环境保护与绿色化学 高考化学一轮复习强化提升课学案新人教版

环境保护与绿色化学

　本部分知识在高考的选择题中以拼盘的形式考查，在非选择题中常与非金属元素及其化合物性质的掌握、实验的基本操作及实验评价，化学反应原理知识结合在一起。考查宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等学科素养。

【典例】(2021·汕头模拟)“践行绿色发展理念，建设美丽中国”要求工业生产符合绿色化学或环境保护理念。原子利用率是衡量绿色化学的重要指标，下列化工生产工艺是理想的绿色化学工艺的是(　　)

A．工业上利用硅石与焦炭冶炼粗硅

B．利用石灰乳与纯碱水溶液反应制烧碱

C．工业上利用废铜与浓硫酸反应制备胆矾

D．石油化工利用乙烯催化氧化法制备环氧乙烷

【解析】选D。A项，工业上利用硅石与焦炭冶炼粗硅，反应为2C＋SiO2Si＋2CO↑，原子利用率不是100%，不符合“绿色化学”的理念，错误；B项，利用石灰乳与纯碱水溶液反应制烧碱，反应的化学方程式为Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，原子利用率不是100%，不符合“绿色化学”的理念，错误；C项，工业上利用废铜与浓硫酸反应制备胆矾过程中铜和浓硫酸反应生成二氧化硫污染性气体，原子利用率不是100%，错误；D项，石油化工利用乙烯催化氧化法制备环氧乙烷：2CH2===CH2＋O2，原子利用率是100%，符合“绿色化学”的理念，正确。

(1)(宏观辨识与微观探析)乙烯聚合为聚乙烯高分子材料是否符合绿色化学原子经济性要求？

提示：符合。

nCH2===CH2反应无副产物，符合绿色化学要求。

(2)(宏观辨识与微观探析)甲烷与氯气制备一氯甲烷是否符合绿色化学原子经济性要求？

提示：不符合。可能发生反应CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl、CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl等，有副产物，不符合绿色化学的要求。

【归纳总结】化学反应的原子的经济性

1．环境污染：

(1)大气污染问题。

 (2)水体污染。

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。

(3)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。

2．绿色化学：

【归纳总结】常见工业尾气

1．(环境污染与防治、绿色化学)2021年第31届世界大学生运动会在成都举办。“绿色”是成都的城市发展理念，也是世大运的组织理念。下面有关说法不正确的是(　　)

A．成都推广使用的清洁燃料压缩天然气和液化石油气的主要成分均是烃类

B．兴建世大运场馆所用到的金属材料中可能含有非金属元素

C．“绿色化学”的核心是应用化学原理对环境污染进行治理

D．新能源汽车的使用有助于减少氮氧化合物的排放

【解析】选C。压缩天然气的主要成分是甲烷，液化石油气的主要成分为丙烷和丁烷，A正确；金属材料中可能含有非金属元素，如生铁中含有碳元素，B正确；绿色化学的核心是从源头上杜绝污染，不是用化学原理治理环境污染，C错误；新能源汽车的推广使用，可以减少氮氧化合物的排放，有助于减少光化学烟雾产生，D正确。

2．(环境污染与防治、绿色化学)化学与资源、环境、生活关系密切，下列说法正确的是(　　)

A．雾霾天气会对人体健康造成危害，“雾”和“霾”的分散质微粒相同

B．煤燃烧时加入少量的生石灰可以减少废气中的二氧化硫排放

C．将造纸废水通过高压水井压到地下，节约生产成本

D．用铁屑、CuO、稀硫酸为原料制铜：CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O、Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，原子利用率是100%

【解析】选B。雾是由悬浮在大气中的微小液滴形成的气溶胶，霾是指空气中大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象，A错误；二氧化硫属于酸性氧化物，高温下可与碱性氧化物CaO(生石灰的主要成分)发生反应，从而减少了二氧化硫的排放，B正确；造纸废水被压到地下，会造成水体污染，C错误；有副产物产生，原子利用率不是100%，D错误。

3．(环境污染与防治、绿色化学)“绿色化学”的核心是实现污染物“零排放”。下列最符合“绿色化学”理念的是(　　)

A．在厂区大量植树绿化，净化污染的空气

B．利用太阳能分解水制氢气

C．将煤液化后使用以提高煤的利用率

D．将化石燃料充分燃烧后再排放

【解析】选B。A项，在厂区大量植树绿化，净化污染的空气，虽然有利于环境保护，但不是从源头上杜绝环境污染，错误；B项，利用太阳能分解水制氢气，既能充分利用太阳能，又对环境无污染，符合绿色化学核心要求，正确；C项，将煤液化后使用以提高煤的利用率，没有减少污染物的排放，错误；D项，将化石燃料充分燃烧后再排放，燃烧过程中产生SO2等气体会污染大气，不符合零排放，错误。

