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

该高中化学课件围绕环境保护与绿色化学，系统涵盖大气、水体、固体污染的成因、治理及绿色化学核心内容，通过生活情境导入，从生态系统物质能量交换过渡到环境污染问题，再衔接化学治理方法，构建生活到学科的学习支架。 其亮点在于结合“绿水青山就是金山银山”政策与二氧化碳合成淀粉等科技前沿，渗透科学态度与责任；通过酸雨形成原理分析、原子利用率计算等案例，培养科学思维中的证据推理与模型建构。课堂练习与思考讨论促进科学探究，助力学生增强环保意识和化学应用能力，为教师提供丰富教学实例与实践素材。

8.3 环境保护与绿色化学 人类和其他生物生存的生物圈与大气圈、水圈和岩石圈不断地进行着物质和能量的交换，共同构成了地球生态系统 随着人类科技的发展,环境污染日益严重,它直接影响人类的生活,健康和生产 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。 环境污染的治理离不开有关的化学知识。 我们的生活中都存在哪些污染问题？ 那么在化工生产中，有没有不产生污染的工艺生产？ 我们怎么可以避免有关的化学污染？ 化学与环境保护 1. 环境问题 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的破坏,以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染 赤潮 全球变暖 臭氧层破坏 酸雨 水源污染 空气污染 土壤污染 海洋污染 化学与环境保护 2. 环境保护的任务 (1) 环境监测 通过对污染物的存在形态、含量进行分析和测定，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 声污染监测 水污染监测 大气污染检测 水质检测 化学与环境保护 (2) 治理工业“三废” 主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。 工业生产中的废水（或废液），任意排放会导致土壤、水源的污染。 工业生产、生活所产生的废渣等固体废弃物。 (3) 寻找源头治理环境污染的工艺 减少环境污染,实现资源的回收利用 2. 环境保护的任务 化学与环境保护 3. 污染分类及污染来源 环境污染 大气污染 水污染 土壤污染 工业“三废” 废气 废水 废渣 化石燃料的燃烧和工业生产 废气和颗粒物 工农业生产和日常生活中 农药、化肥、生活污水 大气污染及其治理 1. 大气污染 当大气中某些有毒有害物质的含量超过正常值或大气的自净能力时，就发生了大气污染 2. 污染物主要来源 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。CO2不属于大气污染物 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 “PM2.5”是指大气中直径小于或等于2.5um的颗粒物， 又称细颗粒物或可入肺颗粒物 大气污染及其治理 3. 次生污染物的形成 次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 世界上最早出现光化学污染的城市 ——洛杉矶 该事件导致远离城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产；损失就达15亿美元；因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人；约有75%以上的市民患上了红眼病 大气污染及其治理 4. 常见工业尾气成分及其处理 工厂尾气 主要成分 处理方式 硫酸厂尾气 硝酸厂尾气 高炉煤气 炼钢烟气 焦炉气 SO2、O2、N2等 NO、NO2、N2、O2等 CO、CO2、N2等 Fe2O3烟尘、CO等 H2、CH4、CO、CO2、C2H4、N2等 一般用氨水吸收 一般用NaOH溶液吸收 一般回收利用 一般回收利用 可用作燃料 大气污染及其治理 【思考与讨论】(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。 硫酸型酸雨 形成原理 SO2 + H2O H2SO3 2H2SO3 + 2O2 == 2H2SO4 治理方法 石灰石-石膏法脱硫 CaCO3 ==== CaO + CO2 ↑ 高温 SO2 + CaO === CaSO3 高温 2CaSO3 + O2 === 2CaSO4 △ 我国以硫酸型酸雨为主 氨水吸收 SO2 + 2NH3 + H2O === (NH4)2SO3 大气污染及其治理 【思考与讨论】(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。 硝酸型酸雨 形成原理 治理方法 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ①碱液吸收 2NO2 ＋ 2NaOH === NaNO3 ＋ NaNO2 ＋ H2O NO2 ＋ NO ＋ 2NaOH === 2NaNO2 ＋ H2O ②催化转化：2NO2＋4CO N2＋4CO2 大气污染及其治理 【思考与讨论】(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。 硫酸型酸雨 形成原理： 治理： 大气污染及其治理 5. 大气污染的治理措施 a.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 b.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 c.停止氟氯代烷的生产和使用以保护臭氧层 d.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 限制和减少污染物的排放，吸收和处理大气污染物 水体污染及其治理 1. 