高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 环境保护与绿色化学学案及答案

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环境保护与绿色化学学 习 任 务1.结合实例认识化学原理、化工技术对于节能环保、清洁生产、清洁能源等产业发展的重要性。树立“绿色化学”的观念，形成资源全面节约、物能循环利用的意识。培养“科学态度与社会责任”的核心素养。2.认识物质及其变化对环境的影响、依据物质的性质及其变化认识环境污染的成因、主要危害及其防治措施，以酸雨的防治和废水处理为例，体会化学对环境保护的作用。了解关于污染防治、环境治理的相关国策、法规，强化公众共同参与环境治理的责任。培养“宏观辨识与社会责任”的核心素养。知识点一　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。(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数据。②治理工业三废(废水、废气、废渣)。③寻找从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。2．大气污染(1)污染物主要来源：除了自然因素，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。这些污染物在太阳辐射等因素作用下，经过复杂变化形成次生污染物，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。(2)次生污染物的形成示意图3．污水的处理方法(1)常用的污水处理方法有物理法、化学法和生物法等。(2)污水处理常用化学方法：中和法、氧化还原法、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。经过一级处理后的水一般达不到排放标准，所以通常将一级处理作为预处理。②二级处理：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。经过二级处理后的水一般可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。经过三级处理后的水可用于绿化和景观用水等。4．固体废弃物的处理工业废渣和生活垃圾等固体废物的处理应遵循无害化、减量化和资源化的原则，达到减少环境污染和资源回收利用这两个重要目的。　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)CO2能引起温室效应，故CO2为大气污染物。 (×)(2)大量化肥的施用和含磷洗衣粉的使用会污染水资源，引起水华。 (√)(3)含硫燃料的大量燃烧能引起酸雨的发生。 (√)(4)白色污染主要是废弃塑料制品引起的。 (√)(5)生活垃圾可以掩埋减少环境污染。 (×)知识点二　绿色化学1．绿色化学的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(即期望产物的总质量与生成物的总质量之比)为100%。3．绿色化学示意图　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＋HCl2ClCH2CH2OH＋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： (1)两种生产工艺的原子利用率分别为______，______。(2)列出原子利用率为100%的化学反应类型及其实际例子的方程式_____________________________，_______________________。(3)原子利用率与产率是否相同？________(填“是”或“否”)。[提示]　(1)25.4%　100%(2)化合反应：加聚反应：加成反应： (任选两个，其他合理答案均可)(3)否理解环境保护和绿色化学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。提示：例如，针对我国以煤炭为主、酸雨类型属于硫酸型的特点，主要采取燃料预脱硫、炉内脱硫和烟囱排气除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3等吸收脱硫，其主要化学反应原理和类型如下：再如，机动车辆的尾气排放也同样需要控制，其中的氮氧化物还是光化学污染的主要成因，它比硫氧化物的消除难度大，一般采用CH4、H2等在Pt、Pd等的催化作用下将氮氧化物还原为N2和H2O，其主要化学反应原理和类型如下：CH4＋4NO24NO＋CO2＋2H2O，氧化还原反应CH4＋4NO2N2＋CO2＋2H2O，氧化还原反应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？怎样预防？提示：导致水华、赤潮现象的原因，从农村方面来说，主要是人们的日常生活、水产及禽畜养殖等产生的污水或固体废弃物未经处理排放，化肥的不当施用等；从城市方面来说，主要是人们的生活废水及工业生产废水的排放等。