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专题1 元素及其化合物
第三单元 物质的性质及综合应用(氧化还原反应)
第1讲 绿色化学与环境保护
一、课程标准要求
1．了解氮氧化物、二氧化硫等污染物的来源、性质和危害，体会化学对环境保护的重要意义。
2．了解化工生产过程中产生的“三废”对环境的危害， 树立绿色化学的观念。
3．原子经济性的概念和原子利用率的大小比较。
4．了解在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。
二、在高中化学教材体系中的地位
本部分知识在高考的选择题中以拼盘的形式考查，在非选择题中常与非金属元素及其化合物性质的掌握、实验的基本操作及实验评价，化学反应原理知识结合在一起。考查宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等学科素养。
三、思维导图

四、课时安排建议
第1课时 绿色化学与环境保护(1课时)
第1课时 绿色化学与环境保护(1课时)
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1：常见环境污染类型有哪些？
[例题1] 下列做法不符合生态环境保护的是(　　)
A．推广新能源汽车，减少氮氧化物排放
B．研发可降解塑料，控制白色污染产生
C．直接灌溉工业废水，充分利用水资源
D．施用有机肥料，改善土壤微生物环境
[归纳总结]
1．环境污染
(1)常见环境污染类型
酸雨 主要是SO2和NOx造成的
光化学烟雾 由NOx和碳氢化合物造成的
臭氧层空洞 主要是氟氯烃和氮氧化合物引起的
温室效应 主要是大气中CO2、CH4等含量升高引起的
白色污染 废旧塑料等大量使用引起的
赤潮、水华 含磷洗衣粉的大量使用，工、农业及城市生活污水的任意排放
重金属污染 废旧电池中含Pb、Hg、Cd等重金属
(2)六大工业尾气的主要成分
硫酸工厂尾气 SO2、O2、N2等，一般用氨水吸收
硝酸工厂尾气 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、C2H4、CO等，可用作燃料、化工原料
氯碱工业 Cl2，一般用NaOH溶液吸收
[提醒]　尽管CO2能造成温室效应，但CO2不属于空气污染物。
问题2：二氧化硫、氮的氧化物对环境的污染来源危害与防治方法？
2．二氧化硫、氮的氧化物对环境的污染与防治
(1)SO2对大气的污染与防治
①危害：危害人体健康，形成酸雨(酸雨pH 5.6)。
硫酸型酸雨的形成： ， 。
②来源：化石燃料的燃烧及含硫矿石的冶炼
③治理：开发新能源、处理工业废气、燃煤脱硫。
发生主要反应的化学方程式：
方法一：钙基固 硫法用CaO或Ca(OH)2脱硫 反应原理为 ，
，
总反应方程式为2CaO＋2SO2＋O2===2CaSO4
或Ca(OH)2＋SO2===CaSO3＋H2O、2CaSO3＋O2===2CaSO4
方法二：氨水脱硫法 2NH3·H2O＋SO2===(NH4)2SO3＋H2O
(或NH3·H2O＋SO2===NH4HSO3)、2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4
(2)氮氧化物对环境的污染及其防治
①氮的氧化物都是有毒气体，都是大气污染物。常见的污染类型有
a．光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。
b．酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。
c．破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
②来源：空气中的NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等。
③常见的NOx尾气处理方法
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
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。
如：4NH3＋6NO===5N2＋6H2O或8NH3＋6NO2===7N2＋12H2O
2NO＋2CO===N2＋2CO2或2NO2＋4CO===N2＋4CO2
[练习1] 汽车尾气中的氮氧化合物(NOx)与大气中的NH3发生如下作用，形成一种雾霾。 NOx N2O5 HNO3烟(一种雾霾)有关该雾霾的叙述错误的是(　　)
A．该雾霾中含硝酸铵固体
B．反应②是非氧化还原反应
C．NH3是形成该雾霾的催化剂
D．NH3可能来自过度施用氮肥。
(练习1出处：2019·上海杨浦区高三模拟考试。推荐理由：通过具体的问题情境，探究雾霾的成份及氮氧化合物(NOx)性质，体现“宏观辨识”和“微观探析”这一素养。)
活动二：重难点突破
问题3：氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾的探究？
典例简析