水体污染 由于人类活动排放的污染物，使水体的物理、化学性质发生变化或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值的现象 2. 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 3. 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 水体污染及其治理 【思考与讨论】(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?请查阅资料，了解有关的污染及治理情况，并与同学交流 将含、磷元素的大量污水任意排入河流、湖泊，造成水体富营养化，导致藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变成浑浊的绿色、水质恶化的水污染现象称为水华； 将污水排入近海水域而引起的水污染现象称为赤潮 （常使水体呈现红色、砖红色、黄色、褐色等 不同颜色） 化学方法 添加试剂 反应原理 混凝法 中和法 沉淀法 氧化还原法 水体污染及其治理 4. 常用污水处理方法 物理法 生物法 化学法 明矾、硫酸亚铁 Al3+＋3H2O Al(OH)3(胶体)＋3H+，生成的胶体吸附水中悬浮物 熟石灰、硫酸 加碱中和酸，或加酸中和碱，如 Ca(OH)2+H2SO4 === CaSO4↓+2H2O Na2S、H2S等 加沉淀剂使金属离子形成沉淀而除去，如除Cu2+、Hg2+：Cu2++S2- === CuS↓、Hg2++S2- === HgS↓ 氧化剂或还原剂 如用Cl2处理电镀废水 水体污染及其治理 5. 污水处理流程 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性的污染物。经一级处理后的水一般达不到排放标准，一级处理作为预处理。 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。经三级处理后水可用于绿化和景观用水等。 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。 水体污染及其治理 未经处理的污水 格栅间：除去污水中的大块物体 曝气沉砂 池：使沙、 水初步分离 初次沉淀 池：使泥、 水分离 曝气池：通过微生物的代谢作用，将污水中各种复杂的有机污染物降解为简单的、无害的物质 二次沉淀池：经过曝气池出来的水在此进行二次沉淀 深度处理 达到一定标准的可排放的水 固体废弃物及其治理 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。 治理原则：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、资源化的原则，从而达到减少环境污和资源回 收利用这两个重要目的。 六大环境问题及其危害 环境问题 主要污染物 主要危害 酸雨(雨pH<5.6) SO2及氮氧化物(NOx) 土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等 温室效应 CO2、CH4 造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小 臭氧空洞 氟氯代烃、氮氧化物(NOx) 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 光化学烟雾 碳氢化合物、氮氧化物(NOx) 刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡 六大环境问题及其危害 环境问题 主要污染物 主要危害 白色污染 难降解的废弃塑料 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 赤潮(海水中)和水华(淡水中) 废水中含N、P等营养元素 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 2月02日：国际湿地日 3月22日：世界水日 4月22日：地球日 5月31日：世界无烟日 6月05日：世界环境日 6月17日：世界防治荒漠化和干旱日 7月11日：世界人口日 9月16日：国际保护臭氧层日 10月4日：世界动物日 10月16日：世界粮食日 12月29日：国际生物多样性日 世 界 环 境 日 把保护生态环境看成自己的神圣使命，正成为世界上越来越多人的共识。 绿色化学 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” 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） 2. 特征 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） 绿色化学 绿色化学污染控制化学 绿色化学涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科，内容广泛。绿色化学倡导用化学的技术和方法减少或停止使用那些对人类健康、社会安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂等。 绿色化学与污染控制化学不同。污染控制化学是对已被污染的环境进行治理的化学技术与原理。绿色化学的理念是使污染消除在产生的源头,使整个合成过程和生产过程对环境友好,不使用有毒、有害的物质，不产生废物，这是从根本上消除污染的对策。由于在始端就采用预防污染的科学手段，故过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。 绿色化学 3. 