(共38张PPT)
第三节 环境保护与绿色化学
目 标 素 养
1.结合实例了解环境污染的主要因素、危害及防治,体会化学在环境保护中的重要作用。
2.树立“绿色化学”思想,加强节约资源、保护环境的可持续发展理念,强化共同参与环境治理的责任意识。
知 识 概 览
一、化学与环境保护
1.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。根治污染的最有效途径是控制污染源。
2.大气污染。
(1)污染物主要来源:除了自然因素外,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。
(2)次生污染物的形成。
3.污水处理方法。
(1)物理法:加入混凝剂(如硫酸亚铁、硫酸铝、聚合氯化铝等)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。
(2)化学法:中和法、氧化还原法和沉淀法等。
(3)生物法。
(4)污水处理的流程。
①一级处理:通常采用 物理 方法,即用格栅间、沉淀池等除去污水中不溶性的污染物。经一级处理后的水一般达不到排放标准。
②二级处理: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。经二级处理后的水一般可以达到国家规定的排放标准。
③三级处理:主要采用 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。经三级处理后的水可用于绿化和景观用水等。
4.固体废物的处理。
(1)原则:遵循无害化、减量化和资源化的原则。
(2)目的:减少环境污染;资源回收利用。
微判断(1)含氮、磷污水的排放是造成水体富营养化的主要原因。( )
(2)将废电池回收处理避免电池中的重金属离子污染水源和土壤。( )
(3)CO2、NO2和SO2都会导致酸雨的形成。( )
(4)pH在5.6~7.0的降水通常称为酸雨。( )
√
√
×
×
二、绿色化学
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。
“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,这时原子利用率为 100% 。
问题探究
环境污染主要包括大气污染、水污染和土壤污染。
(1)造成酸雨的主要原因是什么 有哪些措施可以减少或消除酸雨
(2)在烟气脱硫时控制浆液的pH,此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙,写出反应的化学方程式。
提示:Ca(HSO3)2+O2═CaSO4+H2SO4。
(3)NOx能引起哪些环境污染
提示:NOx能引起酸雨、臭氧层破坏和光化学烟雾等。
重难归纳
六大环境问题。
环境问题 主要污染物 主要危害
温室效应 CO2 造成全球气候变暖,海平面上升,陆地面积减小等
酸雨 SO2、NOx 土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等
臭氧层
破坏 氟氯代烷、
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
环境问题 主要污染物 主要危害
光化学
烟雾 碳氢化合
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” 废弃塑
料制品 ①在土壤中影响农作物吸收水分和养分,导致农作物减产
②混入生活垃圾中难处理、难回收
③易被动物当作食物吞入,导致动物死亡
赤潮和
水华 废水中含氮、
磷元素的
营养物质 使水体富营养化,导致水中藻类疯长,消耗水中溶解的氧,使水体变得浑浊、水质恶化
典例剖析
【例1】化学与生产、生活密切相关。下列说法不正确的是( )。
A.向煤中加入适量生石灰,可减少SO2对大气的污染
B.用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料,减少“白色污染”
C.光化学烟雾、硝酸型酸雨的形成都与氮氧化物有关
D.再生纤维、合成纤维和光导纤维都属于有机高分子
答案:D
解析:向煤中加入适量生石灰,在煤燃烧时SO2最终转化为CaSO4,A项正确;利用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料,将CO2转化为可降解塑料,实现了“碳”的循环利用,可以减少“白色污染”,B项正确;光化学烟雾、硝酸型酸雨的形成都与氮氧化物有关,C项正确;光导纤维的主要成分是SiO2,不属于有机高分子,D项错误。
学以致用
1.保护环境已成为人类的共识,人类应以可持续发展的方式使用资源,以合理的方式对废弃物进行处理并循环使用。下列选项中的做法不利于环境保护的是( )。
A.发电厂的煤经脱硫处理后使用
B.将煤转化为水煤气作燃料
C.回收并合理处理聚乙烯塑料废品
D.大量使用含磷洗衣粉
答案:D
解析:大量使用含磷洗衣粉后产生的污水易造成水体富营养化,形成赤潮或水华现象。
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学,被誉为现代化学工业的希望。
