第30講-環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)(教師版)

第30講第30講環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)導(dǎo)航模塊一模塊一化學(xué)與環(huán)境保護(hù)知識(shí)精講知識(shí)精講一、環(huán)境保護(hù)1．環(huán)境問題：主要是指由于人類不合理地開發(fā)和利用自然資源而造成的生態(tài)環(huán)境破壞，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活所造成的環(huán)境污染。2．環(huán)境保護(hù)的任務(wù)（1）環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測：對污染物的存在形態(tài)、含量等進(jìn)行分析和測定，為控制和消除污染提供可靠的數(shù)據(jù)。（2）治理工業(yè)“三廢”（廢水、廢氣、廢渣）。（3）杜絕污染物的排放，從根本上解決環(huán)境問題。二、大氣污染及其治理1．污染物主要來源：化石燃料的燃燒和工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣及其攜帶的顆粒物。2．污染物主要成分：CO、SO2、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物、煙塵等。3．大氣污染問題大氣污染物在太陽輻射等因素作用下，經(jīng)過復(fù)雜變化形成次生污染物，具體形成過程如下：次生污染物可造成酸雨、霧霾、光化學(xué)煙霧、臭氧空洞等污染現(xiàn)象。4．大氣污染的治理措施限制和減少污染物的排放，吸收和處理大氣污染物。（1）通過改善燃料質(zhì)量、改進(jìn)燃燒裝置和燃燒技術(shù)、改進(jìn)排煙設(shè)備、發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)降低燃煤在能源結(jié)構(gòu)中的比例等措施，減少煤等化石燃料燃燒產(chǎn)生的污染；（2）通過推廣使用無鉛汽油、在汽車尾氣系統(tǒng)中安裝催化轉(zhuǎn)化器、使用燃料電池、乙醇汽油作為汽油代用品、發(fā)展電動(dòng)車等措施，減少汽車等機(jī)動(dòng)車尾氣污染；（3）停止氟氯代烷的生產(chǎn)和使用以保護(hù)臭氧層；（4）通過合理使用煤氣、石油氣或天然氣等家用燃料、使用合格的環(huán)保型建筑材料和裝飾材料、禁止在公共場所吸煙等措施降低CO、CO2、NO、NO2、SO2、尼古丁、甲醛、苯及其同系物、氡等污染物含量，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量等。思考與交流——酸雨是怎么形成的？【答案】大氣污染物NO2或SO2溶于水，導(dǎo)致酸雨。三、酸雨的形成及治理1．硫酸型酸雨及治理（1）形成原理：_______________________________________________________________。（2）治理：可在煤中添加生石灰、熟石灰、石灰石，或氨水作為脫硫劑。反應(yīng)原理如下：①生石灰：___________________________________________________________________。②熟石灰：___________________________________________________________________。③石灰石：___________________________________________________________________。④氨水：_____________________________________________________________________。【答案】（1）SO2+H2OH2SO32H2SO3+O2=2H2SO4（2）①CaO＋SO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSO3、2CaSO3＋O22CaSO4(或2CaO＋2SO2＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CaSO4)②Ca(OH)2＋SO2=CaSO3＋H2O、2CaSO3＋O22CaSO4③2CaCO3＋O2＋2SO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CaSO4＋2CO2④2NH3·H2O＋SO2=(NH4)2SO3＋H2O2(NH4)2SO3＋O2=2(NH4)2SO42．硝酸型酸雨及治理（1）形成原理：_______________________________________________________________。