脫硫技術(shù)，防治污染B.加大石油、煤炭的開采速度，增加化石燃料的供應(yīng)量C.實(shí)施綠化工程，防治揚(yáng)塵污染D.利用和開發(fā)新能源汽車，消除機(jī)動(dòng)車尾氣污染【答案】B【解析】加大石油、煤炭的開采速度，增加化石燃料的供應(yīng)量，會(huì)加劇大氣污染物的排放，不利于“藍(lán)天工程”建設(shè)。例2.我國(guó)近海海域海水中一些元素含量普遍超標(biāo)，富營(yíng)養(yǎng)化十分嚴(yán)重，經(jīng)常發(fā)生“赤潮”現(xiàn)象。下列生活用品中能引起“赤潮”的是()A.肥皂 B.含磷洗滌劑C.加酶洗衣粉 D.化妝品【答案】B【解析】發(fā)生在海洋中的“赤潮”和湖泊內(nèi)河中的“水華”都是由于水體的“富營(yíng)養(yǎng)化”導(dǎo)致的結(jié)果，含磷洗滌劑的廣泛使用與排放是發(fā)生赤潮的主要原因之一。例3.Ⅰ.為了防治酸雨，減少煤燃燒時(shí)向大氣排放的SO2，工業(yè)上采用生石灰和含硫的煤混合使用以“固硫”(避免硫的化合物進(jìn)入大氣)，最后生成石膏。試回答：(1)整個(gè)“固硫”過程涉及的反應(yīng)有①SO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(△))CaSO3②2CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CaSO4，涉及的反應(yīng)類型有________(填序號(hào))。①化合反應(yīng)②分解反應(yīng)③置換反應(yīng)④復(fù)分解反應(yīng)⑤氧化還原反應(yīng)⑥非氧化還原反應(yīng)⑦離子反應(yīng)⑧非離子反應(yīng)(分子反應(yīng))(2)比較此法與石灰石粉末和含硫煤混合法哪個(gè)更好些________(A.生石灰B．石灰石)，原因是________________________________________________________________________。(3)你認(rèn)為減少酸雨產(chǎn)生可采取的措施是________(填字母)。①少用煤作燃料②把工廠的煙囪造高③先將燃料煤脫硫④在土壤中加石灰防止酸化⑤開發(fā)新能源，避免含S、N的氧化物大量排放A．①②③ B．②③④⑤C．①③⑤ D．①③④⑤Ⅱ.活性炭聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)(AC)是一種比較成熟的脫硫脫硝技術(shù)，可以在較低的溫度下，將廢氣中的SO2、NOx通過一系列反應(yīng)生成銨鹽，從而變廢為寶，其工作示意圖如下所示：(1)SO2在活性炭表面被氧化最終生成硫酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：______________________________________________________________________________________。(2)吸收塔加入NH3后，可脫除廢氣中的NO、NO2，寫出NO和NO2分別和NH3反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________、_____________________________。(3)NH3和吸收塔中生成的H2SO4反應(yīng)，會(huì)生成銨鹽，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。(4)活性炭的造價(jià)較高，工業(yè)上一般選用活性焦作為吸附劑來脫硫脫硝，活性炭來自于煤干餾產(chǎn)品，煤的干餾為________(填“物理”或“化學(xué)”)變化，從煤干餾產(chǎn)品中獲取苯、二甲苯的操作方法為______________________________________________________________?！敬鸢浮竣?(1)①⑤⑥⑧(2)ACaCO3分解為CaO需要消耗很高的能量，浪費(fèi)煤，使生產(chǎn)成本提高(3)CⅡ.(1)2SO2＋O22SO3、SO3＋H2O=H2SO4(或2SO2＋O2＋2H2O=2H2SO4)(2)4NH3＋6NO=5N2＋6H2O8NH3＋6NO2=7N2＋12H2O(3)2NH3＋H2SO4=(NH4)2SO4或NH3＋H2SO4=NH4HSO4(4)化學(xué)蒸餾(分餾)【解析】Ⅰ.(1)在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反應(yīng)是CaO＋SO2eq\o(=,\s\up7(△))CaSO3、2CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CaSO4，可見所涉及到的反應(yīng)類型有化合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、非氧化還原反應(yīng)和非離子反應(yīng)。