化学人教版高中必修二（2019年新编）-第12讲 环境保护与绿色化学讲义.docx

1、第12讲 环境保护与绿色化学 1. 能列举常见的大气、水体和土壤的污染物及其危害说明常见污染的成因和预防措施的化学原理，树立环保意识。2. 通以酸雨防止和污水处理为例，设计简单的防治方案，体会化学原理的应用对环境保护的作用，说明化学科学在生产、生活中的应用价值。3. 通过环氧乙烷两种制备方法的讨论，树立“绿色化学”的观念，并能运用“绿色化学”思想分析和讨论化工生产的相关问题，形成节约和循环利用的可持续发展的意识。本节主要使学生了解化学在环境保护工作中发挥作用的三个主要领域，即环境监测、“三废”治理以及绿色化学和原子经济原则的应用。教材的修订反映时代性的要求，增加了诸如次生污染物（酸雨、雾霾和光

2、化学烟雾等）的形成、污水处理等内容，也增加了“化学与职业”栏目介绍环境保护工程师。重点内容SO2等污染物的控制、消除和回收利用，污水处理流程、方法及原理。难点为绿色化学观念的形成和绿色化学思想的运用。内容较多，由老师在课上结合 “情景导入”文档中的内容为学生介绍即可。知识点一：化学与环境保护一、环境质量监测的意义通过对污染物的存在形态、含量进行分析和测定，为控制和消除污染提供可靠的数据，是进行环境质量评价和污染治理的基础。二、化学与“三废”污染(1)“三废”污染：是指工业生产中产生的废气、废水和废渣对环境的污染。(2)大气污染物与次生污染物三、化学与“污水”处理污水处理常用方法：物理法、化学法

3、和生物法等。污水的“三级”处理四、化学与“废渣”及生活垃圾处理原则：无害化、减量化和资源化，达到减少环境污染和资源回收利用两个目的。例1.空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持，下列措施不利于“蓝天工程”建设的是()A.推广使用燃煤脱硫技术，防治污染B.加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量C.实施绿化工程，防治扬尘污染D.利用和开发新能源汽车，消除机动车尾气污染【答案】B【解析】加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量，会加剧大气污染物的排放，不利于“蓝天工程”建设。例2.我国近海海域海水中一些元素含量普遍超标，富营养化十分严重，经常

4、发生“赤潮”现象。下列生活用品中能引起“赤潮”的是()A.肥皂 B.含磷洗涤剂C.加酶洗衣粉 D.化妆品【答案】B【解析】发生在海洋中的“赤潮”和湖泊内河中的“水华”都是由于水体的“富营养化”导致的结果，含磷洗涤剂的广泛使用与排放是发生赤潮的主要原因之一。例3.为了防治酸雨，减少煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上采用生石灰和含硫的煤混合使用以“固硫”(避免硫的化合物进入大气)，最后生成石膏。试回答：(1)整个“固硫”过程涉及的反应有SO2CaOCaSO32CaSO3O22CaSO4，涉及的反应类型有_(填序号)。化合反应分解反应置换反应复分解反应氧化还原反应非氧化还原反应离子反应非离子反应(分

5、子反应)(2)比较此法与石灰石粉末和含硫煤混合法哪个更好些_(A.生石灰B石灰石)，原因是_。(3)你认为减少酸雨产生可采取的措施是_(填字母)。少用煤作燃料把工厂的烟囱造高先将燃料煤脱硫在土壤中加石灰防止酸化开发新能源，避免含S、N的氧化物大量排放A BC D.活性炭联合脱硫脱硝技术(AC)是一种比较成熟的脱硫脱硝技术，可以在较低的温度下，将废气中的SO2、NOx通过一系列反应生成铵盐，从而变废为宝，其工作示意图如下所示：(1)SO2在活性炭表面被氧化最终生成硫酸，反应的化学方程式为：_。(2)吸收塔加入NH3后，可脱除废气中的NO、NO2，写出NO和NO2分别和NH3反应的化学方程式：_、

