2024年高中化学新教材同步必修第二册 第八章 第3节　环境保护与绿色化学

第三节环境保护与绿色化学[核心素养发展目标]1.了解环境污染的主要因素、危害及防治的方法，认识化学对环境保护的重要意义，培养保护环境的科学态度和社会责任。2.了解“绿色化学”“原子经济性反应”的内涵，知道它们在对利用资源、保护环境中的重要意义，加强环境保护意识并培养绿色化学的理念。一、化学与环境保护1．环境保护(1)环境问题：主要是指由于人类不合理地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。(2)环境保护的任务①环境监测：对污染物的存在形态、含量等进行分析和测定，为控制和消除污染提供可靠的数据。②治理工业“三废”(废气、废水、废渣)。③寻找源头治理环境污染的生产工艺，杜绝污染物的排放，能从根本上解决环境问题。2．大气污染物来源及次生污染物的形成思考1含硫氧化物和含氮氧化物是形成酸雨的主要物质。工业上常利用它们与一些物质发生反应加以控制、消除和回收利用。请举例说明这些方法所依据的化学反应和反应类型。提示(1)含硫物质一般用石灰石­石膏法脱硫：SO2＋Ca(OH)2=CaSO3＋H2O，非氧化还原反应；2CaSO3＋O2=2CaSO4，化合反应、氧化还原反应。(2)工业尾气中的NOx一般用烧碱吸收，汽车尾气一般进行催化转化。①碱液吸收：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O、NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O，氧化还原反应。②催化转化：2NO2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化剂))N2＋4CO2，氧化还原反应。3．污水的处理(1)常用的污水处理方法：物理法、化学法和生物法等。(2)污水处理的常用化学方法：中和法、氧化还原法、沉淀法等。(3)污水处理的流程思考2含氮、磷元素的大量污水任意排入河流、湖泊和近海水域，会出现水华、赤潮等水体污染问题。你认为在城市和农村出现这种水体污染各有什么特点？请查阅资料，了解有关的污染及治理情况，并与同学交流。提示导致水华、赤潮现象的原因，从农村方面来说，主要是人们的日常生活、水产及禽畜养殖等产生的污水或固体废弃物未经处理排放，化肥的不当施用等；从城市方面来说，主要是人们的生活污水及工业生产废水的排放等。水华、赤潮现象达到一定程度，会使饮用水(淡水)水源受到威胁，水生生物大量减少，生态遭到破坏，水产养殖业更是面临毁灭性打击。预防水华、赤潮现象的发生，一要少用或不用含氮、磷洗涤剂，合理施用化肥，适量向水产养殖区投放饲料等；二要对产生的含氮、磷的废水、固体废弃物做科学合理的处理。4．固体废物的处理(1)处理原则：无害化、减量化和资源化。(2)目的：减少环境污染和资源回收利用。1．判断正误(1)化学工作者进行的环境质量监测工作可有可无，有污染治理就行()(2)化石燃料燃烧产生的CO、NOx、SO2为次生污染物()(3)“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都能提高空气质量()(4)工业废渣和生活垃圾等固体废弃物对环境影响不大，可不必处理()(5)污水的一级处理通常采用化学法和生物法将难溶解的污染物除去()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×2．“打赢蓝天保卫战，建设美丽中国”。下列做法与这一理念不相符的是()A．将废旧电池进行直接填埋，减少对环境的污染B．开发核能、太阳能、风能等新能源，减少对矿物能源的依赖C．将煤进行气化处理，既提高煤的综合利用效率，又可减少酸雨的危害D．利用微生物发酵技术，将植物秸秆、动物粪便等制成沼气答案A解析A项，废旧电池做填埋处理，电池中的重金属离子会对土壤造成污染，符合题意；B项，开发新能源，减少对矿物能源的依赖，有利于保护环境，不符合题意；C项，将煤进行气化处理，可以提高煤的综合利用效率，减少污染性气体的排放，减少酸雨的危害，不符合题意；D项，利用微生物发酵技术，将植物秸秆、动物粪便等制成沼气以替代液化石油气，减少污染性气体的排放，不符合题意。3．(2023·济南高一阶段检测)以下氧化物的主要来源与其引起的环境问题对应正确的是()选项氧化物环境问题主要来源ACO2酸雨化石燃料的燃烧BSO2光化学烟雾汽车尾气的排放CNO2温室效应工厂废气的排放DCO煤气中毒煤炭的不完全燃烧答案D解析化石燃料的燃烧产生的CO2过度排放不会产生酸雨污染，只会形成温室效应，A不符合题意；汽车尾气主要成分不是SO2，且SO2污染不会产生光化学烟雾污染，应该是汽车尾气中产生的氮氧化物，引起光化学烟雾，B不符合题意；工业废气中的氮氧化物NOx不会造成温室效应，C不符合题意；煤炭的不完全燃烧产生CO，会引起煤气中毒即CO中毒，D符合题意。