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第四单元绿色化学与环境保护 选修化学与技术 1 2013高考导航 2 3 考点一环境污染的化学防治 1 煤的脱硫处理空气中的二氧化硫主要来自于含硫燃料的燃烧 矿石的冶炼和硫酸厂排放的工业废气等 由于煤的燃烧效率低 燃烧过程中排放大量的废气 4 其中的SO2及NOx对环境污染严重 对煤的脱硫处理可以采用下列方法 1 流化床 燃烧技术 钙基固硫 将脱硫剂 如石灰石 和煤混在一起 充分混合 燃烧 将硫除去 其反应原理是 5 CaO SO2 CaSO3 2CaSO3 O2 2CaSO4 最后将硫转化为CaSO4 2 实施煤炭燃烧后的烟气净化技术 对煤炭燃烧产生的烟气进行除尘 脱硫和脱氮等处理 例如 将烟气通入吸收塔 用石灰水淋洗 其反应原理是 Ca OH 2 SO2 CaSO3 H2O 2CaSO3 O2 2CaSO4 6 3 微生物脱硫技术 煤炭中主要以FeS2的形式存在的硫 在微生物作用下 利用O2将其氧化为硫酸盐或硫酸从煤中分离而除去 其反应原理是 7 2 固体废弃物的处理 1 废旧钢铁的回收处理废旧钢铁可用于钢铁冶炼 用生铁炼钢时 可加入一定量的废旧钢铁进行冶炼 充分利用资源 8 2 高炉炉渣的处理炉渣是一种工业废弃物 不同的炉渣因成分的不同而处理方法不同 高炉炉渣中含有P S等元素 可用于生产磷肥 渣砖和水泥 9 3 废旧塑料的处理随着石油工业的发展 塑料制品用量增多 白色污染 日趋严重 聚苯乙烯泡沫塑料是造成 白色污染 的主要来源 经加热裂解后再制苯乙烯 反应原理是 10 11 3 从农业废弃物中获得能量有机物在一定温度 湿度 酸碱度下通过沼气菌的分解 代谢作用能产生沼气 主要成分是CH4 12 沼气池生产的沼气用做燃料 属可再生能源 解决能源紧缺问题 残渣除含丰富的氮 磷 钾等常量元素外 还含有对农作物生长起重要作用的硼 铜 铁 锰 锌等微量元素 是一种非常好的有机肥料 13 即时应用1 合成氨工艺流程如下图所示 回答相关问题 14 1 不同的原料生产氢气其经济指标如下表 15 从上表数据及自然资源来看最具发展前景的是 A 天然气B 石脑油C 重油D 煤焦 2 脱硫工艺一般是通过金属氧化物来实现的 通过三步反应最后再生成金属氧化物 并得到单质硫 请补充第三步反应 16 17 3 气体的精制经净化过的气体仍有少量的CO等有害气体 常用的方法有铜洗法和甲烷化法 CO g Cu NH3 2Ac NH3 l Cu NH3 3CO Ac 正反应放热 反应在铜洗塔中进行 吸收后的铜液送到再生器中 在再生器处解吸CO 适宜条件是 18 解吸后铜液循环使用 甲烷化法则是把CO CO2转化为对氨合成无害的CH4 主要反应是CO g 3H2 g CH4 g H2O g 正反应放热 甲烷化的条件是 19 20 21 解析 本题考查了平衡原理在工业生产中的应用 1 发展前景一方面从成本比较 另一方面还要比较能量消耗 综合两者天然气更具前景 2 补充方程式的关键是理解题意 最后生成金属氧化物和硫单质 反应 中生成SO2 要将SO2转化成硫单质 金属硫化物中硫显 2价 SO2中硫显 4价 通过两者 22 归中反应可制得硫 3 将CO解吸出来 要使平衡向逆反应方向移动 甲烷化的条件是平衡正向移动 高压和适宜温度 4 压强增大 平衡向正反应方向移动 观察图像 y也增大 提高H2的比例 y先增大后减小 y可能是平衡时混合气体中氨气的体积分数 23 观察图像可知 当略小于3 1时 氨气的体积分数在相同条件下最大 24 考点二绿色化学 原子经济1 绿色化学 的含义 绿色化学 要求利用化学原理从源头消除污染 减少或消除在化工产品的设计 生产及应用中有害物质的使用和产生 25 2 原子经济性原子经济性要求反应物的原子全部转变成最终产物 原子利用率达到100 也就是说在化学反应过程中不产生任何废物 化学反应的原子经济性的好坏用原子利用率来衡量 26 原子利用率 100 由于反应中生成的副产物通常并不清楚或者不易确定 故有人提出 原子经济百分数 概念 27 原子经济 100 28 3 绿色化学的主要原则一些化学家曾提出绿色化学的12条原则 其中关键的是 1 使用无毒 无害的原料或可再生资源 29 2 生产利用的化学反应是原子经济反应 即生产中使用的反应物在反应中被充分利用 反应物中各元素的原子全部转入生成物中 3 生产过程使用的催化剂是无毒 无害 有高选择性的 