6、_。(3)NH3和吸收塔中生成的H2SO4反应，会生成铵盐，写出反应的化学方程式：_。(4)活性炭的造价较高，工业上一般选用活性焦作为吸附剂来脱硫脱硝，活性炭来自于煤干馏产品，煤的干馏为_(填“物理”或“化学”)变化，从煤干馏产品中获取苯、二甲苯的操作方法为_。【答案】.(1)(2)ACaCO3分解为CaO需要消耗很高的能量，浪费煤，使生产成本提高(3)C.(1)2SO2O22SO3、SO3H2O=H2SO4(或2SO2O22H2O=2H2SO4)(2)4NH36NO=5N26H2O8NH36NO2=7N212H2O(3)2NH3H2SO4=(NH4)2SO4或NH3H2SO4=NH4HSO4

7、(4)化学蒸馏(分馏)【解析】.(1)在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反应是CaOSO2CaSO3、2CaSO3O22CaSO4，可见所涉及到的反应类型有化合反应、氧化还原反应、非氧化还原反应和非离子反应。(3)把烟囱造高不能减少SO2的排放量；在土壤中加石灰虽可中和酸雨造成的酸性，但不属于减少酸雨而采取的措施。.(1)在反应中，SO2可以被O2在活性炭表面氧化为SO3，进而和H2O生成H2SO4。(2)NH3和NO、NO2反应时，NH3为还原剂，NO、NO2为氧化剂最终生成N2和H2O。(3)NH3和生成的H2SO4可生成(NH4)2SO4或NH4HSO4。(4)煤的干馏为化学变化，从煤焦油中

8、获取苯及二甲苯等原料应采取蒸馏(分馏)的方法。练习1.为了保护自然环境，提高人民的生活质量，必须重视处理“白色污染”。该“白色污染”指的是()A.冶炼厂的白色烟尘B.石灰窑的白色粉末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，难以降解，在颜色上不一定为白色，题中白色烟尘、粉末以及白色建筑材料都不属于白色污染，分别为粉尘污染和建筑垃圾。练习2实行垃圾分类,关系生活环境改善和节约使用资源。下列说法正确的是()A.回收厨余垃圾用于提取食用油B.对废油脂进行处理可获取氨基酸C.回收旧报纸用于生产再生纸D.废旧电池含重金属须深度填埋【答案】C【解析】从厨余垃圾

9、中提取的油脂有毒性,不能作为食用油,可以制取肥皂等,A错误;油脂水解得到高级脂肪酸(盐)和甘油,不能获取氨基酸,B错误;废旧电池中含重金属,深度填埋会造成土壤污染、水体污染,要集中回收处理,D错误。练习3“绿水青山就是金山银山”,下列措施不利于改善大气质量的是()A.开发新能源,减少煤等化石燃料的燃烧B.燃煤时向其中加入石灰石减少SO2的排放C.将煤转化为水煤气,发展洁净煤技术D.增加汽车排气管的长度降低CO和NO的排放量【答案】D【解析】开发新能源,减少煤等化石燃料的燃烧,能有效减少SO2、固体颗粒物的排放,有利于改善大气质量,A正确;燃煤时加入石灰石,可将SO2转化为CaSO4,从而减少S

10、O2的排放,B正确;将煤转化为水煤气,发展洁净燃煤技术,可使其充分燃烧,减少污染物的排放,C正确;增加汽车排气管的长度,不能降低汽车尾气中NO和CO的排放量,D错误。六大环境问题及其危害环境问题主要污染物主要危害酸雨(雨水pH5.6)SO2及氮氧化物(NOx)土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等温室效应CO2、CH4造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小臭氧空洞氟氯代烃、氮氧化物(NOx)到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害光化学烟雾碳氢化合物、氮氧化物(NOx)刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡白色污染难降解的废弃塑料在土壤中影响农作物吸收养分和水

