1、第三节环境保护与绿色化学一、化学与环境保护一、化学与环境保护1.1.环境保护环境保护(1)(1)环境问题环境问题:主要是指由于人类不合理地开发和利用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自然资源而造成的生态环境破坏,以及工农业生产和以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。人类生活所造成的环境污染。(2)(2)环境保护的任务环境保护的任务环境监测环境监测:对污染物的存在形态、含量等进行分析和对污染物的存在形态、含量等进行分析和鉴定鉴定,提供可靠的分析数据。提供可靠的分析数据。治理工业三废治理工业三废(_(_、_、_)_)。寻找源头治理环境污染的生产工艺寻找源头治理环境污
2、染的生产工艺:杜绝污染物的排杜绝污染物的排放放,能从根本上解决环境问题。能从根本上解决环境问题。废水废水废气废气废渣废渣2.2.大气污染大气污染(1)(1)污染物主要来源污染物主要来源:除了自然因素外除了自然因素外,大气污染物主要大气污染物主要来自来自_和工业生产过程产生的废气及其和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。携带的颗粒物。化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧(2)(2)次生污染物的形成次生污染物的形成【微思考微思考】COCO2 2能引起温室效应能引起温室效应,故故COCO2 2属于大气污染物属于大气污染物之一之一,所以应最大限度地杜绝所以应最大限度地杜绝COCO2 2的排放。这种观点对的
3、排放。这种观点对吗吗?提示提示:观点错误。观点错误。COCO2 2不属于大气污染物不属于大气污染物,大气污染物是大气污染物是指大气中危害人类和环境的人为污染物和天然污染物。指大气中危害人类和环境的人为污染物和天然污染物。COCO2 2参与光合作用参与光合作用,所以所以COCO2 2还是有一定作用的。当然还是有一定作用的。当然,为减少温室效应为减少温室效应,可以适当减少可以适当减少COCO2 2的排放。的排放。3.3.污水的处理方法污水的处理方法(1)(1)常用的污水处理方法有常用的污水处理方法有_、_、和、和_等。等。(2)(2)污水处理的常用化学方法污水处理的常用化学方法_、_、_等。等。物
4、理法物理法化学法化学法生物法生物法中和法中和法氧化还原法氧化还原法沉淀法沉淀法(3)(3)污水处理的流程污水处理的流程一级处理一级处理:通常采用通常采用_方法方法,即用格栅间、沉淀池即用格栅间、沉淀池等除去污水中不溶性的污染物。经一级处理后的水一等除去污水中不溶性的污染物。经一级处理后的水一般达不到排放标准般达不到排放标准,一级处理作为预处理。一级处理作为预处理。物理物理二级处理二级处理:采用采用_方法方法(又称又称_法法)及某些化及某些化学方法学方法,除去水中的可降解有机物等污染物。经二级处除去水中的可降解有机物等污染物。经二级处理后的水一般可以达到国家规定的排放标准。理后的水一般可以达到国
5、家规定的排放标准。三级处理三级处理:主要采用主要采用_、_、_和和_等等,对污水进行深度处理和对污水进行深度处理和净化。经三级处理后水可用于绿化和景观用水等。净化。经三级处理后水可用于绿化和景观用水等。生物生物微生物微生物化学沉淀法化学沉淀法氧化还原法氧化还原法离子交换法离子交换法反渗透法反渗透法4.4.固体废弃物的处理固体废弃物的处理工业废渣和生活垃圾等固体废物的处理应遵循工业废渣和生活垃圾等固体废物的处理应遵循_、_和和_的原则的原则,达到达到_和和_这两个重要目的。这两个重要目的。无害化无害化减量化减量化资源化资源化减少环境污染减少环境污染资源回收利用资源回收利用二、绿色化学二、绿色化学
