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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
宇宙中有一颗湛蓝色星球，仿佛披着薄薄的白色纱衣，它神秘而独特、它美丽而广博，它就是我们人类赖以生存的家园——地球。
环境问题
自然因素
人为因素
通常所说的环境问题，主要是指由于人类不合理的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。
主要包括：全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、淡水资源危机、能源短缺、森林资源锐减、土地荒漠化、物种加速灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染。
一、化学与环境保护
1.环境质量监测
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。
环境监测通常包括背景调查、确定方案、现场采样、样品运送、实验分析、数据收集、分析综合等过程。总的来说，就是计划-采样-分析-综合的获得信息的过程。
“三废”：是指工业生产中产生的废气、废水和废渣对环境的污染。
2.大气污染及防治
（1）大气污染
除了自然因素，大气污染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。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。
（2）大气污染的治理
①改革能源结构，采用无污染能源，如太阳能、风力、水力，或
低污染能源，如天然气、沼气、酒精。
②对燃料进行预处理，如燃料脱硫、煤的液化和气化，以减少燃
烧时产生污染大气的物质。
③改进燃烧装置和燃烧技术，如改革炉灶、采用沸腾炉燃烧等，
以提高燃烧效率和降低有害气体排放量。
④采用无污染或低污染的工业生产工艺，如不用或少用易引起污
染的原料，采用闭路循环工艺等。
煤燃烧可以提供能量，但也会产生污染性物质。那么工厂中如何解决煤燃烧产生的二氧化硫，以降低酸雨的形成呢？结合已学知识进行思考，也可结合互联网的资料深入学习。
有氧化性
用还原剂吸收
是酸性氧化物
用碱性物质吸收
思考与讨论
有还原性
用氧化剂吸收
有还原性
SO2
+4
结合工业实际，吸收二氧化硫还需考虑如下因素：原料廉价易得、不产生新的污染物。比较理想的吸收剂为：氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙、氢氧化钠、氨水。
SO2+CaO
CaSO3
2CaSO3+O2
2CaSO4
吸收
SO2
NaOH
Na2SO3
碱液吸收法：
吸收
SO2
Ca(OH)2
CaSO3
氧化
O2
CaSO4
石灰-石膏法：
双碱法：
吸收
SO2
NaOH
氧化
O2
CaSO4
Na2SO3
Ca(OH)2
CaSO3
NaOH
防腐剂：由于二氧化硫的抗菌性质，有时用作干杏和其它干果的防腐剂。
酿酒：二氧化硫在葡萄酒中的作用主要有两点，其一就是作为抗氧化剂，防止葡萄酒在酿造的过程中变味。另一点就是作为葡萄酒中的保鲜剂，在葡萄榨好还未发酵之时进行保鲜。
漂白剂：工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝、草帽等。二氧化硫与被漂白物反应生成无色的不稳定的化合物，加热时该化合物会分解，恢复原来的颜色，因此二氧化硫的漂白属于暂时性漂白。
脱氯：在处理城市的污水时，利用二氧化硫的还原性来处理排放前的含氯污水。
用途多样的SO2
（1）水体污染
水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和自净能力即水体的环境容量，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在人类生活和生产中的作用，降低了水体的使用价值和功能的现象。
3.水体污染及防治
常见的水体污染物
酸、碱、盐等无机物污染
重金属污染
难降解有机物污染
植物营养物质污染
需氧有机物污染
赤潮
水华
生活污水和某些工业废水中经常含有一定量的氮和磷元素，过度施用氮肥、磷肥的农田水中也常含有氮、磷元素。水体中过量的氮和磷为水中微生物和藻类提供了营养，使得红藻和蓝绿藻迅速生长，形成赤潮和水华。藻类的繁殖、生长、腐败，引起水中氧气大量减少，导致鱼虾等水生生物死亡、水质恶化。
(2)化学与污水处理
①污水的“三级”处理
②污水处理常用方法：物理法、化学法和生物法等
在二级处理中加入硫酸亚铁、硫酸铝、聚合氯化铝等混凝剂，可使废水中的细小悬浮物聚集成较大的颗粒，然后经沉淀、过滤除去。
化学法与污水处理
4.化学与“废渣”及生活垃圾
