8.3 环境保护与绿色化学课件（共72张ppt）人教版（2019）必修第二册第八章

(共72张PPT)
第八章
化学与可持续发展
第三节
环境保护与绿色化学
现代社会的环境污染问题日益严重，而环境污染的治理离不开有关的化学知识。我们的生活中都存在哪些污染问题？那么在化工生产中，有没有不产生污染的工艺生产？我们怎么可以避免有关的化学污染？这一节课，我们就来学习有关方面的知识。
人类和其他生物生存的生物圈与大气圈、水圈和岩石圈不断地进行着物质和能量的交换，共同构成了地球生态系统。通常所说的环境问题，主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。
一
化学与环境保护
环境问题的含义
开发和利用自然资源造成的生态环境破坏
工农业生产和人类生活造成的环境污染
要研究污染物的存在、分布和转化规律，就需要对污染物的存在形态、含量等进行分析和测定，为控制和消除污染提供可靠的数据。化学工作者所承担的环境质量监测工作是进行环境质量评价和污染治理的基础。
工业“三废”
废气 (化学燃料燃烧及工厂废气)
废水 (工业废水、生活废水等)
废渣 (工业垃圾、生活垃圾等)
化学在三废治理方面有非常重要的作用。
废 气
废 水
废 渣
除了自然因素，大气污染物主要来自化石燃料的燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。这些污染物在太阳辐射等因素作用下，经过复杂变化形成次生污染物(如图8-21)，在一定的天气条件下会造成酸雨、雾霾光化学烟雾等污染现象。
酸雨、雾霾、光化学烟雾
由空气中的颗粒物、硫的氧化物(SO2、SO3)、氮的氧化物(NO、NO2等)、CO、碳氢化合物、氟氯代烃等会形成酸雨、酸雾；臭氧层空洞；光化学烟雾；
雾霾，是雾和霾的组合词。雾霾是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物(PM 2.5)，一旦排放超过大气循环能力和承载度，细颗粒物浓度将持续积聚，此时如果受静稳天气等影响，极易出现大范围的雾霾。
酸 雨
光化学烟雾
雾 霾
工农业生产和生活中产生的污水往往含有复杂的成分任意排放会导致土壤和水体的污染，必须经过多步处理才能达到排放标准(如图8-22)。
污水的处理过程
常用的有物理法、化学法和生物法等。例如，加入硫酸亚铁、硫酸铝、聚合氯化铝等混凝剂，可使污水中的细小悬浮物等聚集成较大的颗粒，然后经沉淀、过滤除去。对其他溶解在水中的污染物，则要根据其化学性质采用中和法、氧化还原法和沉淀法等进行处理。
① 污水的处理方法
② 污水处理级别
二级处理采用生物方法(又称微生物法)及某些化学方法，除去水中的可降解有机物等污染物，可达到排放标准。
一级处理一般采用物理方法，用格栅间，沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。处理后不能排放，一般作为预处理。
三级处理采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透法等对污水进行深度处理和净化。处理后可用于绿化和景观用水。
工业废渣和生活垃圾等固体废物的处理应遵循无害化减量化和资源化的原则，达到减少环境污染和资源回收利用这两个重要目的。
思考与讨论
(1) 含硫氧化物和含氮氧化物是形成酸雨的主要物质。工业上常利用它们与一些物质发生反应加以控制消除和回收利用。请举例说明这些方法所依据的化学反应和反应类型。
含硫物质一般用石灰石——石膏法脱硫：
SO2＋Ca(OH)2 ══ CaSO3＋H2O 非氧化还原反应；
2CaSO3＋O2 ══ CaSO4 氧化还原反应。
汽车尾气催化转化原理：
2CO＋2NO ═════ 2CO2＋N2 氧化还原反应
催化剂
(2) 含氮、磷元素的大量污水任意排入河流、湖泊和近海水域，会出现水华、赤潮等水体污染问题。你认为在城市和农村出现的这种水体污染各有什么特点 请查阅资料，了解有关的污染及治理情况，并与同学交流。
所谓水华(water blooms)，就是淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特征，主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废污水进入水体后，蓝藻(严格意义上应称为蓝细菌)、绿藻、硅藻等藻类成为水体中的优势种群，大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。
淡水中“水华”造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。此外，自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞，漂浮在水面上的“水华”影响景观，并有难闻的臭味。
赤潮国际上也称其为“有害藻华”，又名红潮。海洋中一些微藻、原生动物或细菌在一定环境条件下爆发性增殖或聚集达到某一水平，引起水体变色或对海洋中其他生物产生危害的一种生态异常现象。
