4.2《化学是社会可持续发展的基础》导学案（含答案）

1．当今世界的三大环境问题是什么？
提示：温室效应、臭氧空洞和酸雨。
2．二氧化硫是酸性氧化物，能与碱发生反应，你能写出SO2与过量Ca(OH)2、氨水反应的化学方程式吗？
提示：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3↓＋H2O
SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O
3．造成温室效应的主要气体是什么？造成酸雨的污染性气体是什么？
提示：CO2；SO2及氮的氧化物
[新知探究]
探究1　工业上，人们用石英砂和焦炭在高温下反应制取粗硅，制备过程中为什么要隔绝空气？
提示：因为高温下焦炭能与空气中的O2发生反应。
探究2　光导纤维的主要成分是什么？它能耐酸、碱腐蚀吗？
提示：SiO2；SiO2能与碱发生反应，故不能耐碱腐蚀。
探究3　FeCl3溶液为什么能腐蚀铜箔？写出反应的化学方程式并指明氧化剂和还原剂。
提示：Fe3＋具有氧化性，能将Cu氧化成Cu2＋，反应的化学方程式为2FeCl3＋Cu===CuCl2＋2FeCl2，氧化剂是FeCl3，还原剂是Cu。
[必记结论]
1．化学与人类的密切关系
(1)化学与人们的生活有着密切的联系。
(2)化学与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间科学和核科学等新兴学科密切联系。
(3)化学合成和分离技术为其他技术的发明提供了不可或缺的物质基础。
2．化学科学的发展对人类的三大贡献
(1)解决工农业生产中的技术问题；
(2)创造、合成具有特定性能的材料；
(3)开发高效的洁净能源。
3．化学科学的发展对人类贡献的具体实例
(1)印刷线路板的制作原理：
Si(粗硅)＋2Cl2SiCl4，
SiCl4＋2H2Si(高纯硅)＋4HCl。
(3)天然橡胶与合成橡胶：
①天然橡胶的相对分子质量分布在10～180万之间，平均相对分子质量在70万左右。
②以石油产品为主要原料，应用化学反应合成性能类似于甚至超过天然橡胶的一类有机高分子化合物叫做合成橡胶。
(4)纳米材料：
①指用晶粒尺寸为纳米级的微小颗粒制成的各种材料，其纳米颗粒的大小不应超过100 nm，而通常情况下，不应超过10 nm。
②包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。
[成功体验]
1．下列说法不正确的是(　　)
A．利用单晶硅制造芯片
B．光导纤维主要成分是SiO2
C．硅可作半导体材料
D．石英钟表使用晶体硅
解析：选D　硅可作半导体材料，可制计算机芯片，SiO2可制光导纤维，也可制石英钟表。
2．20世纪的七大技术发明中，对其他六大技术发明起推动和决定作用的是(　　)
A．信息技术
B．航空航天和导弹技术
C．化学合成和分离技术
D．生物技术
解析：选C　化学合成和分离技术为信息、生物、核科学和核武器、航空航天和导弹、激光、纳米等技术的发明提供了物质基础。
[新知探究]
探究1　燃煤烟气脱硫的方法有多种，其中石灰石—石膏法和氨水法是最常用的两种方法，对燃煤进行烟气脱硫有哪些优点？
提示：消除大气中的污染物SO2，同时得到有用的副产品石膏和硫酸铵。
探究2　汽车燃油排放的尾气有哪些污染物？为消除污染，在汽车排气管安装尾气处理装置，能将有毒的CO和NO转化成无毒的气体，你能写出该反应的化学方程式吗？
提示：CO、NO、NO2、碳氢化合物、颗粒物等。
2CO＋2NON2＋2CO2
探究3　有机物A是甲基丙烯酸甲酯、合成有机物A有以下两种途径：
比较上述两种途径，你认为哪种途径的方法更符合绿色化学的要求？并评价每种途径的优缺点。
提示：途径二更符合绿色化学的要求。途径一中使用了剧毒的HCN会污染环境，且原子利用率不到100%；途径二中原子利用率达100%，但也使用到了有毒的CO，也会对环境造成不利影响。
