课件55张PPT。第三节
环境保护与绿色化学 一、化学与环境保护
1.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。(2)环境保护的任务
①环境监测:对污染物的存在形态、含量等进行分析和
鉴定,提供可靠的分析数据。
②治理工业三废(_____、_____、_____)。
③寻找源头治理环境污染的生产工艺:杜绝污染物的排
放,能从根本上解决环境问题。废水废气废渣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_______________和工业生产过程产生的废气及其
携带的颗粒物。化石燃料的燃烧(2)次生污染物的形成【微思考】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。3.污水的处理方法
(1)常用的污水处理方法有_______、_______、和
_______等。
(2)污水处理的常用化学方法_______、___________、
_______等。物理法化学法生物法中和法氧化还原法沉淀法(3)污水处理的流程
①一级处理:通常采用_____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,一级处理作为预处理。物理②二级处理:采用_____方法(又称_______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___________、___________、
___________和_________等,对污水进行深度处理和
净化。经三级处理后水可用于绿化和景观用水等。生物微生物化学沉淀法氧化还原法离子交换法反渗透法4.固体废弃物的处理
工业废渣和生活垃圾等固体废物的处理应遵循_______、
_______和_______的原则,达到_____________和
_____________这两个重要目的。无害化减量化资源化减少环境污染资源回收利用二、绿色化学
1.“绿色化学”可以诠释为环境友好化学,它的核心内涵是在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。它研究对环境没有任何副作用的化学试剂、化学制品和化学工艺。2.绿色化学的核心就是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。按照绿色化学的原
则,最理想的“原子经济性反应”就是_______________
_______________________(即没有副反应,不生成副产
物,更不能产生废弃物),这时原子利用率为100%。反应物的原子全部转化为期望的最终产物【情境·思考】
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。知识点 常见环境问题与绿色化学
【重点释疑】
1.常见环境问题2.绿色化学
(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:利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染,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%。【思考·讨论】
为减少和消除煤炭燃烧产生的SO2,人们向煤炭中加入
生石灰作为固硫剂,你知道其反应原理是什么吗?
提示:CaO+SO2 CaSO3;2CaSO3+O2 2CaSO4,
总反应式:2CaO+2SO2+O2 2CaSO4。【案例示范】
【典例】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)。?
A.CH2＝CH2+HCl→CH3CH2Cl
B.CH3CH2OH+HCl CH3CH2Cl+H2OC.CH3CH3+Cl2 CH3CH2Cl+HCl
D.CH2＝CHCl+H2 CH3CH2Cl
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________________________。?【解题指南】解答本题需注意以下两点:
(1)明确原子经济性的含义;
(2)能够读懂题目信息,从题目信息中获取解题的方法和思路。【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,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。答案:(1)AD 加成反应 (2)2ClO2+2CN-====2CO2+ N2+2Cl- 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
【迁移·应用】1.以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是 ( )【解析】选C。化石燃料燃烧主要排放二氧化碳气体,
与温室效应有关,而与破坏臭氧层无关,故A错误;工厂
废气的排放产生大量二氧化硫气体,是形成酸雨的主要
污染物,而温室效应是由二氧化碳引起的,故B错误;汽
车尾气排放大量的氮氧化物,氮氧化物是形成光化学烟
雾的主要污染物,故C正确;形成酸雨与二氧化硫及氮的
氧化物有关,CO是一种有毒气体,与酸雨无关,故D错误。2.绿色化学实验是指在绿色化学的思想指导下,对常规实验进行改革而形成的实验新方法。下列符合绿色化学实验操作的是( )
A.将一氧化碳还原氧化铜的尾气直接排入空气中
B.将锌和稀硫酸反应后的废液直接倒入下水道中
C.将跟氧气反应后剩余的硫黄放在空气中燃烧完全
D.将氯酸钾和二氧化锰共热后的残余物回收分离【解析】选D。一氧化碳还原氧化铜的尾气中含有的未
反应的一氧化碳是有毒气体,对环境有害,A项不符合绿
色化学实验操作;将锌和稀硫酸反应后的废液直接倒入
下水道中,会腐蚀下水道,污染水资源,B项不符合绿色
化学实验操作;将跟氧气反应后剩余的硫黄放在空气中
燃烧完全,产生的二氧化硫有毒,污染空气,C项不符合绿色化学实验操作;将氯酸钾和二氧化锰共热后的残余物回收分离,防止了残余物对环境的污染,符合绿色化学实验操作,故D项正确。
【补偿训练】
绿色化学是指从技术、经济上设计可行的化学反应,尽
可能减少对环境的副作用。下列化学反应不符合绿色
化学概念的是 ( )
A.消除硫酸厂尾气排放:SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO3
B.消除硝酸厂的氮氧化物污染:
NO2+NO+2NaOH====2NaNO2+H2OC.制CuSO4:Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O
D.制CuSO4:2Cu+O2 2CuO,
CuO+H2SO4(稀)====CuSO4+H2O【解析】选C。C项在生成CuSO4的同时,还生成了SO2,会污染大气。
【素养提升】
直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题,将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫,最终生成硫酸钙。硫酸钙可在如图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应,气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳,从而有利于二氧化碳的回收利用,达到减少碳排放的目的。(1)煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中,引发的主要环境问题有哪些?