[典型题例] 研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关 (如图所示)。下列叙述错误的是 (　　)
A．雾和霾的分散剂相同
B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵
C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂
D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关
(典型题例出处：2018·全国卷Ⅱ试题。推荐理由：本题考查氮氧化物和二氧化硫的性质及对环境危害的原因。解答本题的关键，培养了学生灵活应用所学知识的能力)
[简析] 雾和霾的分散剂均为空气，A项正确；结合图示可知形成雾霾的无机颗粒物中含有NH4NO3和(NH4)2SO4，B项正确；根据图示可知空气中NOx、SO2分别转化为HNO3、H2SO4后，吸收空气中的NH3生成NH4NO3和(NH4)2SO4，即NH3是形成无机颗粒物的反应物，C项错误；过度施用氮肥，会导致空气中挥发的NH3浓度增大，与雾霾的形成有关，D项正确。
[练习2] 化学与资源、环境、生活关系密切，下列说法正确的是(　　)
A．雾霾天气会对人体健康造成危害，“雾”和“霾”的分散质微粒相同
B．煤燃烧时加入少量的生石灰可以减少废气中的二氧化硫排放
C．将造纸废水通过高压水井压到地下，节约生产成本
D．用铁屑、CuO、稀硫酸为原料制铜：CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O、
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，原子利用率是100%
[例题2] 利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下：
(1)一定条件下，NO 与NO2存在下列反应:NO(g)+NO2(g)N2O3(g)，其平衡常数表达式为K= 。
(2)上述工艺中采用气-液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋)，其目的是 ；滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是 (填化学式)。
(3)该工艺需控制NO 和NO2物质的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，则会导致　　　 　　；若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会导致 。
(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(例题2出处：2020年哈尔滨模拟考试试题。推荐理由：污染治理有关的综合考查与化学反应原理联系起来，既增强课堂思维活动的模拟实践性，又提升实践活动的学科思维性；既弥补客观现实中课堂思维活动多、课堂实验少的缺陷，又常态实现学生的深度思考、深度体验和深度内化。)
活动三：巩固提升
1．下列说法正确的是(　　)
A．氮的氧化物和碳的氧化物的排放是形成酸雨的主要原因
B．汽车尾气中的NO主要是由空气中的氮气在内燃机的高温下参与反应生成的
C．硫的氧化物的排放是光化学烟雾形成的主要原因
D．ClO2因为具有强还原性可用于杀菌消毒
2．化学与生活密切相关。下列说法错误的是(　　)
A．PM2.5是指粒径不大于2.5 μm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
3．食品、大气、工业尾气中SO2均需严格检测或转化吸收，下列有关SO2的检测或吸收方法正确的是(　　)
A．滴定法：用酸性KMnO4溶液滴定葡萄酒试样以测定葡萄酒中SO2的浓度
B．沉淀法：用Ba(OH)2溶液沉淀SO2，然后将沉淀在空气中洗涤、过滤、干燥、称重以测定大气中SO2的浓度
C．氨酸法：用氨水吸收尾气中的SO2后再将吸收液与硫酸反应，将富集后的SO2循环使用
D．石灰石—石膏法：常温下用石灰石吸收尾气中的SO2得到CaSO3，再经氧化可用于生产石膏
4．下列有关节约资源和保护环境的说法不正确的是(　　)
A．回收塑料及钢铁制品可以减少二氧化碳的排放
B．使用地热能、生物质能等非化石能源可减少PM2.5
C．开采使用地下可燃冰，可以增加非化石能源消费比例
D．创新生产工艺，实现电动机车替代燃油机车符合绿色发展方式
5．下列有关环境问题的说法正确的是(　　)
A．绿色食品与相关物质的颜色无关
B．臭氧的体积分数大的空气有利于人体健康
C．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在
D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染
6．化学与环境保护密切相关，下列叙述正确的是(　　)
A．家庭装修所产生的甲醛、苯等有害物质可用水溶解吸收
B．处理废水时加入明矾作为消毒剂对水进行杀菌消毒
