高中化学人教版必修第二册2026版步步高学习基础课时24 环境保护与绿色化学

第三节环境保护与绿色化学基础课时24环境保护与绿色化学学习目标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。2.了解“绿色化学”“原子经济性反应”的内涵,知道其在利用资源、保护环境中的重要意义。一、化学与环境保护(一)知识梳理1.环境问题: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。工业“三废”通常指废气、废水和废渣。2.大气污染(1)污染来源:除了自然因素外,大气污染物主要来自化石燃料的燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。(2)次生污染:在一定的天气条件下会造成酸雨、雾霾、光化学烟雾等污染现象。3.污水处理方法(1)污水处理方法:物理法、化学法、生物法。污水处理的常用化学方法:中和法、氧化还原法、沉淀法等。(2)污水的“三级”处理4.固体废物处理(1)原则:遵循无害化、减量化和资源化的原则。(2)目的:减少环境污染和资源回收利用。(二)互动探究含硫氧化物和含氮氧化物是形成酸雨的主要物质。为了防治酸雨,工业上常采用“钙基固硫”和“活性炭联合脱硫脱硝技术”。Ⅰ.钙基固硫整个“固硫”过程涉及的反应有①SO2+CaOCaSO3②2CaSO3+O22CaSO4。Ⅱ.活性炭联合脱硫脱硝技术在较低的温度下,将废气中的SO2、NOx通过一系列反应生成铵盐,从而变废为宝,其工作示意图如下所示:【问题讨论】问题1钙基固硫涉及的反应类型有哪些?提示化合反应、氧化还原反应、非氧化还原反应。问题2你认为把工厂的烟囱造高能减少酸雨吗?你认为减少酸雨需要采取哪些措施?提示不能减少酸雨,因为燃煤并没有减少。措施有:少用煤作燃料,开发新能源等(合理即可)。问题3活性炭联合脱硫脱硝技术中,a处SO2在活性炭表面被氧化最终生成硫酸,写出反应的化学方程式。提示2SO2+O22SO3、SO3+H2O===H2SO4(或2SO2+O2+2H2O===2H2SO4)。问题4活性炭联合脱硫脱硝技术中,b处吸收塔加入NH3后,主要与废气中的NO、NO2反应转化为无污染气体,写出反应的化学方程式。提示4NH3+6NO===5N2+6H2O、8NH3+6NO2===7N2+12H2O。问题5活性炭联合脱硫脱硝技术中,c处主要发生NH3和a处生成的H2SO4反应转化为铵盐,写出反应的化学方程式。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,活性焦来自煤干馏产品,从煤干馏产品中获取苯、二甲苯的操作方法是什么?提示2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4或NH3+H2SO4===NH4HSO4。蒸馏(分馏)。【探究归纳】1.“七大”环境问题环境问题主要污染物主要危害温室效应CO2造成全球气候变暖,水位上升,陆地面积减小等酸雨SO2、NOx土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等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,导致动物死亡赤潮和水华废水中含N、P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,使水体变成浑浊绿色,水质恶化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2.含硫氧化物的消除(1)工业废气中SO2的消除方案Ⅰ:碱液吸收法发生反应的化学方程式:2NaOH+SO2===Na2SO3+H2O方案Ⅱ:石灰—石膏法发生反应的化学方程式:Ca(OH)2+SO2===CaSO3↓+H2O,2CaSO3+O22CaSO4方案Ⅲ:双碱法发生反应的化学方程式:2NaOH+SO2===Na2SO3+H2O,Na2SO3+Ca(OH)2===CaSO3↓+2NaOH,2CaSO3+O22CaSO4(2)燃煤脱硫工业上常利用在煤炭中加入CaCO3进行脱硫,对应的化学反应方程式:CaCO3CaO+CO2↑,CaO+SO2CaSO3,2CaSO3+O22CaSO4。1.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;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;工业废气中的氮氧化物NOx不会造成温室效应;煤炭的不完全燃烧产生CO,会引起煤气中毒,即CO中毒。2.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答案D解析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。3.工业废水中常含有不同类型的污染物,可采用不同的方法处理。以下处理措施和方法类别都正确的是()选项污染物处理措施方法类别A含Cr2O7加FeSO4沉降物理法B含纯碱的废水加石灰水反应化学法C含Cu2+等重金属离子的废水加硫酸盐沉降化学法D含复杂有机物的废水通过微生物代谢生物法答案D解析A项,加FeSO4沉降含Cr2O72-废水,发生氧化还原反应,是化学方法;B项,Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH,溶液碱性更强,污染更严重;C项,CuSO4不是沉淀,处理措施错误;D项,通过微生物代谢含复杂有机物的废水二、绿色化学(一)知识梳理1.