提示:温室效应 、酸雨、粉尘污染。(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,写出反应化学方程式。
提示:Ca(HSO3)2+O2====CaSO4+H2SO4。【课堂回眸】课题任务:从干海带中提取碘
【情境创设】
海带,海藻类植物之一,是一种在低温海水中生长的大
型海生褐藻植物,属于褐藻门布科,为大叶藻科植物,因
其生长在海水中,柔韧似带而得名。海带是一种含碘量
很高的海藻,一般含碘3‰～5‰,多可达7‰～10‰。从中提取制得的碘和褐藻酸,广泛应用于医药、食品和化工。碘是人体必需的元素之一,缺碘会患甲状腺肿大,多食海带能防治此病,还能预防动脉硬化,降低胆固醇与脂的积聚。
【素养解读】
1.核心素养—科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的问题;从问题和假设出发,依据探究目的,设计探究方案,运用化学实验等方法进行实验探究。
2.素养目标:通过“从干海带中提取碘”,学会物质分离与提纯的方法, 通过实验设计与实验操作培养科学探究与创新意识。【素养探究】
【探究任务一:方案设计】
(1)海带中的碘元素主要以I-的形式存在,怎样设计实验证明海带中含有碘?提示:①用剪刀剪碎海带,用酒精湿润,放入坩埚中。②灼烧海带至完全成灰,停止加热,冷却。③将海带灰加蒸馏水溶解,搅拌、煮沸、过滤。④在滤液中滴加稀硫酸及H2O2,然后加入几滴淀粉溶液。如果淀粉溶液变蓝色则证明海带中含有碘元素。
(2)写出实验过程中无机态碘离子转化为碘单质的离子方程式。
提示:离子方程式为2I-+H2O2+2H+====I2+2H2O。(3)使用什么样的试剂、采用什么样的方法可以将生成的I2从碘水中提取出来?
提示:采用萃取的方法,利用 CCl4将I2从碘水中提取出来。(4)设计实验流程,将海带中提取碘的流程整理出来: 【探究任务二:反思归纳】
(1)实验中除去海带表面的杂质一般用刷子刷净,不用水清洗,原因是什么?
提示:海带中碘元素以碘离子的形式存在,且易溶于水,为防止碘元素的损失,除去海带表面的杂质一般用刷子刷净,不用水清洗。(2)你认为是否可以使用Cl2将I-转化成I2?请从多角度进行分析?