(3)把煙囪造高不能減少SO2的排放量；在土壤中加石灰雖可中和酸雨造成的酸性，但不屬于減少酸雨而采取的措施。Ⅱ.(1)在反應(yīng)中，SO2可以被O2在活性炭表面氧化為SO3，進(jìn)而和H2O生成H2SO4。(2)NH3和NO、NO2反應(yīng)時(shí)，NH3為還原劑，NO、NO2為氧化劑最終生成N2和H2O。(3)NH3和生成的H2SO4可生成(NH4)2SO4或NH4HSO4。(4)煤的干餾為化學(xué)變化，從煤焦油中獲取苯及二甲苯等原料應(yīng)采取蒸餾(分餾)的方法。練習(xí)1.為了保護(hù)自然環(huán)境，提高人民的生活質(zhì)量，必須重視處理“白色污染”。該“白色污染”指的是()A.冶煉廠的白色煙塵B.石灰窯的白色粉末C.聚氯乙烯等塑料垃圾D.白色建筑材料【答案】C【解析】白色污染是指聚氯乙烯等塑料垃圾，難以降解，在顏色上不一定為白色，題中白色煙塵、粉末以及白色建筑材料都不屬于白色污染，分別為粉塵污染和建筑垃圾。練習(xí)2實(shí)行垃圾分類,關(guān)系生活環(huán)境改善和節(jié)約使用資源。下列說法正確的是()A.回收廚余垃圾用于提取食用油B.對(duì)廢油脂進(jìn)行處理可獲取氨基酸C.回收舊報(bào)紙用于生產(chǎn)再生紙D.廢舊電池含重金屬須深度填埋【答案】C【解析】從廚余垃圾中提取的油脂有毒性,不能作為食用油,可以制取肥皂等,A錯(cuò)誤;油脂水解得到高級(jí)脂肪酸(鹽)和甘油,不能獲取氨基酸,B錯(cuò)誤;廢舊電池中含重金屬,深度填埋會(huì)造成土壤污染、水體污染,要集中回收處理,D錯(cuò)誤。練習(xí)3“綠水青山就是金山銀山”,下列措施不利于改善大氣質(zhì)量的是()A.開發(fā)新能源,減少煤等化石燃料的燃燒B.燃煤時(shí)向其中加入石灰石減少SO2的排放C.將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣,發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)D.增加汽車排氣管的長(zhǎng)度降低CO和NO的排放量【答案】D【解析】開發(fā)新能源,減少煤等化石燃料的燃燒,能有效減少SO2、固體顆粒物的排放,有利于改善大氣質(zhì)量,A正確;燃煤時(shí)加入石灰石,可將SO2轉(zhuǎn)化為CaSO4,從而減少SO2的排放,B正確;將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣,發(fā)展?jié)崈羧济杭夹g(shù),可使其充分燃燒,減少污染物的排放,C正確;增加汽車排氣管的長(zhǎng)度,不能降低汽車尾氣中NO和CO的排放量,D錯(cuò)誤。六大環(huán)境問題及其危害環(huán)境問題主要污染物主要危害酸雨(雨水pH<5.6)SO2及氮氧化物(NOx)土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蝕等溫室效應(yīng)CO2、CH4造成全球氣候變暖，水位上升，陸地面積減小臭氧空洞氟氯代烴、氮氧化物(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?、氮氧化?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難降解的廢棄塑料在土壤中影響農(nóng)作物吸收養(yǎng)分和水分，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)；易被動(dòng)物當(dāng)成食物吞入，導(dǎo)致動(dòng)物死亡；混入生活垃圾中難處理、難降解赤潮(海水中)和水華(淡水中)廢水中含N、P等營(yíng)養(yǎng)元素水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水中藻類瘋長(zhǎng)，消耗水中溶解的氧，使水質(zhì)腐敗變質(zhì)、變臭，水生生物因缺氧而死亡知識(shí)點(diǎn)二：綠色化學(xué)一、核心思想改變“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。二、“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，這時(shí)原子利用率為100%。三、綠色化學(xué)示意圖四、開發(fā)和利用自然資源遵循的三原則(3R原則)減量化、再利用和再循環(huán)。例1.在“綠色化學(xué)工藝”中，理想狀態(tài)是反應(yīng)物中的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，即原子利用率為100%。