8.3 环境保护与绿色化学 导学案 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第八章  化学与可持续发展  第三节　环境保护与绿色化学 课程标准 　1.了解环境污染的主要因素、危害及防治的方法，认识化学对环境保护的重要意义。 2.了解“绿色化学”“原子经济性反应”的内涵，知道它们在对利用资源、保护环境中的重要意义。 新知探究： 知识点一　化学与环境保护 [知识梳理] 1．环境问题与环境保护 (1)环境问题 ①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； ②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、_____等进行分析和测定，为控制和消除污染提供可靠的分析数据。 ②治理工业“三废”(_____、_____和_____)。 ③寻找源头治理环境污染的生产工艺：杜绝污染物的排放，能从根本上解决环境问题。 2．大气污染物来源及次生污染物的形成 (1)大气污染物的主要来源 ①_____的燃烧产生的废气及其携带的颗粒物； ②_____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 (1)常用的污水处理方法：物理法、_____和化学法等。 (2)污水处理的常用化学方法：中和法、氧化还原法和_____等。 (3)污水处理的流程 ①一级处理：通常采用_____方法，即用格栅间、沉淀池等除去污水中_____的污染物。处理后水一般达不到排放标准。 ②二级处理：通常采用_____方法(又称_____法)及某些化学方法，除去水中的可降解有机物等污染物。处理后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、___________和___________等，对污水进行深度处理和净化。处理后水可用于绿化和景观用水等。 4．固体废弃物的处理 (1)处理原则：无害化、减量化和资源化。 (2)目的：减少环境污染和资源回收利用。 [问题探究] 为了防治酸雨，工业上常采用“钙基固硫”和“活性炭联合脱硫脱硝技术”。 Ⅰ.钙基固硫 整个“固硫”过程涉及的反应有①SO2＋CaOCaSO3；②2CaSO3＋O22CaSO4。 (1)涉及的反应类型有哪些？ (2)你认为把工厂的烟囱造高能减少酸雨吗？你认为减少酸雨需要采取哪些措施？ Ⅱ.活性炭联合脱硫脱硝技术 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，其工作示意图如下所示： (3)a处SO2在活性炭表面被氧化最终生成硫酸，写出反应的化学方程式。 (4)b处吸收塔加入NH3后，主要与废气中的NO、NO2反应转化为无污染气体，写出反应的化学方程式。 (5)c处主要发生NH3和a处生成的H2SO4反应转化为铵盐，写出反应的化学方程式。 (6)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，活性焦来自煤干馏产品，从煤干馏产品中获取苯、二甲苯的操作方法是什么？ [反思归纳] 环境问题中三个需要注意的问题 (1)酸雨中的酸度主要由硫酸和硝酸造成的。它们占总酸度的90%以上。我国的酸雨以硫酸型为主，主要是燃烧含硫物向大气中排放SO2等酸性气体导致，SO2H2SO3H2SO4。 (2)一般把pH小于5.6的雨水称为酸雨，它包括雨、雪、雾、雹等降水过程。天然降水pH在5.6左右，这是由于大气中溶有CO2的缘故。 (3)赤潮——发生在海水中，水华——发生在淡水中。 [迁移应用] 1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。 (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(　　 ) (2)化石燃料燃烧产生的CO、NOx、SO2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(　　 ) (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(　　 ) (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(　　 ) 2．空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持，下列措施不利于“蓝天工程”建设的是(　　 ) A．推广使用燃煤脱硫技术，防治污染 B．加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量 C．实施绿化工程，防治扬尘污染 D．利用和开发新能源汽车，消除机动车尾气污染 知识点二　绿色化学 [知识梳理] 1．核心思想 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___________减少或___________环境污染。 2．原子经济性反应 反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为100%。 3．绿色化学对化学反应的要求 4．开发和利用自然资源遵循的三原则(3R原则) 减量化、再利用和再循环。 [问题探究] 以乙烯制环氧乙烷，有两种方法。 (1)已知原子利用率为：×100%，试计算两种方法的原子利用率。 (2)试从反应物及产物对环境的影响、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。 [反思归纳] 1．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、可再生的原料、催化剂、溶剂。 (3)开发绿色工艺。 (4)开发和生产绿色产品。 2．原子经济 原子经济要求反应物的原子全部转化为期望的最终产物，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%。 [迁移应用] 1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。 (1)“绿色化学”就是先污染后有效治理的化学思想(　　 ) (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(　　 ) (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(　　 ) (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(　　 ) 2．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是(　　 ) 3．“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是(　　 ) A.MgMg(NO3)2 B．MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2 C．MgMgOMg(NO3)2 D．MgMgSO4Mg(NO3)2 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 答案解析 知识点一　化学与环境保护 [知识梳理] 1．环境问题与环境保护 (1)环境问题 ①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； ②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分析数据。 ②治理工业“三废”(废气、废水和废渣)。 ③寻找源头治理环境污染的生产工艺：杜绝污染物的排放，能从根本上解决环境问题。 2．