二、绿色化学1．核心思想绿色化学也称环境友好化学，其核心思想就是改变“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。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，原子利用率达到100%。原子利用率＝eq\f(期望产物的总质量,生成物的总质量)×100%思考以乙烯合成环氧乙烷有以下两种方法：方法一：CH2=CH2＋Cl2＋Ca(OH)2→＋CaCl2＋H2O方法二：2CH2=CH2＋O2eq\o(→,\s\up7(Ag))(1)①方法一的原子利用率是多少？写出计算式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②方法二的原子利用率是__________。(2)从绿色化学的思想分析方法2的优点是___________________________。(3)我们学过的四种基本反应类型中，最符合绿色化学原子经济性反应的是____________，在有机化学反应中有__________________。答案(1)①原子利用率：eq\f(m环氧乙烷,m环氧乙烷＋mCaCl2＋mH2O)≈25.4%②100%(2)不使用有毒原料Cl2，原子利用率100%，更符合原子经济性反应(3)化合反应加成反应、加聚反应3．绿色化学对化学反应的要求4．开发和利用自然资源遵循的三原则(3R原则)减量化、再利用和再循环。1．判断正误(1)“绿色化学”就是污染后有效治理的化学思想()(2)“绿色化学”就是指在化工生产中不排放任何有害物质()(3)“3R”原则(减量化、再利用和再循环)是开发和利用自然资源的基本原则()(4)植物秸秆含大量钾元素，焚烧后作钾肥符合“绿色化学”的思想()(5)利用阳光发电，光解水制氢气是解决能源危机，实现可持续发展的有效途径()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√2．绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染。下列不符合绿色化学理念的是()A．尽可能使用无毒无害的原材料B．尽可能减少生产过程中的能量消耗C．治理产生的污染优于防治污染的产生D．尽可能采用对人类和环境低毒或无毒的合成路线答案C解析生产中使用无毒无害的原材料，可有效减少生产过程中对环境的污染，故A正确；减少生产过程中能量损耗，可以减少化石燃料的利用，可有效防止环境污染，故B正确；绿色化学理念应是从源头上防止或减少污染而不是先污染后治理，故C项不符合绿色化学理念；制造产品时，采用对人类和环境低毒或无毒的合成路线，可有效减少生产过程对环境的污染，故D项符合绿色化学理念。3．(2023·衡水中学高一期末)“绿色化学实验”已走进课堂，下列做法符合“绿色化学”要求的是()①实验室收集氨气采用图1所示装置②实验室做氯气与钠的反应实验时采用图2所示装置③实验室用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与酸反应生成铵盐的实验④实验室中采用图3所示装置进行铜与稀硝酸的反应A．②③④ B．①②③C．①②④ D．①③④答案C解析实验①可防止氨气污染空气，实验②对尾气进行吸收处理，可有效防止氯气污染空气，实验④中，铜丝可以活动，能有效地控制反应的发生与停止，用气球收集反应产生的污染性气体，防止污染空气，故实验①②④均符合“绿色化学”的思想；实验③中，氨气与氯化氢气体直接扩散到空气中，会对空气造成污染，不符合“绿色化学”的思想。1．(2023·青岛高一检测)下列实验或叙述符合绿色化学理念的是()A．加热Cu和浓硫酸的混合物制备CuSO4B．催化剂作用下乙烯和水反应制备乙醇C．使用含铅汽油，降低汽车噪声D．用稀硝酸和铜反应制取Cu(NO3)2答案B解析Cu和浓硫酸反应生成CuSO4、SO2和H2O，SO2污染空气，故不选A；催化剂作用下乙烯和水发生加成反应生成乙醇，原子利用率为100%，符合绿色化学理念，故选B；铅是重金属，能污染土壤，使用含铅汽油，降低汽车噪声，容易引起重金属污染，故不选C；稀硝酸和铜反应生成Cu(NO3)2、NO和H2O，NO污染空气，故不选D。2．下列有关环境保护与绿色化学的叙述不正确的是()A．形成酸雨的主要物质是硫的氧化物和氮的氧化物B．大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程产生的废气C．