8.第三节　环境保护与绿色化学

第三节环境保护与绿色化学核心微网络素养新目标1.了解环境问题的现状和意义。2．认识常见的环境污染类型和治理途径。3．了解绿色化学的含义。学业基础[预习新知]一、化学与环境保护1．环境问题的含义指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的______________，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。2．当今化学工作者面临的重要任务环境情况的监测、三废的治理、寻找________________的生产工艺等。3．三废(1)废气：大气污染物主要来自______________和工业生产过程中产生的________及其____________。(2)废水：含有复杂的成分，任意排放会导致____________的污染。(3)废渣：对废渣等固体废弃物的处理兼有____________和____________两个重要目的。二、绿色化学1．核心利用化学原理____________________________________。2．原子经济的含义原子经济要求反应物中的原子全部转化为____________，这时原子利用率达到________。[即学即练]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一。()(2)形成酸雨的主要物质是硫的氧化物和氮的氧化物。()(3)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。()(4)水华、赤潮等水体污染主要是由含氮、磷的生活污水任意排放造成的。()(5)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。()2．下列关于燃料的说法错误的是()A．燃料燃烧产物CO2是温室气体之一B．化石燃料完全燃烧不会造成大气污染C．以液化石油气代替燃油可减少大气污染D．燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一3．“节能减排，保护环境”已经深入人心，下列举措与这一主题不吻合的是()A．用“绿色化学”工艺，使原料完全转化为产物B．推广燃煤脱硫技术，防治SO2污染C．推广垃圾的分类存放、回收、处理D．大量使用农药、化肥，提高粮食产量核心素养目标环境与化学[例]化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是()A．CO2属于大气污染物B．酸雨是pH小于7的雨水C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧eq\x(状元随笔)环境污染有各种类型(1)按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染。(2)按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染。(3)按造成污染的性质、来源分：化学污染、生物污染、物理污染(噪声、放射性、热、电磁波等)、固体废物污染、能源污染。[提升]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期望的最终产物，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⑥加聚反应⑦酯化反应A．②⑤⑥B．②④⑤C．只有⑥D．只有⑥⑦[核心能力]常见的环境问题与危害环境问题主要污染物主要危害(1)温室效应CO2造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小等(2)酸雨SO2、NOx土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等(3)臭氧层破坏氟氯代烷、NOx到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害(4)光化学烟雾碳氢化合物、NOx刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡(5)白色污染废弃塑料制品①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产②混入生活垃圾中难处理、难回收③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡(6)赤潮和水华废水中含氮、磷元素的营养物质使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊、水质恶化(7)PM2.5颗粒物污染空气，形成雾霾天气，增加交通事故，危害人体健康eq\x(状元随笔)绿色化学对化学生产和化学反应的要求学考评价1．下列环境问题与所对应的物质不相关的是()A．温室效应——二氧化碳B．光化学污染——二氧化氮C．酸雨——二氧化碳D．白色污染——一次性塑料制品的使用2．下列有关环境问题的说法正确的是()A．燃煤中加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康C．