（2）治理：工業(yè)尾氣中的NOx一般用燒堿吸收，汽車尾氣一般進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化。①堿液吸收：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O②催化轉(zhuǎn)化：2NO2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化劑))N2＋4CO2【答案】（1）2NO＋O2=2NO23NO2＋H2O=2HNO3＋NO四、水污染及其治理1．水污染的基本概念排放的污染物使水體的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，或使生物群落組成發(fā)生變化，從而降低了水體的使用價(jià)值。（1）主要污染物：①重金屬、酸、堿、鹽等無機(jī)化合物；②耗氧物質(zhì)、石油和難降解的有機(jī)物以及含磷洗滌劑等；③農(nóng)藥等。（2）水污染現(xiàn)象：水的自凈能力下降，水質(zhì)渾濁、發(fā)黑、臭；赤潮、水華、水俁病等。2．污水的處理方法：物理法、化學(xué)法、和生物法等。常用的化學(xué)方法包括混凝法、中和法、氧化還原法、沉淀法等化學(xué)方法添加試劑反應(yīng)原理混凝法明礬、硫酸亞鐵等Al3+＋3H2OAl(OH)3(膠體)＋3H+，生成的膠體吸附水中懸浮物中和法熟石灰、硫酸加堿中和酸，或加酸中和堿，如Ca(OH)2+H2SO4CaSO4↓+2H2O沉淀法Na2S、H2S等加沉淀劑使金屬離子形成沉淀而除去，如除Hg2+：Hg2++S2-HgS↓氧化還原法氧化劑或還原劑如用Cl2處理電鍍廢水3．污水處理流程（1）一級處理：通常采用物理法（如格柵間、沉淀池等）除去污水中不溶解的污染物，廢水的凈化程度不高，一般不能直接排放，通常作為預(yù)處理。如加入FeSO4、Al2(SO4)3等混凝劑，使污水中的細(xì)小懸浮物聚集成較大的顆粒，然后經(jīng)沉淀、過濾除去。（2）二級處理：采用生物方法（又稱微生物法）及某些化學(xué)法（如曝氣池），除去廢水中的可降解有機(jī)物等污染物，二級處理后的污水一般可達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。（3）三級處理：主要采用化學(xué)沉淀法、氧化還原法、離子交換法和反滲透等，對污水進(jìn)行深度處理和凈化，進(jìn)一步除去二級處理未能去除的污染物，包括微生物未能降解的有機(jī)物、可溶性無機(jī)物等。經(jīng)過三級處理后的水可用于綠化和景觀用水等。五、固體廢物污染及治理1．常見的固體廢物污染：主要是指生活垃圾、工業(yè)廢料隨意堆放造成的污染。2．治理原則：無害化、減量化、資源化的原則，從而達(dá)到減少環(huán)境污染和資源回收利用這兩個(gè)重要目的。經(jīng)典例題經(jīng)典例題環(huán)境保護(hù)的措施【例1】“綠水青山就是金山銀山”。下列做法不利于保護(hù)環(huán)境的是（）A．推廣使用電動(dòng)汽車等低碳交通工具B．推廣垃圾分類，電子設(shè)備以舊換新C．用生物方法脫除生活污水中的氮和磷D．加大鉛酸蓄電池、含汞鋅錳等電池的生產(chǎn)【答案】D【變1-1】下列有關(guān)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的說法不正確的是（）A．回收塑料及鋼鐵制品可以減少二氧化碳的排放B．使用地?zé)崮?、生物質(zhì)能等非化石能源可減少PM2．5C．開采使用地下可燃冰，可以增加非化石能源消費(fèi)比例D．創(chuàng)新生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)車替代燃油機(jī)車符合綠色發(fā)展方式【答案】C環(huán)境污染問題【例2】以下非金屬氧化物與其引起的環(huán)境問題及主要來源對應(yīng)正確的是（）選項(xiàng)氧化物環(huán)境問題主要來源ACO2破壞臭氧層化石燃料的燃燒BSO2溫室效應(yīng)汽車尾氣的排放CNO2光化學(xué)煙霧工廠廢氣、汽車尾氣的排放DCO酸雨汽車尾氣和化石燃料的不完全燃燒【答案】C【變2】空氣污染物通常以氣態(tài)形式進(jìn)入地面或低層大氣環(huán)境。空氣污染物與其主要來源不對應(yīng)的是（）污染物來源AHCHO家具生產(chǎn)與使用、質(zhì)量低劣的涂料的使用BNO和NO2飛機(jī)、汽車尾氣C懸浮顆粒物建筑施工、燃煤的使用DSO2雷電時(shí)在空氣中產(chǎn)生【答案】D環(huán)境污染與保護(hù)【例3】化學(xué)與生活息息相關(guān)，下列關(guān)于生活中的化學(xué)說法錯(cuò)誤的是（）A．近期全球爆發(fā)了新型冠狀病毒，從化學(xué)角度，可用含氯的消毒劑、75%酒精、過氧化氫進(jìn)行病毒的殺滅B．