[必记结论]
1．环境问题
生活垃圾及工业“三废”：废气、废液、废渣等给环境带来严重的危害。
2．化学对环境保护的贡献
(1)燃煤烟气的脱硫：
①石灰石——石膏法脱硫的原理(写出化学方程式)：
SO2CaSO3CaSO4，
a．SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O，
b．2CaSO3＋O2===2CaSO4。
②氨水法脱硫的原理：
a．SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3，
b．SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3，
c．2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4。
③燃煤烟气脱硫优点：
a．消除大气污染物SO2；
b．得到副产品石膏和硫酸铵。
(2)消除汽车尾气对环境的污染：
①原料上：
a．进行石油的脱硫处理；
b．用新的无害的汽油添加剂代替含铅汽油添加剂；
c．使用酒精或天然气代替部分或全部燃油；
d．使用“零排放”以氢为燃料的电动汽车。
②尾气中：
(3)回收二氧化碳：
用CO2和环氧丙烷制造可降解高聚物：
3．绿色化学
[成功体验]
3．用短线将下列环境污染与成因连接起来。
(1)酸雨　　　　　　　　　A．NOx
(2)光化学烟雾 B．SO2
(3)臭氧空洞 C．氟氯烃
(4)温室效应 D．碳氢化合物
(5)水华 E．CO2
(6)白色污染 F．塑料制品
G．水中N、P含量过高
解析：酸雨与NOx、SO2有关；光化学烟雾与NOx、碳氢化合物有关；臭氧空洞与NOx、氟氯烃有关；温室效应与CO2有关；水中N、P含量过高会引起水华；难降解塑料制品属于白色污染．
答案：(1)—A、B　(2)—A、D　(3)—A、C　(4)—E　(5)—G　(6)—F
4．近年来，我国许多城市禁止使用含铅汽油，其主要原因是(　　)
A．提高汽油燃烧效率
B．降低汽油成本
C．避免铅污染大气
D．铅资源短缺
解析：选C　含铅汽油会造成大气污染而禁止使用。
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1．四个重要化学反应：
(1)制印刷线路板：2FeCl3＋Cu===CuCl2＋2FeCl2；
(2)粗硅的制取：SiO2＋2CSi＋2CO；
(3)石灰石—石膏法脱硫：
SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O,2CaSO3＋O2===2CaSO4。
2．六种常见的环境污染及成因：
(1)温室效应：CO2；(2)酸雨：SO2、NOx；(3)臭氧空洞：NOx、氟氯烃；(4)光化学烟雾：NOx、碳氢化合物；(5)赤潮(或水华)：含N、P的废水；(6)白色污染：废弃塑料。
常见环境问题的形成和防治
环境污染
污染源
污染物
防治措施
酸雨
煤、石油等化石燃料的燃烧，汽车尾气等
SO2、NOx
开发利用新能源；化石燃料脱硫或固硫，废气用氨水、碱液吸收
光化学烟雾
石油、天然气等化石燃料的使用，汽车尾气
NOx、碳氢化合物
安装汽车尾气处理装置，开发新能源
温室效应
煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧
CO2等温室气体
减少化石燃料的使用，开发利用新能源；植树造林
臭氧层
空洞
使用含氟氯烃的冰箱、空调等
氟氯烃
限制或停止氟氯烃的使用
赤潮
含一定量氮和磷等植物营养物质的生活污水、工业废水
氮、磷等营养物质
工业、生活污水处理后再排放，限制使用含磷洗涤剂
白色污染
难以降解塑料的制品丢弃
废弃塑料制品
减少使用和加强回收，使废塑料再利用、再循环，研制开发降解塑料
[例1]　下表中解决相对应的环境问题所采取的措施不科学的是(　　)
环境问题