pH在5.6～7.0之间的降水通常称为酸雨D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染3．以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。下列做法违背发展低碳经济的是()A．发展氢能和太阳能B．限制塑料制品的使用C．提高原子利用率，发展绿色化学D．尽量用纯液态有机物代替水作溶剂4．在绿色化学工艺中，最理想状态是反应物原子全部转化为欲制的产物，即原子利用率为100%。以下反应最符合绿色化学“原子经济”要求的是()A．乙烯聚合为聚乙烯高分子材料B．甲烷与氯气制备一氯甲烷C．以铜和浓硫酸为原料生产硫酸铜D．用二氧化硅制备高纯硅练后感悟“绿色化学”的具体内容(1)开发绿色反应，将原子利用率提高到100%。(2)使用无毒、无害的原料、催化剂、溶剂。(3)开发绿色工艺。(4)开发和生产绿色产品。eq\x(温馨提示：请完成课时作业19)第三节环境保护与绿色化学学业基础[预习新知]生态环境破坏源头治理环境污染化石燃料燃烧废气携带的颗粒物土壤、水源减少环境污染资源回收利用从源头上减少和消除工业生产对环境的污染期望的最终产物100%[即学即练]1．答案：(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×2．解析：A项，温室气体包括CO2、CH4等气体，正确；B项，二氧化硫主要来源于煤、石油等化石燃料的燃烧排放的废气，会造成大气污染，错误；C项，用液化石油气减少燃油中硫等杂质燃烧产生的空气污染物，正确；D项，燃料不完全燃烧会产生CO，CO易与血红蛋白结合，从而阻碍血红蛋白与氧的结合使人体或动物窒息中毒，是大气污染物之一，正确。答案：B3．答案：D核心素养[例]解析：常见的大气污染物有：颗粒物、二氧化硫、三氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、碳氢化合物等。二氧化碳不属于大气污染物，A错误；酸雨是pH小于5.6的降雨，B错误；酸雨是由氮的氧化物和硫的氧化物引起的，二氧化碳不会引起酸雨，C错误；全球气温变暖的温室效应，城市中的热岛效应，还有海洋中的厄尔尼诺现象和拉尼娜现象等其产生都和二氧化碳的排放有关系，D正确。答案：D[提升]解析：据四种基本反应类型的定义即判断出只有化合反应产物唯一。在有机反应类型中，取代反应、酯化反应、水解反应的产物均不唯一，而加成产物、加聚产物唯一，反应物中的原子全部转化成期望的最终产物，即原子利用率为100%。答案：A学考评价1．答案：C2．解析：石灰石在煤燃烧过程中分解为CaO，CaO和SO2结合为CaSO3，进一步转化为CaSO4，可减少SO2污染，A正确；B项，当空气中臭氧的含量超过10－5%(体积分数)时，就会对人体、动植物及暴露在空气中的物质造成危害；C项，pH小于5.6的雨水称为酸雨；D项，含磷合成洗涤剂易造成水体富营养化，形成“水华”“赤潮”等水体污染。答案：A3．解析：所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到社会经济发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展氢能和太阳能、限制塑料的使用和发展绿色化学，都符合低碳经济。答案：D4．解析：乙烯聚合为聚乙烯高分子材料，为加聚反应，反应物中的原子全部转化为欲制的产物，原子利用率为100%，A正确；甲烷与氯气制备一氯甲烷为取代反应，有HCl生成，原子利用率达不到100%，B错误；以铜和浓硫酸为原料生产硫酸铜，有二氧化硫生成，原子利用率达不到100%，C错误；用二氧化硅制备高纯硅，有CO生成，原子利用率达不到100%，D错误。答案：A第八章章末共享微专题解答化学工艺流程题的方法1．问题设置与考查知识点有关无机化工生产试题的考查内容归纳起来主要有六个方面：(1)将原料转化为产品的生产原理：考查复分解反应、氧化还原反应等原理。(2)除去所有杂质并分离提纯产品：考查物质分离提纯的实验操作。(3)提高产量与产率(转化率)：考查化学反应速率和化学平衡。(4)减少污染：考查“绿色化学”生产。(5)原料的来源：考查物质的来源及成本问题。(6)生产设备简单，生产工艺简便可行等工艺生产问题。要准确、顺利解答无机化工生产流程题，同学们除了要掌握物质的性质和物质之间相互作用的基本知识以及除杂、分离、提纯物质的基本技能外，还要具备分析工艺生产流程的能力。2．无机化工生产流程主线3．基本步骤(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)整体阅读流程图，辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。(3)分析流程中的每一个步骤，从几个方面了解流程：反应物是什么；发生了什么反应；该反应造成了什么后果；对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。(4)从问题中获取信息，帮助解题。4．解题思路明确整个流程及每一步的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。5．解题模板[微训练]1．“低碳”既是时尚，也是环保要求。