汽車的排氣管上裝有“催化轉(zhuǎn)化器”，使有毒的CO和NO反應(yīng)生成N2和CO2C．大量燃燒化石燃料排放的廢氣中含大量CO2、SO2，造成大氣污染，從而使雨水pH=5.6D．推廣使用燃煤脫硫技術(shù)，主要是為了防治酸雨【答案】C【變3-2】以下說法中不正確的是（）A．大氣中SO2、NO2隨雨水降下可能形成酸雨，酸雨的pH值小于5.6B．冬天燒煤時(shí)可在煤中加入生石灰減少二氧化硫的排放C．開發(fā)清潔能源汽車能減少和控制汽車尾氣污染D．空氣質(zhì)量報(bào)告的指標(biāo)中，有可吸入顆粒物、SO2、NO2、CO2等物質(zhì)的指數(shù)【答案】D【例4】將煤塊粉碎、經(jīng)脫硫處理、在適當(dāng)過量的空氣中燃燒，這樣處理的目的是（）①使煤充分燃燒，提高煤的利用率②減少SO2的產(chǎn)生，避免造成“酸雨”③減少有毒的CO產(chǎn)生，避免污染空氣④減少CO2的產(chǎn)生，避免“溫室效應(yīng)”A．①②③B．②③④C．①③④D．①②③④【答案】A【例5】某冶金廠廢水的pH為4.5，含超標(biāo)10倍的Pb2＋。該廠處理廢水的下列設(shè)計(jì)中，比較合理的是（）A．用離子交換法除去Pb2＋B．在廢水中加硫酸，生成PbSO4沉淀C．在廢水中加NaOH，調(diào)節(jié)pH到11.0，使Pb2＋轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀D．在廢水中加石灰，調(diào)節(jié)pH到11.0，使Pb2＋轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀【答案】D【例7】Ⅰ．某次采集酸雨樣品，每隔一段時(shí)間測定一次pH，得到數(shù)據(jù)如下：時(shí)間開始8小時(shí)16小時(shí)24小時(shí)32小時(shí)40小時(shí)48小時(shí)pH5.04.84.54.34.24.04.0（1）放置時(shí)，雨水樣品酸性(填“增強(qiáng)”、“減弱”或“不變”)。酸性變化的原因是__________________________________________________________（用化學(xué)方程式表示）。Ⅱ．汽車尾氣（含有烴類、CO、SO2與NO等物質(zhì)）是城市空氣的污染源。治理的方法之一是在汽車的排氣管上裝一個(gè)“催化轉(zhuǎn)換器”（用鉑、鈀合金作催化劑）。它的特點(diǎn)是使CO與NO反應(yīng)，生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體，并促使烴類充分燃燒及SO2的轉(zhuǎn)化。（2）寫出一氧化碳與一氧化氮反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________________________________。（3）在“催化轉(zhuǎn)化器”轉(zhuǎn)化后的氣體中有CO2、SO2，下列不能鑒別這兩種氣體的是_________。A．KMnO4溶液B．石灰水C．BaCl2溶液 D．品紅溶液（4）有效減少城市污染的方法可以有_________。A．開發(fā)氫能源B．使用電動(dòng)車C．植樹造林 D．戴上呼吸面具【答案】（1）增強(qiáng)2SO2＋2H2O＋O2=2H2SO4或（2H2SO3＋O2=2H2SO4）（2）2CO＋2NOeq\o(=,\s\up7(催化劑))2CO2＋N2（3）B（4）ABC 模塊二模塊二綠色化學(xué)知識(shí)精講知識(shí)精講一、綠色化學(xué)的核心思想綠色化學(xué)也稱環(huán)境友好化學(xué)，其核心思想就是改變“先污染后治理”的觀念和做法，利用化學(xué)原理和技術(shù)手段，減少或消除在生產(chǎn)和應(yīng)用中涉及的有害化學(xué)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)從源頭減少或消除環(huán)境污染。二、原子利用率1．定義：原子利用率＝期望產(chǎn)物的總質(zhì)量生成物的總質(zhì)量2．“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”：按照綠色化學(xué)的思想，最理想的“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”就是反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，這時(shí)原子利用率為100%。