第八章

化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展

第三節(jié)環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)1.了解環(huán)境污染的主要因素、危害及防治的方法，認(rèn)識(shí)化學(xué)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重要意義。2.了解“綠色化學(xué)”“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”的內(nèi)涵，知道它們?cè)趯?duì)利用資源、保護(hù)環(huán)境中的重要意義。新知探究：知識(shí)點(diǎn)一化學(xué)與環(huán)境保護(hù)[知識(shí)梳理]1．環(huán)境問(wèn)題與環(huán)境保護(hù)(1)環(huán)境問(wèn)題①主要是指由于人類不合理地開(kāi)發(fā)和利用自然資源而造成的生態(tài)環(huán)境破壞；②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)境監(jiān)測(cè)：對(duì)污染物的存在形態(tài)、_____等進(jìn)行分析和測(cè)定，為控制和消除污染提供可靠的分析數(shù)據(jù)。②治理工業(yè)“三廢”(_____、_____和_____)。③尋找源頭治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝：杜絕污染物的排放，能從根本上解決環(huán)境問(wèn)題。2．大氣污染物來(lái)源及次生污染物的形成(1)大氣污染物的主要來(lái)源①_____的燃燒產(chǎn)生的廢氣及其攜帶的顆粒物；②_____過(guò)程產(chǎn)生的廢氣及其攜帶的顆粒物。(2)次生污染物的形成3．污水的處理(1)常用的污水處理方法：物理法、_____和化學(xué)法等。(2)污水處理的常用化學(xué)方法：中和法、氧化還原法和_____等。(3)污水處理的流程①一級(jí)處理：通常采用_____方法，即用格柵間、沉淀池等除去污水中_____的污染物。處理后水一般達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。②二級(jí)處理：通常采用_____方法(又稱_____法)及某些化學(xué)方法，除去水中的可降解有機(jī)物等污染物。處理后水一般可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。③三級(jí)處理：主要采用化學(xué)沉淀法、氧化還原法、___________和___________等，對(duì)污水進(jìn)行深度處理和凈化。處理后水可用于綠化和景觀用水等。4．固體廢棄物的處理(1)處理原則：無(wú)害化、減量化和資源化。(2)目的：減少環(huán)境污染和資源回收利用。[問(wèn)題探究]為了防治酸雨，工業(yè)上常采用“鈣基固硫”和“活性炭聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)”。Ⅰ.鈣基固硫整個(gè)“固硫”過(guò)程涉及的反應(yīng)有①SO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(△))CaSO3；②2CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CaSO4。(1)涉及的反應(yīng)類型有哪些？(2)你認(rèn)為把工廠的煙囪造高能減少酸雨嗎？你認(rèn)為減少酸雨需要采取哪些措施？Ⅱ.活性炭聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)在較低的溫度下，將廢氣中的SO2、NOx通過(guò)一系列反應(yīng)生成銨鹽，從而變廢為寶，其工作示意圖如下所示：(3)a處SO2在活性炭表面被氧化最終生成硫酸，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。(4)b處吸收塔加入NH3后，主要與廢氣中的NO、NO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)污染氣體，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。(5)c處主要發(fā)生NH3和a處生成的H2SO4反應(yīng)轉(zhuǎn)化為銨鹽，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。(6)活性炭的造價(jià)較高，工業(yè)上一般選用活性焦作為吸附劑來(lái)脫硫脫硝，活性焦來(lái)自煤干餾產(chǎn)品，從煤干餾產(chǎn)品中獲取苯、二甲苯的操作方法是什么？[反思?xì)w納]環(huán)境問(wèn)題中三個(gè)需要注意的問(wèn)題(1)酸雨中的酸度主要由硫酸和硝酸造成的。它們占總酸度的90%以上。我國(guó)的酸雨以硫酸型為主，主要是燃燒含硫物向大氣中排放SO2等酸性氣體導(dǎo)致，SO2eq\o(→,\s\up7(H2O))H2SO3eq\o(→,\s\up7(O2))H2SO4。(2)一般把pH小于5.6的雨水稱為酸雨，它包括雨、雪、霧、雹等降水過(guò)程。天然降水pH在5.6左右，這是由于大氣中溶有CO2的緣故。(3)赤潮——發(fā)生在海水中，水華——發(fā)生在淡水中。