下列反應(yīng)類型能體現(xiàn)“原子經(jīng)濟(jì)性”原則的是()①置換反應(yīng)②化合反應(yīng)③分解反應(yīng)④取代反應(yīng)⑤加成反應(yīng)⑥加聚反應(yīng)⑦酯化反應(yīng)A.②⑤⑥ B.②④⑤C.只有⑥ D.只有⑥⑦【答案】A【解析】根據(jù)四種基本反應(yīng)類型的定義即可判斷出只有化合反應(yīng)產(chǎn)物唯一。在有機(jī)反應(yīng)類型中，取代反應(yīng)、酯化反應(yīng)、水解反應(yīng)的產(chǎn)物均不唯一，而加成反應(yīng)、加聚反應(yīng)的產(chǎn)物唯一，反應(yīng)物中的原子全部轉(zhuǎn)化成期望的最終產(chǎn)物，即原子利用率為100%。例2.下列有關(guān)水處理方法不正確的是()A.用石灰、碳酸鈉等堿性物質(zhì)處理廢水中的酸B.用可溶性的鋁鹽和鐵鹽處理水中的懸浮物C.用氯氣處理水中的Cu2+、Hg2+等重金屬離子D.用燒堿處理含高濃度NH4【答案】C【解析】C項(xiàng),處理水中的Cu2+、Hg2+等重金屬離子可用沉淀法,如加入適量硫化鈉,但用氯氣不能除去,錯(cuò)誤。例3.“綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)”已走進(jìn)課堂,下列做法符合“綠色化學(xué)”思想的是()①實(shí)驗(yàn)室收集氨氣采用圖甲所示裝置②實(shí)驗(yàn)室中做氯氣與鈉的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)采用圖乙所示裝置③實(shí)驗(yàn)室中用玻璃棒分別蘸取濃鹽酸和濃氨水做氨氣與酸生成銨鹽的實(shí)驗(yàn)④實(shí)驗(yàn)室中采用圖丙所示裝置進(jìn)行銅與稀硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)A.②③④ B.①②③C.①②④ D.①③④【答案】C【解析】甲裝置用向下排空氣法收集NH3,且多余的NH3可用水吸收,①符合;乙裝置中多余的Cl2可用浸有堿液的棉球吸收,防止Cl2污染環(huán)境,②符合;丙裝置中反應(yīng)生成的NO貯存在氣球中,防止NO污染環(huán)境,④符合;實(shí)驗(yàn)③中濃鹽酸和濃氨水揮發(fā)出的HCl和NH3會(huì)逸散到大氣中,對(duì)環(huán)境造成污染,③不符合。練習(xí)1.近年來,東莞持續(xù)推進(jìn)碧水藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)。下列做法不利于生態(tài)保護(hù)與建設(shè)的是()A.將廢舊電池深埋,防止污染環(huán)境B.加強(qiáng)城市生活污水脫氮除磷處理,遏制水體富營(yíng)養(yǎng)化C.催化處理汽車尾氣,減輕氮氧化物污染及光化學(xué)煙霧D.積極推廣太陽能、風(fēng)能、水能等的使用,減少使用化石燃料【答案】A【解析】略練習(xí)2.2019年7月1日起,上海進(jìn)入垃圾分類強(qiáng)制時(shí)代,隨后西安等地也紛紛開始實(shí)行垃圾分類。這體現(xiàn)了我國(guó)保護(hù)環(huán)境的決心,而環(huán)境保護(hù)與化學(xué)息息相關(guān),下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A.廢棄的聚乙烯塑料屬于白色垃圾,不能使溴水褪色B.可回收的易拉罐中含金屬鋁,可通過電解熔融氧化鋁制取C.廢舊電池中含有鎳、鎘等重金屬,不能用填埋法處理D.含棉、麻、絲、毛及合成纖維的廢舊衣物燃燒處理時(shí)都只生成CO2和H2O【答案】D【解析】聚乙烯塑料難以降解,易造成“白色污染”,聚乙烯不含有不飽和鍵,也不能溶解溴單質(zhì),因此不能使溴水褪色,A正確;易拉罐的材質(zhì)是合金,其中含有鋁單質(zhì),可回收利用,鋁屬于活潑金屬,常見制備方法是電解熔融氧化鋁,B正確;廢舊電池中含有重金屬鎘、鎳、錳等,對(duì)環(huán)境危害較大,不能用填埋法處理,填埋處理會(huì)污染地下水和土壤等,C正確;棉、麻是植物纖維,只含有C、H、O元素,完全燃燒生成物只有CO2、H2O,絲、毛的主要成分是蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)主要由C、H、O、N元素組成,還可能含有S、P等元素,其完全燃燒產(chǎn)物具有多樣性,生成物不一定只有CO2和H2O,D錯(cuò)誤。練習(xí)3.化學(xué)與人類生產(chǎn)、生活、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)，下列說法不正確的是()A.“天宮一號(hào)”中使用的碳纖維，是一種新型無機(jī)非金屬材料B.為防止富脂食品氧化變質(zhì)，常在包裝袋中放入生石灰C.