提示:不可以。① 双氧水是绿色氧化剂,环保。氯气对环境有一定污染 。②氯气一旦过量可能会进一步把碘氧化成更高价的碘酸根,双氧水则不会。③使用双氧水不会引入新杂质,使用氯气会引入新的杂质。【素养评价】
1.科学探究与创新意识—水平1:能对“从干海带中提取碘”提出可能的实验方案。
2.科学探究与创新意识—水平2:能依据设计的实验方案,组装实验仪器,完成实验操作。3.科学态度与社会责任—水平3:能对“从干海带中提取碘”提出探究的问题和假设,基于现象和数据分析并得出结论。
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课堂检测·素养达标
1.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不是造成温室效应的气体。
2.下列说法不正确的是 ( )
A.采用原煤脱硫技术,可减少燃煤燃烧时产生的SO2
B.自来水可用氯气来杀菌消毒,说明氯气无毒
C.氮氧化物可以破坏臭氧层,也能形成酸雨
D.化石燃料燃烧产生大量CO2,会导致温室效应
【解析】选B。氯气有毒,自来水可用氯气来杀菌消毒是因为Cl2与H2O反应生成了HClO,B项错。
3.(2019·南京高一检测)由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中,你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是 ( )
A.MgMg(NO3)2
B.MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2
C.MgMgOMg(NO3)2
D.MgMgSO4Mg(NO3)2
【解析】选C。A项中有NOx生成;D项中有SO2生成;B、C两项对比,C项中步骤简单,原料O2廉价易得,C项符合题意。
【补偿训练】
“绿色化学”实验已走进课堂,下列做法符合“绿色化学”的是
( )
①实验室中收集氨气采用图甲所示装置
②实验室中做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做氨气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
【解析】选C。因为氨气的密度比空气小,实验室用向下排空气法收集氨气,氨气溶于水呈弱碱性,可以使滴有酚酞的水变红,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”。
4.如图甲所示,某河流经工业城市Y市,a处为上游、d处为下游,经对河水检测绘制出图乙,请回答:
(1)构成该河的污染主要分布在________。 ?
A.ab段 B.bc段 C.cd段 D.bd段
(2)列举造成该河污染的三种可能污染源:
①________;②________;③________。 ?
(3)对c处水样进行检测,发现其中含有Cu2+,要把Cu2+变成铜单质回收,请写出两种可行的方法:
①_______________________________________________;?
②_______________________________________________。?
(4)d处污染明显降低,请从物理、化学、生物三方面简单分析原因________________________。 ?
【解析】生活污水、工业废水是水体的两个主要污染源,河流经市区必定造成污染,到下游时经过沉降、生物降解、物质之间的反应会使污染程度下降。对于铜的回收只需把铜离子变成铜单质即可。
答案: (1)B (2)①工业废水 ②生活污水 ③生活垃圾及工业废渣 (3)①加过量铁粉,过滤后加盐酸,清洗干燥得铜
②用电解法,使用惰性电极电解,阴极上生成铜
(4)物理沉降,物质之间相互反应,生物降解
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课时素养评价 二十三
环境保护与绿色化学
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括3小题,每小题8分,共24分)
1.(2019·太原高一检测)近年来,环境问题越来越引起人们的重视。温室效应、酸雨、臭氧层被破坏、赤潮等已经给我们赖以生存的环境带来较大的影响,造成酸雨的主要有害物质是 ( )
A.CO2
B.硫和氮的氧化物
C.含氟化合物
D.化肥和含磷洗衣粉的使用及其污水的排放
【解析】选B。硫的氧化物形成硫酸型酸雨;氮的氧化物形成硝酸型酸雨。
2.我们饮用的水是由源水净化所得。已知,明矾能将水中的悬浮物凝聚而沉淀,氯气可杀菌。家庭饮用水的净化过程正确的是 ( )
A.源水→过滤→加氯气→加明矾→沉淀→净水
B.源水→加氯气→过滤→加明矾→沉淀→净水
C.源水→加明矾→加氯气→过滤→沉淀→净水
D.源水→加明矾→沉淀→过滤→加氯气→净水
【解析】选D。净水的过程一般为混凝沉淀→过滤→杀菌消毒。
3.某冶金厂废水的pH为4.5,含超标10倍的Pb2+。该厂处理废水的下列设计中,比较合理的是 ( )
A.用离子交换法除去Pb2+
B.在废水中加硫酸,生成PbSO4沉淀
C.在废水中加NaOH,调节pH到11.0,使Pb2+转化为氢氧化物沉淀
D.在废水中加石灰,调节pH到11.0,使Pb2+转化为氢氧化物沉淀
【解析】选D。废水量太大,不能用离子交换法;加硫酸虽能除去Pb2+,但增加了溶液酸度,因石灰比NaOH廉价,故选用石灰。
【补偿训练】
(2019·商洛高一检测)我国积极启动的“蓝天工程”和“绿水工程”是保护生态环境、提高全体人民生活质量的重要举措。下列措施不利于以上工程实施的是 ( )
A.推广使用燃煤脱硫技术防治SO2污染,减少重金属、农药和难分解有机物的排放
B.实施绿色化学,即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
C.加大石油、煤炭的开采速度,增加化石燃料的供应量
D.开发新能源和新制冷剂,减少CO2和氟氯烃等物质的大量排放
【解析】选C。煤中含有硫元素,燃烧后产生二氧化硫污染空气,推广使用燃煤脱硫技术防治SO2污染,减少重金属、农药和难分解有机物的排放,有利于“蓝天工程”的建设,故A正确;绿色化学的核心就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,故B正确;化石燃料的燃烧会产生大量空气污染物,如粉尘、有害气体等,所以加大石油、煤炭的开采速度,增加化石燃料的供应量,不利于环境保护建设,故C错误;形成温室效应的物质是二氧化碳和氟氯烃,所以开发新能源和新制冷
剂,减少CO2和氟氯烃等物质的大量排放,有利于“蓝天工程”建设,故D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
4.20世纪90年代初,国际上提出了“预防污染”这一新概念。绿色化学是“预防污染”的根本手段,它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大限度地节约能源,在化工生产各个环节中都实现净化和无污染。
(1)下列各项属于“绿色化学”要求的是________(填字母,下同)。?