水华、赤潮现象达到一定程度，会使饮用水(淡水)水源受到威胁，水生生物大量减少，生态遭到破坏，水产养殖业更是面临毁灭性打击。预防水华、赤潮现象的发生，一要少用或不用含氮、磷洗涤剂，合理施用化肥，适量向水产养殖区投放饲料等；二要对产生的含氮、磷的废水、固体废弃物做科学合理的处理。3．十八大以来，习近平总书记在多个场合强调，“绿水青山就是金山银山”，对环境生态保护尤为重视。下列说法符合绿色化学理念的是哪些？①开发高效氢能、太阳能等新型电动汽车，以解决城市机动车尾气排放问题②利用有机垃圾发酵生产沼气作生活燃料③将造纸废水通过高压水井压到地下，节约成本④积极开发废旧电池的综合利用技术，解决电池中的重金属对土壤和水体的污染提示：①②④。开发高效氢能、太阳能等新型电动汽车，可以减少污染性气体的排放，改善空气质量，①符合；利用有机垃圾生产沼气，可以减少对其他形式不可再生能源的使用，②符合；造纸的废水中含有有毒、有腐蚀性的物质，将造纸废水通过高压水井压到地下，会污染土壤和地下水，③不符合；电池中的重金属污染土壤和水源，应积极开发废旧电池的综合利用技术，④符合。1．常见环境问题环境问题主要污染物主要危害温室效应CO2造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小等酸雨SO2、NOx土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等臭氧层破坏氟氯代烷、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、NOx刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡白色污染废弃塑料制品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，导致动物死亡赤潮和水华废水中含氮、磷元素的营养物质使水体富营养化，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，危害人体健康雾霾SO2、氮氧化物和可吸入颗粒物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等2．绿色化学(1)核心：从源头上减小或消除环境污染。(2)原子经济性反应：充分利用反应物中的各个原子，既能充分利用资源，又能防止污染。绿色化学可用原子利用率来衡量，原子利用率＝×100%，原子利用率越高，反应产生的废弃物就越少，对环境造成的污染也就越小。最理想的“原子经济性反应”要求反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率达到100%，也就是说在化学反应过程中不产生任何废弃物，  原子利用率为100%的反应有化合反应、加成反应、加聚反应。提醒：与原子利用率相似的几个概念：纯度＝×100%；产率＝×100%；原料利用率＝×100%；转化率＝×100%。1．下列做法与社会可持续发展理念相违背的是(　　)A．改进汽车尾气净化技术，减少大气污染物的排放B．开发利用可再生能源，减少化石燃料的使用C．研发可降解高分子材料，减少“白色污染”D．过度开采矿物资源，促进地方经济发展D　[矿物资源为不可再生资源，过度开采会使资源匮乏，是只顾眼前不顾将来的做法，不符合社会可持续发展理念，故D错误。]2．化学与生活密切相关。下列说法错误的是(　　)A．PM2.5是指直径不大于2.5μm的可吸入悬浮颗粒物B．绿色化学要求从源头上消除或减少生产活动对环境的污染C．燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放D．天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料C　[通常将大气中直径不大于2.5 μm的可吸入悬浮颗粒物称为PM2.5，A正确；绿色化学的核心就是从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，B正确；CaCO3受热易分解，燃煤中加入CaO不能减少温室气体CO2的排放，C错误；天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料，D正确。]3．下列关于化学与生产、生活的认识正确的是(　　)A．绿色食品就是不使用化肥农药，不含任何化学物质的食品B．合理开发利用可燃冰，有助于缓解能源紧缺的状况C．蔬菜表面洒少许福尔马林(甲醛的水溶液)，可保鲜和消毒D．用Ba(OH)2处理含Cu2＋的废水，可消除水中重金属离子的污染B　[绿色食品是指在无污染的生态环境中种植及全过程标准化生产或加工的农产品，严格控制其有毒、有害物质含量，使之符合《食品安全国家标准》，并经专门机构认定，许可使用绿色食品标志的食品，A项错误；可燃冰全球分布广泛，合理开发利用有助于缓解能源紧缺状况，B项正确；福尔马林是甲醛的水溶液，有毒有害，不能用作食品防腐剂，C项错误；加入Ba(OH)2溶液虽然能将Cu2＋转化为沉淀，但引入了Ba2＋且废水碱性明显增强，不能实现净化的目的，D项错误。]4．原子利用率是衡量绿色化学的重要指标，下列是理想的绿色化学工艺的是(　　)A．工业上利用硅石与焦炭冶炼粗硅B．