[遷移應(yīng)用]1．判斷正誤，正確的劃“√”，錯(cuò)誤的劃“×”。(1)化學(xué)工作者進(jìn)行的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作可有可無(wú)，有污染治理就行()(2)化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO、NOx、SO2為次生污染物()(3)“燃煤固硫”“汽車尾氣催化凈化”都能提高空氣質(zhì)量()(4)工業(yè)廢渣和生活垃圾等固體廢棄物對(duì)環(huán)境影響不大，可不必處理()(5)污水的一級(jí)處理通常采用化學(xué)法和生物法將難溶解的污染物除去()2．空氣是人類生存所必需的重要資源。為改善空氣質(zhì)量而啟動(dòng)的“藍(lán)天工程”得到了全民的支持，下列措施不利于“藍(lán)天工程”建設(shè)的是()A．推廣使用燃煤脫硫技術(shù)，防治污染B．加大石油、煤炭的開(kāi)采速度，增加化石燃料的供應(yīng)量C．實(shí)施綠化工程，防治揚(yáng)塵污染D．利用和開(kāi)發(fā)新能源汽車，消除機(jī)動(dòng)車尾氣污染知識(shí)點(diǎn)二綠色化學(xué)[知識(shí)梳理]1．核心思想改變“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，減少或消除產(chǎn)品在生產(chǎn)和應(yīng)用中涉及的有害化學(xué)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)從___________減少或___________環(huán)境污染。2．原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)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%。3．綠色化學(xué)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的要求4．開(kāi)發(fā)和利用自然資源遵循的三原則(3R原則)減量化、再利用和再循環(huán)。[問(wèn)題探究]以乙烯制環(huán)氧乙烷，有兩種方法。(1)已知原子利用率為：eq\f(期望產(chǎn)物總質(zhì)量,生成物的總質(zhì)量)×100%，試計(jì)算兩種方法的原子利用率。(2)試從反應(yīng)物及產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的影響、生產(chǎn)工藝、原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)、催化劑選擇性等角度分析兩方法的優(yōu)劣。[反思?xì)w納]1．綠色化學(xué)的特點(diǎn)(1)開(kāi)發(fā)綠色反應(yīng)，將原子利用率提高到100%。(2)使用無(wú)毒、無(wú)害、可再生的原料、催化劑、溶劑。(3)開(kāi)發(fā)綠色工藝。(4)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)綠色產(chǎn)品。2．原子經(jīng)濟(jì)原子經(jīng)濟(jì)要求反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，原子利用率達(dá)到100%，也就是說(shuō)在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中不產(chǎn)生任何廢物。化學(xué)反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)好壞用原子利用率來(lái)衡量。原子利用率＝eq\f(期望產(chǎn)物的總質(zhì)量,生成物的總質(zhì)量)×100%。[遷移應(yīng)用]1．判斷正誤，正確的劃“√”，錯(cuò)誤的劃“×”。(1)“綠色化學(xué)”就是先污染后有效治理的化學(xué)思想()(2)“綠色化學(xué)”就是指在化工生產(chǎn)中不排放任何有害物質(zhì)()(3)在汽車排氣管上安裝“催化轉(zhuǎn)化器”把CO、NO催化生成N2和CO2，符合綠色化學(xué)的理念()(4)“3R”原則(減量化、再利用和再循環(huán))是開(kāi)發(fā)和利用自然資源的基本原則()(5)植物秸稈含大量鉀元素，焚燒后作鉀肥符合“綠色化學(xué)”的思想()(6)利用陽(yáng)光發(fā)電，光解水制氫氣是解決能源危機(jī)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑()2．綠色化學(xué)提倡化工生產(chǎn)應(yīng)提高原子利用率。原子利用率表示目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比。在下列制備環(huán)氧乙烷的反應(yīng)中，原子利用率最高的是()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(Ba（NO3）2溶液))Mg(NO3)2

