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第22讲　化学与可持续发展
【备考目标】　1.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。2.了解常见的环境污染，认识化学对环境保护的意义。3.了解煤、石油、天然气的组成及综合应用。4.了解常见的化学品，认识化学品对农业生产、生命健康的意义。了解合理使用化学品的方法和原则，知道不合理使用化学品造成的危害。
考点1　环境保护与绿色化学
1．常见的环境污染及其成因
污染名称 主要污染物及形成原理
PM2.5 大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物，也称为细颗粒物
雾霾 SO2、NOx和可吸入颗粒物与雾气结合的混合物
酸雨 SO2、NOx是导致酸雨形成的主要原因：SO2＋H2O H2SO3，2H2SO3＋O2===2H2SO4；2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
光化学烟雾 机动车尾气中的碳氢化合物和氮氧化物在光照条件下生成复杂的污染物
臭氧空洞 NOx、氟氯代烷等与臭氧发生作用，导致臭氧层的损耗
水体污染 由化肥、农药的过度使用，工业“三废”和生活污水的随意排放引起。水体富营养化可引起“水华”或“赤潮”。污水处理常见的化学方法有：中和法、氧化还原法、沉淀法
温室效应 化石燃料的大量使用使大气中的CO2大量增加，从而使地表温度上升的现象
白色污染 各种废弃塑料制品对环境所造成的污染，塑料很难降解，会破坏土壤结构
2.绿色化学
(1)核心思想：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)最理想的“原子经济性反应”：原子利用率是100%，即反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
(3)开发和利用自然资源必须遵循的原则：减量化、再利用和再循环。
题组练习
一、常见环境污染与环境保护
1．保护自然环境已成为实现人类社会可持续发展的重要课题。下列说法不正确的是(　　 )
A．实现化石燃料的综合利用，提高利用率 B．将含氮、磷的大量污水任意排向湖泊、水库和近海海域
C．利用可降解塑料代替聚氯乙烯等塑料，减少白色污染
D．将硫氧化物、氮氧化物与廉价易得的化学物质反应加以控制、消除或回收利用
解析：选B。综合利用化石燃料，提高其利用率，有利于保护环境，A正确；含氮、磷元素的大量污水任意排入湖泊、水库和近海海域，会造成水华、赤潮等水体污染问题，B错误；塑料的化学性质稳定，在自然界中很难降解而造成“白色污染”，因此用可降解塑料代替传统塑料，可减少白色污染，C正确；硫氧化物、氮氧化物会形成酸雨，因此将硫氧化物和氮氧化物与廉价易得的化学物质反应加以控制、消除或回收利用，可减少环境污染，D正确。
2．(2023·广西南宁二中模拟)化学在环境污染治理中发挥了重要作用。下列治理措施与化学原理无对应关系或有误的是(　　 )
选项 治理措施 化学原理
A 向工业废水中添加FeS以除去废水中的Cu2＋ FeS具有还原性
B 在汽车尾气系统中安装催化转化器以减少尾气污染 CO和NO在催化剂作用下发生反应，生成无毒气体
C 用聚酯塑料替代传统塑料以减少白色污染 聚酯具有生物可降解性
D 向燃煤中添加生石灰以减少酸雨的形成 CaO具有碱性氧化物的通性
解析：选A。向工业废水中添加FeS 以除去废水中的Cu2＋，是铜离子和FeS生成了硫化铜沉淀，没有体现FeS的还原性，A错误；在汽车尾气系统中安装催化转化器以减少尾气污染，是排气系统中CO和NO在催化剂作用下发生反应，生成无毒气体氮气和二氧化碳减少污染，B正确；聚酯塑料具有生物可降解性，易于降解，可减少白色污染， C正确；向燃煤中添加生石灰以减少酸雨的形成，是因为氧化钙能和二氧化硫等气体反应，体现了CaO具有碱性氧化物的通性，D正确。
二、绿色化学
3．“绿水青山就是金山银山”，化学工业在发展过程中秉承绿色、环保、可持续的科学理念。下列做法不符合这一理念的是(　　 )
A．最理想的反应就是追求原子利用率为100% B．大力推广使用风能、水能、氢能等清洁能源
C．大量开采化石燃料，促进经济发展 D．工业废水必须经无害化处理后才能排放
解析：选C。大量开采化石燃料，会对环境造成危害，不符合可持续的科学理念。
4．(2023·江西名校联考)下列生产原理符合绿色化学中最理想的“原子经济性反应”思想的是(　　 )
A．工业上电解熔融氯化镁制备镁 B．石油工业中乙烯催化氧化制环氧乙烷
C．工业上以黄铁矿为原料制备硫酸 D．工业上用焦炭和石英砂制备粗硅
解析：选B。电解熔融的氯化镁产生氯气和金属镁，A不符合； “原子经济性反应”是原子利用率为100%的反应，即产物只有一种，B符合；黄铁矿与氧气反应生成氧化铁和二氧化硫，C不符合；焦炭与石英砂反应生成粗硅和一氧化碳，D不符合。
考点2　煤、石油、天然气的综合利用
1．煤的组成与加工利用
(1)组成
(2)综合利用
2．石油的组成与综合利用
