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第八章 化学与可持续发展
第三节 环境保护与绿色化学
物质文明的快速发展给人们的生活水平带来了快速的提高，但是物质文明发展的同时也给人们生产了垃圾，带来了烦恼，同学们对发展生产和保护环境有何看法？
1.认识物质及其变化对环境的影响，依据物质的性质及其变化认识环境污染的成因、主要危害及其防治措施。
2.以酸雨的防治和污水处理为例，体会化学对环境保护的作用，树立绿色化学的观念。
1.能结合具体的污染问题，设计简单的防治方案，并运用化学实验进行实验探究。（科学探究与创新意识）
2.了解在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性，能运用绿色化学思想分析和讨论化工生产的相关问题。（科学态度与社会责任）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
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课
堂
一、化学与环境保护
1.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。
2.污染分类及污染物的来源
化石燃料的燃烧和工业生产
农业生产和
日常生活中
环境污染
大气污染
水污染
土壤污染
工业“三废”
废气
废水
废渣
农药、化肥、生活污水
废气和颗粒物
农药、化肥、生活污水
3.大气污染物与次生污染物
4.化学与污水处理
物理法
（1）污水处理常用方法
化学法
生物法
方法：物理法
方法：化学法和物理化学法
主要是混凝法，混凝剂：硫酸铝、明矾、硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁等
化学沉淀法、氧化还原法
吸附、离子交换、萃取、电渗析、反渗透法等
目的：除去不溶解的污染物
目的：除去可降解的有机物等污染物
目的：除去可溶解的污染物
可排放的水
未经处理的污水污水
一级处理
二级处理
三级处理
设备：格栅间、曝气沉沙池、初次沉淀池
设备：曝气池、二次沉淀池
设备：沉淀池（深度处理）
方法：微生物法和某些化学法
（2）污水的“三级”处理
污水处理流程
处理原则：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两个目的。
5.化学与“废渣”及生活垃圾
【提示】CaO+SO2 CaSO3；2CaSO3+O2 2CaSO4,
2NO+2CO=====2N2+CO2。
【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。
催化剂
科学探究与创新意识
【提示】水华现象(在海洋中称为“赤潮”)指伴随着浮游生物的骤然大量增殖而直接或间接发生的现象。水面发生变色的情况甚多，厄水(海水变绿褐色)、苦潮(按即水华现象，海水变赤色)、青潮(海水变蓝色)及淡水中的水华，都是同样性质的现象。构成水华现象的浮游生物种类很多，但在海洋中鞭毛虫类、硅藻类大多是优势种，在淡水中蓝藻占优势。
【思考与讨论】
（2）含氮、磷元素的大量污水任意排入河流、湖泊和近海海域，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。
科学态度与社会责任
【思考交流】
CO2能引起温室效应,故CO2属于大气污染物之一,所以应最大限度地杜绝CO2的排放。这种观点对吗
【提示】观点错误。CO2不属于大气污染物,大气污染物是指大气中危害人类和环境的人为污染物和天然污染物。CO2参与光合作用,所以CO2还是有一定作用的。当然,为减少温室效应,可以适当减少CO2的排放。
机动车辆的尾气排放的氮氧化物是光化学污染的主要原因，它比硫氧化物的消除难度大，一般采用CH4、H2、NH3等在Pt、Pd等催化作用下使氮氧化物还原，转化为N2、CO2、H2O等无害气体。
CH4 + 4NO2 ============ 4NO + CO2 + 2H2O
CH4 + 4NO ============ 2N2 + CO2 + 2H2O
Pt
400 ℃～500 ℃
400 ℃～500 ℃
Pt
【多识一点】
燃烧含硫的燃料
工业排出的废气
汽车尾气
……
酸雨的形成
NO
SO2
空气
阳光、尘埃
NO2
SO3
HNO3
H2SO4
酸雨
(pH＜5.6)
H2SO3
途径1：2NO＋O2= 2NO2 、 3NO2＋H2O＝2HNO3+NO
途径3：SO2＋H2O＝H2SO3、2H2SO3＋O2＝2H2SO4
途径2：空气中飘尘的催化作用， 2SO2＋O2===== 2SO3 、 SO3＋H2O＝H2SO4
催化剂
【知识拓展】
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，水位上升，陆地面积减小
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、 NO 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、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N、P等营养物质 使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变成绿色，浑浊，水质恶化
六大环境问题及其危害
【归纳总结】
污染类型 主要污染物 防治方法
大气污染 ①颗粒物；②SO2；③Nox；④CO；⑤碳氢化合物；⑥含卤素化合物；⑦放射性物质等 ①调整能源结构；②合理规划工业发展和城市建设布局；③运用各种防治污染的技术；④制订大气质量标准；⑤加强大气质量监测；⑥充分利用环境自净能力