思考與交流（1）（1）以乙烯為原料生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，過去主要使用的是氯代乙醇法，包括以下兩步反應(yīng)：CH2=CH2＋Cl2＋H2OClCH2CH2OH＋HCl2ClCH2CH2OH＋Ca(OH)2→＋CaCl2＋2H2O總反應(yīng)可表示為：CH2=CH2＋Cl2＋Ca(OH)2→＋CaCl2＋H2O現(xiàn)代石油化工采用銀作催化劑，可以實(shí)現(xiàn)一步完成：2CH2=CH2＋O2eq\o(→,\s\up9(Ag))這兩種生產(chǎn)工藝的原子利用率分別為多少？（2）回顧所學(xué)的化學(xué)反應(yīng)類型，哪些反應(yīng)的原子利用率為100%？【答案】（1）25.4%100%（2）化合反應(yīng)、加聚反應(yīng)、加成反應(yīng)三、綠色化學(xué)示意圖經(jīng)典例題經(jīng)典例題綠色化學(xué)的核心思想【例8】最近，國際上提出的綠色化學(xué)是指化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中（）A．對廢水、廢氣、廢渣進(jìn)行嚴(yán)格處理B．不排放任何有害物質(zhì)C．在化工廠周圍種草、種樹、種花，使化工廠成為花園式工廠D．以綠色植物為原料，以生物催化劑實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程的化學(xué)【答案】B原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)【例9】原子利用率＝期望產(chǎn)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量之比，原子利用率越高對環(huán)境污染越小。在下列制備環(huán)氧乙烷的反應(yīng)中，原子利用率最高的是（）A．B．C．D．【答案】D【變9-3】“綠色化學(xué)”要求從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和技術(shù)上設(shè)計(jì)可行的化學(xué)反應(yīng)。據(jù)此，由單質(zhì)鎂制硝酸鎂的下列4個(gè)方案中，你認(rèn)為可行而且符合“綠色化學(xué)”要求的方案是（）A．Mgeq\o(→,\s\up7(HNO3))Mg(NO3)2B．Mgeq\o(→,\s\up7(Cl2))MgCl2eq\o(→,\s\up7(NaOH溶液))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up7(稀硝酸))Mg(NO3)2C．Mgeq\o(→,\s\up7(O2))MgOeq\o(→,\s\up7(稀硝酸))Mg(NO3)2D．Mgeq\o(→,\s\up7(濃硫酸))MgSO4eq\o(→,\s\up7(BaNO32溶液))Mg(NO3)2【答案】C綠色化學(xué)【例10】以下是與綠色化學(xué)、環(huán)境保護(hù)和人類健康息息相關(guān)的三個(gè)主題，請根據(jù)已知信息回答下列問題：（1）下列制備氯乙烷的反應(yīng)中原子經(jīng)濟(jì)性最高的是________A．CH2=CH2＋HCl→CH3CH2ClB．CH3CH2OH＋HCleq\o(→,\s\up7(催化劑))CH3CH2Cl＋H2OC．CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))CH3CH2Cl＋HClD．CH2CHCl＋H2eq\o(→,\s\up7(催化劑))CH3CH2Cl由上述四個(gè)反應(yīng)可歸納出，原子經(jīng)濟(jì)性最高的是______(填反應(yīng)類型)。（2）有毒物質(zhì)的無害化處理也是綠色化學(xué)研究的內(nèi)容之一。ClO2是一種性能優(yōu)良的消毒劑，它可將廢水中少量的CN－等有毒的酸根離子氧化而除去。請寫出用ClO2將廢水中的CN－氧化成無毒氣體的離子方程式：______________________________________，該方法的優(yōu)點(diǎn)是______________________________________。（3）某飲用水廠由天然水制備純凈水(去離子水)的工藝流程示意圖如下：活性炭的作用是__________________________________________________________________。O3消毒的優(yōu)點(diǎn)是__________________________________________________________________。【答案】（1）AD加成反應(yīng)（2）2ClO2＋2CN－=2CO2＋N2＋2Cl－產(chǎn)物為無毒無害的Cl－、CO2和N2（3）吸附水中的有機(jī)物(或除去水中的異味)反應(yīng)產(chǎn)物無毒無害提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】十九大報(bào)告中指出：“綠水青山就是金山銀山?！