(1)防止环境污染,用化学方法处理“工业三废”是一种重要的手段。这种措施是否符合绿色化学的理念
提示:不符合。绿色化学的核心是利用化学原理从源头上消除或减少对环境的污染,即不产生或少产生污染物,而不是产生污染后再治理。
问题探究
(2)在我们学过的各种反应中,最符合绿色化学理念的是哪几种反应类型
提示:基本反应类型中的化合反应、同素异形体之间的转化反应、有机化学中的加成反应和加聚反应都符合绿色化学理念。
重难归纳
1.绿色化学的含义:绿色化学的目的在于不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物。
(1)从科学观点看,它是化学科学基础内容的更新。(2)从环境观点看,它强调从源头上消除污染。(3)从经济观点看,它提倡合理利用资源和能源,降低生产成本。
2.绿色化学的核心: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,实现从源头上减少或消除环境污染,即预防污染优于治理污染。
3.原子经济性反应:按照绿色化学的原则,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,这时原子利用率为100%。
4.绿色化学对化学反应的要求:
典例剖析
【例2】绿色化学又称环境友好化学。下列叙述符合绿色化学原则的是( )。
A.绿色化学的核心是利用化学原理对工业生产造成的环境污染进行治理
B.用聚苯乙烯等塑料代替木材生产包装盒、快餐盒等,以减少木材使用
C.研制新型杀虫剂,使它只对目标昆虫有毒杀作用而对其他昆虫无害
D.现代石油化工中,乙烯与水反应生产乙醇符合“原子经济性反应”
答案:D
解析:绿色化学的核心是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,A项错误;用聚苯乙烯等塑料代替木材生产包装盒、快餐盒等会造成“白色污染”,B项错误;新型杀虫剂的使用仍然会造成食品、水等污染,C项错误;乙烯与水发生加成反应生成乙醇,原子利用率为100%,符合绿色化学原则,D项正确。
学以致用
2.下列反应最符合绿色化学“原子经济性反应”要求的是( )。
A.乙烯聚合为聚乙烯高分子材料
B.甲烷与氯气制备一氯甲烷
C.以铜和浓硫酸为原料生产硫酸铜
D.用二氧化硅制备高纯硅
答案:A
解析:A项,属于乙烯的加聚反应,符合原子利用率为100%的特点;B项,属于取代反应,反应还生成HCl等;C项,铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水;D项,用焦炭还原二氧化硅制备高纯硅的产物还有CO。
1.化学与科学、技术、社会及生产、生活密切相关。下列做法或说法不正确的是( )。
A.研发高效低毒的农药,降低作物的农药残留量
B.用可降解的无毒聚乳酸塑料代替聚乙烯作食品包装袋,以防止“白色污染”
C.驾驶家用汽车代替公交车出行,以便节能减排
D.对干旱地区,适时在云层播散化学物质,实施人工降雨,以缓解旱情
答案:C
2.下列有关环境问题的说法不正确的是( )。
A.将炼铁的高炉加高,以减少高炉气中CO的含量
B.长期呼吸含有臭氧的空气不利于人体健康
C.废旧电池易引起重金属污染,应集中回收处理
D.氟利昂会破坏臭氧层,应减少并逐步停止生产和使用
答案:A
解析:炼铁高炉内发生多个与CO有关的可逆反应,将炼铁的高炉加高不能改变CO的浓度,A项错误;长期呼吸含有臭氧的空气会加速人体代谢,对人体健康不利,B项正确;废旧电池中的重金属离子易溶于水体,对环境造成污染,C项正确;氟利昂会加快臭氧向氧气的转化而破坏臭氧层,D项正确。
3.下列三种方法都可用以制取乙醇。
从绿色化学(“原子利用率”最大化)的角度看,制取乙醇的最佳方法是( )。
A.① B.③ C.①③ D.①②③
答案:A
解析:加成反应的原子利用率为100%,符合绿色化学思想,所以从原子利用率角度,制取乙醇的最佳方法为①。
4.我国城市为了减少燃煤造成的大气污染,对民用燃煤进行了多方面的改进。
(1)为了除去煤中的含硫化合物,采用FeCl3脱硫,即用FeCl3溶液浸洗煤粉,发生如下反应:FeS2+14FeCl3+8H2O═2FeSO4+13FeCl2+16HCl。
①该反应中的氧化剂是 ;若有1 mol FeS2被除去,则转移的电子的物质的量是 。
②为了充分利用Fe2+并减少酸(HCl)污染,本方法中可利用工业废铁屑和氯气让废液重新利用生成FeCl3。请写出这一过程中有关的离子方程式: 。
(2)另一种方法是采用“固硫法”,即在燃料中加入生石灰,使含硫煤在燃烧时生成的SO2转化为CaSO4而进入炉渣中,试用化学方程式表示这一“固硫”过程: 。
(3)某城市采用了以油制气代替民用燃煤。油制气的主要成分是丙烷,请写出其充分燃烧的化学方程式: 。
(4)绿色能源是人类的理想能源,不会造成环境污染,下列能源属于绿色能源的是 。
A.氢能源 B.太阳能
C.风能 D.石油
解析:(1)反应中FeS2中S由-1价升高至+6价,每1 mol FeS2被氧化,转移14 mol电子,FeCl3中Fe由+3价降至+2价,FeCl3作氧化剂。加入废铁屑是消耗H+,减少污染,而通入Cl2是氧化Fe2+。