核心思想改变“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.绿色化学的原则——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,这时原子利用率为100%。原子利用率=期望产物的总质量生成物的总质量×100%3.绿色化学示意图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。(二)互动探究以乙烯制环氧乙烷,有两种方法方法一:CH2==CH2+Cl2+H2O+Ca(OH)2+CaCl2+2H2O总反应为CH2==CH2+Cl2+Ca(OH)2+CaCl2+H2O方法二:2CH2CH2+O2【问题讨论】问题1已知原子利用率为期望产物总质量生成物的总质量×100%,你能计算两种方法的原子利用率吗提示方法一的原子利用率为m(环氧乙烷)m(环氧乙烷)+问题2请你从反应物、产物对环境的影响,生产工艺,原子经济性反应,催化剂选择性等角度分析两方法的优劣?提示方法一反应物Cl2和Ca(OH)2对环境及设备有很大的污染性和腐蚀性,生产工艺分两步,产率和原子利用率低,成本高,反应的选择性低,产物中有大量的非期望物质。方法二反应物中O2无毒无污染、生产工艺简单,原子利用率为100%,催化剂选择性高、产率高、成本低,因此方法二更优。问题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哪一类型?在有机化学反应中有哪些类型?提示化合反应加成反应、加聚反应。【探究归纳】1.绿色化学的含义:绿色化学的目的在于不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物。①从科学观点看,它是化学科学基础内容的更新。②从环境观点看,它强调从源头上消除污染。③从经济观点看,它提倡合理利用资源和能源,降低生产成本。2.绿色化学的核心: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,即预防污染优于治理污染。3.原子经济性反应:按照绿色化学的原则,最理想的原子经济性反应就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物,这时原子利用率为100%。1.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项符合绿色化学理念;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项符合绿色化学理念;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。2.下列生产工艺能体现“绿色化学”或节能环保思想的是()A.工业制氢气:用天然气发电再电解水制得B.工业制硫酸:提高尾气排放的烟囱高度C.工业制胆矾:向稀硫酸中吹空气并加热溶解铜D.降低PM2.5:用油改煤技术,推广优质煤的使用范围答案C解析用天然气发电再电解水制氢气,会造成能量的损耗,故A错误;提高尾气排放的烟囱高度不能减少有害气体的排放,故B错误;加热铜使之生成氧化铜,再与稀硫酸反应生成硫酸铜,硫酸利用率高,无污染,故C正确;推广优质煤的使用范围,不会降低PM2.5,故D错误。3.“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。4.绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷的反应中,原子利用率最高的是()A.CH2==CH2++CH3COOHB.CH2==CH2+Cl2+Ca(OH)2+CaCl2+H2OC.2CH2==CH2+O2D.+HOCH2CH2—O—CH2CH2OH+2H2O答案C解析A项,44104×100%≈42%;B项,44173×100%≈25%;C项,8888×100%=100%;D项,A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意(一)化学与环境保护1.大气中CO2含量的增加会加剧“温室效应”。下列活动会导致大气中CO2含量增加的是()A.燃烧煤炭供热 B.利用风力发电C.增加植被面积 D.节约用水用电答案A解析燃烧煤炭供热会产生CO2,A正确;利用风力发电不会产生CO2,B错误;增加植被面积,会增加植物的光合作用,减少大气中CO2的含量,C错误;节水节电不会增加CO2的排放,D错误。2.空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持,下列措施不利于“蓝天工程”建设的是()A.推广使用燃煤脱硫技术,防治污染B.加大石油、煤炭的开采速度,增加化石燃料的供应量C.实施绿化工程,防治扬尘污染D.利用和开发新能源汽车,消除机动车尾气污染答案B解析加大石油、煤炭的开采速度,增加化石燃料的供应量,会加剧大气污染物的排放,不利于“蓝天工程”建设。3.下列有关化合物的说法正确的是()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.