绿色化学的核心就是如何对被污染的环境进行无毒无害的治理D．燃煤烟气脱硫的石灰石­石膏法，可将烟气中的二氧化硫转化为硫酸钙答案C解析绿色化学的核心是从源头上杜绝污染产生，而不是先污染后治理，故C错误；石灰石高温时分解成的生石灰与煤燃烧时产生的二氧化硫反应生成亚硫酸钙，最终被氧化成硫酸钙而起到处理硫的目的，故D正确。3．下列活动不符合“如何应对气候变化、提升经济绿色水平，实现人类可持续发展”这一主题的是()A．机动车实行限行措施是减少雾霾的途径之一B．推广使用可降解塑料及布袋购物，以减少“白色污染”C．通过吸收空气中的CO2并利用廉价能源合成汽油，可推广“绿色自由”计划D．将秸秆焚烧可得富含钾肥的草木灰，焚烧是一种较为理想的秸秆处理办法答案D解析焚烧秸秆会污染大气，增加雾霾的产生，D项符合题意。4．活性炭联合脱硫脱硝技术(AC)是一种比较成熟的脱硫脱硝技术，可以在较低的温度下，将废气中的SO2、NOx通过一系列反应生成铵盐，从而变废为宝，其工作示意图如图所示：(1)SO2在活性炭表面被氧化最终生成硫酸，反应的化学方程式为______________________。(2)吸收塔加入NH3后，可脱除废气中的NO、NO2，写出NO和NO2分别和NH3反应的化学方程式：______________________________、____________________。(3)NH3和吸收塔中生成的H2SO4反应，会生成铵盐，写出反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(4)活性炭的造价较高，工业上一般选用活性焦作为吸附剂来脱硫脱硝，活性炭来自煤干馏产品，煤的干馏为________(填“物理”或“化学”)变化，从煤干馏产品中获取苯、二甲苯的操作方法为__________________________________________________________。答案(1)2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3、SO3＋H2O=H2SO4(或2SO2＋O2＋2H2O=2H2SO4)(2)4NH3＋6NO=5N2＋6H2O8NH3＋6NO2=7N2＋12H2O(3)2NH3＋H2SO4=(NH4)2SO4(或NH3＋H2SO4=NH4HSO4)(4)化学蒸馏(或分馏)解析(1)在反应中，SO2可以在活性炭表面被O2氧化为SO3，进而和H2O反应生成H2SO4。(2)NH3和NO、NO2反应时，NH3为还原剂，NO、NO2为氧化剂最终生成N2和H2O。(3)NH3和生成的H2SO4反应可生成(NH4)2SO4或NH4HSO4。(4)煤的干馏为化学变化，从煤焦油中获取苯及二甲苯等原料应采取蒸馏或分馏的方法。题组一化学与环境保护1．十九大报告提出：必须树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，你认为下列做法与这一理念不相符的是()A．工业废水经处理达标后排放B．植树造林，增大绿化面积C．将废弃塑料焚烧处理D．对含硫燃料预先进行脱硫处理，使能源更清洁答案C解析工业废水经处理达标后排放可减少水体污染；植树造林，增大绿化面积，改善空气质量，也可以减少水土流失；将塑料焚烧会污染空气，方法不合理；对含硫燃料预先进行脱硫处理，可以减少SO2等污染气体的排放，使能源更清洁。2．(2022·天津市第二南开中学高一检测)下列不符合“绿色发展，保护生态环境”理念的是()A．含酶洗衣粉代替含磷洗衣粉B．使用太阳能路灯，节能又环保C．用秸秆、粪便生产沼气，实现垃圾资源化D．露天焚烧废旧塑料，减少白色污染答案D解析含酶洗衣粉代替含磷洗衣粉可减少水体富营养化、水华、赤潮等水污染，A不符合题意；植物秸秆、枝叶、杂草含有生物质能，可通过发酵制取甲烷，从而有效利用生物质能，实现垃圾资源化，C不符合题意。3．(2021·湖南，1)下列有关湘江流域的治理和生态修复的措施中，没有涉及化学变化的是()A．定期清淤，疏通河道B．化工企业“三废”处理后，达标排放C．利用微生物降解水域中的有毒有害物质D．河道中的垃圾回收分类后，进行无害化处理答案A解析定期清淤，疏通河道，保证河流畅通，没有涉及化学变化，A符合题意。4．下列说法正确的是()A．利用煤燃烧放出热量使水分解产生氢气，是氢能开发的研究方向B．“白色垃圾”“地沟油”均属于高分子材料，都对环境有害C．聚氯乙烯制品可倾倒在海洋中处理D．光化学烟雾、硝酸型酸雨的形成都与氮氧化合物有关答案D解析煤燃烧会产生大量的SO2等污染物，用其放出的热分解水产生氢气，效益低，故A错误；“白色垃圾”主要成分为塑料，属于高分子材料，“地沟油”主要成分为油脂，不属于高分子材料，故B错误；聚氯乙烯制品不易降解，不能倾倒在海洋中处理，故C错误。