“低碳”在工业生产中意义重大，充分利用原材料，不排放或减少排放“三废”，不同工厂联合生产等都是很好的“低碳”生产方式。下面是几个工厂利用废气、废渣(液)联合生产化肥硫酸铵的工艺：请回答下列问题：(1)工艺操作①、②分别为____________________、________。(2)工业合成氨的化学方程式为________________________________________________________________________。(3)写出生成“产品”的离子方程式：________________________________________________________________________。(4)在实验室中检验合成氨厂排出的废气中是否含有氨气的方法是________________________________________________________________________。(5)副产品的化学式为____________。该联合生产工艺中可以循环使用的物质是____________。 2.地球的表面积为5.1亿平方公里，其中海洋的面积为3.67亿平方公里，占整个地球表面积的70.8%。海洋是一个巨大的化学资源宝库，下面是海水资源综合利用的部分流程图，请根据该图回答下列问题：(1)淡化海水的方法有________________(写一种合理方法即可)。由海水提取的粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等离子，为了除去这些离子，需要依次加入稍过量的NaOH、BaCl2、________(填化学式)，之后________(填操作名称)，再加入适量________(填试剂名称)。将所得溶液加热浓缩、冷却结晶，得到精盐。(2)反应④由无水MgCl2制取金属镁的常用工业方法是________。(3)向苦卤中通入Cl2置换出Br2，再用空气吹出溴并用SO2吸收，转化为Br－，反复多次，以达到富集溴的目的。由海水提溴过程中的反应可得出Cl－、SO2、Br－还原性由强到弱的顺序是________________________________________________________________________。(4)工业上也可以用Na2CO3溶液吸收吹出的Br2，生成溴化钠和溴酸钠，同时放出CO2。写出反应的离子方程式：________________________________________________________________________。最后再用H2SO4处理所得溶液重新得到Br2，其反应的离子方程式为________________________________________________________________________。3．信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：请回答下列问题：(1)第①步Cu与酸反应的离子方程式为____________________________；得到滤渣1的主要成分为________。(2)第②步加H2O2的作用是________________________，使用H2O2的优点是________________________________。(3)用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是____________________。(4)由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O，探究小组设计了三种方案：甲：eq\x(滤渣2)eq\o(→,\s\up15(H2SO4))eq\x(酸浸液)eq\o(→,\s\up15(蒸发、冷却、,结晶、过滤))Al2(SO4)3·18H2O乙：eq\x(滤渣2)eq\o(→,\s\up15(H2SO4))eq\x(酸浸液)eq\o(→,\s\up15(适量Al粉),\s\do14(过滤))eq\x(滤液),蒸发、冷却、结晶、过滤Al2(SO4)3·18H2O丙：eq\x(滤渣2)eq\o(→,\s\up15(NaOH溶液),\s\do14(过滤))eq\x(滤液)eq\o(→,\s\up15(H2SO4))eq\x(溶液),蒸发、冷却、结晶、过滤Al2(SO4)3·18H2O上述三种方案中，________方案不可行，原因是__________________________；从原子利用率角度考虑，________方案更合理。4．Ⅰ.某硝酸厂附近的空气中的主要污染物为氮的氧化物。为了保护环境和综合利用，可采用氨—碱两级吸收法。此法兼有碱吸收和氨吸收两法的优点，其吸收工艺流程如下：(1)排空物质的主要成分为________。(2)进入吸收塔之前加一个缓冲器的目的是________________________________________________________________________。(3)从吸收塔排出的混合液的用途之一为________。Ⅱ.空气的主要污染物为硫的氧化物和氮的氧化物。研究人员设计了同时净化废气中二氧化硫和氮的氧化物的方法，将其转化为硫酸和硝酸，工艺流程如下：各室中发生的反应如下：氧化室：NO2(g)＋SO2(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)＋NO(g)ΔH＝akJ·mol－1。