8.3 环境保护与绿色化学 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第三节 环境保护与绿色化学 学习目标 1.能列举常见的大气、水体和土壤的污染物及其危害，说明常见污染的成因和防治措施的化学原理，树立“绿水青山就是金山银山”的理念。 2.以酸雨防治和污水处理为例，设计简单的防治方案，体会化学原理的应用对环境保护的作用，说明化学科学在生产、生活中的应用价值。 3.通过环氧乙烷两种制备方法的讨论，树立“绿色化学”的观念，并能运用“绿色化学”思想分析和讨论化工生产的相关问题，形成节约和循环利用的可持续发展意识。 化学与环境保护 人类和其他生物生存的生物圈与大气圈、水圈和岩石圈不断进行着物质和能量的交换，共同构成了地球生态系统。 情境课堂 十八大以来，习近平总书记在多个场合强调，“绿水青山就是金山银山”。过去几十年来，中国经济社会发展取得历史性成就，但也承担了资源环境方面的代价。当下，人民群众对清新空气、清澈水质、清洁环境等生态产品的需求越来越迫切。 　“环境就是民生，青山就是美丽，蓝天也是幸福”，习近平总书记这样指出。在他眼中，生态环境与人民生活质量息息相关。 一、化学与环境保护 主要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 污水排放到河里 乱扔垃圾 工厂排放浓烟 1.环境问题 2.环境保护的任务 （1）环境质量监测：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。是进行环境质量评价和污染治理的基础。 （2）治理工业“三废”（废水、废气、废渣）。 （3）杜绝污染物的排放，从根本上解决环境问题。 三废 废气 废水 废渣 3.大气污染 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。CO2不属于大气污染物。 目前计入空气污染指数的项目主要是SO2、NO2、CO、O3和可吸入颗粒物等。 “PM2.5”是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物，又称细颗粒物或可入肺颗粒物 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 8 ③大气污染的治理措施 通过改善燃料质量、改进燃烧装置和燃烧技术、改进排烟设备、发展洁净煤技术降低燃煤在能源结构中的比例等措施，减少煤等化石燃料燃烧产生的污染； 通过推广使用无铅汽油、在汽车尾气系统中安装催化转化器、使用燃料电池、乙醇汽油作为汽油代用品、发展电动车等措施，减少汽车等机动车尾气污染； 通过合理使用煤气、石油气或天然气等家用燃料、使用合格的环保型建筑材料和装饰材料、禁止在公共场所吸烟等措施降低CO、CO2、NO、NO2、SO2、尼古丁、甲醛、苯及其同系物、氡等污染物含量，改善室内空气质量等。 课本P119【思考与讨论】 （1）酸雨的治理 SO2 石灰法 NaHSO3 MnSO4·H2O CaSO4 硫酸铵 氨水 Na2SO3 软锰矿 NxOy 碱液吸收法 盐 汽车尾气转化器 N2 2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4 Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3 2NaHSO3 Na2SO3+ SO2+ H2O 2NH3•H2O + SO2=(NH4)2SO3+H2O MnO2+SO2=MnSO4 2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O CaO + SO2=CaSO3 2CaSO3+ O2=2CaSO4 N2 氨气吸收 2NO+2CO N2+2CO2 4NH3+6NO 5N2+6H2O 8NH3+6NO2 7N2+12H2O 4.水体污染 11 （1）主要污染物：①重金属、酸、碱、盐等无机化合物；②耗氧物质、石油和难降解的有机物以及含磷洗涤剂等；③农药等。 （2）水污染现象：水的自净能力下降，水质浑浊、发黑、臭；赤潮、水华、水俣病等。 排放的污染物使水体的物理性质、化学性质发生变化，或使生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值。 