高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 环境保护与绿色化学导学案及答案

第三节　环境保护与绿色化学

一、化学与环境保护

1．环境保护

(1)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)环境保护的任务

①环境监测：对污染物的存在形态、含量等进行分析和测定，为控制和消除污染提供可靠的数据。

②治理工业三废(废水、废气、废渣)。

③寻找源头治理环境污染的生产工艺：杜绝污染物的排放，从根本上解决环境问题。

2．大气污染

(1)污染物主要来源：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)次生污染物的形成

3．污水的处理方法

(1)常用的污水处理方法有物理法、化学法、和生物法等。

(2)污水处理常用化学方法：中和法、氧化还原法、沉淀法等。

(3)污水处理的流程

①一级处理：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。

②二级处理：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。经二级处理后的水一般可以达到国家规定的排放标准。

③三级处理：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。

4．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。

2．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%。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)CO2能引起温室效应，故CO2为大气污染物。 (　　)

(2)大量化肥的施用和含磷洗衣粉的使用会污染水资源，引起水华。 (　　)

(3)含硫燃料的大量燃烧能引起酸雨的发生。 (　　)

(4)白色污染主要是废弃塑料制品引起的。 (　　)

(5)化合反应和加成反应可以使原子利用率达到100%。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√

2．污水处理的主要方法有：①中和法；②化学沉淀法；③氧化还原法；④过滤法。其中属于化学方法的有(　　)

A．①②③　　B．①②④　　C．②③④　　D．①②③④

[答案]　A

3．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

2ClCH2CH2OH＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋2H2O

总的反应可表示为：

CH2===CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋H2O

现代石油化工采用银作催化剂，可以实现一步完成：

2CH2===CH2＋O2

(1)两种生产工艺的原子利用率分别为______，______。

(2)列出原子利用率为100%的化学反应类型及其实际例子的方程式________________________________________________________________，

________________________________________________________________。

(3)原子利用率与产率是否相同？________(填“是”或“否”)。

[答案]　(1)25.4%　100%

(2)化合反应：2H2＋O22H2O

加聚反应：nCH2===CH2　CH2—CH2

加成反应：CH≡CH＋HClCH2===CHCl(任选两个，其他合理答案均可)

(3)否

常见环境问题与绿色化学

1．含硫氧化物和含氮氧化物是形成酸雨的主要物质。工业上常利用它们与一些物质发生反应加以控制、消除和回收利用。请举例说明这些方法所依据的化学反应和反应类型。

提示：例如，针对我国以煤炭为主、酸雨类型属于硫酸型的特点，主要采取燃料预脱硫、炉内脱硫和烟囱排气除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3等吸收脱硫，其主要化学反应原理和类型如下：

CaCO3CaO＋CO2↑，分解反应

CaO＋SO2CaSO3，化合反应

2CaSO3＋O22CaSO4，化合反应(或氧化还原反应)

SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3，化合反应

再如，机动车辆的尾气排放也同样需要控制，其中的氮氧化物还是光化学污染的主要成因，它比硫氧化物的消除难度大，一般采用CH4、H2等在Pt、Pd等的催化作用下将氮氧化物还原为N2和H2O，其主要化学反应原理和类型如下：

CH4＋4NO24NO＋CO2＋2H2O，氧化还原反应

CH4＋4NO2N2＋CO2＋2H2O，氧化还原反应

2．含氮、磷元素的大量污水任意排入河流、湖泊和近海水域，会出现水华、赤潮等水体污染问题。你认为在城市和农村出现的这种水体污染各有什么特点？怎样预防？

提示：导致水华、赤潮现象的原因，从农村方面来说，主要是人们的日常生活、水产及禽畜养殖等产生的污水或固体废弃物未经处理排放，化肥的不当使用等；从城市方面来说，主要是人们的生活废水及工业生产废水的排放等。

水华、赤潮现象达到一定程度，会使饮用水(淡水)水源受到威胁，水生生物大量减少，生态遭到破坏，水产养殖业更是面临毁灭性打击。

预防水华、赤潮现象的发生，一要少用或不用含氮、磷洗涤剂，合理使用化肥，适量向水产养殖区投放饲料等；二要对产生的含氮、磷的废水、固体废弃物做科学合理的处理。

3．设计Cu制备CuSO4的实验方案，并评价优劣。

提示：方案1：CuCuSO4

方案2：CuCuOCuSO4

方案1产生SO2污染气体，且H2SO4利用率低，而方案2无污染气体且H2SO4利用率高。

1．常见环境问题

2.常见工业废气的成分及处理

3.寻找从源头上治理环境污染的生产工艺

从人类生产活动的角度来说，污染物的排放大都是从物质的工业生产开始的，实施清洁能源生产既能满足人们的物质需求，又可以合理使用自然资源，同时能从根本上解决环境问题。

4．绿色化学对化学反应的要求

注意：原子利用率＝×100%

1．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(　　)