利用石灰乳与纯碱溶液反应制烧碱C．工业上利用废铜与浓硫酸反应制备胆矾D．石油化工利用乙烯催化氧化法制备环氧乙烷D　[硅石的主要成分是SiO2，SiO2与焦炭反应会有CO生成，污染环境且原子利用率不高，A项不符合要求；产物中还有碳酸钙，原子利用率不高，B项不符合要求；铜与浓硫酸反应会有SO2生成，污染环境且原子利用率不高，C项不符合要求。]5．在绿色化学工艺中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。在用CH3C≡CH合成CH2===C(CH3)COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要的反应物有(　　)A．CO2和H2O   B．CO和CH3OHC．CH3OH和H2   D．H2和CO2B　[由于在绿色化学工艺中，原子利用率最高时为100%，故生成的产品CH2===C(CH3)COOCH3与原料之间需要满足原子守恒。将1个生成物分子中各原子个数减去1个已知反应物分子中各原子个数得到所需各原子个数，目标产物和已知反应物的差值为C2H4O2，对照各选项，反应物分子中原子数之和为C2H4O2的只有B项。]1．以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是(　　)选项氧化物环境问题主要来源ACO2破坏臭氧层化石燃料的燃烧BSO2温室效应汽车尾气的排放CNO2光化学烟雾工厂废气、汽车尾气的排放DCO酸雨汽车尾气和化石燃料的不完全燃烧C　[化石燃料燃烧主要排放二氧化碳气体，与温室效应有关，而与破坏臭氧层无关，故A错误；工厂废气的排放产生大量二氧化硫气体，是形成酸雨的主要污染物，而温室效应是由二氧化碳引起的，故B错误；工厂废气、汽车尾气排放大量的氮氧化物，氮氧化物是形成光化学烟雾的主要污染物，故C正确；形成酸雨与二氧化硫及氮的氧化物有关，CO是一种有毒气体，与酸雨无关，故D错误。]2．塑料废弃物约占我国城市生活垃圾的5%～14%，它造成的“白色污染”已成为社会的一大公害。下列综合整治“白色污染”的各种措施中，不可取的是(　　)A．热分解或熔融再生利用B．直接填埋或向海里倾倒处理C．积极寻找纸等纤维类制品代替塑料D．开发研制可降解塑料B　[垃圾处理的途径主要有两条：一是从源头上减少垃圾的产生，如C项寻找替代品、D项开发研制可降解塑料；二是综合处理，如A项再生利用。B项措施将会影响农、林、渔业生产等，是不可取的。]3．最近，国际上提出的绿色化学是指化学工业生产中(　　)A．对废水、废气、废渣进行严格处理B．不排放任何有害物质C．在化工厂周围种草、种树、种花，使化工厂成为花园式工厂D．以绿色植物为原料，用生物催化剂实现化工生产过程的化学B　[绿色化学的核心是从源头上减少或消除工业生产对环境的污染，则在化学生产中少用或不用有害物质以及少排放或不排放有害物质，B项符合题意。]4．绿色化学最理想的“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。以下反应最符合这一要求的是(　　)A．硫化亚铜高温氧化的火法炼铜B．用铜作催化剂将乙醇氧化为乙醛C．铜和浓硝酸反应制硝酸铜D．镍作催化剂的条件下，苯与氢气发生加成反应生成环己烷D　[A项，Cu2S高温氧化的火法炼铜中还会产生SO2气体，不符合“原子经济性反应”的要求，错误；B项，CH3CH2OH催化氧化生成CH3CHO的同时有H2O生成，不符合“原子经济性反应”的要求，错误；C项，Cu和浓硝酸反应制备Cu(NO3)2时还会生成H2O和NO2，不符合“原子经济性反应”的要求，错误；D项，苯与氢气发生加成反应只生成环己烷，原子利用率为100%，符合“原子经济性反应”的要求，正确。]5．(素养题)如图甲所示，某河流经工业城市Y市，a处为上游、d处为下游，经对河水检测绘制出图乙，请回答：甲　　　　　　　　　乙(1)构成该河的污染主要分布在________(填字母)。A．ab段  B．bc段  C．cd段  D．bd段(2)列举造成该河污染的三种可能污染源：①________；②________；③________。(3)对c处水样进行检测，发现其中含有Cu2＋，要把Cu2＋变成铜单质回收，请写出两种可行的方法：①__________________________________________________________________________________________________________；②___________________________________________________。(4)d处污染明显降低，请从物理、化学、生物三方面简单分析原因___________________________________________。[解析]　生活污水、工业废水是水体的两个主要污染源，河流经市区必定造成污染，到下游时经过沉降、生物降解、物质之间的反应会使污染程度下降。对于铜的回收只需把铜离子变成铜单质即可。[答案]　(1)B　(2)①工业废水　②生活污水　③生活垃圾及工业废渣(3)①加过量铁粉，过滤后加盐酸，清洗干燥得铜单质　②用电解法，使用惰性电极电解，阴极上生成铜单质　(4)物理沉降，物质之间相互反应，生物降解