12 设备：格栅间、曝气沉沙池、初次沉淀池 目的：除去不溶解的污染物 方法：物理法 设备：曝气池、二次沉淀池 目的：除去可降解的有机物等污染物 方法：微生物法和某些化学法 设备：沉淀池（深度处理） 目的：除去不溶解的污染物 方法：化学法和物理化学法 未经处理的污水污水 一级处理 二级处理 三级处理 可排放的水 主要是混凝法，混凝剂：硫酸铝、明矾、硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁等 化学沉淀法、氧化还原法 吸附、离子交换、萃取、电渗析、反渗透法等 阅读课本P118了解污水处理方法 污水处理 污水处理的常用化学方法 化学方法 添加试剂 反应原理 混凝法 明矾、硫酸亚铁等 Al3+＋3H2O Al(OH)3(胶体)＋3H+，生成的胶体吸附水中悬浮物 中和法 熟石灰、硫酸 加碱中和酸，或加酸中和碱，如 Ca(OH)2+H2SO4 === CaSO4↓+2H2O 沉淀法 Na2S、H2S等 加沉淀剂使金属离子形成沉淀而除去，如除Hg2+： Hg2++S2- === HgS↓ 氧化还原法 氧化剂或还原剂 如用Cl2处理电镀废水 13 （2）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？了解有关的污染及治理情况。 合理施肥、并推广使用无磷洗衣粉 城市中工业生产废水和生活污水的不当排放、农村中化肥的不合理使用会造成严重的水体污染。例如，含有大量氮、磷的污水排向湖泊、水库和近海海域，造成了水体的富营养化，使菜类大量繁殖，形成赤潮、水华等。我们日常使用的合成洗涤剂如使用多聚磷酸盐作为助洗剂，在水体中经藻类等微生物作用，容易水解为磷酸盐，成为引起水体富营养化的污染物 课本P119【思考与讨论】 5.固体废弃物污染 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。 治理原则：无害化、减量化、资源化的原则，从而达到减少环境污染和资源回收利用这两个重要目的。 资料卡片——常见的环境污染问题 环境污染 形成原因 主要危害 温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球气候变暖，海平面上升，陆地面积减小 酸雨(pH<5.6) SO2和氮氧化物的排放 土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等 光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物 刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡 臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害 赤潮（海水） 水华（淡水） 含氮、磷等营养成分的生活污水和工农业废水的任意排放 水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水质腐败变质、变臭，水生生物因缺氧而死亡 白色污染 聚乙烯塑料等的大量使用，任意丢弃 在土壤中影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产；易被动物当成食物吞入，导致动物死亡；混入生活垃圾中难处理、难降解 雾霾 SO2和氮氧化物、可吸入颗粒的排放 大气细粒子能吸附大量有致癌物质和基因毒性诱变物质，使慢性病加剧、使呼吸系统及心脏系统疾病恶化、改变肺功能及结构、影响生殖能力、改变人体的免疫结构 PM2.5 颗粒物 污染空气，形成雾霾天气，增加交通事故，危害人体健康 (1)化学工作者进行的环境质量监测工作可有可无，有污染治理就行(　　) 提示　环境质量监测工作是进行环境质量评价和污染治理的基础，非常必要。 (2)化石燃料燃烧产生的CO、NOx、SO2为次生污染物(　　) 提示　CO、NOx、SO2为一次污染物，其形成的酸雨、光化学烟雾等为次生污染物。 (3)“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都能提高空气质量(　　) 提示　“燃煤固硫”可以减少SO2的污染，汽车尾气催化净化可以减少CO、NOx及某些有机物的污染。 1.判断正误 × × √ (4)工业废渣和生活垃圾等固体废弃物对环境影响不大，可不必处理(　　) 提示　处理固体废弃物要遵循无害化、减量化和资源化原则，达到减少环境污染和资源回收利用两个重要目的。 (5)污水的一级处理通常采用化学法和生物法将难溶解的污染物除去(　　) 提示　一级处理通常采用物理方法，用格栅间、沉淀池等去除不溶性污染物。 × × 【课堂检测】 2.活性炭联合脱硫脱硝技术(AC)是一种比较成熟的脱硫脱硝技术，可以在较低的温度下，将废气中的SO2、NOx通过一系列反应生成铵盐，从而变废为宝，其工作示意图如右所示： (1)SO2在活性炭表面被氧化最终生成硫酸，反应方程式为： _____________________________________________________________。 2SO2＋O2 2SO3、SO3＋H2O===H2SO4(或2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4) (2)吸收塔加入NH3后，可脱除废气中的NO、NO2，写出NO和NO2分别和NH3反应的化学方程式：_________________________、___________________________。 