6、1.“1.“绿色化学绿色化学”可以诠释为环境友好化学可以诠释为环境友好化学,它的核心内它的核心内涵是在反应过程和化工生产中涵是在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。它研究对环境没有任何副作用的用和产生有害物质。它研究对环境没有任何副作用的化学试剂、化学制品和化学工艺。化学试剂、化学制品和化学工艺。2.2.绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少和绿色化学的核心就是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。按照绿色化学的原消除工业生产对环境造成的污染。按照绿色化学的原则则,最理想的最理想的“原子经济性反应原子经济性反应”就是就是_(_(
7、即没有副反应即没有副反应,不生成副产不生成副产物物,更不能产生废弃物更不能产生废弃物),),这时原子利用率为这时原子利用率为100%100%。反应物的原子全反应物的原子全部转化为期望的最终产物部转化为期望的最终产物【情境情境思考思考】在汽车的排气管上安装在汽车的排气管上安装“催化转化器催化转化器”(用铂、钯合金用铂、钯合金作催化剂作催化剂),),可以把汽车尾气中的有害气体可以把汽车尾气中的有害气体COCO与与NONO催化催化生成可参与大气生态循环的无毒气体生成可参与大气生态循环的无毒气体COCO2 2和和N N2 2,这种尾这种尾气处理的方法符合绿色化学的概念吗气处理的方法符合绿色化学的概念吗
8、?提示提示:绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。而此处理污染方式是被消除工业生产对环境的污染。而此处理污染方式是被动地治理污染动地治理污染,不符合绿色化学的概念。不符合绿色化学的概念。知识点常见环境问题与绿色化学知识点常见环境问题与绿色化学【重点释疑重点释疑】1.1.常见环境问题常见环境问题环境问题环境问题主要污染物主要污染物主要危害主要危害温室效应温室效应COCO2 2造成全球气候变暖造成全球气候变暖,水位上升水位上升,陆地面积减小等陆地面积减小等酸雨酸雨SOSO2 2、NONOx x土壤酸化、水源污染、建筑土壤酸化、
9、水源污染、建筑物被腐蚀等物被腐蚀等臭氧层臭氧层破坏破坏氟氯代烷、氟氯代烷、NONOx x到达地球表面的紫外线明显到达地球表面的紫外线明显增多增多,给人类健康及生态环境给人类健康及生态环境带来多方面危害带来多方面危害光化学光化学烟雾烟雾碳氢化合物、碳氢化合物、NONOx x刺激人体器官刺激人体器官,特别是人的呼特别是人的呼吸系统吸系统,使人生病甚至死亡使人生病甚至死亡环境问题环境问题主要污染物主要污染物主要危害主要危害白色污染白色污染废弃塑料制废弃塑料制品品在土壤中影响农作物吸收在土壤中影响农作物吸收水分和养分水分和养分,导致农作物减产。导致农作物减产。混入生活垃圾中难处理、混入生活垃圾中难处理
10、、难回收。难回收。易被动物当作食物吞入易被动物当作食物吞入,导导致动物死亡致动物死亡赤潮和赤潮和水华水华废水中含氮、废水中含氮、磷元素的营磷元素的营养物质养物质使水体富营养化使水体富营养化,导致水中藻导致水中藻类疯长类疯长,消耗水中溶解的氧消耗水中溶解的氧,使水体变得浑浊、水质恶化使水体变得浑浊、水质恶化环境问题环境问题主要污染物主要污染物主要危害主要危害PM2.5PM2.5颗粒物颗粒物污染空气污染空气,形成雾霾天气形成雾霾天气,增增加交通事故加交通事故,危害人体健康危害人体健康2.2.绿色化学绿色化学(1)(1)绿色化学的含义绿色化学的含义:绿色化学的目的在于不再使用有绿色化学的目的在于不再