(2)“固硫法”是利用生石灰将SO2转化为CaSO3,在高温时被氧化为CaSO4。第三节 环境保护与绿色化学
课后·训练提升
1.化学与人类生产、生活密切相关,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,常在包装袋中放入还原铁粉
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.向自来水中通入过量氯气来杀菌消毒,说明氯气无毒
答案D
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项正确;还原铁粉能吸收氧气,防止富脂食品被氧化变质,B项正确;开发新能源,减少对化石燃料的依赖,可以促进低碳经济,C项正确;氯气有毒,自来水可用适量氯气来杀菌消毒,若Cl2过量,则自来水中余氯会影响人类健康,D项错误。
2.我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。下列行为不利于实现碳中和的是( )。
A.利用风能实现清洁发电
B.使用新技术提高传统能源的利用效率
C.将重油裂解为轻质油作为燃料
D.研发催化剂将CO2还原为甲醇
答案C
解析利用风能实现清洁发电,减少含碳燃料的使用,有利于实现碳中和,A项不符合题意;使用新技术提高传统能源的利用效率,从而减少含碳燃料的使用,有利于实现碳中和,B项不符合题意;将重油裂解为轻质油作为燃料,燃料中的碳含量变化不大,对碳排放的减少影响不大,不利于碳中和,C项符合题意;研发催化剂将CO2还原为甲醇,可减少大气中CO2的量,有利于实现碳中和,D项不符合题意。
3.“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2,其基本过程如图所示(部分条件及物质未标出)。
下列有关该方法的叙述中正确的是( )。
①能耗小是该方法的一大优点
②整个过程中,有两种物质可以循环利用
③“反应分离”环节中,分离物质的基本操作是过滤、蒸发、结晶
④该方法可减少碳排放,捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品
A.①③ B.②④
C.③④ D.①④
答案B
解析根据题中信息可知,基本过程中有两个反应:①二氧化碳与氢氧化钠反应,②碳酸钙的高温分解,循环利用的物质有CaO和NaOH两种,捕捉室中的反应为二氧化碳与氢氧化钠反应,产生的Na2CO3和CaO在溶液中反应得到NaOH和CaCO3,由此可分析判断。碳酸钙高温分解需要消耗大量的能源,①不正确;氧化钙与氢氧化钠可以循环使用,②正确;碳酸钙不溶于水,所以“反应分离”环节中,分离物质的基本操作是过滤,③不正确;工业上可以用CO2合成甲醇,④正确。
4.绿色化学实验已走进课堂,下列做法符合绿色化学的是 ( )。
①实验室中收集氨采用图甲所示装置 ②实验室中进行氯气与钠反应实验时采用图乙所示装置
③实验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水进行氨与酸反应生成铵盐的实验
④实验室中采用图丙所示装置进行铜与稀硝酸的反应
A.②③④ B.①②③
C.①②④ D.①③④
答案C
解析因为氨的密度比空气的小,实验室用向下排空气法收集氨,氨溶于水呈弱碱性,可以使滴有酚酞溶液的水变红,①符合“绿色化学”;氯气有毒,与钠反应后,多余的氯气被碱液吸收,②符合“绿色化学”;铜与稀硝酸反应生成的一氧化氮有毒,一氧化氮可以用气球收集,④符合“绿色化学”;浓盐酸和浓氨水都易挥发,③不符合“绿色化学”。
5.一种将厌氧氨氧化与铁氨氧化、铁型反硝化耦合的新型脱氮过程如图所示。已知:铁氨氧化过程中,Fe3+转化为Fe2+;铁型反硝化过程中,Fe2+转化为Fe3+。
(1)过程(ⅰ)的离子方程式为__________________________,反应不宜在碱性条件下进行的原因是__________________________。
(2)新型脱氮过程相比厌氧氨氧化脱氮过程的优点有__________________________。
(3)过量纳米铁粉也能实现过程(ⅳ)的转化,写出相应的离子方程式: _________________。
答案(1)6Fe3++2H2O+N6Fe2++HNO2+7H+ 碱性条件下,Fe3+易生成Fe(OH)3沉淀,N易转化为氨逸出,影响脱氮效果 (2)能将N、NH3、N、N同时除去,Fe2+与Fe3+可循环使用 (3)5Fe+12H++2N5Fe2++N2↑+6H2O
解析(1)过程(ⅰ)中反应物为N和Fe3+,生成物为N和Fe2+,N在酸性溶液中以HNO2形式存在,故方程式为6Fe3++2H2O+N6Fe2++HNO2+7H+。碱性条件下,OH-会与Fe3+、N分别生成Fe(OH)3沉淀、氨逸出,因此影响脱氮效果;(2)厌氧氨氧化脱氮过程中无法除去N,而新型脱氮过程中N、NH3、N、N可同时除去,且Fe2+与Fe3+可循环使用;(3)过程(ⅳ)中反应物为N和Fe,纳米铁粉过量,因此生成物为N2和Fe2+,故根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知反应的离子方程式为5Fe+12H++2N5Fe2++N2↑+6H2O。