答案解析知識(shí)點(diǎn)一化學(xué)與環(huán)境保護(hù)[知識(shí)梳理]1．環(huán)境問(wèn)題與環(huán)境保護(hù)(1)環(huán)境問(wèn)題①主要是指由于人類不合理地開(kāi)發(fā)和利用自然資源而造成的生態(tài)環(huán)境破壞；②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)境監(jiān)測(cè)：對(duì)污染物的存在形態(tài)、含量等進(jìn)行分析和測(cè)定，為控制和消除污染提供可靠的分析數(shù)據(jù)。②治理工業(yè)“三廢”(廢氣、廢水和廢渣)。③尋找源頭治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝：杜絕污染物的排放，能從根本上解決環(huán)境問(wèn)題。2．大氣污染物來(lái)源及次生污染物的形成(1)大氣污染物的主要來(lái)源①化石燃料的燃燒產(chǎn)生的廢氣及其攜帶的顆粒物；②工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢氣及其攜帶的顆粒物。(2)次生污染物的形成3．污水的處理(1)常用的污水處理方法：物理法、生物法和化學(xué)法等。(2)污水處理的常用化學(xué)方法：中和法、氧化還原法和沉淀法等。(3)污水處理的流程①一級(jí)處理：通常采用物理方法，即用格柵間、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。處理后水一般達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。②二級(jí)處理：通常采用生物方法(又稱微生物法)及某些化學(xué)方法，除去水中的可降解有機(jī)物等污染物。處理后水一般可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。③三級(jí)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法等，對(duì)污水進(jìn)行深度處理和凈化。處理后水可用于綠化和景觀用水等。4．固體廢棄物的處理(1)處理原則：無(wú)害化、減量化和資源化。(2)目的：減少環(huán)境污染和資源回收利用。[問(wèn)題探究]為了防治酸雨，工業(yè)上常采用“鈣基固硫”和“活性炭聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)”。Ⅰ.鈣基固硫整個(gè)“固硫”過(guò)程涉及的反應(yīng)有①SO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(△))CaSO3；②2CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CaSO4。(1)涉及的反應(yīng)類型有哪些？提示：化合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)。(2)你認(rèn)為把工廠的煙囪造高能減少酸雨嗎？你認(rèn)為減少酸雨需要采取哪些措施？提示：不能減少酸雨，因?yàn)槿济翰](méi)有減少。措施有：少用煤作燃料，開(kāi)發(fā)新能源等。Ⅱ.活性炭聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)在較低的溫度下，將廢氣中的SO2、NOx通過(guò)一系列反應(yīng)生成銨鹽，從而變廢為寶，其工作示意圖如下所示：(3)a處SO2在活性炭表面被氧化最終生成硫酸，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示：2SO2＋O2eq\o(,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))2SO3、SO3＋H2O=H2SO4(或2SO2＋O2＋2H2O=2H2SO4)(4)b處吸收塔加入NH3后，主要與廢氣中的NO、NO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)污染氣體，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示：4NH3＋6NO=5N2＋6H2O8NH3＋6NO2=7N2＋12H2O(5)c處主要發(fā)生NH3和a處生成的H2SO4反應(yīng)轉(zhuǎn)化為銨鹽，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示：2NH3＋H2SO4=(NH4)2SO4或NH3＋H2SO4=NH4HSO4(6)活性炭的造價(jià)較高，工業(yè)上一般選用活性焦作為吸附劑來(lái)脫硫脫硝，活性焦來(lái)自煤干餾產(chǎn)品，從煤干餾產(chǎn)品中獲取苯、二甲苯的操作方法是什么？提示：蒸餾(分餾)[反思?xì)w納]環(huán)境問(wèn)題中三個(gè)需要注意的問(wèn)題(1)酸雨中的酸度主要由硫酸和硝酸造成的。它們占總酸度的90%以上。我國(guó)的酸雨以硫酸型為主，主要是燃燒含硫物向大氣中排放SO2等酸性氣體導(dǎo)致，SO2eq\o(→,\s\up7(H2O))H2SO3eq\o(→,\s\up7(O2))H2SO4。(2)一般把pH小于5.6的雨水稱為酸雨，它包括雨、雪、霧、雹等降水過(guò)程。天然降水pH在5.6左右，這是由于大氣中溶有CO2的緣故。(3)赤潮——發(fā)生在海水中，水華——發(fā)生在淡水中。[遷移應(yīng)用]1．判斷正誤，正確的劃“√”，錯(cuò)誤的劃“×”。