热点——原子经济 反应物原子全部转化为最终的期望产物，原子利用率为100% 原子利用率= 期望产物的总质量 生成物的总质量 ×100% 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 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： 【思考与讨论】 两种生产工艺的原子利用率分别为______，______ 100% 25.43% 方法一的原子利用率： 环氧乙烷 ＋ 氯化钙 ＋ 水 环氧乙烷 ×100% 方法二的原子利用率： 2× 44 2× 44 ×100% = 100% 44 44 ＋ 111 ＋ 18 ×100% ≈ 25.43% 人工光合作用 人工光合作用是模仿植物光合作用实现对太阳能的转化、存储和利用。 2003年美国启动“太阳神计划”，用半导体制成光化学二极管加上不同的催化剂，实现太阳能的吸收，把二氧化碳和水变成我们需要的化合物， 2014年第一个人工光合作用集成系统诞生，再到近几年的光合酶与人工合成的纳米材料结合实现太阳能的转化，都为人工光合系统的构建和利用奠定了重要基础。 2020年5月8日，德国马普所和法国波尔多大学的研究人员以一半天然，一半合成的人造“叶绿体”，并利用光和该系统实现了CO2的固定。 拓展延伸 2018年夏天，中科院天津工业生物技术研究所实验室里，人类历史上首次不靠植物光合作用，直接在实验室从二氧化碳合成了淀粉！这项被网友亲切称为"空气变馒头"的技术，2021年惊艳登上《科学》杂志，震惊全球科学界。 2023年，他们又实现了更大突破——成功从二氧化碳直接合成葡萄糖、阿洛酮糖等四种糖类，碳转化率高达80%！ 2024年，二氧化碳合成淀粉项目已进入工程测试阶段，标志着该技术从实验室向工业化生产迈出关键一步。但还需解决酶催化稳定性、反应体系规模化放大等问题，并确保合成淀粉的营养与安全性 “空气变馒头”技术从实验室到工程测试的跨越，标志着人类首次突破自然光合作用限制，开启碳资源高效利用的新纪元。 拓展延伸 碳达峰：是指一个国家、地区或行业的二氧化碳排放量达到历史最高值，随后经历平台期并进入持续下降的过程，这是二氧化碳排放量由增转降的历史性拐点 这一概念的提出，标志着我们对经济发展与碳排放关系的认识达到了新高度，意味着经济增长不再以无限制增加碳排放为代价，实现了二者的“脱钩” 碳中和：是指各主体在一定时间内测算自身产生的温室气体排放总量，随后通过植树造林、节能减排、碳捕获与封存等多种方式，抵消自身所产生的二氧化碳排放量，最终实现二氧化碳的零排放。 碳达峰是碳中和的前置条件，只有先实现碳达峰，才有可能进一步迈向碳中和；碳中和则是碳达峰的最终归宿，是我们追求的终极目标，即实现碳排放与碳吸收的平衡，为地球的可持续发展创造良好条件。 中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施， 二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和 拓展延伸 课堂练习 【课本】P121 1.下列做法值得提倡的是( ) 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.将生活垃圾分类处理 D.选乘公共交通工具出行 2. 我国酸雨形成主要是由于( ) A.森林遭到乱砍滥伐，破坏了生态环境 B.大量燃烧含硫化石燃料 C.大气中二氧化碳的含量增加 D.汽车排出大量尾气 3.下列废旧塑料制品的处理途径不恰当的是( ) A.焚烧回收热能 B.深挖填埋 C.制成再生制品 D.裂解为化工原料 ACD B AB 课堂练习 【课本】P121 4. 甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃的单体。 旧的合成方法是： (CH3)2C=O + HCN → (CH3)2C(OH)CN (CH3)2C(OH)CN + CH3OH + H2SO4 → CH2=C(CH3)COOCH3 + NH4HSO4 新的合成方法是： CH3C CH + CO + CH3OH → CH2=C(CH3)COOCH3 与旧方法相比，新方法的优点是（ ） A.原料无爆炸危险 B.原料都是无毒物质 C.没有副产物，原料利用率高 D.对设备腐蚀性小 CD 课堂练习 【课本】P122 5. 空气质量是政府和公众普遍关注的问题。 (1)目前，环保部门检测和公布的大气污染物主要有哪些物质？ (2)在汽油中加入某种含铅化合物可以提高汽油的抗爆震性能，但我国已明令禁止生产、销售和使用含铅汽油，其主要原因是什么？ SO2、CO、NO2、PM2.5、PM10等 含铅汽油燃烧后排放的废气中，含铅颗粒物会分散到空气中造成污染。 人体吸入后会使人体的造血机能和中枢神经等受损 (3)调整能源结构；控制空气污染源，加强污染治理；加强废气排放的监测和监管；发展废气处理技术；解决建筑施工扬尘问题；开展环保教育、增强全民环保意识 课堂练习 【课本】P122 6.NO是大气污染物之一。目前有一种治理方法是在400℃左右、有催化剂存在的条件下，使NH3与NO反应生成无污染的N2和H2O。请写出该反应的化学方程式。 4NH3 + 6NO ==== 5N2 + 6H2O 400℃ 催化剂 7.某城镇的生产和生湖区的分布情况如下图所示，河流中a、b、c、d处某次水样抽测结果如下表所示。 (1)导致b、c处水样pH变化的原因可能是_____________________________ ________________________________________________________________ (2)d处鱼类大量减少，产生这种现象的原因可能是____________________ ________________________________________________________________ 石灰厂排放的碱性污水使b处河水 的pH升高； 火力发电厂净化烟气的酸性废水治理未达标就排放，造成c处河水pH降低 (或火力发电厂燃烧产生SO2导致酸雨，使c处河水pH降低) 化肥厂、农田及生活污水 使d处河水富营养化，藻类等水生植物大量生长，消耗了河水中的溶解氧， 导致鱼类死亡 8.