大气污染物来源及次生污染物的形成 (1)大气污染物的主要来源 ①化石燃料的燃烧产生的废气及其携带的颗粒物； ②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 (1)常用的污水处理方法：物理法、生物法和化学法等。 (2)污水处理的常用化学方法：中和法、氧化还原法和沉淀法等。 (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。处理后水一般达不到排放标准。 ②二级处理：通常采用生物方法(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。处理后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。处理后水可用于绿化和景观用水等。 4．固体废弃物的处理 (1)处理原则：无害化、减量化和资源化。 (2)目的：减少环境污染和资源回收利用。 [问题探究] 为了防治酸雨，工业上常采用“钙基固硫”和“活性炭联合脱硫脱硝技术”。 Ⅰ.钙基固硫 整个“固硫”过程涉及的反应有①SO2＋CaOCaSO3；②2CaSO3＋O22CaSO4。 (1)涉及的反应类型有哪些？ 提示：化合反应、氧化还原反应。 (2)你认为把工厂的烟囱造高能减少酸雨吗？你认为减少酸雨需要采取哪些措施？ 提示：不能减少酸雨，因为燃煤并没有减少。措施有：少用煤作燃料，开发新能源等。 Ⅱ.活性炭联合脱硫脱硝技术 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，其工作示意图如下所示： (3)a处SO2在活性炭表面被氧化最终生成硫酸，写出反应的化学方程式。 提示：2SO2＋O22SO3、SO3＋H2O===H2SO4(或2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4) (4)b处吸收塔加入NH3后，主要与废气中的NO、NO2反应转化为无污染气体，写出反应的化学方程式。 提示：4NH3＋6NO===5N2＋6H2O　8NH3＋6NO2===7N2＋12H2O (5)c处主要发生NH3和a处生成的H2SO4反应转化为铵盐，写出反应的化学方程式。 提示：2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4或NH3＋H2SO4===NH4HSO4 (6)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，活性焦来自煤干馏产品，从煤干馏产品中获取苯、二甲苯的操作方法是什么？ 提示：蒸馏(分馏) [反思归纳] 环境问题中三个需要注意的问题 (1)酸雨中的酸度主要由硫酸和硝酸造成的。它们占总酸度的90%以上。我国的酸雨以硫酸型为主，主要是燃烧含硫物向大气中排放SO2等酸性气体导致，SO2H2SO3H2SO4。 (2)一般把pH小于5.6的雨水称为酸雨，它包括雨、雪、雾、雹等降水过程。天然降水pH在5.6左右，这是由于大气中溶有CO2的缘故。 (3)赤潮——发生在海水中，水华——发生在淡水中。 [迁移应用] 1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。 (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(　　 ) (2)化石燃料燃烧产生的CO、NOx、SO2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(　　 ) (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(　　 ) (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(　　 ) [答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)× 2．空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持，下列措施不利于“蓝天工程”建设的是(　　 ) A．推广使用燃煤脱硫技术，防治污染 B．加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量 C．实施绿化工程，防治扬尘污染 D．利用和开发新能源汽车，消除机动车尾气污染 B　[加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量，会加剧大气污染物的排放，不利于“蓝天工程”建设。] 知识点二　绿色化学 [知识梳理] 1．核心思想 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．原子经济性反应 反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为100%。 3．绿色化学对化学反应的要求 4．开发和利用自然资源遵循的三原则(3R原则) 减量化、再利用和再循环。 [问题探究] 以乙烯制环氧乙烷，有两种方法。 (1)已知原子利用率为：×100%，试计算两种方法的原子利用率。 提示：方法一的原子利用率为：×100%≈25.43%。 方法二的原子利用率为：×100%＝100%。 (2)试从反应物及产物对环境的影响、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。 提示：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。 [反思归纳] 1．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、可再生的原料、催化剂、溶剂。 (3)开发绿色工艺。 (4)开发和生产绿色产品。 2．原子经济 原子经济要求反应物的原子全部转化为期望的最终产物，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%。 [迁移应用] 1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。 (1)“绿色化学”就是先污染后有效治理的化学思想(　　 ) (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(　　 ) (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(　　 ) (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(　　 ) [答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√ 2．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是(　　 ) C　[A：×100%≈42%；B：×100%≈25%；C：×100%＝100%；D：×100%≈24%。] 3．“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是(　　 ) A.MgMg(NO3)2 B．MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2 C．MgMgOMg(NO3)2 D．MgMgSO4Mg(NO3)2 C　[根据题意“绿色化学”要从经济、环保和技术三个方面设计可行的反应。从经济上看，B项最不合算，环节多、试剂使用多、转化率低；D项不合算，用的原料较贵；从环保角度看，A和D项产生污染环境的氮氧化物和SO2，B项原料Cl2也有毒；从技术角度看，D项中Ba(NO3)2溶液的量难以控制。] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 学科网（北京）股份有限公司 $$