措施
A
臭氧空洞
限制氟氯烃类物质的生产量和消耗量
B
酸雨
改变能源结构，减少二氧化硫和氮氧化物的排放量
C
白色污染
回收利用废旧塑料，开发降解塑料制品
D
水体富营养化
禁止使用含磷洗衣粉及施用氮肥
解析：选D　氟氯烃是造成臭氧空洞的主要原因；减少二氧化硫、氮氧化物的排放有利于控制酸雨的产生；对废旧塑料回收利用及开发可降解塑料制品均有利于减少白色污染；禁止施用氮肥不符合农业现状，故只有D项不科学。
酸雨的治理与防治
(1)保守性方法：①将易被腐蚀的桥梁、建筑物等表面加保护层；②向酸化的土壤中抛撒石灰；③改良植物良种，增强其抗酸能力。
(2)控制酸性物质排放：①石油脱硫；②蜂窝煤中加生石灰；③燃烧含硫物质的锅炉进行尾气处理。
(3)改变能源结构，开发水能、太阳能、风能、氢能等清洁能源。
下列物质中，可形成酸雨的是(　　)
A．二氧化硫　　　　　　　　B．氟氯代烃
C．二氧化碳 D．甲烷
解析：选A　二氧化硫可形成酸雨，氟氯代烃破坏臭氧层，二氧化碳、甲烷是温室气体，所以只有A项符合。
[例2]　“绿色化学”要求从根本上消除污染，是一门能防止污染的科学。它包括“原料的绿色化”“化学反应的绿色化”“产物的绿色化”等内容。其中“化学反应的绿色化”要求反应物中所有的原子完全被利用且全部转入期望的产品中。下列不符合“化学反应绿色化”的是(　　)
A．消除硫酸厂尾气中的SO2：
C．制CuSO4：
Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
D．制聚乙烯：nCH2===CH2―→?CH2—CH2?
解析：选C　用Cu与浓H2SO4反应制CuSO4时，同时生成SO2，污染空气，不符合“化学反应的绿色化”。
绿色化学的基本原则
(1)防治污染的产生优于治理产生的污染；
(2)原子经济性(将反应过程中所用的材料，尽可能全部转化到最终产品中)即原子的利用率达到100%。
原子的利用率＝×100%；
(3)应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源(在常温、常压下进行)。
例2中四个选项中原子利用率达100%有哪些？
提示：A、D两项。
1．(福建高考)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
解析：选A　N2不属于温室气体，A项错误；清洁能源使用中不会产生SO2、NOx等气体，B项正确；可燃冰是一种能源，D项正确。
2．人们从自然界的石英沙中制取粗硅的反应是(　　)
A．SiO2＋2COSi＋2CO2
B．Si＋O2SiO2
C．SiO2＋2H2Si＋2H2O
D．SiO2＋2CSi＋2CO↑
解析：选D　焦炭和石英沙(主要成分为SiO2) 在高温下反应可制得粗硅，D正确。
3．当今环境污染已成为人类面临的重大威胁，下列对应关系不完全正确的是(　　)
A．酸雨——SO2、NO2、CO2等
B．光化学烟雾——NO2、CxHy、CO等
C．温室效应——CO2、CH4等
D．白色污染——各种颜色的难降解的塑料膜、袋等
解析：选A　CO2是引起温室效应的重要物质，但不是造成酸雨的物质。
4．制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是(　　)
A．烧杯中有铜无铁　　　　　　B．烧杯中有铁无铜
C．烧杯中铁、铜都有 D．烧杯中铁、铜都无
解析：选B　FeCl3可以将铁、铜氧化。由于Fe比Cu活泼，向FeCl3溶液中加入Fe粉和铜粉时，Fe粉先与Fe3＋反应，待反应完后，Cu再与Fe3＋反应，因此不可能出现有铁无铜的结果，因而选B。
5．飘尘是物质燃烧时产生的粒状飘浮物，颗粒很小(直径小于10－7m)，不易沉降(可漂浮数小时甚至数年)，它与空气中的SO2、O2接触时，SO2会部分转化为SO3，使空气酸度增加，形成酸雨。
(1)飘尘所起的主要作用是________。