11、使用有毒、有害的物质毒、有害的物质,不再产生废物。不再产生废物。从科学观点看从科学观点看,它是化学科学基础内容的更新。它是化学科学基础内容的更新。从环境观点看从环境观点看,它强调从源头上消除污染。它强调从源头上消除污染。从经济观点看从经济观点看,它提倡合理利用资源和能源它提倡合理利用资源和能源,降低生降低生产成本。产成本。(2)(2)绿色化学的核心绿色化学的核心:利用化学原理从源头上减少或消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除工业生产对环境的污染,即预防污染优于治理污染。即预防污染优于治理污染。(3)(3)原子经济性反应原子经济性反应:按照绿色化学的原则按照绿色化学的原则,最理
12、想的原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终产物,这时原子利用率为这时原子利用率为100%100%。【思考思考讨论讨论】为减少和消除煤炭燃烧产生的为减少和消除煤炭燃烧产生的SOSO2 2,人们向煤炭中加入人们向煤炭中加入生石灰作为固硫剂生石灰作为固硫剂,你知道其反应原理是什么吗你知道其反应原理是什么吗?提示提示:CaO+SOCaO+SO2 2 CaSO CaSO3 3;2CaSO;2CaSO3 3+O+O2 2 2CaSO 2CaSO4 4,总反应式总反应式:2CaO+2SO:2CaO+2SO2 2+O+O2 2 2CaS
13、O 2CaSO4 4。【案例示范案例示范】【典例典例】以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题息相关的三个主题,请根据已知信息回答下列问题请根据已知信息回答下列问题:(1)(1)下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是_(_(填字母填字母)。A.CHA.CH2 2CHCH2 2+HClCH+HClCH3 3CHCH2 2ClClB.CHB.CH3 3CHCH2 2OH+HCl CHOH+HCl CH3 3CHCH2 2Cl+HCl+H2 2O O催化剂催化剂C.CHC.CH3 3CHCH3 3+Cl+C
14、l2 2 CH CH3 3CHCH2 2Cl+HClCl+HClD.CHD.CH2 2CHCl+HCHCl+H2 2 CH CH3 3CHCH2 2ClCl由上述四个反应可归纳出由上述四个反应可归纳出,原子经济性最高的是原子经济性最高的是_(_(填反应类型填反应类型)。催化剂催化剂光光(2)(2)有毒物质的无害化处理也是绿色化学研究的内容之有毒物质的无害化处理也是绿色化学研究的内容之一。一。ClOClO2 2是一种性能优良的消毒剂是一种性能优良的消毒剂,它可将废水中少量它可将废水中少量的的CNCN-等有毒的酸根离子氧化而除去。请写出用等有毒的酸根离子氧化而除去。请写出用ClOClO2 2将将废
15、水中的废水中的CNCN-氧化成无毒气体的离子方程式氧化成无毒气体的离子方程式:_,_,该方法的优点是该方法的优点是_。(3)(3)某饮用水厂由天然水制备纯净水某饮用水厂由天然水制备纯净水(去离子水去离子水)的工艺的工艺流程示意图如下流程示意图如下:活性炭的作用是活性炭的作用是_;O_;O3 3消毒消毒的优点是的优点是_。【解题指南解题指南】解答本题需注意以下两点解答本题需注意以下两点:(1)(1)明确原子经济性的含义明确原子经济性的含义;(2)(2)能够读懂题目信息能够读懂题目信息,从题目信息中获取解题的方法从题目信息中获取解题的方法和思路。和思路。【解析解析】(1)(1)原子经济性高原子经济
