8.3 环境保护与绿色化学 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第三节 环境保护与绿色化学 8.3 化学与环境保护 第八章 化学与可持续发展 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 学习目标 1、认识化学对环境保护的意义，掌握常见的环境污染问题 2、了解绿色化学的含义，知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、我们为什么要保护环境？跟我们有什么关系？ 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 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(全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、淡水资源危机、能源短缺、森林资源锐减、土地荒漠化、物种加速灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染。) 污水排放到河里 乱扔垃圾 工厂排放浓烟 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 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 废气(化学燃料燃烧及工厂废气) 废水(工业废水、生活废水等) 废渣(工业垃圾、生活垃圾等) 工业“三废” (2)环境保护的任务 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 废气 废水 废渣 【注意】化学在三废治理方面有非常重要的作用。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 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，两极冰雪融化，海平面上升 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 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧 赤潮(海水)和水华(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 使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊、水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华 (3)常见的环境污染 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 环境污染 形成原因 主要危害 白色污染 聚乙烯塑料等的大量使用，任意丢弃 ①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产②混入生活垃圾中难处理、难回收③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡 雾霾 SO2和氮氧化、以及可吸入颗粒物的排放 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 可吸入颗粒物 污染空气，形成雾霾天气，增加交通事故，危害人体健康 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 工厂尾气 主要成分 处理方式 硫酸厂尾气 SO2、O2、N2等 一般用氨水(生石灰)吸收 硝酸厂尾气 NO、NO2、N2、O2等 一般用NaOH溶液吸收 高炉煤气 CO、CO2、N2等 一般回收利用 炼钢烟气 Fe2O3烟尘、CO等 一般回收利用 焦炉气 H2、CH4、CO、CO2、C2H4、N2等 可用作燃料 (4)常见工业废气成分及处理 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 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 二、大气污染 1、污染物主要来源 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 上面那些污染物在太阳辐射等因素作用下，经过复杂变化形成此生污染物。在一定的天气条件下，会造成酸雨、雾霾、光化学烟雾等污染现象。 2、次生污染物的形成 化石燃料的燃烧和工业生产产生的废气及其携带的颗粒 CO,NOx,SO2等 烟尘 挥发性有机物 阳光、空气和 水蒸气等作用 次生污染物 酸雨 雾霾 光化学烟雾 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 酸雨 光化 学烟雾 雾霾 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 3、大气污染的治理措施 (1)通过改善燃料质量、改进燃烧裝置和燃烧技术、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； (2)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； (3)停止氟氯代烷的生产和使用以保护臭氧层； (4)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。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master (1)正常雨水偏酸性，pH 约为 5.6，这是因为大气中的CO2溶于雨水中的缘故。酸雨是指pH小于5.6的雨水，CO2不会导致酸雨，NO2或SO2都会导致酸雨，酸雨的形成主要人为排放的氮氧化物和硫氧化物等酸性气体转化而成的 (2)硫酸型酸雨及治理a．硫酸型酸雨(SO2引起)：SO2+H2O⇋H2SO3 2H2SO3+ O2=2H2SO4 (酸雨在空气中酸性增强的原因) b．SO2主要来源：主要是煤等化石燃料的燃烧 4、酸雨形成及防治 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master c．