11、分，导致农作物减产；易被动物当成食物吞入，导致动物死亡；混入生活垃圾中难处理、难降解赤潮(海水中)和水华(淡水中)废水中含N、P等营养元素水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水质腐败变质、变臭，水生生物因缺氧而死亡知识点二：绿色化学一、核心思想改变“先污染后治理”的观念和做法，利用化学原理和技术手段，减少或消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现从源头减少或消除环境污染。二、“原子经济性反应”反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为100%。三、绿色化学示意图四、开发和利用自然资源遵循的三原则(3R原则)减量化、再利用和再循环。例1.在“绿色化学工艺”中，理

12、想状态是反应物中的原子全部转化为期望的最终产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是()置换反应化合反应分解反应取代反应加成反应加聚反应酯化反应A. B.C.只有 D.只有【答案】A【解析】根据四种基本反应类型的定义即可判断出只有化合反应产物唯一。在有机反应类型中，取代反应、酯化反应、水解反应的产物均不唯一，而加成反应、加聚反应的产物唯一，反应物中的原子全部转化成期望的最终产物，即原子利用率为100%。例2.下列有关水处理方法不正确的是()A.用石灰、碳酸钠等碱性物质处理废水中的酸B.用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物C.用氯气处理水中的Cu2+、Hg2+等重金属

13、离子D.用烧碱处理含高浓度NH4+的废水并回收利用氨【答案】C【解析】C项,处理水中的Cu2+、Hg2+等重金属离子可用沉淀法,如加入适量硫化钠,但用氯气不能除去,错误。例3.“绿色化学实验”已走进课堂,下列做法符合“绿色化学”思想的是()实验室收集氨气采用图甲所示装置实验室中做氯气与钠的反应实验时采用图乙所示装置实验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与酸生成铵盐的实验实验室中采用图丙所示装置进行铜与稀硝酸的反应实验A.B.C.D.【答案】C【解析】甲装置用向下排空气法收集NH3,且多余的NH3可用水吸收,符合;乙装置中多余的Cl2可用浸有碱液的棉球吸收,防止Cl2污染环境,符合;丙装置

14、中反应生成的NO贮存在气球中,防止NO污染环境,符合;实验中浓盐酸和浓氨水挥发出的HCl和NH3会逸散到大气中,对环境造成污染,不符合。练习1.近年来,东莞持续推进碧水蓝天保卫战。下列做法不利于生态保护与建设的是()A.将废旧电池深埋,防止污染环境B.加强城市生活污水脱氮除磷处理,遏制水体富营养化C.催化处理汽车尾气,减轻氮氧化物污染及光化学烟雾D.积极推广太阳能、风能、水能等的使用,减少使用化石燃料【答案】A【解析】略练习2.2019年7月1日起,上海进入垃圾分类强制时代,随后西安等地也纷纷开始实行垃圾分类。这体现了我国保护环境的决心,而环境保护与化学息息相关,下列有关说法错误的是()A.废

15、弃的聚乙烯塑料属于白色垃圾,不能使溴水褪色B.可回收的易拉罐中含金属铝,可通过电解熔融氧化铝制取C.废旧电池中含有镍、镉等重金属,不能用填埋法处理D.含棉、麻、丝、毛及合成纤维的废旧衣物燃烧处理时都只生成CO2和H2O【答案】D【解析】聚乙烯塑料难以降解,易造成“白色污染”,聚乙烯不含有不饱和键,也不能溶解溴单质,因此不能使溴水褪色,A正确;易拉罐的材质是合金,其中含有铝单质,可回收利用,铝属于活泼金属,常见制备方法是电解熔融氧化铝,B正确;废旧电池中含有重金属镉、镍、锰等,对环境危害较大,不能用填埋法处理,填埋处理会污染地下水和土壤等,C正确;棉、麻是植物纤维,只含有C、H、O元素,完全燃烧