16、性高,即理论上原子的利用率尽即理论上原子的利用率尽可能达到可能达到100%,100%,没有副产物。没有副产物。A A、D D两项中的原子利用率两项中的原子利用率都是都是100%100%。(2)(2)把把CNCN-氧化成无毒气体氧化成无毒气体,说明说明C C、N N分别生成了分别生成了COCO2 2、N N2 2,ClO,ClO2 2的还原产物应该是无毒的的还原产物应该是无毒的ClCl-。(3)(3)活性炭能吸附水中的有机物活性炭能吸附水中的有机物,从而除去异味。用从而除去异味。用O O3 3消毒时消毒时,其产物为无毒无害的其产物为无毒无害的O O2 2。答案答案:(1)AD(1)AD加成反应加
17、成反应(2)2ClO(2)2ClO2 2+2CN+2CN-=2CO=2CO2 2+N N2 2+2Cl+2Cl-产物为无毒无害的产物为无毒无害的ClCl-、COCO2 2和和N N2 2(3)(3)吸附水吸附水中的有机物中的有机物(或除去水中的异味或除去水中的异味)反应产物无毒无害反应产物无毒无害【迁移迁移应用应用】1.1.以下非金属氧化物与其引起的环境以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是问题及主要来源对应正确的是()选项选项 氧化物氧化物环境问题环境问题主要来源主要来源A ACOCO2 2破坏臭氧层破坏臭氧层化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧B BSOSO2 2温室效应温室效应
18、汽车尾气的排放汽车尾气的排放C CNONO2 2光化学烟雾光化学烟雾工厂废气的排放工厂废气的排放D DCOCO酸雨酸雨汽车尾气和化石燃料汽车尾气和化石燃料的不完全燃烧的不完全燃烧【解析解析】选选C C。化石燃料燃烧主要排放二氧化碳气体。化石燃料燃烧主要排放二氧化碳气体,与温室效应有关与温室效应有关,而与破坏臭氧层无关而与破坏臭氧层无关,故故A A错误错误;工厂工厂废气的排放产生大量二氧化硫气体废气的排放产生大量二氧化硫气体,是形成酸雨的主要是形成酸雨的主要污染物污染物,而温室效应是由二氧化碳引起的而温室效应是由二氧化碳引起的,故故B B错误错误;汽汽车尾气排放大量的氮氧化物车尾气排放大量的氮氧
19、化物,氮氧化物是形成光化学烟氮氧化物是形成光化学烟雾的主要污染物雾的主要污染物,故故C C正确正确;形成酸雨与二氧化硫及氮的形成酸雨与二氧化硫及氮的氧化物有关氧化物有关,CO,CO是一种有毒气体是一种有毒气体,与酸雨无关与酸雨无关,故故D D错误。错误。2.2.绿色化学实验是指在绿色化学的思想指导下绿色化学实验是指在绿色化学的思想指导下,对常规对常规实验进行改革而形成的实验新方法。下列符合绿色化实验进行改革而形成的实验新方法。下列符合绿色化学实验操作的是学实验操作的是()A.A.将一氧化碳还原氧化铜的尾气直接排入空气中将一氧化碳还原氧化铜的尾气直接排入空气中B.B.将锌和稀硫酸反应后的废液直接
20、倒入下水道中将锌和稀硫酸反应后的废液直接倒入下水道中C.C.将跟氧气反应后剩余的硫黄放在空气中燃烧完全将跟氧气反应后剩余的硫黄放在空气中燃烧完全D.D.将氯酸钾和二氧化锰共热后的残余物回收分离将氯酸钾和二氧化锰共热后的残余物回收分离【解析解析】选选D D。一氧化碳还原氧化铜的尾气中含有的未。一氧化碳还原氧化铜的尾气中含有的未反应的一氧化碳是有毒气体反应的一氧化碳是有毒气体,对环境有害对环境有害,A,A项不符合绿项不符合绿色化学实验操作色化学实验操作;将锌和稀硫酸反应后的废液直接倒入将锌和稀硫酸反应后的废液直接倒入下水道中下水道中,会腐蚀下水道会腐蚀下水道,污染水资源污染水资源,B,B项不符合绿