C．含汞废旧电池需回收处理是因为重金属离子污染土壤和水体
D．某酸雨样品放置过程中pH减小是因为溶解了更多的CO2
7．氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物，必须进行处理。
(1)汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。
①汽车尾气中的CO来自___________，NO来自___________。汽车尾气对环境的危害主要有_________________________________________________(至少填两种)。
②汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。反应的化学方程式可表示为_________________________________________________。
(2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理，若NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐，该钠盐的化学式是_______________。
8. 氢气是一种清洁能源，绿色环保制氢技术研究具有重要意义。
(1)“热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4个步骤，其过程如图1所示。
①电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性溶液，阴极区为盐酸，电解过程中转化为。电解时阳极发生的主要电极反应为____________(用电极反应式表示)。
②电解后，经热水解和热分解的物质可循环使用。在热水解和热分解过程中，发生化合价变化的元素有____________(填元素符号)。
(2)“热循环制氢和甲酸”的原理为：在密闭容器中，铁粉与吸收制得的溶液反应，生成、和；再经生物柴油副产品转化为。
①实验中发现，在时，密闭容器中溶液与铁粉反应，反应初期有生成并放出，该反应的离子方程式为____________。
②随着反应进行，迅速转化为活性，活性是转化为的催化剂，其可能反应机理如图-2所示。根据元素电负性的变化规律。图所示的反应步骤Ⅰ可描述为____________。
③在其他条件相同时，测得的转化率、的产率随变化如图所示。的产率随增加而增大的可能原因是____________。
(3)从物质转化与资源综合利用角度分析，“热循环制氢和甲酸”的优点是____________。
[参考答案]
1 . B 解析　A．氮的氧化物和硫的氧化物的排放是形成酸雨的主要原因，A错误；B.空气中的氮气在内燃机中发生反应产生一氧化氮，B正确；C.氮的氧化物的排放是形成光化学烟雾的主要原因，C错误；D.ClO2因为具有强氧化性可使蛋白质变性，从而用于杀菌消毒，D错误。
2. C 解析　A．PM2.5是指微粒直径不大于2.5 μm的可吸入悬浮颗粒物，A正确；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，B正确；C.燃煤中加入生石灰可以减少硫酸型酸雨的形成(原理为2CaO＋2SO2＋O2==2CaSO4)，但在高温时生石灰不能吸收CO2，不能减少CO2的排放，故不能减少温室气体的排放，C错误；D.天然气(主要成分为CH4)和液化石油气(主要成分为C3H8、C4H10)是我国目前推广使用的清洁燃料，D正确。
3. C 解析　A项，葡萄酒中的乙醇也能被酸性高锰酸钾溶液氧化，对SO2的检测有干扰；B项，亚硫酸钡在空气中易被氧化，大气中的CO2能被Ba(OH)2溶液沉淀，对SO2的检测有干扰；C项，氨水吸收SO2生成(NH4)2SO3或NH4HSO3，(NH4)2SO3或NH4HSO3与硫酸反应能产生SO2，SO2可以循环使用；D项，石灰石吸收SO2需要在高温下才能进行。
4. C 解析　A．回收塑料及钢铁制品可减少二氧化碳的排放，有利于节约资源和保护环境，A正确；B.使用地热能、生物质能等非化石能源能减少化石燃料的使用，可减少PM2.5，有利于保护环境，B正确；C.可燃冰的主要成分是甲烷，属于化石能源，C错误；D.电动机车替代燃油机车可以减少污染物的排放，有利于保护环境，D正确。
5. A 解析　A．绿色食品与颜色无关，A正确；B.低空臭氧浓度过大对人体有害，B错误；C.NO能与O2发生反应2NO＋O2===2NO2，NO在空气中不能稳定存在，C错误；D.水体含磷量高，会导致水体富营养化，D错误。
6. C 解析　A．苯不溶于水，不可用水溶解吸收，A错误；B.明矾不能对水进行杀菌消毒，只能用于净水，B错误；C.含汞废旧电池需回收处理是因为汞等重金属离子污染土壤和水体，C正确；D.某酸雨样品放置过程中pH减小是因为弱酸H2SO3转化为强酸H2SO4，酸性增强，不是因为溶解了更多的CO2，D错误。
7. (1)①汽油的不完全燃烧　N2与O2在汽车汽缸内高温环境下反应　形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应等(任填两种即可)②2xCO＋2NOx===2xCO2＋N2
