专题讲座六 环境保护与绿色化学.docx

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专题讲座六环境保护与绿色化学

专题讲座六环境保护与绿色化学

[考纲解读]　1.了解氮氧化物、二氧化硫等污染物的来源、性质和危害，体会化学对环境保护的重要意义。

2.了解化工生产过程产生的“三废”对环境的危害，树立绿色化学的观念。

3.原子经济性的概念和原子利用率的计算。

一、环境污染及其防治

1．环境污染

与化学相关的环境污染问题主要包括如下几个方面。

一是大气污染问题：

这是指由空气中的颗粒物、硫的氧化物（SO2、SO3）、氮的氧化物（NO、NO2等）、CO、碳氢化合物、氟氯代烃等造成的污染（其中SO2、NOx主要来源于化石类燃料的大量使用）。

大气污染的具体表现主要有：

形成酸雨、酸雾；臭氧层空洞；光化学烟雾；室内空气污染（指家用燃料的燃烧、烹调、吸烟产生的CO、CO2、NO、NO2、SO2等，各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染等，其中CO与血红蛋白作用会使血液失去输氧能力，导致CO中毒）。

二是水体污染：

这是指过量有害物质进入水中造成的污染。

导致水体污染的物质主要有两大类，一类是重金属污染，如重金属Hg、Cd、Pb、Cr等进入水中形成的污染，这些重金属主要来自于化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水。

另一类是植物营养物质污染：

水中高浓度的N、P等植物营养物质，导致水体富营养化而形成的污染。

它主要是由进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用的磷肥造成的。

三是固体废弃物造成的污染：

主要是指生活垃圾、工业废料随意堆放造成的污染，目前最引人注意的是由塑料制品造成的白色污染及废旧电池造成的重金属污染。

垃圾污染范围广泛，对环境及生物的不良影响途径多样。

思考：

1.当今环境污染存在以下几方面问题：

（用物质化学式或元素名称填写相关原因）

（1）酸雨——形成原因主要是________和__________。

（2）光化学烟雾——主要是________、碳氢化合物造成的。

（3）臭氧空洞——主要是__________、氮氧化合物等的排放引起的。

（4）温室效应——主要是由于大气中__________等的含量的不断增加造成的。

（5）白色污染——__________等难降解塑料的大量使用。

（6）赤潮——含______洗衣粉的大量使用，工、农业及城市生活污水的任意排放。

2．环境保护的措施

（1）工业废气携带颗粒物的回收利用。

（2）工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用________洗涤剂。

（3）回收、限制难降解塑料，研制__________塑料。

【例1】　环境问题及解决措施

Ⅰ.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＋O3―→NO2＋2O；NO2＋O―→NO＋O2。

请你写出总的反应式：

______________；其中NO的作用是______________和____________。

Ⅱ.水源污染（富营养化）

（1）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

（2）赤潮

我国沿海出现了大面积赤潮，赤潮是红藻、蓝藻等在较短时间内大量繁殖形成的，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__________________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

Ⅲ.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

（2）SO2主要来自于硫酸工厂废气和含硫矿物的燃烧。

①若用Na2SO3溶液来吸收工厂的SO2尾气，加热吸收液可获得高浓度的SO2，变废为宝。

你能写出主要的化学方程式吗？

②为除去燃料中的硫，可采用如图脱硫工艺。

你能写出主要的化学方程式吗？

Ⅳ.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），形成白色或浅蓝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、过氧乙酰硝酸酯等。

光化学烟雾严重危害人体健康，损害植物及橡胶制品等。

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之一。

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__________________。

（3）控制城市空气污染源的方法可以有　　　　。

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

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，这是一门从源头上减少或消除污染的化学。

（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B.M.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。

【例2】　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＋CCH3OOOH（过氧乙酸）―→CH2OCH2＋CH3COOH

B．CH2===CH2＋Cl2＋Ca（OH）2―→CH2OCH2＋CaCl2＋H2O

C．2CH2===CH2＋O2

2CH2OCH2

D．3CH2OHCH2OH

HOCH2CH2—O—CH2CH2OH＋CH2OCH2＋2H2O

【例3】　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（　　）

A．C3H8

3C＋4H2

B．C3H8

C3H6＋H2

C．C3H8＋6H2O

3CO2＋10H2

D．2H2O

2H2＋O2

【例4】　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）（　　）

【例5】　在“绿色化学工艺”中，理想状态是原子利用率为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．CO和CH3OHB．CO2和H2O