题组二绿色化学5．绿色化学要求从根本上消除污染，是一门能阻止污染产生的科学。它包括“绿色生产”和“绿色销毁”等内容。某地在整顿音像市场的活动中，查获了一批盗版光盘，并进行了“绿色销毁”。下列做法中，属于“绿色销毁”的是()A．泼上汽油焚烧B．深埋于土壤中C．倾倒入江河中D．碾压粉碎后再回收利用答案D解析A项，泼上汽油焚烧，浪费能源，并产生污染性气体；B项，深埋于土壤中，会造成土壤污染和地下水污染；C项，倾倒入江河中，会造成水污染；D项，碾压粉碎后再回收利用可节约资源，实现循环利用，同时减少污染。6．在“绿色化学”工艺中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是()①置换反应②化合反应③分解反应④取代反应⑤加成反应A．①②B．②⑤C．②④D．①③答案B解析上述反应中，②化合反应、⑤加成反应中反应产物只有一种，原子利用率达到100%，而置换反应、分解反应、取代反应生成物不止一种，不能满足原子利用率为100%。题组三环境保护与可持续发展7．(2021·山东，1)有利于实现“碳达峰、碳中和”的是()A．风能发电 B．粮食酿酒C．燃煤脱硫 D．石油裂化答案A解析“碳达峰”是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低；“碳中和”是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。8．化学与人类生产、生活、社会可持续发展密切相关，下列说法不正确的是()A．“天宫一号”中使用的碳纤维，是一种新型无机非金属材料B．为防止富脂食品氧化变质，常在包装袋中放入生石灰C．开发新能源，减少对化石燃料的依赖，可以促进低碳经济D．“静电除尘”“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都能提高空气质量答案B解析碳纤维的成分为碳单质，为无机物，是一种新型无机非金属材料，A正确；生石灰只能吸收水分，不能吸收氧气，所以加入生石灰不能防止富脂食品被氧化变质，B错误；开发新能源，减少对化石燃料的依赖，可以促进低碳经济，C正确；“静电除尘”“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都可减少污染气体的排放，能提高空气质量，D正确。9．下列关于垃圾分类的说法正确的是()A．废电池、过期药品属于有害垃圾，无需回收，为防止污染环境应当深埋处理B．其他垃圾包括使用过的一次性口罩、烟头等物品无法利用，应当弃去不要C．废纸类、废塑料、废玻璃、废金属、废油漆桶等属于可回收物D．厨余垃圾经生化处理转化为沼气和有机肥料，从而生产绿色有机食品和清洁燃料答案D解析废电池、过期药品属于有害垃圾，需要回收经过特殊处理，故A错误；使用过的一次性口罩为医疗垃圾，应回收经过特殊处理，故B错误；废油漆桶为有害垃圾，不属于可回收物，故C错误；厨余垃圾富有营养，可以生化处理或者堆肥，减少环境污染，同时变废为宝，故D正确。10．(2023·南京高一检测)“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，理想状态是反应中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。下列反应中最符合“绿色化学”概念的是()A．溴乙烷在碱性条件下制备乙醇：CH3CH2Br＋NaOHeq\o(→,\s\up7(H2O),\s\do5(△))CH3CH2OH＋NaBrB．合成甲基丙烯酸甲酯：CH3C≡CH＋CO＋CH3OHeq\o(→,\s\up7(Pd))CH2=C(CH3)COOCH3C．以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜：Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2OD．FeCl3溶液制Fe(OH)3胶体：FeCl3＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Fe(OH)3(胶体)＋3HCl答案B解析溴乙烷在碱性条件下制备乙醇，除了乙醇外还有副产物NaBr，不符合原子利用率为100%，A项错误；合成甲基丙烯酸甲酯，所有反应物均变成产物，原子利用率为100%，B项正确；以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜，会有副产物NO2和H2O，C项错误；FeCl3溶液制Fe(OH)3胶体，有副产物HCl，D项错误。