治理：开发新能源、处理工业废气、燃煤脱硫(煤中添加生石灰、熟石灰、石灰石，或氨水作为脱硫剂) 2CaCO3＋O2＋2SO2 = 2CaSO4＋2CO2 高温 ②CaO脱硫法 CaO＋SO2 = CaSO3、2CaSO3＋O2 = 2CaSO4 (或2CaO＋2SO2＋O2 = 2CaSO4) 高温 高温 ∆ ①石灰石脱硫法：在煤中添加石灰石作为脱硫剂，可以减少煤燃烧时产生的SO2，发生反应的化学方程式如下： 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master Ca(OH)2＋SO2=CaSO3＋H2O 2CaSO3＋O2 = 2CaSO4 ∆ ④氨水脱硫法 2NH3·H2O＋SO2=(NH4)2SO3＋H2O (或NH3·H2O＋SO2=NH4HSO3)、2(NH4)2SO3＋O2=2(NH4)2SO4 ③Ca(OH)2脱硫法 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ①硝酸型酸雨(氮氧化合物NO、NO2引起) 2NO＋O2=2NO2 3NO2＋H2O=HNO3＋NO (3)硝酸型酸雨及治理 ③治理： a.碱液吸收法 NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适用于工业尾气中NOx的处理。 2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O(NO不和NaOH反应) ②氮氧化物主要来源：煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master b.催化转化 在催化剂、一定温度下，NOx可与氨反应转化为无毒气体(N2)和H2O或与CO反应转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。NOx与CO反应的方程式为 2NOx＋2xCO = N2＋2xCO2 催化剂 6NOx+4xNH3 = 5xN2+6xH2O 催化剂 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 燃烧含硫的燃料 工业排出的废气 汽车尾气 …… NO SO2 空气 阳光、尘埃 NO2 SO3 HNO3 H2SO4 酸雨 (pH＜5.6) H2SO3 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 思考 2、二氧化碳能造成温室效应，它是大气污染物吗? CO2不属于大气污染物。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,它们主要来源于燃料燃烧和大规模的工矿企业。包括颗粒物、硫氧化物、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、其他有害物质等。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、污水主要成分 重金属盐、酸、碱等无机化合物；耗氧物质、石油和难降解的有机物以及洗涤剂；农药等 物理法、化学法、和生物法等 中和法、氧化还原法、沉淀法等 三、水污染 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。 3、污水处理常用方法 4、污水处理常用化学方法 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 方法 常用试剂 原理 混凝法 明矾、聚合氯化铝、铁盐等 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、CO2 通过加碱中和酸或加酸中和碱进行污水处理，如Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4↓+2H2O 沉淀法 Na2S等 加沉淀剂使金属离子形成沉淀而除去，如除去Hg2+：Hg2++S2-= HgS↓ 氧化还原法 氧化剂或还原剂 污水中含有还原性物质，可加入氧化剂除去；含有氧化性物质可加入还原性物质除去，注意加入的物质不能对水产生次生污染 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 处理级数 主要任务 处理方法 处理程度 一级处理 除去污水中不溶解的污染物 通常采用物理法(如格栅间、沉淀池)。如：加入FeSO4、Al2(SO4)3、聚合氯化铝等混凝剂，可使污水中的细小悬浮物等聚集成较大的颗粒，然后经沉淀、过滤除去 废水的净化程度不高，一般不能直接排放，通常作为预处理 二级处理 除去废水中的可降解有机物等污染物 采用生物方法(又称微生物法)及某些化学法(如：曝气池) 一般可达到国家规定的排放标准 三级处理 进一步除去二级处理未能去除的污染物，其中包括微生物未能降解的有机物、可溶性无机物等 主要采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透等方法 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(不能饮用) 5、废水处理的三级处理方法和程度 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 污水处理的流程示意图 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 四、固体废弃物造成的污染 1、常见的污染 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 2、处理原则 ①无害化、减量化、资源化的原则，从而 ②达到减少环境污染和资源回收利用这两个重要目的 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 3、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。 含硫物质一般用石灰石-石膏法脱硫： 汽车尾气催化转化原理： 2CO+2NO = 2CO2+N2氧化还原反应 催化剂 思考 SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O非氧化还原反应；2CaSO3+O2=CaSO4氧化还原反应。 第 页 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4、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？请查阅资料，了解有关的污染及治理情况，并与同学交流。 赤潮国际上也称其为“有害藻华”，又名红潮。海洋中一些微藻、原生动物或细菌在一定环境条件下爆发性增殖或聚集达到某一水平，引起水体变色或对海洋中其他生物产生危害的一种生态异常现象。 