21、色项不符合绿色化学实验操作化学实验操作;将跟氧气反应后剩余的硫黄放在空气中将跟氧气反应后剩余的硫黄放在空气中燃烧完全燃烧完全,产生的二氧化硫有毒产生的二氧化硫有毒,污染空气污染空气,C,C项不符合项不符合绿色化学实验操作绿色化学实验操作;将氯酸钾和二氧化锰共热后的残余将氯酸钾和二氧化锰共热后的残余物回收分离物回收分离,防止了残余物对环境的污染防止了残余物对环境的污染,符合绿色化符合绿色化学实验操作学实验操作,故故D D项正确。项正确。【补偿训练补偿训练】绿色化学是指从技术、经济上设计可行的化学反应绿色化学是指从技术、经济上设计可行的化学反应,尽尽可能减少对环境的副作用。下列化学反应不符合绿色可
22、能减少对环境的副作用。下列化学反应不符合绿色化学概念的是化学概念的是()A.A.消除硫酸厂尾气排放消除硫酸厂尾气排放:SO:SO2 2+2NH+2NH3 3+H+H2 2O=(NHO=(NH4 4)2 2SOSO3 3B.B.消除硝酸厂的氮氧化物污染消除硝酸厂的氮氧化物污染:NONO2 2+NO+2NaOH=2NaNO+NO+2NaOH=2NaNO2 2+H+H2 2O OC.C.制制CuSOCuSO4 4:Cu+2H:Cu+2H2 2SOSO4 4(浓浓)CuSO)CuSO4 4+SO+SO2 2+2H+2H2 2O OD.D.制制CuSOCuSO4 4:2Cu+O:2Cu+O2 2 2Cu
23、O,2CuO,CuO+HCuO+H2 2SOSO4 4(稀稀)=CuSO)=CuSO4 4+H+H2 2O O【解析解析】选选C C。C C项在生成项在生成CuSOCuSO4 4的同时的同时,还生成了还生成了SOSO2 2,会污染大气。会污染大气。【素养提升素养提升】直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题,将将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫二氧化硫,最终生成硫酸钙。硫酸钙可在如图所示的循最终生成硫酸钙。硫酸钙可在如图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应环燃烧装置的燃料反
24、应器中与甲烷反应,气体产物分离气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳,从而有利于二氧从而有利于二氧化碳的回收利用化碳的回收利用,达到减少碳排放的目的。达到减少碳排放的目的。(1)(1)煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中,引发的主要引发的主要环境问题有哪些环境问题有哪些?提示提示:温室效应温室效应 、酸雨、粉尘污染。、酸雨、粉尘污染。(2)(2)在烟气脱硫时控制浆液的在烟气脱硫时控制浆液的pH,pH,此时浆液含有的亚硫此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙,写出反应化学写出反应化学
25、方程式。方程式。提示提示:Ca(HSOCa(HSO3 3)2 2+O+O2 2=CaSO=CaSO4 4+H+H2 2SOSO4 4。【课堂回眸课堂回眸】课题任务课题任务:从干海带中提取碘从干海带中提取碘【情境创设情境创设】海带海带,海藻类植物之一海藻类植物之一,是一种在低温海水中生长的大是一种在低温海水中生长的大型海生褐藻植物型海生褐藻植物,属于褐藻门布科属于褐藻门布科,为大叶藻科植物为大叶藻科植物,因因其生长在海水中其生长在海水中,柔韧似带而得名。海带是一种含碘量柔韧似带而得名。海带是一种含碘量很高的海藻很高的海藻,一般含碘一般含碘335,5,多可达多可达771010。从中提取制得的碘和褐