16、生成物只有CO2、H2O,丝、毛的主要成分是蛋白质,蛋白质主要由C、H、O、N元素组成,还可能含有S、P等元素,其完全燃烧产物具有多样性,生成物不一定只有CO2和H2O,D错误。练习3.化学与人类生产、生活、社会可持续发展密切相关，下列说法不正确的是()A.“天宫一号”中使用的碳纤维，是一种新型无机非金属材料B.为防止富脂食品氧化变质，常在包装袋中放入生石灰C.开发新能源，减少对化石燃料的依赖，可以促进低碳经济D.“静电除尘”“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都能提高空气质量【答案】B【解析】碳纤维的成分为碳单质，为无机物，是一种新型无机非金属材料，A正确；生石灰只能吸收水分，不能吸收氧气，所以

17、加入生石灰不能防止富脂食品被氧化变质，B错误；开发新能源，减少对化石燃料的依赖，可以促进低碳经济，C正确；“静电除尘”“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都可减少污染气体的排放，能提高空气质量，D正确。练习4.以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息回答下列问题：(1)下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是_(填字母)。ACH2=CH2HClCH3CH2ClBCH3CH2OHHClCH3CH2ClH2OCCH3CH3Cl2CH3CH2ClHClDCH2=CHClH2CH3CH2Cl由上述四个反应可归纳出，原子经济性最高的是_(填反应类型)。(2)有毒物质的无害化处理

18、也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂，它可将废水中少量的CN等有毒的酸根离子氧化而除去。请写出用ClO2将废水中的CN氧化成无毒气体的离子方程式：_，该方法的优点是_。(3)某饮用水厂由天然水制备纯净水(去离子水)的工艺流程示意图如下：活性炭的作用是_；O3消毒的优点是_。【答案】(1)AD加成反应(2)2ClO22CN=2CO2N22Cl产物为无毒无害的Cl、CO2和N2(3)吸附水中的有机物(或除去水中的异味)反应产物无毒无害【解析】(1)原子经济性高，即理论上原子的利用率尽可能达到100%，没有副产物。A、D两项中的原子利用率都是100%。(2)把CN氧化成无毒气体

19、，说明C、N分别生成了CO2、N2，ClO2的还原产物应该是无毒的Cl。(3)活性炭能吸附水中的有机物，从而除去异味。用O3消毒时，其产物为无毒无害的O2。练习5.煤是一种常用的燃料，但由于燃烧产生的废气中含有的SO2、NO2和NO等多种有害气体和烟尘会对环境造成污染，因此需要对煤进行加工后再燃烧，或将废气净化后再排放。(1)将煤直接进行燃烧，造成环境污染的表现之一是形成硝酸型酸雨。有关物质转化为硝酸的反应中，原子利用率为100%的反应的化学方程式为_。以下是对硝酸型酸雨的评价，其中正确的是_(填字母)。a能杀死水中的浮游生物，减少鱼类食物来源，破坏生态系统b对电线、铁轨、桥梁、房屋等均会造成

20、严重损害c破坏臭氧层(2)如图所示是对煤燃烧产生的废气进行常温脱硫处理的基本流程示意图，试写出在废气脱硫并形成副产物的过程中所发生的主要反应的化学方程式：_。(3)废气脱硫以后含量明显增加的气体是_(写物质名称)，它对环境的负面影响是_。(4)检验脱硫后的气体中是否含有SO2的简单方法是_。【答案】(1)2NOO2=2NO2ab(2)CaCO3SO2=CaSO3CO2、2CaSO3O2=2CaSO4、CaSO42H2O=CaSO42H2O(3)二氧化碳使“温室效应”加剧，导致全球气候变暖(4)将气体通入品红溶液中，观察溶液是否褪色，若溶液褪色，说明废气中还含有SO2；若溶液不褪色，说明废气中不含SO2【解析】(1)形成硝酸型酸雨，这说明煤燃烧生成NO和NO2等氮氧化物，NO跟O2反应生成NO2，NO2跟H2O反应生成HNO3和NO，其中NO与O2的反应中原子利用率为100%。酸雨对臭氧层没有破坏作用。(2)由图可知，脱硫是将硫元素转化为CaSO4，最终产品是CaSO42H2O。(3)通过对问题(2)的解答可知，在脱硫的同时生成了CO2。(4)检验SO2的常用试剂是品红溶液。