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1、专题讲座四专题讲座四 环境保护与绿色化学环境保护与绿色化学考纲要求 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.了解化工生产过程中产生的“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：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、氟氯代烷等造成的污染(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
2、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：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磷肥造成的。三是
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。思考：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 SO2和氮氧化合物。(2)光化学烟雾主要是氮氧化合物、碳氢化合物造成的。(3)臭氧空洞主要是氟氯代烷、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 CO2等的含量的不断增加造成的。(5)白色污染聚乙烯等难降解塑料的大量使用。(6)赤潮含磷洗衣粉的大量使用，工、农业及城市生活污水的任意排放。2环境保
4、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，限制使用含磷洗涤剂。(3)回收、限制难降解塑料，研制可降解塑料。【例 1】 环境问题及解决措施.臭氧层空洞大气平流层中 O2吸收紫外线可变成臭氧(O3)，而冰箱中的制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：NOO3=NO22O；NO2O=NOO2。请你写出总的反应式： _；其中 NO 的作用是_和_。解析 通过化学反应方程式的加和可以得到总的反应式：O3O2O。通过第= = = = =NO
5、一个反应式可知 NO 作还原剂，由总反应式可知 NO 作催化剂。答案 O3O2O 还原剂 催化剂=NO. 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解析 含磷的污水是水污染的重要来源之一，这种富含营养元素(N、P 等)的污水排入自然水中，会使水中微生物和藻类大量繁殖、生成、腐败，从而使水中的溶解氧大量减少，引起水中生物死亡、
6、水质恶化，降低了水的使用价值。答案 C(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蛋白质答案 藻类消耗水中的溶解氧，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. 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
7、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解析 自然界中的酸雨主要是硫酸型酸雨，这是由于大气中 SO2和 SO3含量过高造成的，形成这种情况的主要原因是工业上大量燃烧含硫的燃料和金属矿石的冶炼，汽车尾气的排放不是主要原因。答案 C(2)SO2主要来自于硫酸工厂废气和含硫矿物的燃烧。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 NaHSO3，变废为宝。你能写出主要的化学方程式吗？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？答案 SO2H2ONa2SO32NaHSO3=CaO(s) SO2(g)CaSO3(s)，=高温2CaSO3(
8、s)O2(g)2CaSO4(s)=. 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
9、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_(填字母序号)。A开发氢能源 B使用电动车C植树造林 D戴上呼吸面具答案 (1)2CO2NON22CO2 (2)SO2转化成 SO3，SO3遇水生成硫酸 =催化剂(3)ABC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
10、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
11、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：AB=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%。期望产品的总质量 生成物的总质量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】 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 ( )AC3H83C4H2极高温BC3H8C3H6H2高温CC3H86H2O3CO210H2高温D2H2O2H2O2=通电答案 C【例
12、3】 在“绿色化学工艺”中，理想状态是原子利用率为 100%。在用 CH3CCH 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( )ACO 和 CH3OH BCO2和 H2OCH2和 CO2 DCH3OH 和 H2解析 从原子守恒和绿色化学的思想出发：CH3CCH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探究高考 明确考向1(2013福建理综，6)化学与社会、生产、生活密切相关。下列说法正确的是 ( )A石英只能用于生产光导纤维B从海水中提取物质都
13、必须通过化学反应才能实现C为了增加食物的营养成分，可以大量使用食品添加剂D “地沟油”禁止食用，但可以用来制肥皂答案 D解析 本题可结合物质的性质与成分进行判断。A 项石英的用途很广泛，如制石英玻璃、石英钟等；B 项从海水中提取的物质有多种，有些必须通过化学反应获得，如海水提镁、提溴等，有些不用通过化学反应获得，利用物理方法即可，如用蒸馏法淡化海水；C 项食品添加剂是指用于改善食品品质，延长食品保存期、便于食品加工和增加食品营养成分的一类化学合成或天然物质，食品添加剂的安全使用是非常重要的，要严格控制使用量；D 项地沟油，泛指在生活中存在的各类劣质油，如回收的食用油、反复使用的炸油等，地沟油的
14、主要成分是油脂，可使其在碱性条件下水解制肥皂。2(2013山东理综，7)化学与生产和生活密切相关，下列说法正确的是 ( )A聚乙烯塑料的老化是因为发生了加成反应B煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料C合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料D利用粮食酿酒经历了淀粉葡萄糖乙醇的化学变化过程答案 D解析 从物质的组成、结构、性质以及变化等角度进行分析，得出合理答案。A 项，聚乙烯分子中不含碳碳双键，不能发生加成反应，塑料老化是发生了氧化反应；B 项，煤的气化和液化均为化学变化，前者主要为碳与水蒸气反应生成 H2和 CO，后者主要是以煤为原料制取液体燃料；C 项，合成纤维和人造纤维属于有
15、机高分子材料，而碳纤维的主要成分为碳，属于无机非金属材料；D 项，粮食酿酒要经过一系列化学变化，淀粉先发生水解，最终生成葡萄糖，葡萄糖再在酒化酶作用下生成乙醇和 CO2。3(2013四川理综，1)化学与生活密切相关，下列说法不正确的是 ( )A二氧化硫可广泛用于食品的增白B葡萄糖可用于补钙药物的合成C聚乙烯塑料制品可用于食品的包装D次氯酸钠溶液可用于环境的消毒杀菌答案 A解析 A 项，SO2对人体有害，属有毒物质，错误；B 项，葡萄糖可用于合成补钙药物如葡萄糖酸钙，正确；C 项，聚乙烯塑料是常见的食品包装材料，正确；次氯酸钠具有强氧化性，可用作消毒剂，如 84 消毒液的主要成分就是次氯酸钠，正确。4(2013天津理综，2)以下食品化学知识的叙述不正确的是 ( )A食盐可作调味剂，也可作食品防腐剂B新鲜蔬菜做熟后，所含维生素 C 会有损失C纤维素在人体内可水解为葡萄糖，故可作人类的营养物质D葡萄中的花青素在碱性环境下显蓝色，故可用苏打粉检验假红酒答案 C解析 食盐既是我们常用的调味品，又可作食品防腐剂，A 正确
