2021学年第三节 环境保护与绿色化学学案

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第三节 环境保护与绿色化学 课前自主预习 一、化学与环境保护1．通常所说的环境问题，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．工业三废指的是废气、废水、废渣。3．除了自然因素，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。这些污染物在太阳辐射等因素作用下，经过复杂变化形成次生污染物(如图)，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。4．污水的处理方法(1)污水的处理方法很多，常用的有物理法、化学法和生物法等。例如，加入硫酸亚铁、硫酸铝、聚合氯化铝等混凝剂，可使污水中的细小悬浮物等聚集成较大的颗粒，然后经沉淀、过滤除去。对其他溶解在水中的污染物，则要根据其化学性质采用中和法、氧化还原法和沉淀法等进行处理。(2)污水处理的步骤一级处理通常采用物理方法，即用格栅间、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。经过一级处理后的水一般达不到排放标准，所以通常将一级处理作为预处理。二级处理采用生物方法(又称微生物法)及某些化学方法，除去水中的可降解有机物等污染物。经过二级处理后的水一般可达到国家规定的排放标准。三级处理主要采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透法等，对污水进行深度处理和净化。经过三级处理后的水可用于绿化和景观用水等。5．固体废物的处理工业废渣和生活垃圾等固体废物的处理应遵循无害化、减量化和资源化的原则，达到减少环境污染和资源回收利用这两个重要目的。二、绿色化学1．绿色化学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(如图)。2．原子经济性反应和原子利用率(1)简单而言，化学反应就是原子重新组合的过程。因此，按照绿色化学的思想，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(即期望产物的总质量与生成物的总质量之比)为100%。(2)①以乙烯为原料生产环氧乙烷，过去主要使用的是氯代乙醇法，包括以下两步反应：CH2===CH2＋Cl2＋H2O―→ClCH2CH2OH＋HCl  课堂互动探究 环境污染和环境保护1．环境、环境污染和环境保护环境是指围绕着人群的空间及其中可以直接、间接影响人类生活和发展的各种自然因素和社会因素的总体。一种状态由洁净变污浊的过程叫污染。环境污染即指环境变得不清洁、污浊、肮脏或其他方面的不洁净的状态。  环境污染主要是由人类活动引起的，但自然活动如火山、地震、海啸、气候异常、森林火灾等自然灾害也会造成环境污染。环境污染绝大多数来自于人类不合理的经济活动。人类通过生产，从环境中输入物质和能量，人类通过消费活动，将废弃物输出给环境。环境本身是有一定的自净能力的，但是当废弃物产生量越来越大，超过环境的自净能力时，就会影响环境，造成环境污染。环境污染可以通过食物链在生物体内不断迁移、转化和富集。物质在整个生物圈的迁移、转化是没有国界的，因此环境污染也是没有国界的。地球上的环境问题可概括为：①全球变暖；②臭氧层破坏；③酸雨；④生物多样性减少；⑤森林锐减；⑥土地荒漠化；⑦水质污染；⑧海洋污染；⑨大气污染；⑩固体废弃物污染。其中，全球变暖(温室效应)、酸雨和臭氧层破坏被称为当代三大环境问题。环境问题已成为全人类所面临的生存和发展问题。它严重制约着社会的发展，不仅使人类社会的文明进程受到影响，而且使人类自身的生存也受到严重的威胁。如何正确地认识和处理人与自然的关系，主要取决于人类自己。因此全人类都应该重视环境保护，走可持续发展之路。环境保护是指采取社会的、技术的、经济的综合措施，合理利用自然资源，防止环境污染与破坏，以求保持和发展生态平衡，促进经济和保障人类社会的持续发展。2．典型的环境污染(1)温室效应工农业生产及生活燃烧含碳化合物导致二氧化碳含量升高，造成全球气温上升，水位上升，陆地面积减少。(2)赤潮工农业生产(如石油化工、炼焦、化肥等)的废水中所含的氮磷元素导致水体富营养化，从而使藻类大量繁殖，消耗水中大量的溶解氧，水质腐败变质、变臭，水生生物因缺氧死亡或被污染。淡水中叫水华，海水中叫赤潮。(3)酸雨煤炭燃烧排放的二氧化硫和机动车排放的氮氧化物是形成酸雨的主要因素。降水酸度pH<5.6时，将会对森林、农作物和材料、建筑物产生明显损害。(4)臭氧空洞氟氯代烃等物质的排放，使臭氧层被破坏。臭氧层被大量破坏后，吸收紫外线辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康和生态环境带来多方面的危害。(5)白色污染生活生产中抛弃使用后的难降解的塑料制品造成的，它们的主要危害：①废旧塑料混在土壤中影响农作物吸收养分和水分，导致农作和减产；②废旧塑料易被动物当作食物吞入，导致动物死亡；③混入生活垃圾中的废塑料很难处理、回收，不易分解。(6)光化学烟雾主要是由氮氧化物、碳氢化合物造成的，能刺激人体器官使人生病甚至死亡。 绿色化学1．含义“绿色化学”可以诠释为环境友好化学，它的核心内涵是在反应过程和化工生产中，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化学试剂、化学制品和化学工艺。 2．“绿色化学”的特点(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。3．原子经济原子经济要求反应物的原子全部转变成最终产物，原子利用率达到100%，也就是说在化学反应过程中不产生任何废物。化学反应的原子经济好坏用原子利用率来衡量：原子利用率＝×100% 典例题组训练 题组一　环境污染与保护1．