開發(fā)新能源，減少對(duì)化石燃料的依賴，可以促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)D.“靜電除塵”“燃煤固硫”“汽車尾氣催化凈化”都能提高空氣質(zhì)量【答案】B【解析】碳纖維的成分為碳單質(zhì)，為無機(jī)物，是一種新型無機(jī)非金屬材料，A正確；生石灰只能吸收水分，不能吸收氧氣，所以加入生石灰不能防止富脂食品被氧化變質(zhì)，B錯(cuò)誤；開發(fā)新能源，減少對(duì)化石燃料的依賴，可以促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)，C正確；“靜電除塵”“燃煤固硫”“汽車尾氣催化凈化”都可減少污染氣體的排放，能提高空氣質(zhì)量，D正確。練習(xí)4.以下是與綠色化學(xué)、環(huán)境保護(hù)和人類健康息息相關(guān)的三個(gè)主題，請(qǐng)根據(jù)已知信息回答下列問題：(1)下列制備氯乙烷的反應(yīng)中原子經(jīng)濟(jì)性最高的是________(填字母)。A．CH2=CH2＋HCl→CH3CH2ClB．CH3CH2OH＋HCleq\o(→,\s\up7(催化劑))CH3CH2Cl＋H2OC．CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CH3CH2Cl＋HClD．CH2CHCl＋H2eq\o(→,\s\up7(催化劑))CH3CH2Cl由上述四個(gè)反應(yīng)可歸納出，原子經(jīng)濟(jì)性最高的是______(填反應(yīng)類型)。(2)有毒物質(zhì)的無害化處理也是綠色化學(xué)研究的內(nèi)容之一。ClO2是一種性能優(yōu)良的消毒劑，它可將廢水中少量的CN－等有毒的酸根離子氧化而除去。請(qǐng)寫出用ClO2將廢水中的CN－氧化成無毒氣體的離子方程式：__________________________________________________________________________________________________________________________，該方法的優(yōu)點(diǎn)是_________________________________________________________。(3)某飲用水廠由天然水制備純凈水(去離子水)的工藝流程示意圖如下：活性炭的作用是_________________________________________________________________；O3消毒的優(yōu)點(diǎn)是_______________________________________________________________。【答案】(1)AD加成反應(yīng)(2)2ClO2＋2CN－=2CO2＋N2＋2Cl－產(chǎn)物為無毒無害的Cl－、CO2和N2(3)吸附水中的有機(jī)物(或除去水中的異味)反應(yīng)產(chǎn)物無毒無害【解析】(1)原子經(jīng)濟(jì)性高，即理論上原子的利用率盡可能達(dá)到100%，沒有副產(chǎn)物。A、D兩項(xiàng)中的原子利用率都是100%。(2)把CN－氧化成無毒氣體，說明C、N分別生成了CO2、N2，ClO2的還原產(chǎn)物應(yīng)該是無毒的Cl－。(3)活性炭能吸附水中的有機(jī)物，從而除去異味。用O3消毒時(shí)，其產(chǎn)物為無毒無害的O2。練習(xí)5.煤是一種常用的燃料，但由于燃燒產(chǎn)生的廢氣中含有的SO2、NO2和NO等多種有害氣體和煙塵會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此需要對(duì)煤進(jìn)行加工后再燃燒，或?qū)U氣凈化后再排放。(1)將煤直接進(jìn)行燃燒，造成環(huán)境污染的表現(xiàn)之一是形成硝酸型酸雨。①有關(guān)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硝酸的反應(yīng)中，原子利用率為100%的反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________。②以下是對(duì)硝酸型酸雨的評(píng)價(jià)，其中正確的是________(填字母)。a．能殺死水中的浮游生物，減少魚類食物來源，破壞生態(tài)系統(tǒng)b．對(duì)電線、鐵軌、橋梁、房屋等均會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p害c．破壞臭氧層(2)如圖所示是對(duì)煤燃燒產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行常溫脫硫處理的基本流程示意圖，試寫出在廢氣脫硫并