4NH3＋6NO===5N2＋6H2O 8NH3＋6NO2===7N2＋12H2O (3)NH3和吸收塔中生成的H2SO4反应，会生成铵盐，写出反应的化学方程式：_________________________________________________________。 2NH3＋ H2SO4===(NH4)2SO4(或NH3＋H2SO4=== NH4HSO4) (4)活性炭的造价较高，工业上一般选用活性焦作为吸附剂来脱硫脱硝，活性炭来自煤干馏产品，煤的干馏为_____(填“物理”或“化学”)变化，从煤干馏产品中获取苯、二甲苯的操作方法为：____________。 化学 蒸馏(或分馏) 绿色化学的标志 1.核心思想：改变“先污染后治理”的观念和做法，利用 和 ，减少或消除产品在 和 中涉及的有害化学物质，实现从 减少或消除环境污染。 化学原理 技术手段 生产 应用 源头 反应过程 反应产物 反应物 安全的生产工艺 提高能源的利用率 无毒、无害原料可再生资源 应用无毒、无害的催化剂 环境友好产品（安全、可降解和再利用） 应用无毒、无害的溶剂 原子经济性反应 高选择性反应 二、绿色化学 2.原子经济性反应 化学反应就是____________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_____。 原子重新组合 100% 3.开发和利用自然资源遵循的原则 减量化(Reduce) 减少原料、节约能源 再利用(Reuse) 如催化剂、反应载体 再循环(Recycle) 物质循环、能量循环 课本P120思考与讨论 期望产物的总质量 生成物的总质量 原子利用率= ×100% 某产物的实际产量 该产物的理论产量 产率= ×100% 原子利用率=100% 1.两种生产工艺原子利用率为25.4%和100% 2.原子利用率和产率不一样 m(环氧烷)+m(CaCI2)+m(H2O) m(环氧烷) 原子利用率= ×100% = 44 28+71+74 ×100%=25.4% 3.原子利用率为100%的化学反应类型有哪些？ 4.试从反应物、产物对环境的影响，生产工艺，原子经济性反应，催化剂选择性等角度分析两方法的优劣。 方法一：反应物Cl2和Ca(OH)2对环境及设备有很大的污染性和腐蚀性，生产工艺分二步，产率和原子利用率低，成本高，反应的选择性低，产物中有大量的非期望物质。 方法二：反应物中O2无毒无污染、生产工艺简单，原子利用率为100%，催化剂选择性高、产率高、成本低，因此方法二更优。 课本P120思考与讨论 化合反应、加聚反应、加成反应 原料、溶剂 反应路线 资源、能源 无毒、无害，应致力于开发无溶剂存在下的反应;在起始端就采用实现污染预防的科学手段 开发、应用“原子经济性”的反应路线，最大限度地利用反应物分子中的每一个原子，充分利用资源，实现废物的零排放。 绿色化学要求充分利用可再生资源，合理利用资源和能源，降低生产成本，使之符合可持续发展的理念。 反应条件 尽量在温和的温度和压力下进行。节约能源;寻找新型、高效、对环境友好、可回收、高选择性的催化剂。 5.绿色化学对化学研究和化工生产的提出的新的挑战 课本P120思考与讨论 位置 结构 25 (1)“绿色化学”就是污染后有效治理的化学思想(　　) 提示　“绿色化学”思想是从源头上减少或消除污染的化学。 (2)“绿色化学”就是指在化工生产中不排放任何有害物质(　　) (3)在汽车排气管上安装“催化转化器”把CO、NO催化生成N2和CO2，符合绿色化学的理念(　　) 提示　“绿色化学”理念是从源头上减少或消除污染。 1.判断正误 × √ × (4)“3R”原则(减量化、再利用和再循环)是开发和利用自然资源的基本原则(　　) (5)植物秸秆含大量钾元素，焚烧后作钾肥符合“绿色化学”的思想(　　) 提示　植物秸秆燃烧会产生大量的污染物，不符合“绿色化学”的思想。 (6)利用阳光发电，光解水制氢气是解决能源危机，实现可持续发展的有效途径(　　) √ × √ 【课堂检测】 2.某工厂利用铜屑制硝酸铜。你认为可以用哪些方法？哪种最好？ ① 铜与浓硝酸反应；② 铜与稀硝酸反应；③ 铜与氧气反应后，再与硝酸反应。 从原子经济性的角度考虑，从最大限度地减少废物的排放的角度考虑，方法③是最好的。 3.“绿色商品”是指对环境无污染的商品，下列商品能称为“绿色商品”的是（ ） A．含铅汽油 B．含磷洗涤剂 C．含氟冰箱 D．加碘食盐 D 4.在绿色化学工艺中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%。在用CH3CH===CH2合成CH2===C(CH3)COOCH3的过程中，欲使原子的利用率达到最高，还需要其他的反应物有（ ） A．CO2和H2O B．CO和HCHO C．CH3OH和H2 D．H2和CO2 B 原子利用率＝×100% $$