(1)化學(xué)工作者進(jìn)行的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作可有可無(wú)，有污染治理就行()(2)化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO、NOx、SO2為次生污染物()(3)“燃煤固硫”“汽車尾氣催化凈化”都能提高空氣質(zhì)量()(4)工業(yè)廢渣和生活垃圾等固體廢棄物對(duì)環(huán)境影響不大，可不必處理()(5)污水的一級(jí)處理通常采用化學(xué)法和生物法將難溶解的污染物除去()[答案](1)×(2)×(3)√(4)×(5)×2．空氣是人類生存所必需的重要資源。為改善空氣質(zhì)量而啟動(dòng)的“藍(lán)天工程”得到了全民的支持，下列措施不利于“藍(lán)天工程”建設(shè)的是()A．推廣使用燃煤脫硫技術(shù)，防治污染B．加大石油、煤炭的開(kāi)采速度，增加化石燃料的供應(yīng)量C．實(shí)施綠化工程，防治揚(yáng)塵污染D．利用和開(kāi)發(fā)新能源汽車，消除機(jī)動(dòng)車尾氣污染B[加大石油、煤炭的開(kāi)采速度，增加化石燃料的供應(yīng)量，會(huì)加劇大氣污染物的排放，不利于“藍(lán)天工程”建設(shè)。]知識(shí)點(diǎn)二綠色化學(xué)[知識(shí)梳理]1．核心思想改變“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，減少或消除產(chǎn)品在生產(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。2．原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)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%。3．綠色化學(xué)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的要求4．開(kāi)發(fā)和利用自然資源遵循的三原則(3R原則)減量化、再利用和再循環(huán)。[問(wèn)題探究]以乙烯制環(huán)氧乙烷，有兩種方法。(1)已知原子利用率為：eq\f(期望產(chǎn)物總質(zhì)量,生成物的總質(zhì)量)×100%，試計(jì)算兩種方法的原子利用率。提示：方法一的原子利用率為：eq\f(44,44＋111＋18)×100%≈25.43%。方法二的原子利用率為：eq\f(2×44,2×44)×100%＝100%。(2)試從反應(yīng)物及產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的影響、生產(chǎn)工藝、原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)、催化劑選擇性等角度分析兩方法的優(yōu)劣。提示：方法一反應(yīng)物Cl2和Ca(OH)2對(duì)環(huán)境及設(shè)備有很大的污染性和腐蝕性，生產(chǎn)工藝分二步，產(chǎn)率和原子利用率低，成本高，反應(yīng)的選擇性低，產(chǎn)物中有大量的非期望物質(zhì)。方法二反應(yīng)物中O2無(wú)毒無(wú)污染、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原子利用率為100%，催化劑選擇性高、產(chǎn)率高、成本低，因此方法二更優(yōu)。[反思?xì)w納]1．綠色化學(xué)的特點(diǎn)(1)開(kāi)發(fā)綠色反應(yīng)，將原子利用率提高到100%。(2)使用無(wú)毒、無(wú)害、可再生的原料、催化劑、溶劑。(3)開(kāi)發(fā)綠色工藝。(4)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)綠色產(chǎn)品。2．原子經(jīng)濟(jì)原子經(jīng)濟(jì)要求反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，原子利用率達(dá)到100%，也就是說(shuō)在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中不產(chǎn)生任何廢物。化學(xué)反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)好壞用原子利用率來(lái)衡量。原子利用率＝eq\f(期望產(chǎn)物的總質(zhì)量,生成物的總質(zhì)量)×100%。[遷移應(yīng)用]1．判斷正誤，正確的劃“√”，錯(cuò)誤的劃“×”。(1)“綠色化學(xué)”就是先污染后有效治理的化學(xué)思想()(2)“綠色化學(xué)”就是指在化工生產(chǎn)中不排放任何有害物質(zhì)()(3)在汽車排氣管上安裝“催化轉(zhuǎn)化器”把CO、NO催化生成N2和CO2，符合綠色化學(xué)的理念()(4)“3R”原則(減量化、再利用和再循環(huán))是開(kāi)發(fā)和利用自然資源的基本原則()(5)植物秸稈含大量鉀元素，焚燒后作鉀肥符合“綠色化學(xué)”的思想()(6)利用陽(yáng)光發(fā)電，光解水制氫氣是解決能源危機(jī)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑()[答案](1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)√2．綠色化學(xué)提倡化工生產(chǎn)應(yīng)