使用的溶剂也应是无毒 无害的 30 4 生产过程的能耗要低 最好能在常温常压下实现 5 选择化学生产过程中需要的物质 应尽量使发生化学意外事故的几率和危害性降低到最小程度 得到的产品在不能使用后要可降解成无害物质 31 4 绿色化学工艺的基本特点 1 原料绿色化 如用农业性 生物性原材料等可再生资源代替石油产品制备有机物 2 催化剂绿色化 提高反应速率 生产效率 减少化学转化的步骤和使用的试剂 32 3 溶剂绿色化 超临界CO2的应用 4 产品绿色化 生产和使用对人类和环境无害的化学产品 33 5 绿色化学产品的特征 1 产品的使用不会引起人类的健康问题和环境污染问题 不会对生态环境造成危害 2 产品失去使用价值后 可以再循环利用制造成新产品 或者可以在环境中降解为无害物质 34 特别提醒绿色化学提出的目标和任务不是被动地治理环境污染 而是主动地防止化学污染 这也是绿色化学和环境保护两个概念不同的地方 绿色化学是 防 环境保护是 治 只有从根本上切断污染源 才能真正做到保护环境 35 即时应用2 绿色化学的核心内涵是在反应过程中和化工生产中 尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质 美国斯坦福大学BarryTrost教授提出了绿色化学下的原子经济的概念 最理想的原子经济是全部反应物的原子嵌入期望的最终产物中 不产生任何废弃物 这时的原子经 36 济百分数便是100 原子经济百分数的计算公式为 原子经济 100 37 回答下列有关问题 1 下面叙述错误的是 填编号 下同 绿色化学和环境化学都是研究环境保护和治理的 绿色化学不是被动的治理环境 而是主动地防止环境污染 38 绿色化学保护了环境 而且也能给有关企业带来巨大的经济利益 2 硝酸工业的尾气中主要含NO NO2气体 下列关于它们的危害的叙述中 正确的是 形成酸雨 破坏臭氧层 NO能刺激呼吸道 NO2能跟血红蛋白作用生成二氧化氮血红蛋白而引起中毒 39 NO NO2在空气中形成褐色或黄色毒性很大的烟雾工厂里常采用NaOH溶液吸收NO NO2 使其转化为化工产品NaNO2 请写出其化学反应方程式 其原子经济百分数为 40 3 细菌冶金 是绿色化学思想的一种体现 其原理是利用某些细菌的特殊代谢功能开采金属矿石 例如溶液中氧化亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气将硫铁矿 主要成分FeS2 氧化为Fe2 SO4 3 并使溶液酸性增强 41 该过程的化学反应方程式为 人们可利用Fe2 SO4 3作强氧化剂溶解铜矿石 Cu2S 然后加入铁屑进一步得到铜 该过程中发生的离子反应方程式 请补充完整并配平 42 43 4 有人将反应中产生的NO收集到一个固定容积的密闭容器中 并在常温下将其压缩到1 01 107Pa 然后加热至50 时 发现气体的压力迅速下降 当温度恢复到常温 压强降至略小于1 01 107Pa的2 3时 就不再改变 已知此过程中有一种产物是N2O 请写出生成N2O的反应方程式 44 解释最后的气体压强略小于1 01 107Pa的2 3原因 45 解析 1 绿色化学是主动防止污染 环境化学是被动的治理污染 错误 2 根据原子经济百分数的公式可知 100 88 5 4 根据题给信息可以写出方程式 3NO N2O NO2 最后的气体压强略小于1 01 107Pa的2 3 主要是因为 46 平衡2NO2 N2O4的存在 导致气体分子数减少 压强减小 答案 1 2 NO NO2 2NaOH 2NaNO2 H2O88 5 47 48 某些废旧塑料可采用下列方法处理 将废塑料隔绝空气加强热 使其变成有用的物质 实验装置如下图所示 49 50 加热聚丙烯废塑料得到的产物如下表 1 试管A中残余物有多种用途 如下列转化就可制取高聚物聚乙炔 51 写出反应 的化学方程式 52 2 试管B收集到的产品中 能使酸性高锰酸钾溶液褪色的物质其一氯代物有 种 3 锥形瓶C中观察到的现象是 53 经溴水充分吸收 剩余气体经干燥后的平均相对分子质量为 4 写出C中逸出的气体在工业上的两种用途 54 55 答案 1 CaC2 2H2O Ca OH 2 C2H2 2 4 3 棕黄色溶液变为无色或褪色4 8 4 合成氨原料作燃料或有机化工原料 其他合理答案均可 56 绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率 原子利用