C　[化石燃料燃烧主要排放二氧化碳气体，与温室效应有关，而与破坏臭氧层无关，故A错误；工厂废气的排放产生大量二氧化硫气体，是形成酸雨的主要污染物，而温室效应是由二氧化碳引起的，故B错误；工厂废气、汽车尾气排放大量的氮氧化物，氮氧化物是形成光化学烟雾的主要污染物，故C正确；形成酸雨与二氧化硫及氮的氧化物有关，CO是一种有毒气体，与酸雨无关，故D错误。]

2．化学与生活密切相关。下列说法错误的是(　　)

A．PM2.5是指直径不大于2.5μm的可吸入悬浮颗粒物

B．绿色化学要求从源头上消除或减少生产活动对环境的污染

C．燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放

D．天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料

C　[通常将大气中直径不大于2.5 μm的可吸入悬浮颗粒物称为PM2.5，A正确；绿色化学的核心就是从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，B正确；CaCO3受热易分解，燃煤中加入CaO不能减少温室气体CO2的排放，C错误；天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料，D正确。]

3．某冶金厂废水的pH为4.5，含超标10倍的Pb2＋。该厂处理废水的下列设计中，比较合理的是(　　)

A．用离子交换法除去Pb2＋

B．在废水中加硫酸，生成PbSO4沉淀

C．在废水中加NaOH，调节pH到11.0，使Pb2＋转化为氢氧化物沉淀

D．在废水中加石灰，调节pH到11.0，使Pb2＋转化为氢氧化物沉淀

D　[废水量太大，不能用离子交换法；加硫酸虽能除去Pb2＋，但增加了溶液酸度；石灰比NaOH廉价，故选用石灰。]

1．下列做法不值得提倡的是(　　)

A．选用回收废纸制造的纸箱

B．选用一次性筷子、纸杯和塑料袋

C．将生活垃圾进行分类处理

D．选乘公共交通工具出行

[答案]　B

2．下列做法与社会可持续发展理念相违背的是(　　)

A．改进汽车尾气净化技术，减少大气污染物的排放

B．开发利用可再生能源，减少化石燃料的使用

C．研发可降解高分子材料，减少“白色污染”

D．过度开采矿物资源，促进地方经济发展

D　[矿物资源为不可再生资源，过度开采会使资源匮乏，是只顾眼前不顾将来的做法，不符合社会可持续发展理念，故D错误。]

3．下列关于化学与生产、生活的认识正确的是(　　)

A．绿色食品就是不使用化肥农药，不含任何化学物质的食品

B．合理开发利用可燃冰，有助于缓解能源紧缺的状况

C．蔬菜表面洒少许福尔马林(甲醛的水溶液)，可保鲜和消毒

D．用Ba(OH)2处理含Cu2＋的废水，可消除水中重金属离子的污染

B　[绿色食品是指在无污染的生态环境中种植及全过程标准化生产或加工的农产品，严格控制其有毒、有害物质含量，使之符合《食品安全国家标准》，并经专门机构认定，许可使用绿色食品标志的食品，A项错误。可燃冰全球分布广泛，合理开发利用有助于缓解能源紧缺状况，B项正确。福尔马林是甲醛的水溶液，有毒有害，不能用作食品防腐剂，C项错误。加入Ba(OH)2溶液虽然能将Cu2＋转化为沉淀，但引入了Ba2＋且废水碱性明显增强，不能实现净化的目的，D项错误。]

4．不仅化工生产应遵循绿色化学的原则，化学实验也应遵循绿色化学的原则，实现原料和过程的绿色化。下列实验或实验过程遵循绿色化学原则的是(　　)

A．用过量的氯气进行性质实验

B．用双氧水代替高锰酸钾制取氧气

C．用溴水代替碘水进行萃取实验

D．用铜粉代替铜丝进行Cu与浓硝酸的反应

B　[氯气有毒，过量Cl2会造成环境污染，A项错误；用H2O2代替高锰酸钾制氧气，提高了原子的利用率，并且产物无污染，B项正确；溴水易挥发出有毒的溴蒸气，C项错误；用铜丝进行Cu和浓硝酸的反应可随时控制反应的发生与停止，减少氮氧化物的生成，从而减少对大气的污染，D项错误。]

5．(素养题)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型水处理剂，它有比高锰酸钾更强的氧化性，在水中反应被还原为Fe3＋。

(1)高铁酸钠中铁元素的化合价为________；高铁酸钠能消毒杀菌，这是基于它的什么性质________。

 (2)高铁酸钠用于水处理，除了能消毒杀菌外，它还能沉降水中的悬浮杂质，起到净水作用，请说明其净水原理：

________________________________________________________________

________________________________________________________________。

[解析]　高锰酸钾是强氧化剂，常用于消毒杀菌，显然Na2FeO4因强氧化性而能杀菌消毒；其铁元素的还原产物为Fe3＋，Fe3＋可发生水解，生成Fe(OH)3胶体，故有类似于明矾的净水作用。

[答案]　(1)＋6　强氧化性

(2)高铁酸钠的还原产物是Fe3＋，Fe3＋可发生水解，生成Fe(OH)3胶体，它可吸附水中悬浮的杂质或泥沙胶粒等一起凝聚而沉降，达到净水的效果