(2)NaNO2
解析　(1) ①汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应，当空气不足时，汽油不完全燃烧，会产生CO；N2和O2在高温条件下反应生成NO。汽车尾气对环境的危害很大，可以形成硝酸型酸雨，导致光化学烟雾，产生温室效应等。②CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。
(2)NO中氮的化合价为＋2价，NO2中氮的化合价为＋4价，两者按物质的量之比1∶1混合时与NaOH反应生成的钠盐中氮的化合价必然为＋3价，即为NaNO2。
8. (1)①. ②. Cu、O
(2) ①. ②. H的电负性大于Fe，小于O，在活性表面，H2断裂为H原子，一个吸附在催化剂的铁离子上，略带负电，一个吸附在催化剂的氧离子上，略带正电，前者与中略带正电的碳结合，后者与中略带负电的羟基氧结合生成H2O，转化为 ③. 随增加，生成和H2的速率更快、产量增大，生成的速率更快、产率也增大
(3)高效、经济、原子利用率高、无污染
二、教学建议
1．复习课不是把学过的知识简单罗列、机械重复，而是把学过的知识进行归纳、分析、对比，达到在原有基础上进一步提高的目的。
2．拓宽学生从掌握物质性质的认识视角，培养学生学会自主构建氮氧化合物、硫的氧化物、绿色化学的知识体系，同时可以与化学反应原理题进行综合训练。
3．为了更有效地进行高中化学复习，教师要将课堂教学中心由“老师的复习”向“学生的学”和“对学生的评”转移，切实转变教与学的方式。
三、情境素材
1．反映有机物含量的水质参数
(一)生化需氧量(BOD )生化需氧量(BOD )是指好氧条件下，单位体积水中需氧物质生化分解过程中所消耗的溶解氧的量。
(二)化学需氧量(COD)是在一定条件下，用强氧化剂氧化水中有机物时所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/L 为单位表示。总耗氧量(TOD) (三)总耗氧量(TOD)是指水中有机物和无机物质燃烧变成稳定的氧化物所需要的氧量，包括难以分解的有机物含量，同时也包括一些无机硫、磷等元素全部氧化所需的氧量。
2．环氧乙烷低温灭菌
近年来，SARS，禽流感，埃博拉，寨卡等疫病的频频暴发，疾病传染和生物攻击的风险加剧，尤其是2020年初我国和全球暴发的新冠病毒肺炎疫情，更给我国和全球公共卫生与生物安全拉响了警报。灭菌是杀灭或去除外环境中包括细菌，芽孢和原虫等一切致病和非致病微生物的处理过程，是抗击疫情和保护生物安全必不可少的关键技术手段之一。使用环氧乙烷低温灭菌主要有穿透力强，杀菌谱广，对物品损害小，灭菌效果可靠等优点。但环氧乙烷存在一定毒性，故在使用时要注意防止其毒副作用。必须将环氧乙烷灭菌器，安装在通风良好的中心供应室的专用灭菌室内，用环氧乙烷灭菌后的物品必须将吸附的药物残余驱散后才能使用，在使用环氧乙烷灭菌时，均应严格执行生产厂商所提供的操作规程，同时还必须采取切实的防护措施，以保护操作者和周围工作人员。操作室和储藏室严禁吸烟，避免其他电火花，防止泄漏.若皮肤或眼睛不慎沾上环氧乙烷气体，应立即用水冲洗干净(至少半分钟)，以免烧伤。工作人员如出现中毒症状，应立即离开现场至通风良好处休息，严重者立即治疗。
3．洛杉矶光化学烟雾污染事件
洛杉矶在40年代就拥有250万辆汽车，每天大约消耗1100吨汽油，排出1000多吨碳氢(CH)化合物，300多吨氮氧(NOx)化合物，700多吨一氧化碳(CO)。另外，还有炼油厂、供油站等其他石油燃烧排放，这些化合物被排放到阳光明媚的洛杉矶上空，制造了一个毒烟雾工厂。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。1943年以后，烟雾更加肆虐，以致远离城市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。仅1950～1951年，美国因大气污染造成的损失就达15亿美元。1955年，因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人；1970年，约有75%以上的市民患上了红眼病。这就是最早出现的新型大气污染事件——光化学烟雾污染事件。
光化学烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成的，一般发生在湿度低、气温在24～32℃的夏季晴天的中午或午后。汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮(NO2)被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量。这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后，会变得不稳定起来，原有的化学链遭到破坏，形成新的物质。这种化学反应被称为光化学反应，其产物为含剧毒的光化学烟雾。

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