赤潮是在特定环境条件下产生的，相关因素很多，但其中一个极其重要的因素是海洋污染。大量含有各种含氮有机物的废污水排入海水中，促使海水富营养化。
水华和赤潮的治理：减少工业废水的排放，使用不含磷的洗衣粉，减少农业化肥农药的使用
二
绿色化学
长期以来，科学技术为人类带来了巨大的物质财富，而社会发展却面临着越来越大的环境压力。如何协调资源开发利用与环境保护的关系，实现人类社会的可持续发展 绿色化学的理论和实践为人类解决环境问题提供了全新的思路。
绿色化学有关概念
核心：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。
绿色化学的理想在于不再使用有毒有害的物质，不再产生废物，不再处理废物，这是一门从源头上减少或消除污染的化学。
绿色化学也称环境友好化学，其核心思想就是改变先污染后治理”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(如图8─24)。
绿色化学的原子经济性
简单而言，化学反应就是原子重新组合的过程。因此按照绿色化学的思想，最理想的“原子经济性反应”就是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( 即期望产物的总质量与生成物的总质量之比)为 100%。
原子利用率 ═ ×100%
思考与讨论
以乙烯为原料生产环氧乙烷，过去主要使用的是氯代乙醇法，包括以下两步反应：
CH2═CH2＋Cl2＋H2O → ClCH2CH2OH＋HCl
2ClCH2CH2OH＋Ca(OH)2 → 2H2C─CH2＋CaCl2＋2H2O
O
总的反应可表示为：
CH2═CH2＋Cl2＋Ca(OH)2 → H2C─CH2＋CaCl2＋H2O
O
现代石油化工采用银作催化剂，可以实现一步完成：
2CH2═CH2＋O2 ──→ 2H2C─CH2
Ag
O
试计算两种生产工艺的原子利用率。你还能举出其他原子利用率为 100%的化学反应类型和实际例子吗 原子利用率与产率相同吗 请仔细分析和体会绿色化学对化学研究和化工生产提出了哪些新的挑战。
根据原子利用率公式计算，
第二种方法只有一种生成物，所以原子利用率为100%
第一种原子利用率 ═ ×100% ═ 25.4%
原子利用率100%的有化合反应，加成反应，加聚反应。
如：CaO＋H2O═Ca(OH)2等
原子利用率和产率是不同的，产率是指的是某种生成物的实际产量与理论产量的比值。
开发和利用自然资源，必须遵循减量化 (reduce)、再利用 (reuse) 和再循环(recycle ) 的原则，践行绿色发展理念，保护生态环境。这关系到人类的生存和可持续发展需要全社会共同努力，为子孙后代留下良好的生存空间和更加美好的未来。
绿色化学是对传统化学的挑战，是对传统化学思维方式的更新和发展，因此，绿色化学的研究内容是从反应原料、反应条件、转化方法或开发绿色产品等角度进行研究，打破传统的化学反应，设计新的对环境友好的化学反应。包括：
(1)使用无毒无害的原料；
(2)利用可再生资源；
(3)新型催化剂的开发研究；
(4)不同反应介质的研究；
(5)寻找新的转化方法；
(6)设计对人类健康和环境安全的化学产品。
科学·技术·社会 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
人工光合作用
据估计，绿色植物等通过光合作用，每年可合成约2×1011t 有机物，这种能力着实令人羡慕，也引发了人们模拟这一奇妙的物质和能量转化过程的兴趣。面对日渐枯竭的化石燃料，面对臭氧层被破坏、全球变暖、空气污染、酸雨等全球性和区域性环境问题，人们设想利用人工光合作用固定二氧化碳，制造燃料和基本化工原料，
利用阳光发电，光解水制氢气，等等。人工光合作用研究的目标并不只是简单地模仿，而是希望“人工树叶”能够做得更好，以摆脱自然条件的限制，实现大规模工业化生产。目前，该领域已经取得了一些令人振奋的突破。尽管从实验室走向工业化生产还有很长的路，很多问题有待研究，如深入研究光合作用的机理，开发新型催化剂，研制高效安全的储氢材料，但人们探索和创新的脚步不会停歇。
化学与职业 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
环境保护工程师
大气、水和土壤与人们的生活息息相关，保护环境是我们的共同责任。环境保护工程师的主要工作是预防和治理环境污染，包括对环境问题的调查研究、分析监测、管理监督和对环境污染的控制与治理等。例如，应用光谱分析、滴定分析等化学分析方法对环境中的污染物进行分析和鉴定；研究大气中PM10浓度、PM2.5，浓度和臭氧浓度；
测定土壤和水样品的成分，检测其中的农药残留和废弃物污染等。这些数据、分析和研究，既可作为向公众发布环境信息、提供生活服务的基础，也可为政府决策提出相应的环境保护和环境治理方案，为制定政策提供参考。环境保护工程师在一些研究单位和企业从事着与环境保护相关的工作，如规划和建造污水处理厂、城市资源再生系统，规划、设计居民区的给排水系统，监控和治理各类生产中“三废”的排放等。
环境保护是一项关乎国计民生的事业要想成为一名合格的环境保护工程师，必须要有高度的社会责任感，并具备分析化学环境化学、环境微生物学、环境监测、环境质量评价和环境工程等相关的知识。