26、藻酸从中提取制得的碘和褐藻酸,广泛应用于医药、食品和广泛应用于医药、食品和化工。碘是人体必需的元素之一化工。碘是人体必需的元素之一,缺碘会患甲状腺肿大缺碘会患甲状腺肿大,多食海带能防治此病多食海带能防治此病,还能预防动脉硬化还能预防动脉硬化,降低胆固醇降低胆固醇与脂的积聚。与脂的积聚。【素养解读素养解读】1.1.核心素养核心素养科学探究与创新意识科学探究与创新意识:能发现和提出有探能发现和提出有探究价值的问题究价值的问题;从问题和假设出发从问题和假设出发,依据探究目的依据探究目的,设计设计探究方案探究方案,运用化学实验等方法进行实验探究。运用化学实验等方法进行实验探究。2.2.素养目标素养目标
27、:通过通过“从干海带中提取碘从干海带中提取碘”,学会物质分学会物质分离与提纯的方法离与提纯的方法,通过实验设计与实验操作培养科学通过实验设计与实验操作培养科学探究与创新意识。探究与创新意识。【素养探究素养探究】【探究任务一探究任务一:方案设计方案设计】(1)(1)海带中的碘元素主要以海带中的碘元素主要以I I-的形式存在的形式存在,怎样设计实怎样设计实验证明海带中含有碘验证明海带中含有碘?提示提示:用剪刀剪碎海带用剪刀剪碎海带,用酒精湿润用酒精湿润,放入坩埚中。放入坩埚中。灼烧海带至完全成灰灼烧海带至完全成灰,停止加热停止加热,冷却。将海带灰加冷却。将海带灰加蒸馏水溶解蒸馏水溶解,搅拌、煮沸、
28、过滤。在滤液中滴加稀硫搅拌、煮沸、过滤。在滤液中滴加稀硫酸及酸及H H2 2O O2 2,然后加入几滴淀粉溶液。如果淀粉溶液变蓝然后加入几滴淀粉溶液。如果淀粉溶液变蓝色则证明海带中含有碘元素。色则证明海带中含有碘元素。(2)(2)写出实验过程中无机态碘离子转化为碘单质的离子写出实验过程中无机态碘离子转化为碘单质的离子方程式。方程式。提示提示:离子方程式为离子方程式为2I2I-+H+H2 2O O2 2+2H+2H+=I=I2 2+2H+2H2 2O O。(3)(3)使用什么样的试剂、采用什么样的方法可以将生成使用什么样的试剂、采用什么样的方法可以将生成的的I I2 2从碘水中提取出来从碘水中提
29、取出来?提示提示:采用萃取的方法采用萃取的方法,利用利用 CClCCl4 4将将I I2 2从碘水中提取出从碘水中提取出来。来。(4)(4)设计实验流程设计实验流程,将海带中提取碘的流程整理出来将海带中提取碘的流程整理出来:【探究任务二探究任务二:反思归纳反思归纳】(1)(1)实验中除去海带表面的杂质一般用刷子刷净实验中除去海带表面的杂质一般用刷子刷净,不用不用水清洗水清洗,原因是什么原因是什么?提示提示:海带中碘元素以碘离子的形式存在海带中碘元素以碘离子的形式存在,且易溶于水且易溶于水,为防止碘元素的损失为防止碘元素的损失,除去海带表面的杂质一般用刷子除去海带表面的杂质一般用刷子刷净刷净,不
30、用水清洗。不用水清洗。(2)(2)你认为是否可以使用你认为是否可以使用ClCl2 2将将I I-转化成转化成I I2 2?请从多角度请从多角度进行分析进行分析?提示提示:不可以。不可以。双氧水是绿色氧化剂双氧水是绿色氧化剂,环保。氯气对环保。氯气对环境有一定污染环境有一定污染 。氯气一旦过量可能会进一步把碘。氯气一旦过量可能会进一步把碘氧化成更高价的碘酸根氧化成更高价的碘酸根,双氧水则不会。使用双氧水双氧水则不会。使用双氧水不会引入新杂质不会引入新杂质,使用氯气会引入新的杂质。使用氯气会引入新的杂质。【素养评价素养评价】1.1.科学探究与创新意识科学探究与创新意识水平水平1:1:能对能对“从干海带中提从干海带中提取碘取碘”提出可能的实验方案。提出可能的实验方案。2.2.科学探究与创新意识科学探究与创新意识水平水平2:2:能依据设计的实验方能依据设计的实验方案案,组装实验仪器组装实验仪器,完成实验操作。完成实验操作。3.3.科学态度与社会责任科学态度与社会责任水平水平3:3:能对能对“从干海带中提从干海带中提取碘取碘”提出探究的问题和假设提出探究的问题和假设,基于现象和数据分析并基于现象和数据分析并得出结论。得出结论。
