暑假专题——绿色化学与环境保护.doc

暑假专题绿色化学与环境保护【本讲教育信息】一. 教学内容：暑假专题绿色化学与环境保护二. 教学目标： 1. 知识与技能目标 （1）了解环境污染的状况和有关的环境问题。 （2）了解绿色化学的概念和环境保护的措施。 （3）原子经济性的概念和原子利用率的计算。 2. 过程与方法目标 认识化学在环境保护中的作用，树立绿色化学的观念和环境保护的意识。 3. 情感态度与价值观目标 通过环境保护和绿色化学的有关知识，使学生加强环保意识并培养绿色化学的理念。三. 教学重难点 绿色化学的概念和原子利用率的计算教学过程一. 人类面临的环境问题及解决措施（一）环境问题 1. 温室效应 2. 臭氧层空洞 3. 酸雨 4. 光化学烟雾 5. 水源污染（富营养化）：如水华、赤潮 6. 重金属污染 7. 森林减少、水土流失、土地荒漠化（二）例题分析：环境问题及解决措施 1. 臭氧层空洞： 高空大气中O2吸收紫外线可变成臭氧（O3），而冰箱中的致冷剂氟里昂在紫外线作用下分解出氯原子，氯原子能加速臭氧的分解，从而破坏平流层中的臭氧层。同样超音速飞机的尾气及发动机尾气中的NO也能加快O3的分解，反应式如下：NO+O3NO2+2O；NO2+ONO+O2。请你写出总的反应式： ；其中NO的作用是 和 。 分析：通过化学反应方程式的加和可以得到总的反应式：。通过第一个反应式可知NO作还原剂，由总反应式可知NO作催化剂。 2. 水源污染（富营养化）： （）工、农业及城市生活污水中含磷。家用洗涤剂是污水中磷的一个重要来源(洗涤剂中含有磷酸钠)。关于处理污水时要不要除去磷的说法正确的是 A. 磷是生物所需的营养元素，不必除去 B. 含磷的污水是很好的肥料，不必除去 C. 含磷污水排到自然水中引起藻类增殖，使水变质，必须除去 D. 磷对人无毒，除去与否都无关紧要 分析：含磷的污水是水污染的重要来源之一，这种含营养元素(N、P、K等)的污水排入自然水中，会使水中微生物和藻类大量繁殖、生成、腐败，从而使水中的溶解氧大量减少引起水中生物死亡、水质恶化，降低了水的使用价值。答案：C。 （2）赤潮： 我国沿海出现了大面积赤潮，它造成的严重后果是 。赤潮是水体富营养化的结果，主要是因为滥用 等，使水中含有大量的 元素对应的离子。为了防止水污染，我国许多地区已经对洗衣粉的成分加以限制，不得再销售含有 （从下述选项中选）的洗衣粉。 A. 硅酸钠 B. 烷基苯磺酸钠 C. 三聚磷酸钠 D. 蛋白质 分析：赤潮是红藻、蓝藻等在较短时间内大量繁殖形成的，在此期间，藻类分泌毒素，并且消耗水中的溶解氧，造成水质恶化和鱼类死亡。水体富营养化是因为滥用氮肥、磷肥、农药和城镇废水排放等，使水中含有大量的氮、磷元素。含磷洗衣粉是严禁使用的，其中含有三聚磷酸钠。 3. 酸雨： （1）自然界“酸雨”形成的原因主要是： A. 未经处理的工业废水的任意排放 B. 大气中二氧化碳含量增多 C. 工业上大量燃烧含硫的燃料和金属矿石的冶炼 D. 汽车排放的尾气和燃料不完全燃烧产生的气体 分析：自然界中的酸雨主要是硫酸雨，这是由于大气中SO2和SO3含量过高造成的，形成这种情况的主要原因是工业大量燃烧含硫的燃料和金属矿石的冶炼，汽车尾气的排放不是主要原因。 （2）硫氧化物（SOX）和氮氧化物（NOX）是酸雨形成的主要元凶，工业上常利用一些廉价易得的化学物质反应加以控制、消除或回收利用。请举例说明这些方法的原理和类型。 分析：针对我国以煤炭为主、酸雨类型属于硫酸型的特点，主要采取燃料预脱硫、炉内脱硫和烟囱排气除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3水等吸收脱硫。 CaO(s)+SO2(g)CaSO3(s) 2CaSO3(s)+O2(g)2CaSO4(s) SO2 + 2NH3+H2O=(NH4)2SO3 4. 光化学烟雾： 大气污染物一氧化氮、二氧化氮和某些碳氢化合物在太阳光紫外线的照射下，在低空大气中发生复杂的光化学反应（大气中的氧气也参加了反应），形成白色或浅兰色有特殊气味的光化学烟雾。 光化学烟雾中主要含二次污染物如醛类、酮类、臭氧、过氧硝酸、乙酰酯等。光化学烟雾严重危害人体健康，损害植物及橡胶制品等。 （1）汽车尾气污染 汽车尾气(含有烃类、CO、SO2与NO等物质)是城市空气的污染源。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂）。它的特点是使CO和NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。 （1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式。 （2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因是SO2转化成SO3，SO3遇水生成硫酸。 （3）控制城市空气污染源的方法可以有ABC。 A. 开发氢能源 B. 使用电动车 C. 植树造林 D. 戴上呼吸面具二. 绿色化学与环境保护 1. 绿色化学有关概念 （1）核心：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。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。 绿色化学的理想在于不再使用有毒有害的物质，不再产生废物，不再处理废物，这是一门从源头上阻止污染的化学。 （2）绿色化学的研究主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的,因此化学反应及其产物具有以下特征： A. 采用无毒、无害的原料； B. 在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行； C. 产品应该是环境友好的； D. 具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。