聚氯乙烯制品易造成环境污染,可采用焚烧法处理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,用其放出热分解氢气,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,不是高分子材料,故B错误;焚烧聚氯乙烯制品会产生大量的含氯污染物,故C错误。4.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。(二)绿色化学5.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。6.在“绿色化学”工艺中,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.以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜D.用二氧化硅制备高纯硅答案A解析A项,属于乙烯的加聚反应,符合原子利用率100%的特点;B项,属于取代反应,还生成HCl等;C项,铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮、水;D项,属于置换反应,用碳还原二氧化硅制备高纯硅的产物还有CO。7.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.②⑤⑥ B.②④⑤C.只有⑥ D.只有⑥⑦答案A解析根据四种基本反应类型的定义即可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,而加成反应、加聚反应的产物唯一。产物唯一的反应中反应物的原子全部转化成期望的最终产物,即原子利用率为100%。8.我国科学家在绿色化学领域取得了新进展,利用双催化剂Cu和Cu2O,在水溶液中用H原子将CO2高效还原为重要工业原料之一的甲醇,反应机理如图所示。下列有关说法不正确的是()A.CO2生成甲醇是通过多步还原反应实现的B.催化剂Cu结合氢原子,催化剂Cu2O结合含碳微粒C.该催化过程中只涉及化学键的形成,未涉及化学键的断裂D.有可能通过调控反应条件获得甲醛(HCHO)等有机物答案C解析CO2COOH,既有C==O键的断裂也有O—H键的形成,C项不正确。9.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。

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)在我国西部大开发中,某地为筹建一大型化工基地,征集到下列方案,其中你认为可行的是。

A.建在西部干旱区可以脱贫致富B.应建在水资源丰富和交通方便且远离城市的郊区C.企业有权自主选择厂址D.不宜建在人口稠密的居民区(3)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。在能制得纯铜的方案中,哪一步操作会导致环境污染?;应增加哪些措施防止污染

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答案(1)D(2)BD(3)第③步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,因此应从“源头”上杜绝。(2)化工基地的筹建首先不宜建在人口稠密的居民区,同时要考虑水资源和交通问题。(3)第③步由于汞的沸点低、易挥发、有毒,因此会造成环境污染。B级素养培优练10.某市拟投资建设一个工业酒精厂,目的是用工业酒精与汽油混合制成“乙醇汽油”。已知制酒精的方法有三种:①CH2==CH2+H2OCH3CH2OH②CH3CH2Br+H2OCH3CH2OH+HBr③(C6H12O6葡萄糖2C2从绿色化学(“原子利用率”最大化)的角度看,制酒精最好的方法是()A.① B.③ C.①③ D.①②③答案A解析加成反应的原子利用率为100%,符合“绿色化学”思想,所以从原子利用率角度,制酒精最好方法为①。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。下列说法不正确的是()A.吸收H2S的反应的离子方程式为2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+B.吸收H2S的反应的离子方程式为2Fe3++3H2S===2Fe2++3S↓+6H+C.实验室不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B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项正确,B项错误;若点燃H2S,则发生反应:2H2S+3O22SO2+2H2O,燃烧产物SO2也是大气污染物,C项正确;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不正确的是()A.能耗小是该方法的一大优点B.整个过程中,有两种物质可以循环利用C.“反应分离”环节中,分离物质的基本操作是过滤D.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答案A解析根据题中信息可知,捕捉室中的反应为二氧化碳与氢氧化钠反应,得到Na2CO3,Na2