清除室：NO(g)＋NO2(g)=N2O3(g)ΔH＝bkJ·mol－1；N2O3(g)＋2H2SO4(l)=2NOHSO4(s)＋H2O(l)ΔH＝ckJ·mol－1。分解室：4NOHSO4(s)＋O2(g)＋2H2O(l)=4H2SO4(l)＋4NO2(g)ΔH＝dkJ·mol－1。回答下列问题：物质①和②分别为(写化学式)________、________。5．钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁储量居世界首位。含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：(1)步骤①加Fe的目的是______________；步骤②冷却的目的是____________________。(2)上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入________处理。(3)由TiO2制取单质钛(Ti)的步骤如下：eq\x(TiO2)→eq\x(TiCl4)eq\o(→,\s\up15(Mg),\s\do14(800℃，Ar))eq\x(Ti)反应TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up15(800℃))2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是________________________________________________________________________。eq\x(温馨提示：请完成第八章综合素养测评)微专题·大素养[微训练]1．解析：(1)合成氨的原料之一氮气来源于空气，分离方法是将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气。(2)工业合成氨的条件是高温、高压和催化剂。(3)“产品”是硫酸铵，反应物是硫酸钙悬浊液、二氧化碳、氨气等，产物除产品硫酸铵外，还有碳酸钙。(4)氨气溶于水显碱性，实验室中可以用湿润的红色石蕊试纸检验，或利用氨气与氯化氢化合为氯化铵的反应进行检验等。(5)分析框图中各物质的关系可知“副产品”为CaO，能够循环使用的物质是CO2。答案：(1)将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气过滤(2)N2＋3H2eq\o(,\s\up15(高温、高压),\s\do14(催化剂))2NH3(3)CaSO4＋CO2＋2NH3＋H2O=CaCO3＋2NHeq\o\al(＋,4)＋SOeq\o\al(2－,4)(4)将湿润的红色石蕊试纸放在导气管口，若试纸变蓝，则证明有NH3(或其他可行的方法)(5)CaOCO22．解析：(1)海水淡化即是使海水中的金属阳离子浓度降低，可采用蒸馏的方法、电渗析法、沉淀法等；除去粗盐中含有的Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等离子，加入氢氧化钠溶液除去Mg2＋和少量的Ca2＋，加入BaCl2溶液除去SOeq\o\al(2－,4)，然后溶液中多余的Ba2＋用碳酸钠溶液除去，所以应再加入Na2CO3溶液，过滤后再加入适量的稀盐酸除去碳酸根离子即可。(2)由无水氯化镁制取镁的方法通常用电解法得到单质镁。(3)根据氧化还原反应中的氧化性、还原性的判断规律可知，Cl2置换出Br2，说明溴离子的还原性大于氯离子，再用空气吹出溴并用SO2吸收，转化为Br－，说明二氧化硫的还原性大于溴离子，所以Cl－、SO2、Br－还原性由强到弱的顺序是SO2>Br－>Cl－。(4)用Na2CO3溶液吸收吹出的Br2，生成溴化钠和溴酸钠，同时放出CO2，根据题意写出离子方程式为3COeq\o\al(2－,3)＋3Br2=5Br－＋BrOeq\o\al(－,3)＋3CO2↑；再用H2SO4处理所得溶液重新得到Br2，在酸性条件下Br－、BrOeq\o\al(－,3)发生氧化还原反应生成溴单质和水，离子方程式为5Br－＋BrOeq\o\al(－,3)＋6H＋=3Br2＋3H2O。答案：(1)蒸馏法(合理即可)Na2CO3过滤盐酸(2)电解法(3)SO2>Br－>Cl－(4)3COeq\o\al(2－,3)＋3Br2=5Br－＋BrOeq\o\al(－,3)＋3CO2↑5Br－＋BrOeq\o\al(－,3)＋6H＋=3Br2＋3H2O3．解析：(1)Cu与稀H2SO4、浓HNO3的混酸反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up15(△))Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O或3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up15(△))3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。Au、Pt不溶于稀H2SO4和浓HNO3的混酸，故滤渣1的主要成分为A