A.处理废弃物 B.治理污染点
C.减少有毒物 D.杜绝污染源
(2)某化工厂排放的污水中含有Mg2+、Fe3+、Cu2+、Hg2+四种离子。甲、乙、丙三位学生分别设计了从该污染水中回收纯净的金属铜的方案。
甲:
乙:
丙:
在能制得纯铜的方案中,哪一步操作会导致环境污染?________。应增加哪些措施防止污染?__?_____________。?
【解析】(1)根据题干描述,绿色化学是“预防污染”的根本手段,因此应从“源头”上杜绝。(2)丙方案第③步中,由于汞的沸点低、易挥发、有毒,因此会造成环境污染。
答案:(1)D (2)丙方案的第③步 增加冷凝回收装置
一、选择题(本题包括1小题,每小题6分,共6分)
5.下列有关“绿色化学”及“绿色食品”的描述均正确的组合是( )
①“绿色化学”是指绝对无污染的化学过程
②“绿色化学”是指依靠绿色植物来完成的化学过程
③“绿色化学”是没有或尽可能少污染的化学过程
④“绿色化学”是人们理想中的化学过程,无法实现
⑤治理工业“三废”属于“绿色化学”范畴
⑥合理施用农药属于“绿色化学”
⑦加强环境监测属于“绿色化学”过程
⑧开发利用氢能源属于“绿色化学”
⑨富含叶绿素的食品属于“绿色食品”
⑩新鲜的蔬菜属于“绿色食品”
无污染的安全、优质、营养类食品属于“绿色食品”
贴有“绿色”防伪标志的食品属于“绿色食品”
A.③⑧ B.①②③⑤⑥⑧⑩
C.②⑥⑦⑨ D.④
【解析】选A。①～⑧是对绿色化学的叙述。绿色化学的核心是从源头上减少或消除工业生产对环境的污染,强调最理想的原料经济性原则和污染物的零排放。所以①中的“绝对无污染”、②中的“依靠绿色植物”、④中的“无法实现”、⑤中的“治理三废”、⑥中的“合理施用农药”、⑦中的“加强环境监测”等内容都是错误的或不属于绿色化学范畴,③、⑧正确。⑨～是对绿色食品的描述,只有正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
6.酸雨形成的原理之一可表示如下:
请回答下列问题。
(1)A的化学式为________________,B的化学式为?________。?
(2)三个反应中,不属于氧化还原反应的是________(填序号)。?
(3)SO2中硫元素显+4价,它可以降低到0价,利用这一性质可在工厂的烟道气中通入合适的________(填“氧化剂”或“还原剂”)除去SO2,达到减少污染的目的。?
(4)雨水的pH小于5.6时,就判定为酸雨。已知pH=-lg c(H+),经测定某次雨水所含酸性物质只有硫酸,且其浓度为5×10-5 mol·L-1,则这次降雨________(填“是”或“不是”)酸雨。?
【解析】(1)(2)题中所示原理为含硫燃料SO2SO3H2SO4,其中反应③不是氧化还原反应。(3)SO2中硫元素化合价降低,SO2被还原,应加入还原剂。
(4)c(H2SO4)=5×10-5 mol·L-1,则c(H+)=2×5×10-5 mol·L-1=1×10-4 mol·L-1。所以pH=-lg(1×10-4)=4<5.6,故这次降雨是酸雨。
答案:(1)SO2 SO3 (2)③ (3)还原剂 (4)是
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