处理原则：无害化、减量化和资源化，达到减少环境污染和资源回
收利用两个目的。
环保行动——垃圾分类
可回收物：报纸、纸箱、书本、广告单、塑料瓶、塑料玩具、油桶、酒瓶、玻璃杯、易拉罐、旧铁锅、旧衣服、旧数码产品、旧家电等
有害垃圾：废电池（充电电池、铅酸电池、镍镉电池、纽扣电池等）、废油漆、消毒剂、荧光灯管、含汞温度计、废药品及其包装物等
其他垃圾：餐盒、餐巾纸、湿纸巾、卫生间用纸、塑料袋、食品包装袋、污染严重的纸、烟蒂、纸尿裤、一次性杯子、大骨头、贝壳、花盆等
厨余垃圾：丢弃的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、碎骨头
环境关系你我他
垃圾分类靠大家
二、绿色化学
1.核心思想
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
高选择性反应
绿色化学示意图
无毒无害原料
可再生资源
提高能源的利用率
应用无毒、无害的溶剂
应用无毒、无害的催化剂
环境友好产品
（安全、能降
解、可再利用）
安全的生产工艺
反应物
反应过程
反应产物
2.原子经济性反应
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%。
原子利用率
=
期望产物总质量
生成物总质量
2
CH2
CH2
+
O2
Ag
2
H2C
CH2
O
以乙烯为原料生产环氧乙烷的两种途径：
ClCH2CH2OH
CH2
+
Cl2
+
H2O
+
HCl
CH2
+
H2O
CH2
CH2
+
Cl2
+
Ca(OH)2
H2C
CH2
O
+
CaCl2
2
ClCH2CH2OH
+
Ca(OH)2
2
H2C
CH2
O
+
CaCl2
+
H2O
①氯代乙醇法：包括以下两步反应
总反应可表示为：
②银催化法：
思考与讨论
①氯代乙醇法：
两种方法的原子利用率分别为
m(环氧乙烷)
m(环氧乙烷)+
m(CaCl2)+
m(H2O)
=
25.4%
②银催化法：原子利用率100%
同学们能否总结一下原子利用率为100%的化学反应类型？
化合反应、加成反应、加聚反应
绿色化学的思想对化学研究和化工生产提出了哪些新的挑战？
①在原料、溶剂的选择上提出了新要求。原料、溶剂要无毒无害，在起始端就采用实现污染预防的科学手段。
②在反应路线的选择上提出了新要求。开发应用“原子经济性”的反应路线，最大限度的利用反物分子中的每一个原子，充分利用资源，实现废物的零排放。
③在反应条件的选择上提出了新要求。生产过程应尽量在温和的温度和压力下进行，节约能源，寻找新型、高效、对环境友好、可回收、高选择性的催化剂。
思考与讨论
为制备硝酸铜，某同学设计了如下四种方案：
?
Cu
浓HNO3
Cu(NO3)2
?
Cu
稀HNO3
Cu(NO3)2
?
Cu
稀HNO3
Cu(NO3)2
O2
CuO
Cu
AgNO3溶液
Cu(NO3)2
?
试从“绿色化学”、经济效益等角度评价，大量制备硝酸铜应采用哪种方法？原因是什么？
应采用方案?
产生污染性气体NO2
产生污染性气体NO，且耗酸量大
原料价格高，不经济
3.开发和利用自然资源遵循的三原则(3R原则)
减量化(reduce)、再利用(reuse)、再循环(recycle)
践行绿色发展理念，保护生态环境，需要全社会共同努力。
化学与职业
环境保护工程师在检测站点查看PM2.5监测设备运行情况
环境保护与绿色化学
化学与环境保护
绿色化学
课堂小结
化学在三废处理中的作用
工业三废
核心思想：从源头上减少或消除环境污染
原子经济性反应：原子利用率100%的反应
课堂练习
[练习]下列说法不正确的是（
）
A.“光化学烟雾”“硝酸型酸雨”的形成都与氮氧化物有关
B.
绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理
C.
石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量
D.
赤潮、水华等水体污染与含氮、磷元素的污水任意排放有关
B
[练习]
有关
CuSO4
制备途径及性质如图所示，下列说法不正确的是（
）
A.
将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体
B.
相对于途径①③，途径②更好地体现了绿色化学思想
C.
CuSO4在1100℃分解所得气体X可能是SO2和SO3的混合气体
D.
Y可能是葡萄糖
C
Cu
CuSO4
浓H2SO4
?
70%
H2SO4
O2
?
稀H2SO4
/
HNO3
?
过量NaOH溶液
1100℃
Cu2O
混合气体X
Y
[练习]
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。
4NH3+6NO
5N2+6H2O
催化剂
400℃
作业：课后习题
同学们
再见！