C．H2和CO2D．CH3OH和H2

三、无机非金属材料的应用及环境保护

无机化工原理在考查方面的另外一个着力点是以全新的信息考查化学反应原理在合成氨、工业制H2SO4、氯碱工业及无机非金属材料方面的应用。

中学化学需要掌握的重要的化工生产原理如下：

化学工业

【例6】　工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

（1）简述原料气N2、H2的_________________________________________________。

（2）下列可以代替硝酸镁加入到蒸馏塔中的是____________________________________。

A．浓硫酸B．氯化钙C．氯化镁D．生石灰

（3）氨气和氧气145℃就开始反应，在不同温度和催化剂条件下生成不同产物（如图所示）：

4NH3+5O24NO+6H2O　K1=1×1053

（900℃）

4NH3+3O22N2+6H2O　K2=1×1067

（900℃）

温度较低时以生成　　　　　　　为主，温度高于900℃时，NO产率下降的原因：

　　　　　　　　。

吸收塔中需要补充空气的原因：

__________________________。

（4）尾气处理时，小型化工厂常用尿素作为氮氧化物的吸收剂，此法运行费用低，吸收效果好，不产生二次污染，吸收后尾气中NO和NO2的去除率高达99.95%。

其主要的反应为氮氧化物混合气与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素[CO（NH2）2]反应生成CO2和N2，请写出有关反应的化学方程式：

_________________________________________，

________________________________________________________________________。

【例7】　“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”，不同工厂今后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______________________。

【例8】　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）进入吸收塔以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：

（1）物质①和②分别为（写化学式）________、__________。

（2）写出SO2、O2和H2O反应生成H2SO4的热化学方程式：

____________________________。

1．（2011·福建理综，6）下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是（　　）

A．CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体

B．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一

C．节能减排符合低碳经济的要求

D．合理开发利用可燃冰（固态甲烷水合物）有助于缓解能源紧缺

2．（2010·天津理综，1）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

3．（2010·江苏，1）化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。

下列说法正确的是

（　　）

A．为提高农作物的产量和质量，应大量使用化肥和农药

B．绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理

C．实现化石燃料清洁利用，就无需开发新能源

D．垃圾是放错地方的资源，应分类回收利用

4．（2010·四川理综，6）节能减排对发展经济、保护环境有重要意义。

下列措施不能减少二氧化碳排放的是（　　）

A．利用太阳能制氢

B．关停小火电企业

C．举行“地球一小时”熄灯活动

D．推广使用煤液化技术

5．（2010·重庆理综，6）减缓温室气体排放是2009年哥本哈根气候变化会议的议题。

下列反应不产生温室气体的是（　　）

A．用纯碱制玻璃B．用煤炭作燃料

C．用铁矿石炼铁D．用氨制碳酸铵

6．（2010·上海，1）下列做法不能体现低碳生活的是（　　）

A．减少食物加工过程

B．注意节约用电

C．尽量购买本地的、当季的食物

D．大量使用薪柴为燃料

答案

1．思考

（1）SO2　氮氧化合物　

（2）氮氧化合物　（3）氟氯代烃　（4）CO2　（5）聚乙烯　（6）磷

2．

（2）含磷　（3）可降解

【例1】　Ⅰ.O3

O2＋O　还原剂　催化剂

Ⅱ.

（1）C　

（2）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　滥用氮肥、磷肥、农药和城镇废水任意排放　氮、磷　C

Ⅲ.

（1）C　

（2）①SO2＋H2O＋Na2SO3

2NaHSO3

②CaO（s）＋SO2（g）

CaSO3（s），

2CaSO3（s）＋O2（g）

2CaSO4（s）

Ⅳ.

（1）2CO＋2NO

N2＋2CO2

（2）SO2转化成SO3，SO3遇水生成硫酸

（3）ABC

【例2】　C　

【例3】　C

【例4】　C

【例5】　A　

【例6】　

（1）N2来源于空气，H2来源于焦炭与水蒸气的反应

（2）A

（3）N2　生成NO的反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO的产率下降　提高氨气的转化率，进一步与NO反应，尽可能多的生成所需产品

（4）NO＋NO2＋H2O===2HNO2

CO（NH2）2＋2HNO2===CO2↑＋2N2↑＋3H2O

【例7】　

（1）将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气　过滤

（2）N2＋3H2

2NH3

（3）CaSO4＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3↓＋2NH＋4＋SO2－4

（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）CaO　CO2

【例8】　Ⅰ.

（1）N2、O2（只填N2也算对）

（2）使氨气和污染的空气充分混合

（3）用作肥料

Ⅱ.

（1）NO2　H2SO4

（2）2SO2（g）＋O2（g）＋2H2O（l）===2H2SO4（l）

ΔH＝（2a＋2b＋2c＋d）kJ·mol－1

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