倍没瘜W(xué)知識(shí)降低污染、治理污染，改善人類居住環(huán)境是化學(xué)工作者當(dāng)前的首要任務(wù)。下列做法不利于環(huán)境保護(hù)的是（）A．開發(fā)清潔能源B．有效提高能源利用率C．研制易降解的生物農(nóng)藥D．對廢電池做深埋處理【答案】D【練2】下列行為中不符合促進(jìn)“低碳經(jīng)濟(jì)”宗旨的是（）A．發(fā)展水電，開發(fā)新能源，如核能、太陽能、風(fēng)能等，減少對礦物能源的依賴B．盡量使用含eq\o\al(12,6)C的產(chǎn)品，減少使用含eq\o\al(13,6)C或eq\o\al(14,6)C的產(chǎn)品C．推廣煤的干餾、氣化、液化技術(shù)，提供清潔、高效燃料和基礎(chǔ)化工原料D．推廣利用微生物發(fā)酵技術(shù)，將植物秸稈、動(dòng)物糞便等制成沼氣替代液化石油氣【答案】B【練3】污水處理的主要方法有：①中和法；②化學(xué)沉淀法；③氧化還原法；④過濾法。其中屬于化學(xué)方法的有（）A．①②③B．①②④C．②③④D．①②③④【答案】A【練4】當(dāng)今環(huán)境污染已成為人類面臨的重大威脅，下列對應(yīng)關(guān)系不完全正確的是（）A．酸雨——SO2、NO2、CO2等B．光化學(xué)煙霧——NO2、CxHy等C．溫室效應(yīng)——CO2、CH4等D．白色污染——各種顏色的難降解的塑料膜、塑料袋等【答案】A【練5】化學(xué)與生活密切相關(guān)，下列說法正確的是（）A．使用填埋法處理未經(jīng)分類的生活垃圾B．用K2FeO4代替Cl2處理飲用水，既有殺菌消毒作用，又有凈水作用C．向雞蛋清溶液中加入CuSO4溶液，有沉淀析出，該性質(zhì)可用于蛋白質(zhì)的分離與提純D．CO2、NO2或SO2的排放是形成酸雨的主要原因【答案】B【練6】造成霧霾的重要原因之一是汽車尾氣的排放，汽車加裝尾氣處理裝置可以減少有害尾氣的排放。在汽車尾氣凈化裝置里，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如下圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是（）A．NO2是該過程的中間產(chǎn)物B．汽車尾氣的主要污染成分為CO和NOC．NO和O2必須在催化劑表面才能反應(yīng)D．該催化轉(zhuǎn)化的總反應(yīng)方程式：2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up8(催化劑))4CO2＋N2【答案】C【練7】綠色化學(xué)的核心就是利用化學(xué)原理從源頭上減少或消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。下列不符合綠色化學(xué)理念的是（）A．盡可能使用無毒無害的原材料B．盡可能減少生產(chǎn)過程中的能量消耗C．治理產(chǎn)生的污染優(yōu)于防治污染的產(chǎn)生D．盡可能采用對人類和環(huán)境低毒或無毒的合成路線【答案】C【練8】煤是一種常用的燃料，但由于燃燒產(chǎn)生的廢氣中含有的SO2、NO2和NO等多種有害氣體和煙塵會(huì)對環(huán)境造成污染，因此需要對煤進(jìn)行加工后再燃燒，或?qū)U氣凈化后再排放。（1）將煤直接進(jìn)行燃燒，造成環(huán)境污染的表現(xiàn)之一是形成硝酸型酸雨。①有關(guān)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硝酸的反應(yīng)中，原子利用率為100%的反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________。②以下是對硝酸型酸雨的評價(jià)，其中正確的是________(填字母)。a．能殺死水中的浮游生物，減少魚類食物來源，破壞生態(tài)系統(tǒng)b．對電線、鐵軌、橋梁、房屋等均會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p害c．破壞臭氧層（2）如圖所示是對煤燃燒產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行常溫脫硫處理的基本流程示意圖，試寫出在廢氣脫硫并形成副產(chǎn)物的過程中所發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________________________________________________________________________________________________________________________。（3）廢氣脫硫以后含量明顯增加的氣體是____________(寫物質(zhì)名稱)，它對環(huán)境