赤潮是在特定环境条件下产生的，相关因素很多，但其中一个极其重要的因素是海洋污染。大量含有各种含氮有机物的废污水排入海水中，促使海水富营养化。 水华和赤潮的治理：减少工业废水的排放，使用不含磷的洗衣粉，减少农业化肥农药的使用 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、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 2、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 【练一练】 A D 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 3、化学与生产、生活密切相关。下列说法不正确的是（　　） A．向煤中加入适量生石灰，可减少SO2对大气的污染 B．用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料，减少白色污染 C．光化学烟雾、硝酸型酸雨的形成都与氮氧化合物有关 D．人造纤维、合成纤维和光导纤维都属于有机高分子化合物 【练一练】 D 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、核心思想 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 五、绿色化学 提高能源的利用率 反应过程 反应物 反应产物 无毒、无害原料可再生资源 环境友好产品 (安全、可降解和再利用) 原子经济性反应高选择性反应 安全的生产工艺 应用无毒、无害的催化剂 应用无毒、无害的溶剂 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 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，这时原子利用率为100% 原子利用率＝ 2、最理想的“原子经济性反应” 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 【注意】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 5、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 现代石油工业采用银做催化剂，可以实现一步完成： CH2=CH2+O2 → 2 Ag 试计算两种生产工艺的原子利用率 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ①氯代乙醇法： 两种方法的原子利用率分别为 m(环氧乙烷) m(环氧乙烷)+ m(CaCl2)+ m(H2O) = 25.4% ②银催化法：原子利用率100% 总结原子利用率为100%的化学反应类型？ 【注意】 ①原子利用率和产率是不同的，产率是指的是某种生成物的实际产量与理论产量的比值。 ②原子利用率为100%的化学反应类型:化合反应、加成反应、加聚反应 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 绿色化学是对传统化学的挑战，是对传统化学思维方式的更新和发展，因此，绿色化学的研究内容是从反应原料、反应条件、转化方法或开发绿色产品等角度进行研究，打破传统的化学反应，设计新的对环境友好的化学反应。 包括：(1)使用无毒无害的原料；(2)利用可再生资源；(3)新型催化剂的开发研究；(4)不同反应介质的研究；(5)寻找新的转化方法；(6)设计对人类健康和环境安全的化学产品。 【注意】开发和利用自然资源遵循的三原则：减量化、再利用、再循环(3R原则) 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master “绿色化学”的相关认识 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”。 从学科观点看：是化学基础内容的更新。(改变反应历程) 从环境观点看：强调从源头上消除污染。(从一开始就避免污染物 的产生) 从经济观点看：它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本。(尽 可能提高原子利用率） 热点：原子经济性——反应物原子全部转化为最终的期望产物，原 子利用率为100% 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4、为了防治酸雨，减少煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上采用生石灰和含硫的煤混合使用以“固硫”(避免硫的化合物进入大气)，最后生成石膏。试回答： (1)整个“固硫”过程涉及的反应有①SO2＋CaO CaSO3　②2CaSO3＋O2 2CaSO4，涉及的反应类型有__________(填序号)。 ①化合反应　②分解反应　③置换反应　④复分解反应　⑤氧化还原反应　⑥非氧化还原反应　⑦离子反应　⑧非离子反应(分子反应) ①⑤⑥⑧ 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master (2)比较此法与石灰石粉末和含硫煤混合法哪个更好些______(A.生石灰　B.石灰石)，原因是______________________________________。 (3)你认为减少酸雨产生可采取的措施是________(填字母)。 ①少用煤作燃料　②把工厂的烟囱造高　③先将燃料煤脱硫　④在土壤中加石灰防止酸化　⑤开发新能源，避免含S、N的氧化物大量排放 A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤ A CaCO3分解为CaO需要消耗很高的能量，浪费煤，使生产成本提高 C 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 5、“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( ) C 1 2 3 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 42 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master Lavf58.51.100 A.MgMg(NO3)2 B.MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2 C.MgMgOMg(NO3)2 D.MgMgSO4Mg(NO3)2 $