此外，它还应当满足“物美价廉”的传统标准。 2. 原子经济性 原子经济性在化学合成特别是有机合成中，减少废物的关键是提高选择性问题，即选择最佳反应途径，使反应物原子尽可能多地转化成产物原子，最大限度地减少副产物，才会真正减少废物的生成。美国著名有机化学家TROST在1991年首先提出“原子经济性”的概念：认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中（如完全的加成反应：A+B=C），达到零排放。原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义可表示为：原子利用率= 100% 经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。【典型例题】 例1. 在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是 讲解：根据原子利用率内涵，副产物越少原子利用率越高。C项的副产物为0，则原子利用率为100%，答案为C。也可以分别计算其他方法的原子利用率，再比较。A项原子利用率100%42.3%；B项原子利用率100%25.4%；C项原子利用率100%100%；D项原子利用率100%23.7%。所以原子利用率大小：CABD。答案：C。 例2. 工业上合成氨的原料之一为氢气，其来源之一是利用石油气的有关成分如丙烷(C3H8)制取。以下途径，假设反应都能进行，从经济效益考虑最合理的反应是（C） A. C3H83C+4H2 B. C3H8C3H6+H2 C. C3H8+6H2O3CO2+10H2 D. 2H2O2H2+O2 答案：选C。【随堂练习】 1. 绿色化学对于化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列几种生产乙苯()的方法中，原子经济性最好的是(反应均在一定条件下进行)（C）A. B. C. D. 2. “绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。在用CH3C=CH合成CH2=C(CH3)COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要其他的反应物有（A） A. CO和CH3OH B. CO2和H2O C. H2和CO2 D. CH3OH和H2【模拟试题】一. 填空： 1. 下列事实或名词与环境污染无关的是( ) A. 温室效应 B. 酸雨 C. 光化学烟雾 D. 潮汐 2. 能源问题是当今世界发展的一个主要问题。下列能源符合“绿色化学”的概念的是（ ） A. 氢气 B. 煤 C. 沼气 D. 石油 3. 20世纪90年代初，国际上提出了“预防污染”这一概念，绿色化学是预防污染的重要手段之一，下列各项属于绿色化学的是（ ） A. 治理污染 B. 杜绝污染源 C. 减少有毒物 D. 处理废弃物 4. 2005年6月5日是第34个世界环境日，联合国环境署确定今年的活动主题是“营造绿色城市，呵护地球家园”。我国环保总局确定的主题是“人人参与,创建绿色家园”，下列活动不符合这一主题的是 ( ) A. 推广垃圾分类存放，分类回收，分类处理 B. 改革传统采煤时将煤层气（瓦斯气，主要成分甲烷）直接排入空气的做法，先开采和综合利用煤层气，然后再采煤 C. 推广使用液化石油气（LPG）替代汽油和柴油作公交车和出租车的燃料 D. 将工厂的烟囱造高，以减少工厂周围的大气污染 5. 我国三峡工程所提供的清洁、廉价、强劲、可再生能源水电，相当于每年燃烧3000万吨原煤的火力发电厂产生的电能，因此三峡工程有助于控制( ) 温室效应 形成酸雨 空气中的固体颗粒浓度 白色污染 A. 只有 B. 只有 C. D. 6. 废电池伴着生活垃圾将是人类环境的新公害。下列哪种组合中的元素均是废电池中所含的有害元素?( ) A. Hg、Pb、C、Na B. Cu、K、S、P C. Hg、Pb、Mn、Ni D. Br、N、Pb、As 7. 工、农业及城市生活污水中含磷，家用洗涤剂是污水中磷的一个重要来源(洗涤剂中含有磷酸钠)，对于处理污水时要不要除去磷，下列说法中正确的是( ) A. 磷是生物的营养元素，不必除去 B. 含磷的污水是很好的肥料，不必除去 C. 含磷污水引起藻类增殖，使水变质，必须除去 D. 磷对人无毒，除去与否都无关紧要 8. 倡导“免赠贺卡”、“免用一次性木筷”的出发点是( ) A. 减少个人经济支出 B. 节约木材，保护森林 C. 减少扔弃垃圾 D. 阻止传染疾病 9. 工业上制取硫酸铜不是直接用浓硫酸与铜反应，而是将铜丝浸入稀硫酸中并不断地从容器下部吹入细小的空气泡，这样做的优点是( ) 节省能源 不产生污染大气的SO2 提高了H2SO4的利用率 提高了Cu的利用率 A. B. C. D. 全部 10. 近年来，我国某些地区出现了私自滥采黄金的现象，提炼过程一般要使用化学药品氰化物，其直接后果是( ) 污染水体 破坏臭氧层 危害工人的生命与健康 破坏植被 A. B. C. D. 11. 1838年3月纽卡斯尔市的一些园艺家访问大物理家法拉第，向他请教一个奇特而有趣的问题：为什么别处生长的紫罗兰花都是紫色的，而生长在纽卡斯尔市的紫罗兰却是白色的?法拉第经过一番研究，得出结论，后来被化学家证实并在工业上广泛应用。法拉第的结论是( ) A. 遗传变异 B. 纽卡斯尔市民用自来水浇花 C. 施花肥不当 D. 纽卡斯尔空气中SO2含量较高 12. 为了减少大气污染，许多城市推广汽车使用清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类，一类是压缩天然气(CNG)，另一类是液化石油气(LPG)。这两类燃料的主要成份都是( ) A. 碳水化合物 B. 碳氢化合物 C. 氢气 D. 醇类二. 计算题 13. 欲测定烟雾中的SO2含量，可做下列实验：取100L该空气(标准状况)，通过盛放