4．(环境污染与防治、绿色化学)(2021·濮阳模拟)化学与生产、生活、环境等社会实际密切相关。下列相关叙述正确的是(　　)

A．SO2、CO2、NO2都是可形成酸雨的气体

B．用于新型冠状病毒消毒的75%酒精消毒原理和“84”消毒液(主要成分NaClO)消毒的原理相同

C．纳米铁粉通过物理吸附去除污水中Hg2＋、Pb2＋等重金属离子

D．汽车尾气中含有的氮氧化物，会加剧酸雨的形成

【解析】选D。SO2和NO2都是可形成酸雨的气体，CO2不能形成酸雨，但能形成温室效应，A项错误；75%的酒精消毒的原理是使蛋白质发生变性，“84”消毒液是利用其主要成分NaClO的强氧化性杀菌消毒，原理不相同，B项错误；纳米铁粉能有效地处理污水中的Hg2＋、Pb2＋等重金属离子，与其还原性有关，C项错误。

5．(与污染治理有关的综合考查)(2021·太原模拟)科学假说是科学发展的一种重要形式。有科学家提出：利用空气中的二氧化碳与氢气反应后，使之变为可再生的燃料甲醇的设想。其设想的生产流程如图。下列说法正确的是(　　)

A．上述流程中饱和碳酸钾溶液所起的作用是降低空气中的CO2的溶解度

B．上述流程中能体现“循环利用”的物质有碳酸氢钾溶液和高温水蒸气

C．从合成塔中分离出甲醇的实验操作方法是分液

D．通入高温水蒸气的作用是加快CO2的生成和逸出，以便及时提供给合成塔

【解析】选D。A项，碳酸钾溶液能够吸收二氧化碳生成碳酸氢钾，其作用是富集空气中的二氧化碳气体，错误；B项，吸收池内生成碳酸氢钾，分解池内碳酸氢钾分解为碳酸钾，所以“循环利用”的物质有碳酸钾溶液和高温水蒸气，错误；C项，在合成塔内，二氧化碳和氢气反应生成甲醇和水，甲醇与水互溶，因此采用蒸馏的方法进行分离，错误；D项，碳酸氢钾在高温水蒸气的作用下，分解产生二氧化碳，所以通入高温水蒸气的作用是加快CO2的生成和逸出，以便及时提供给合成塔，正确。

6．(与污染治理有关的综合考查)SO2为大气污染物，研究它的性质对环境治理具有重要意义。在铝基氧化铜作催化剂时，可利用天然气脱除二氧化硫，并回收单质硫(熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃)。

(1)①装置中导管X的作用是__________________________________。

②用装置A制取SO2，则试剂的组合最好是________(填字母)。

a．18.4 mol·L－1 H2SO4＋Cu

b．4 mol·L－1 HNO3＋Na2SO3

c．60% H2SO4＋K2SO3

③水与Al4C3在装置A中制取甲烷，其化学方程式为___________________。

(2)利用制得的CH4和SO2并结合B～G装置验证反应CH4＋2SO22S＋CO2＋2H2O生成的单质S和CO2。

①B装置有三个作用，分别是_____________、_____________、_____________。

②实验装置依次连接的合理顺序为B、______________(每个装置只用一次)。

③证明有CO2产生的现象为______________________________________。

④G装置中发生反应的离子方程式为_________________________________。

【解析】(1)①蒸馏烧瓶中产生气体，使其中的压强增大，若分液漏斗与蒸馏烧瓶不连通，则不利于液体滴下，所以装置中导管X的作用是平衡压强，使液体顺利滴入烧瓶中。②a项，“18.4 mol·L－1 H2SO4＋Cu”制取SO2需要加热，而装置A为固、液不加热装置，故不适合；b项，HNO3具有强氧化性，“4 mol·L－1 HNO3＋Na2SO3”发生氧化还原反应，＋4价S被氧化成＋6价，得不到SO2，故不适合；c项，“60% H2SO4＋K2SO3”制取SO2符合强酸制弱酸原理，故适合。③用水与Al4C3制取甲烷，根据原子守恒还生成Al(OH)3，故化学方程式为Al4C3＋12H2O===4Al(OH)3＋3CH4↑。

(2)①CH4和SO2的反应需要高温条件下在硬质玻璃管中进行，B中浓硫酸可以起到干燥CH4和SO2的作用；B装置中可同时通入CH4和SO2，便于充分混合CH4和SO2；CH4和SO2气体通过浓硫酸，会形成气泡，观察气泡以便调节CH4和SO2的流速比约为1∶2。②根据实验目的：验证CH4和SO2反应生成的单质S和CO2，则装置C冷却得到固体S单质，用E装置中澄清石灰水验证CO2，为防止SO2对验证CO2实验造成干扰，必须先将其除尽，可依次通过酸性高锰酸钾溶液和品红溶液，综上分析实验装置依次连接的合理顺序为B、D、C、G、F、E。③若F中品红溶液不褪色，则说明SO2已经除尽，E中澄清石灰水变浑浊则能证明该实验有CO2产生。④G装置中，酸性高锰酸钾溶液与SO2发生氧化还原反应，＋7价Mn被还原为＋2价，＋4价S被氧化为＋6价，根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒可写出离子方程式：2MnO＋5SO2＋2H2O===2Mn2＋＋5SO＋4H＋。