A．氧化作用　　　　　　　　B．还原作用
C．吸附作用 D．催化作用
(2)由题意，试写出形成酸雨的两个化学方程式：
_______________________，_______________________。
(3)汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气含有氮氧化物，全世界每年排放量约5×107 kg，NO2溶于水生成________酸。
(4)酸雨可导致下列哪种危害________。
A．腐蚀建筑物　　 B．导致树木枯萎
C．造成洪涝灾害 D．恶化人类环境
(5)为了减少酸雨的形成，必须减少SO2的排放量，对燃料中的硫化物进行________，对废气中的氮氧化物进行________。
解析：酸雨的形成主要是由SO2和NOx引起的，SO2在飘尘和微生物的催化下，被氧化成SO3，SO3溶于水形成酸雨。
答案：(1)D　(2)2SO2＋O22SO3
SO3＋H2O===H2SO4
(3)硝　(4)ABD　(5)脱硫处理　吸收利用
1．近年来，建筑装潢材料进入家庭，调查发现经过装修的居室中由装潢材料缓慢释放出来的化学污染物浓度过高，影响健康。这些污染物中最常见的是(　　)
A．CO　　　　　　　　　　　B．SO2
C．甲醛、甲苯等有机物蒸气 D．臭氧
解析：选C　各种树脂、油漆、乳胶、涂料、黏合剂等大量释放出甲醛。装修中使用的各种溶剂、黏合剂可造成苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯等挥发性有机物污染。
2．为了消除对大气的污染，有科学家提出利用太阳能促使燃料循环使用的构想(示意图如下)。下列物质可做此循环中的燃料的是(　　)
A．CO2 B．CH3OH
C．H2D．煤
解析：选B　CO2不属于燃料；CH3OH燃烧产物为CO2和H2O。利用太阳能，CO2和H2O又会全新合成甲醇，B项符合上述循环过程；H2燃烧生成水，利用太阳能将水分解，但不是合成为 H2，C项错误；煤燃烧的产物不可能再合成煤。
3．下列说法与“节能减排”不相符的是(　　)
A．为推广氢能的使用，工业上可采用电解水法制取大量氢气
B．将石油裂化、裂解，综合利用石油资源
C．有节制地开采煤、石油、天然气等矿物资源
D．倡导“绿色化学”理念，逐步实现化工企业零排放
解析：选A　A项中氢能的使用固然能减排，但用电解水法制取氢气会消耗大量的能量；B项中将石油进行深加工将更能提高原料的利用率，达到“节能”的目的 ，资源是有限的，有效合理地开采各种化石原料是目前倡导的节能方式，C项正确；D项中实现工业零排放是原子经济性的目的，符合“绿色化学”理论。
4．[双选]工业生产中物质制备时，通过下列的反应原理一步完成获得产物，符合“绿色化学”原则的反应原理是(　　)
A．加成反应 B．化合反应
C．取代反应 D．置换反应
解析：选AB　根据各种化学反应类型的特点及原子利用率的含义可知，加成反应和化合反应的原子利用率为100%，符合“绿色化学”的原理。
5．化学与人类生活、社会可持续发展密切相关。下列措施有利于节能减排、保护环境的是(　　)
①加快化石燃料的开采与使用；②研发易降解的生物农药；③应用高效洁净的能源转化技术；④田间焚烧秸秆；⑤推广使用节能环保材料。
A．①③⑤ B．②③⑤
C．①②④ D．②④⑤
解析：选B　本题考查化学与STSE的联系，意在考查考生运用化学知识解决实际问题的能力。加快化石燃料的开采与使用不利于节能减排，田间焚烧秸秆会污染环境，故选B。
6．“信息”“材料”和“能源”被称为新科技革命的三大支柱。下列有关选项不正确的是(　　)
A．信息技术的发展离不开新材料的合成和应用
B．目前中美日等国掌握的陶瓷发动机技术，大大提高了发动机的能量转化效率
C．在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源
D．软质隐形眼镜和航天飞船表面的高温结构陶瓷都属于有机高分子材料