11．如图是某研究小组采用电解法处理石油炼制过程中产生的大量H2S废气的工艺流程。该方法对H2S的吸收率达99%以上，并可制取H2和S。下列说法正确的是()A．吸收H2S的反应的离子方程式为Fe3＋＋H2S=Fe2＋＋S↓＋2H＋B．吸收H2S的反应的离子方程式为2Fe3＋＋3H2S=2Fe2＋＋3S↓＋6H＋C．实验室可用点燃的方法消除H2S对环境的污染D．该工艺流程体现了绿色化学思想答案D解析FeCl3有氧化性，H2S有还原性，二者在溶液中发生反应的离子方程式为2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓＋2H＋，A、B项错误；若点燃H2S，则发生反应：2H2S＋3O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2SO2＋2H2O，燃烧产物SO2也是大气污染物，C项错误；电解的产物又重新用来吸收石油炼制过程中产生的大量H2S废气，物质得到充分利用，该工艺流程体现了绿色化学思想，D项正确。12．“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如图所示(部分条件及物质未标出)。下列有关该方法的叙述正确的是()①能耗小是该方法的一大优点②整个过程中，有两种物质可以循环利用③“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是过滤、蒸发、结晶④该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品A．①③B．②④C．③④D．①④答案B解析根据题中信息可知，基本过程中有两个反应：①二氧化碳与氢氧化钠溶液反应；②碳酸钙的高温分解，循环利用的物质有CaO和NaOH两种物质，捕捉室中的反应为二氧化碳与氢氧化钠反应，得到Na2CO3，Na2CO3和CaO在溶液中反应得到NaOH和CaCO3，由此可分析判断。①碳酸钙高温分解需要消耗大量的能量，不正确；②氧化钙与氢氧化钠可以循环使用，正确；③碳酸钙不溶于水，所以“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是过滤，不正确；④工业上可以用CO2合成甲醇，正确。13．绿色化学是预防污染的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节中都实现净化和无污染。(1)下列各项符合“绿色化学”要求的是______________________(填字母)。A．处理废弃物 B．治理污染点C．减少有毒物 D．杜绝污染源(2)某化工厂排放的污水中含有Mg2＋、Fe3＋、Cu2＋、Hg2＋四种离子。某同学设计了从该污水中回收纯净的金属铜的方案。在回收金属铜的方案中，操作________会导致环境污染，为防止污染，应采取的措施是________________________________________________________________________。答案(1)D(2)③增加冷凝回收装置解析(1)根据题干描述“绿色化学是预防污染的根本手段”可知，“绿色化学”要求从“源头”上杜绝污染源。(2)因为汞的沸点低，易挥发，且汞有毒，所以操作③会造成环境污染。14．SO2是常见的大气污染物之一，我国规定空气中SO2含量不得超过0.02mg·L－1。(1)酸雨是降水呈酸性(pH小于5.6)的统称，个别地方甚至低于2.1(食醋的pH＝3)。引起酸雨的罪魁祸首是大气中的SO2和氮的氧化物。它们的主要来源是煤和石油的燃烧，全世界每年排放1.5亿吨的SO2。①SO2可在空气中受光照等因素作用而被氧化，最终与雨水形成硫酸型酸雨。试写出这两个反应的化学方程式：_________________________________，___________________________。②汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气中都含有氮的氧化物，全世界每年排放量约为5×107kg。NO2溶于水生成________和NO。③酸雨可导致的危害有________(填字母)。A．腐蚀建筑物 B．导致树木枯萎C．造成洪涝灾害 D．恶化人类环境④为了减少酸雨的形成，必须减少SO2的排放量，对燃料中的硫化物进行______________，对废气中的氮的氧化物用________吸收。(2)某化学兴趣小组选用如图所示的实验装置，测定工业原料气(含SO2、N2、O2)中SO2的含量(已知碘能氧化H2SO3生成H2SO4)。①若原料气从左向右流时，上