某地区已探明蕴藏丰富的赤铁矿(主要成分有Fe2O3，还有SiO2等杂质)、煤、石灰石和黏土。现拟在该地区建设大型炼铁厂。 (1)随着铁矿的开发和炼铁厂的建立， 需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、 水泥厂等，形成一定规模的工业体系。 请据此确定下图中相应工厂的名称： A________、B________、C________、D________ (2)以赤铁矿为原料，写出高炉炼铁过程中得到生铁的化学方程式 发电厂 焦化厂 炼铁厂 水泥厂 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 高温 C + O2 ==== CO2 CO2 + C ==== 2CO 高温 (3) 用炼铁厂的炉渣作为水泥厂的原料；用发电厂的煤矸石和粉煤灰作为水泥厂的原料将石灰石煅烧成生石灰，用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的酸性气体SO2，减少酸雨的形成，防止空气污染；建立污水处理系统等 例1 将下列环境问题与成因用短线连接起来。 （1）; （2）; （3）; （4）; （5）; （6） 课堂练习 【导学案】P137 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 37 例2 在“绿色化学工艺”中，“原子经济性”原则是指反应物中的原子全部转化为期望的 最终产物，即原子利用率为 。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是 ( ) 。 A ①置换反应 ②化合反应 ③分解反应 ④取代反应 ⑤加成反应 ⑥加聚反应 ⑦酯化反应 A.②⑤⑥ B.②④⑤ C.只有⑥ D.只有⑥⑦ 【导学案】P137 课堂练习 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 38 1.化学与人类生活、社会可持续发展密切相关，环境保护问题已经引起人们的广泛关 注。下列做法不利于环境保护的是( ) 。 A A.加快化石燃料的开采与使用 B.推广使用节能环保材料 C.推广新能源汽车替代燃油汽车 D.用晶体硅制作太阳能电池将太阳能直接转化为电能 【导学案】P137 随堂检测 课堂练习 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 39 2.化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是( ) 。 B A.和 都会导致酸雨的形成 B.大气中的 会导致雾霾的形成 C.和 都会导致光化学烟雾的形成 D.大气中 含量的增加会导致温室效应加剧 课堂练习 3.下列有关环境问题的说法正确的是( ) 。 D A.草木灰中含钾量高，故可通过露天焚烧秸秆增加土壤肥效 B.含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水污染 C.将废旧电池集中深埋防止重金属污染 D.开发利用各种新能源，减少对化石燃料的依赖 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 40 4.绿色化学的核心是实现污染物“零排放”，下列符合绿色化学理念的是( ) 。 D A.利用二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气 B.用稀硝酸和铜反应制取 C.由反应制 D.向铜和稀硫酸的混合物中加入 制备硫酸铜 课堂练习 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 41 5.下列湘江流域的治理和生态修复的措施中，没有涉及化学变化的是( ) 。 A A.定期清淤，疏通河道 B.化工企业“三废”处理后，达标排放 C.利用微生物降解水域中的有毒有害物质 D.河道中的垃圾回收分类后，进行无害化处理 课堂练习 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 42 6.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 、 通过一系列反应生成铵盐，从而变废为宝， 其工作示意图如图所示： （1） 在活性炭表面被氧化最终生成硫酸，反应的 化学方程式为___________________________________ __________________________________________。 、 （或） 课堂练习 （2） 吸收塔通入后，可脱除废气中的、，写出和分别和 反应 的化学方程式：__________________________、_____________________________。 （3） 和吸收塔中生成的 反应，会生成铵盐，写出反应的化学方程式： _________________________________________________________。 （或） 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 43 （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，活性炭来自煤干馏的产品， 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） 6.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 、 通过一系列反应生成铵盐，从而变废为宝， 其工作示意图如图所示： 课堂练习 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 44 $