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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第三节　环境保护与绿色化学 新课程标准学业质量目标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。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。3.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。合格性考试1.主动关心与环境保护有关的社会热点问题,形成与环境和谐共处的观念。(科学态度与社会责任——水平1)2.能运用“绿色化学”观念分析生活、生产过程对人类健康、社会可持续发展可能带来的双重影响,并对这些影响从多个方面进行评估。(科学态度与社会责任——水平2)等级性考试　能依据实际条件并运用“绿色化学”思想解决生产、生活中简单的化学问题;在实践中逐步形成节约成本、循环利用、保护环境等观念。(科学态度与社会责任——水平3)  　　　　　　　　　　　　必备知识·自主学习答案P173一、化学与环境保护1.环境问题与环境保护(1)环境问题(2)环境保护的任务2.三废的治理(1)大气污染①大气污染物的来源②次生污染物的形成 (2)污水处理①污水处理方法②污水处理的流程流程处理方法除去物质达到效果一级处理　　　方法:用格栅间、沉淀池等 除去污水中　　　　　的污染物 一般达不到排放标准二级处理　　　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一般可以达到国家规定的排放标准三级处理化学　　　　、　、 　和 　等 对污水进行深度处理和净化可用于绿化和景观用水等 (3)固体废弃物的处理遵循的原则及达到的目的　(1)二氧化碳能造成温室效应,它是大气污染物吗?  (2)含硫氧化物和含氮氧化物是形成酸雨的主要物质。工业上消除和回收利用它们所依据的化学反应有哪些?分别属于什么反应类型?  二、绿色化学1.绿色化学(1)核心与最高目标绿色化学(2)绿色化学示意图2.开发和利用自然资源遵循的原则　(1)(前后串联)所学无机、有机反应类型中哪些符合绿色的最高目标?  (2)(情境思考)在汽车的排气管上安装“催化转化器”(用铂、钯合金作催化剂),可以把汽车尾气中的有害气体CO与NO催化生成可参与大气生态循环的无毒气体CO2和N2,这种尾气处理的方法符合绿色化学的概念吗?   　　　　　　　　　　　　关键能力·合作学习答案解析P173　知识点　常见环境问题与绿色化学 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 2.绿色化学(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%。　(1)(思维升华)防止环境污染,用化学方法处理“工业三废”是一种重要的手段。这种措施是否符合绿色化学的理念?(宏观辨识与微观探析) (2)(情境应用)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  (3)(教材二次开发)教材中指出“绿色化学的核心思想是利用化学原理和技术手段,实现从源头减少或消除环境污染”。从源头减少或消除酸雨对环境的污染,你能提出哪些措施? 【典例】以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题,请根据已知信息回答下列问题:(1)下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是　　　　(填字母)。 A.CH2CH2+HClCH3CH2ClB.CH3CH2OH+HClCH3CH2Cl+H2OC.CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HClD.CH2CHCl+H2CH3CH2Cl由上述四个反应可归纳出,原子经济性最高的是　　　　(填反应类型)。 (2)有毒物质的无害化处理也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂,它可将废水中少量的CN-等有毒的酸根离子氧化而除去。请写出用ClO2将废水中的CN-氧化成无毒气体的离子方程式:　, 该方法的优点是　。 (3)某饮用水厂由天然水制备纯净水(去离子水)的工艺流程示意图如下:活性炭的作用是　　　　　　　　　　　　; O3消毒的优点是　　　　　　　　　　　　。 　【母题追问】(1)上题(2)中的ClO2也可以用于自来水的消毒,利用了它的什么性质?  (2)上题(3)中水的净化过程采用了什么处理方法?  　直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题,将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫,最终生成硫酸钙。硫酸钙可在如图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应,气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳,从而有利于二氧化碳的回收利用,达到减少碳排放的目的。(1)煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中,引发的主要环境问题有哪些? (2)在烟气脱硫时控制浆液的pH,此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙,写出反应化学方程式。 三言两语话重点1.环境“三废”:废气、废水、废渣。2.污水处理:(1)处理方法:物理法、化学法、生物法。(2)处理流程:一~三级处理。3.理解“绿色化学”的两个要点:(1)核心:从源头消除或减少污染;(2)原子经济性:原子利用率100%。　　　　　　　　　　　　课堂检测·素养达标答案解析P1731.