答案：(1)①平衡气压，使液体顺利滴入烧瓶中　②c

③Al4C3＋12H2O===4Al(OH)3＋3CH4↑

(2)①干燥　充分混合　观察气泡以便调节CH4和SO2的流速　②D、C、G、F、E　③F中品红溶液不褪色，E中澄清石灰水变浑浊

④2MnO＋5SO2＋2H2O===2Mn2＋＋5SO＋4H＋

【加固训练—拔高】

1．下列有关金属及其化合物的应用不合理的是(　　)

A．将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2

B．铝中添加适量锂，制得低密度、高强度的铝合金，可用于航空工业

C．盐碱地(含较多Na2CO3等)不利于作物生长，可施加熟石灰进行改良

D．无水CoCl2呈蓝色，吸水会变为粉红色，可用于判断变色硅胶是否吸水

【解析】选C。C错误，Na2CO3与Ca(OH)2反应生成NaOH，使土壤碱性增强。

2．(与污染治理有关的综合考查)(2021·哈尔滨模拟)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下：

(1)一定条件下,NO 与NO2存在下列反应:NO(g)+NO2(g)N2O3(g),其平衡常数表达式为K=　　　　　　。 

(2)上述工艺中采用气-液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入,石灰乳从吸收塔顶喷淋),其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 

滤渣可循环使用,滤渣的主要成分是　　　　(填化学式)。 

(3)该工艺需控制NO 和NO2物质的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,则会导致　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 

若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,则会导致　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

【解析】(1)根据反应方程式,书写有关平衡常数表达式;(2)逆流有利于气体的吸收,滤渣应为没有溶解的物质,结合流程中涉及的相关物质可知滤渣主要成分为氢氧化钙;(3)根据化合价,一氧化氮和二氧化氮物质的量之比为1∶1,刚好转化为 Ca(NO2)2;当一氧化氮多时,一氧化氮将过剩;当二氧化氮多时,NO2与Ca(OH)2发生反应生成Ca(NO2)2和Ca(NO3)2,使Ca(NO3)2含量升高;(4)Ca(NO2)2转化为 NO,氮化合价降低,其他产物中定有元素化合价升高,结合质量守恒、电荷守恒和电子守恒书写反应式,注意酸性条件。

答案:(1)

(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收　Ca(OH)2

(3)排放气体中NO含量升高

产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高

(4)3+2H++2NO↑+H2O

3.NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。

(1)NOx能形成酸雨,写出NO2转化为HNO3的化学方程式　　　　　　　　　　。 

(2)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化示意图如下:

①写出该反应的热化学方程式: 　　　　　　 　　　　　　　。 

②随温度升高,该反应化学平衡常数的变化趋势是　　　　　　　　　　　。 

(3)在汽车尾气系统中装催化转化器,可有效降低NOx的排放。

①当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式: 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　。 

②当尾气中空气过量时，催化转化器中的金属氧化物吸收NOx生成盐。其吸收能力顺序如下：12MgO<20CaO<38SrO<56BaO，原因是______________________，

元素的金属性逐渐增强，金属氧化物对NOx的吸收能力逐渐增强。

(4)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下：

①Pt电极上发生的是　　　　　　　　　　　　(填“氧化”或“还原”)反应。

②写出NiO电极的电极反应式：________________。

【解析】(1)NO2与H2O反应生成HNO3与NO。

(2)①断开化学键需要吸收能量，形成化学键需释放能量。

ΔH＝945 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－2×630 kJ·mol－1＝＋183 kJ·mol－1；

②该反应正反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，化学平衡常数增大。

(3)①NO被CO还原成N2，由得失电子守恒和元素守恒可知CO被氧化为CO2；

②根据Mg、Ca、Sr和Ba的质子数得知，它们均处于第ⅡA族，同一主族的元素自上而下，原子半径增大，金属性增强。

(4)①由工作原理示意图可知，O2在Pt电极发生还原反应生成O2－；

②在O2－参加反应下，NO在NiO电极失电子发生氧化反应生成NO2。

答案：(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

(2)①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)

ΔH＝＋183 kJ·mol－1

②增大

(3)①2NO＋2CON2＋2CO2

②根据Mg、Ca、Sr和Ba的质子数得知，它们均处于第ⅡA族，同一主族的元素，自上而下，原子半径增大

(4)①还原　②NO＋O2－－2e－===NO2