随堂练习
1、在日常生活中，下列做法值得提倡的是( )
A. 随意丢弃废旧电池
B. 随手关闭水龙头
C. 吃露天烧烤
D. 将生活垃圾深埋地下
B
2、我国酸雨的形成主要是由于( )
A．燃烧石油
B．森林失火过多
C．硫酸厂排出废气过多
D．烧煤
D
3.下列对废弃塑料制品的处理方法中最为恰当的是( )
A．焚烧
B．粉碎后深埋
C．倾倒在海洋中
D．用化学方法加工成防水涂料
或汽油
D
4、甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃的单体，其合成方法之一如下：
CH3OC≡CH＋CH3OH＋A→CH2═C(CH3)COOCH3，
下列说法正确的是( )
A. 已知该反应的原子利用率为100%，则A为CO2
B. CH3OH和甘油互为同系物
C. CH3C≡CH与丙烯的性质相似，则该物质可以发生加成、氧化反应
D. 能与NaHCO3反应的CH2═C(CH3)COOCH3的同分异构体有9种
C
5.下列物质的制备反应中原子利用率最高的是( )
A. 制取Cu(NO3)2 ：CuO＋2HNO3 ══ Cu(NO3)2＋H2O
B. 制取CuSO4 ：Cu＋2H2SO4(浓) ══ CuSO4＋SO2↑＋2H2O
C. 制取氯乙烷：CH2＝CH2＋HCl → CH2Cl─CH 3
D.制取溴苯：C6H6＋Br 2 → C6H5Br＋HBr
C
练习与应用
1.下列做法值得提倡的是 ( )
A. 选用回收废纸制造的纸箱
B. 选用一次性筷子、纸杯和塑料袋
C. 将生活垃圾进行分类处理
D. 选乘公共交通工具出行
ACD
2. 我国酸雨的形成主要是由于 ( )
A. 森林遭到乱砍滥伐，破坏了生态环境
B. 大量燃烧含硫化石燃料
C. 大气中二氧化碳的含量增大
D. 汽车排出大量尾气
B
3. 下列废旧塑料制品的处理途径不恰当的是 ( )
A. 焚烧回收热能 B. 深挖填埋
C. 制成再生制品 D. 裂解为化工原料
B
4.甲基丙烯酸甲酷是合成有机玻璃的单体。旧的合成方法是：
(CH3)2C ══ O＋HCN → (CH3)2C(OH)CN
(CH3)2C(OH)CN＋CHOH＋H2SO4
→ CH2═ C(CH3)COOCH3＋NH4HSO4
新的合成方法是：
CH3C≡CH＋CO＋CH3OH → CH2═C(CH3)COOCH3
与旧方法相比，新方法的优点是( )。
A. 原料无爆炸危险
B. 原料都是无毒物质
C.没有副产物，原料利用率高
D. 对设备腐蚀性小
C
5.空气质量是政府和公众普遍关注的问题。
(1)目前，环保部门监测和公布的大气污染物主要有哪些物质
可吸入性烟尘颗粒，二氧化硫，二氧化氮，一氧化氮；
(2)在汽油中加人某种含铅化合物可以提高汽油的抗爆震性能，但我国已明令禁止生产、销售和使用含铅汽油，其主要原因是什么
铅是重金属元素，随汽车尾气排出会污染空气；
(3)控制城市空气污染可以从哪些方面考虑 举例说明有哪些切实可行的措施。
开发清洁能源，减少化石燃料的燃烧提倡坐乘公交车，减少私家车使用，禁止燃放烟花爆竹、焚烧树叶杂草。
6. NO是大气污染物之一。目前有一种治理方法是在400 ℃左右、有催化剂存在的条件下，使NH3与NO反应生成无污染的N2和H2O。请写出该反应的化学方程式。
6NO＋4NH3 ══════ 5N2＋6H2O
催化剂
400℃
7. 某城镇的生产和生活区的分布情况如下图所示，河流中a、b、c、d处某次水样抽测结果如下表所示。
(1)导致b、c处水样pH变化的原因可能是____________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
b处水样pH变化的原因：石灰厂产生的生石灰进入河流，然后与水反应生成氢氧化钙，所以导致pH增大；
c处水样pH变化的原因：火力发电厂产生的二氧化硫扩散到大气中形成酸雨，然后流入到河流
(2) d处鱼类大量减少，产生这种现象的原因可能是__ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
化肥厂产生的废水流入河流，导致水体富营养化，藻类大量繁殖，从而使得水体缺氧，所以鱼类大量死亡
8. 某地区已探明蕴藏着丰富的赤铁矿(主要成分为Fe2O3，还含有SiO2等杂质)、煤、石灰石和土。现拟在该地区建设大型炼铁厂。
(1)随着铁矿的开发和炼铁厂的建立，需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等，形成一定规模的工业体系。请据此确定下图中相应工厂的名称：
A________、B________、 C________、 D________。
发电厂
焦化厂
炼铁厂
水泥厂
(2) 以赤铁矿为原料，写出高炉炼铁过程中得到生铁的化学方程式。
Fe2O3＋3CO2 ══════ Fe＋3CO2
高温
(3) 从“三废”利用和环境保护等角度考虑，该地区的企业在生产中应采取哪些措施(写出两种措施即可 )
发电厂的煤研石和粉煤灰作为水泥厂的原料、建立污水处理系统。
本课结束
This lesson is over
THANKS!