下列措施有利于节能减排、改善环境质量的有(　A　)①在大亚湾核电站已安全运行多年的基础上，广东将继续发展核电，以减少火力发电带来的二氧化硫和二氧化碳排放问题②积极推行“限塑令”，加快研发利用二氧化碳合成的聚碳酸酯类可降解塑料③加速建设地铁、轻轨等轨道交通，促进珠三角城市一体化发展，减少汽车尾气排放④发展低碳经济、循环经济，推广可利用太阳能、风能的城市照明系统⑤使用生物酶降解生活废水中的有机物，使用填埋法处理未经分类的生活垃圾A．①②③④   B．①②⑤C．①②④⑤   D．③④⑤解析：核电可减少污染物，如SO2等排放，可改善环境质量，①正确，则排除D选项；地铁可减少汽车的数量，从而减少尾气排放，有利于改善环境，③正确，则排除B、C选项。⑤中“填埋法”不能改善环境质量，相反会造成土壤污染。2．环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，下列各项中与环境污染无关的是(　D　)①温室效应；②赤潮；③酸雨；④光化学污染；⑤臭氧空洞；⑥水俣病；⑦潮汐现象；⑧水华；⑨地方性甲状腺肿大。A．⑥⑧   B．④⑤C．①②③   D．⑦⑨解析：②赤潮与⑧水华均属水体富营养化引起的水体污染现象；①温室效应指大量CO2的排放引起的大气变暖现象；④光化学烟雾则是由汽车尾气大量排放有害气体所导致的一种空气污染现象；③酸雨是化石燃料的燃烧等引起的污染现象；⑨地方性甲状腺肿大是缺碘引起的症状，与环境污染无关；⑤臭氧层空洞，则是由释放的氟氯烃等物质导致臭氧层被破坏的大气污染现象；⑥水俣病是由于含镉、汞污水的排放被鱼吸收，人吃鱼后引起的有毒物质在人体富集而导致的，与环境污染有关。⑦潮汐是一种自然现象。　1引起温室效应的气体除CO2之外，还有CH4等。2酸雨、光化学烟雾、臭氧空洞均与氮氧化物有关。3CO2不属于空气污染物。题组二　绿色化学3．制取乙醇的下列反应，原子经济性最差的是(　C　)A．乙烯水化法：CH2===CH2＋H2OCH3CH2OHB．乙醛还原法：CH3CHO＋H2CH3CH2OHC．卤代烃水解法：CH3CH2Br＋H2OCH3CH2OH＋HBrD．酯类水解法：CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH解析：根据原子利用率为期望产物的总质量与生成物的总质量之比，及A、B两项中生成物都是期望产物，可知它们的原子利用率都是100%，分析C、D两项有两种方法。方法一(计算法)：C项：原子利用率＝×100%＝×100%≈36.2%D项：原子利用率＝×100%＝×100%≈43.4%方法二(推断法)：C、D两项比较，都生成1 mol C2H5OH时，C项的副产物是HBr，D项的副产物是CH3COOH，且都是1 mol，由于Mr(HBr)＝81>Mr(CH3COOH)＝60，故原子利用率：D项>C项。4．“绿色化学实验”已走进课堂，下列做法符合“绿色化学”的是(　C　)①实验室收集氨气采用如图甲所示装置②实验室中做氯气与钠的反应实验时采用图乙所示装置③实验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与酸生成铵盐的实验④实验室中采用如图丙所示装置进行铜与稀硝酸的反应A．②③④   B．①②③C．①②④   D．①③④解析：①实验室收集NH3采用图甲所示装置，在制备的过程中用滴有酚酞的水吸收逸出的NH3，防止污染环境，符合绿色化学的要求；②实验室中做Cl2与Na的反应实验时采用图乙所示装置，用沾有碱液的棉球可以吸收多余的Cl2，防止污染环境，符合绿色化学的要求；③实验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与酸生成铵盐的实验时，挥发出的HCl和NH3会污染大气，不符合绿色化学的要求；④实验室中采用图丙所示装置进行Cu与稀HNO3的反应时，将生成的氮的氧化物及时收集在气球里面，也可以防止污染环境，符合绿色化学的要求。综上所述①②④符合要求。　当只有一种产物时，原子利用率为100%；当存在多种产物时，可比较生成1 mol目标产物时，其他产物的质量，其他产物的质量越大，则原子利用率越低。在有机化学反应中，取代反应、氧化反应、酯化反应、水解反应、裂解反应等产物均不唯一，而加成反应产物唯一，因此，其中只有加成反应原子利用率为100%，最符合绿色化学原则。 核心素养 1．“绿色化学”的基本思想2．“两个理想”(1)我国酸雨主要是硫酸型，主要是由燃料燃烧产生SO2引起的，防止酸雨产生的根本途径是减少人为污染物的排放。(2)绿色化学与传统的治理工业“三废”截然不同。治理工业“三废”是先污染后治理，而绿色化学是从源头上减少和清除工业生产对环境的污染。【例1】　下列化工生产中体现绿色化学内涵的是(　　)①减少“三废 ”排放量②考虑催化剂和载体的再生使用③回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂④考虑有关原材料的再生利用⑤拒绝使用无法替代、无法回收、污染作用明显的原料A．①②③   B．①③④⑤C．①②③⑤   D．①②③④⑤【解析】　减少“三废”排放量以及拒绝使用无法替代、无法回收、污染作用明显的原料，从源头上减少了对环境的污染，符合绿色化学的理念，①⑤均正确。考虑催化剂、载体、原材料的再生利用，回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂，减少了废物的排放，符合绿色化学的理念，②③④均正确。【答案】　D【例2】　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CH3OH   B．CO2和H2OC．H2和CO2   D．CH3OH和H2【解析】　从原子守恒和绿色化学的思想出发：CH3C≡CH＋其他的反应物―→CH2===C(CH3)COOCH3，则其他的反应物的原子组成为C2H4O2，只有选项A中的物质按等物质的量混合符合题意。【答案】　A