水污染 ①重金属、酸、碱、盐等无机物；②耗氧物质；③石油和难降解的有机物；④洗涤剂等 控制污水的任意排放，污水应处理达标后再排放，处理方法有：①物理法；②化学法；③生物法
土壤污染 ①城市污染；②工业废水；③生活垃圾及工矿企业固体废弃物；④化肥、农药；⑤大气沉降物；⑥牲畜排泄物；⑦生物残体等 ①制止任意排放工业废气、废水和生活污水；②加强工矿企业固体废弃物及城市垃圾的处理和利用等
环境污染与防治
化学与环境密切相关，下列有关说法错误的是 （ ）
A. NO2、NO等含氮氧化物是光化学烟雾的主要污染物
B.对酸性物质的排放加以控制，开发新能源是减少酸雨的有效措施
C. CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成
D.大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧
【及时巩固】
√
二．原子经济和绿色化学
1．原子经济：
原子经济要求反应物的原子全部转化为目标产物，原子利用率达到100%，也就是说在化学反应过程中不产生任何废弃物。化学反应的原子经济性好坏是用原子利用率来衡量的。
2．绿色化学
也称环境友好化学，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，实现从源头上减少和消除环境污染。
其特点是：
①开发绿色反应，将原子利用率提高到100%；
②使用无毒无害的原料；③选用无毒无害的催化剂；
④使用无毒无害的溶剂；⑤发展“绿色工艺”；
⑥开发和生产绿色产品。
总结：
无机反应中的化合反应和有机反应中的加成反应、加聚反应的原子利用率均为100%。
绿色化学：利用化学原理和技术手段，实现从源头上减少和消除环境污染。
按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，即原子利用率为100%。
【思考交流】
在汽车的排气管上安装“催化转化器”(用铂、钯合金作催化剂),可以把汽车尾气中的有害气体CO与NO催化生成可参与大气生态循环的无毒气体CO2和N2,这种尾气处理的方法符合绿色化学的概念吗
【提示】绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。而此处理污染方式是被动地治理污染,不符合绿色化学的概念。
以乙烯为原料生产环氧乙烷，经典的方法是氯代乙醇法，包括以下两步反应：
①CH2＝CH2+Cl2+H2O ClCH2CH2OH+HCl
②2ClCH2CH2OH+HCl+Ca(OH)2 +CaCl2+2H2O
总的反应可表示为：
CH2＝CH2+Cl2+Ca(OH)2 +CaCl2+H2O
H2C—CH2
O
2H2C—CH2
O
【思考与讨论】
（1）试计算两种生产工艺的原子利用率分别是多少？
现代石油化工采用银作催化剂，可以实现一步完成
2CH2＝CH2+O2
Ag
2H2C — CH2
O
【提示】现代原子利用率=100%
经典方法的原子利用率＝25%
（2）你能举出其他原子利用率为100%的化学反应类型和实际例子？
【提示】化合反应、加成反应、加聚反应；乙烯与水反应制取乙醇。
（3）原子利用率与产率相同吗？
【提示】不相同。
（4）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
反应过程
反应产物
反应物
安全的生产工艺
提高能源的利用率
绿色化学示意图
无毒、无害原料可再生资源
应用无毒、无害的催化剂
环境友好产品（安全、可降解和再利用）
应用无毒、无害的溶剂
原子经济性反应
高选择性反应
【及时巩固】
1、“绿色化学”的核心是利用化学原理对环境污染进行治理( )
2、利用混凝法可以获得淡水( )
3、可用氯气处理水中的Cu2＋、Hg2＋等重金属离子。（ ）
4、“燃煤中加入石灰石可以减少酸雨的形成及温室气体的排放( )
5、某雨水样品放置一段时间后，PH变小，是因为有硫酸生成( )
6、PH<6的雨是酸雨( )
7、CO2属于大气污染物。（ ）
8、白色污染是指白色垃圾造成的污染。（ ）
9、天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料。（ ）
×
×
×
×
√
×
×
×
√
环境保护与绿色化学
核心思想从源头减少或消除环境污染
原子利用率
绿色化学
三废：废气、废水、废渣
污水处理方法：物理法、化学法、生物法
化学与环境保护
1.将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是 （ ）
①使煤充分燃烧，提高煤的利用率 ②减少SO2的产生，避免形成“酸雨” ③减少有毒的CO产生，避免污染空气 ④减少CO2的产生，避免“温室效应”
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②③④
A
2.下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是（ ）
A.CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体
B.使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一
C.节能减排符合低碳经济的要求
D.合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)有助于缓解能源紧缺
A
3.下列各反应中，符合绿色化学的是 （ ）
A. CH2＝CH2 + H2O→ CH3CH2OH
B. CH3COOC2H5 + H2O→ CH3COOH + CH3CH2OH
C. CH3CH2Br + H2O→ CH3CH2OH + HBr
D. CH3COOH + CH3CH2OH → H2O +CH3COOC2H5
A
成功不是将来才有的，而是从决定去做的那一刻起，持续累积而成。