解析：选D　在20世纪发明的七大技术——信息技术、生物技术、核科学和核武器技术、航空航天和导弹技术、激光技术、纳米技术、化学合成与分离技术中，化学合成与分离技术为其余六种技术提供了必需的物质基础，因此信息技术的发展离不开新材料的合成和应用。D项中航天飞船表面的高温结构陶瓷是无机非金属材料，不是有机高分子材料，故D错。
7．[双选]天然气的主要成分——CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应，前者大，下面是有关天然气的几种叙述，其中正确的是(　　)
A．天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源
B．等质量的CH4和CO2产生的温室效应是后者大
C．燃烧天然气也是形成酸雨的原因之一
D．CH4作为化工原料可用于合成氨、生产甲醇
解析：选AD　A项，天然气与煤、柴油比较，氢的质量分数高，氢燃烧无污染，是相对清洁的能源；B项，CH4的摩尔质量为16 g·mol－1较小，则温室效应大于CO2；C项，天然气燃烧不产生硫、氮的氧化物，不会生成酸雨；由CH4的用途知D正确。
8．下列符合化学实验“绿色化学”的有(　　)
①在萃取操作的演示实验中，将CCl4萃取溴水改为CCl4萃取碘水；②在铜和浓硝酸反应的实验中，将铜片改为可调节高度的铜丝；③将实验室的废酸液和废碱液中和后再排放
A．①②　　　　　　　　B．①③
C．②③ D．①②③
解析：选D　溴水有挥发性，溴蒸气有毒；利用铜丝可控制反应，避免产生太多的氮氧化物污染空气；废酸液、废碱液对环境有腐蚀性，故应中和后排放。
9．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是(　　)
解析：选C　A、B和D有副产物生成，原子利用率均达不到100%，C项的原子利用率为100%。
10．在绿色化学工艺中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。在用CH3C≡CH合成CH2===C(CH3)COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要其他的反应物有(　　)
A．CO2和H2O　　　　　　B．CO和CH3OH
C．CH3OH和H2 D．H2和CO2
解析：选B　由于在“绿色化学”工艺中，原子利用率为100%，故生成的产品CH2===C(CH3)COOCH3与原料之间元素种类和原子数目都完全相同，即原子守恒。将生成物分子的原子个数减去已知反应物分子中各原子个数得到所需各原子个数。在通过化学转化获取新物质的过程中已充分利用了各种原子，因而生产过程和末端的差值为C2H4O2，对照答案，反应物分子中原子数之和为C2H4O2的只有B。
11．印刷电路板是由塑料和铜箔复合而成的，该制印刷电路时要用FeCl3溶液作为“腐蚀液”生成CuCl2和FeCl2，其反应的化学方程式为
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
(1)请在方程式中标出电子转移的方向和数目。
(2)该反应的氧化剂是________________________________________电离方程式______________________________________________________________。
(4)使用过的腐蚀液会失效，但还可以回收利用，其中有一步需要将Fe2＋转化为Fe3＋，下列试剂能实现上述变化的是________________(填序号)。
A．氯气 B．铁
C．铜 D．稀硫酸
解析：使用过的腐蚀液中含有CuCl2、FeCl2和FeCl3，要想回收FeCl3溶液，首先要加入足量的铁粉将Cu2＋转化为Cu，过滤后通入足量氯气将Fe2＋氧化为Fe3＋。
(3)2NOx＋2xCON2＋2xCO2