保护环境,就是保护人类自己。目前,在我国的城市环境中最主要的大气污染物是 (　　)A.CO2、Br2、Cl2、酸雨　　　B.NH3、CO2、NO2、雾C.HCl、SO2、N2、粉尘 D.SO2、NO2、CO、烟尘2.下列措施不符合节能减排的是 (　　)A.大力发展火力发电,解决电力紧张问题B.在屋顶安装太阳能热水器为居民提供热水C.用石灰对煤燃烧后形成的烟气进行脱硫,并回收石膏D.用杂草、生活垃圾等有机废弃物在沼气池中发酵产生的沼气作家庭燃气3.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)2B.MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2C.MgMgOMg(NO3)2D.MgMgSO4Mg(NO3)24.(2020·洛阳高一检测)根据“绿色化学”的思想,某化学家设计了下列化学反应步骤:①CaBr2+H2OCaO+2HBr②2HBr+HgHgBr2+H2↑③HgBr2+CaOHgO+CaBr2④2HgO2Hg+O2↑该方案的相关叙述正确的是 (　　)A.该实验的目的是制取HBrB.该过程的副产品是HgC.该过程得到的气体只有H2D.该过程的本质是水的分解5.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:(1)构成该河的污染主要分布在　　　　。  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　　　　　　　　　　　　。  素养新思维6.煤是重要的能源,也是化工生产的重要原料。在历史上,煤被用作能源资源,主要是燃烧用于生产电力和供热,并且也可用于工业用途,例如精炼金属,或生产化肥和许多化工产品。(1)下图是对煤燃烧产生的废气进行脱硫处理的流程示意图。①废气脱硫过程中,写出主要反应的化学方程式。 ②在煤中直接添加一种物质,可有效减少煤燃烧产生的SO2,则该物质是什么? ③石膏在工业生产中的用途是什么?  (2)煤经过什么加工方法可以得到焦炉气、煤焦油和焦炭?煤焦油经过什么加工方法可得到芳香族化合物?   一、1.(2)废水　废气　废渣2.(1)①化石燃料的燃烧②NOx、SO2　酸雨　光化学烟雾(2)①物理法　生物法　中和法　氧化还原法　沉淀法　②物理　不溶解　生物　微生物　沉淀法　氧化还原法　离子交换法　反渗透法　(3)无害化　减量化　资源化　减少环境污染　资源回收利用【自主探索】　(1)提示: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。(2)提示:①可用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、氨水等吸收SO2。CaO+SO2CaSO3(化合反应)、2CaSO3+O22CaSO4(化合反应、氧化还原反应)、SO2+2NH3+H2O(NH4)2SO3(化合反应)。②一般采用CH4、H2、NH3等在催化剂作用下使NO2还原生成N2、CO2、H2O等无害气体。CH4+2NO2N2+CO2+2H2O(氧化还原反应)2NO2+4H2N2+4H2O(置换反应、氧化还原反应)8NH3+6NO27N2+12H2O(氧化还原反应)二、1.(1)生产　应用　源头　100%　全部【自主探索】　(1)提示:化合反应、加成反应和加聚反应中原子利用率是100%。(2)提示:绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。而此处理污染方式是被动地治理污染,不符合绿色化学的概念。知识点【合作探究】　(1)提示:不符合。绿色化学的核心是利用化学原理从源头上消除或减少对环境的污染,即不产生或少产生污染物,而不是产生污染后再治理。(2)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。(3)提示:①减少或消除原料煤中存在的有害元素硫的措施:a.采用原煤脱硫技术、降低原煤的含硫量;b.改进燃烧装置和燃烧技术,提高燃烧效率,减少SO2的排放。②减少或消除煤燃烧或工业尾气产生的SO2的措施:用Ca(OH)2、氨水等碱液吸收。【典例示范】【典例】【解析】(1)原子经济性高,即理论上原子的利用率尽可能达到100%,没有副产物。A、D两项中的原子利用率都是100%。(2)把CN-氧化成无毒气体,说明C、N分别生成了CO2、N2,ClO2的还原产物应该是无毒的Cl-。(3)活性炭能吸附水中的有机物,从而除去异味。用O3消毒时,其产物为无毒无害的O2。答案:(1)AD　加成反应　(2)2ClO2+2CN-2CO2+N2+2Cl-　产物为无毒无害的Cl-、CO2和N2　(3)吸附水中的有机物(或除去水中的异味)　反应产物无毒无害【母题追问】(1)提示:氧化性。(2)提示:前4个过程属于物理方法,O3消毒属于化学方法。【素养训练】　【解析】(1)煤燃烧产生的烟气中含有CO2、SO2和烟尘等,CO2会引起温室效应,SO2会引起酸雨,烟尘会引起粉尘污染。(2)Ca(HSO3)2中硫元素为+4价,可被O2氧化为+6价。答案:(1)温室效应 、酸雨、粉尘污染。(2)Ca(HSO3)2+O2CaSO4+H2SO4。1.D　2.A　3.C　4.D　将上述四个式子按(①+②+③)×2+④运算可得:2H2O2H2↑+O2↑,而CaBr2、Hg是该反应的催化剂,HBr、HgBr2、HgO只是中间产物,因此正确的选项是D。5.【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②用电解法,使用惰性电极电解,阴极上生成铜(4)物理沉降,物质之间相互反应,生物降解6.【解析】(1)②煤燃烧时加入CaCO3、CaO或Ca(OH)2,与SO2反应可以减少SO2的产生。(2)煤的干馏可以得到焦炉气、煤焦油和焦炭;煤焦油分馏可得到芳香族化合物。答案:(1)①SO2+CaCO3CaSO3+CO2,2CaSO3+O22CaSO4②CaCO3或CaO或Ca(OH)2　③用于医疗(或制作建筑材料、制作模型等其他合理答案也可)(2)干馏;分馏