(1)组成：石油是由多种碳氢化合物组成的混合物。
(2)综合利用
【提醒】　(1)石油分馏属于物理变化，由于石油中有些物质的沸点很接近，所以分馏产物一般为混合物。常压蒸馏的原料为石油，减压蒸馏的原料为重油。
(2)石油分馏所得汽油为直馏汽油，多为饱和烃。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不饱和烃，能与卤素单质反应。
3．天然气的综合利用
(1)天然气的主要成分是CH4，是一种清洁的化石燃料和重要的化工原料。
(2)天然气与水蒸气反应制取H2的化学方程式为CH4＋H2O(g)CO＋3H2
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)煤的干馏、液化和气化是化学变化，而石油的分馏、裂化是物理变化(× )
(2)煤中含粗苯、煤焦油等物质，可通过蒸馏获取苯、甲苯等芳香烃(× )
(3)直馏汽油与裂化汽油均可以作溴水或碘水的萃取剂(× )
(4)天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料(√ )
(5)石油的裂解可得到甲烷、乙烯、丙烯等重要化工原料(√ )
(6)石油在加热和催化剂的作用下，可通过结构重整，获取苯、甲苯等环状烃(√ )
题组练习
1．下列说法正确的是(　　 )
A．煤炭是赋存于地下的再生性化石能源资源，素有“工业粮食”之称
B．裂化汽油可以用来萃取溴水中的溴
C．石油的分馏和煤的液化都是发生了物理变化
D．天然气是较清洁的能源
解析：选D。煤炭是不可再生的化石能源资源，A项错误；裂化汽油可与溴发生加成反应，不可以用来萃取溴水中的溴，B项错误；煤的气化、液化都是化学变化，C项错误；天然气燃烧后生成水和二氧化碳，是较清洁的能源，D项正确。
2．某研究学习小组在实验室中模拟石油的炼制，设计了如图所示的装置。
实验过程中，可观察到b中试管内有少量液体凝结且闻到有汽油的气味，c中试管内酸性高锰酸钾溶液褪色。
(1)实验研究小组模拟的是______________(填化工工艺名称)。
(2)c中试管内酸性KMnO4溶液褪色，体现了酸性KMnO4溶液的________性。
(3)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：___________________________________________。
(4)实验过程中，装置d中的溴水褪色，写出验证烯烃与溴水的反应是加成反应而不是取代反应的方法：________________________________________________________________。
答案：(1)石油的裂化　(2)氧化　(3)C16H34C8H18＋C8H16
(4)向反应后的溶液中滴加石蕊溶液，溶液不变红，则说明该反应为加成反应而非取代反应
考点3　合理使用化学品
1．化肥、农药的合理施用
(1)合理施用化肥
①考虑因素：土壤酸碱性、作物营养状况、化肥本身的性质。
②不合理施用化肥的危害：造成浪费、水体富营养化，影响土壤的酸碱性和土壤结构。
(2)合理施用农药
①农药的发展方向：高效、低毒、低残留。
②农药对生态系统和自然环境的影响：破坏害虫与天敌之间的生态平衡，一些害虫还会产生抗药性；引起传粉昆虫的大量死亡；造成土壤和作物的农药残留超标，以及大气、地表水和地下水的污染。
2．合理用药
(1)药物按来源分为天然药物与合成药物。
【提醒】　①处方药需要凭医生处方才能从药房或药店获得，并要在医生的指导下使用。非处方药则不需要凭医生处方，消费者可自行购买和使用，其包装上有“OTC”标识。②阿司匹林的化学名称是乙酰水杨酸，具有解热镇痛作用。
(2)合理使用药物：遵循安全、有效、经济、适当等原则；滥用药物危害巨大；远离毒品。
3．安全使用食品添加剂
(1)食品添加剂：为改善食品品质和色、香、味，以及防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。
(2)常见的食品添加剂
类别 功能 举例
着色剂 改善食品色泽 天然色素(红曲红、β 胡萝卜素等)；合成色素(苋菜红、柠檬黄等)
增味剂 增加食品鲜味 味精(主要成分为谷氨酸钠)
膨松剂 使食品松软或酥脆 碳酸氢铵、碳酸氢钠等
凝固剂 改善食品形态 氯化镁、硫酸钙等
防腐剂 防止食品腐败变质 苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐等
抗氧化剂 防止食品因氧化而变质 抗坏血酸(维生素C)
营养强化剂 补充必要的营养成分 碘酸钾、维生素、碳酸钙、硫酸亚铁等
(3)食品添加剂的使用：在规定范围内合理使用食品添加剂，对人体健康不会产生不良影响，但违规使用或者超量使用食品添加剂，都会损害人体健康。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)大雨天追肥有利于农作物的吸收(× )
(2)小苏打片可以治疗胃病，主要是可以中和过多的胃酸，缓解胃部不适(√ )
(3)安眠药可以帮助睡眠，因此每当失眠时就可以服用安眠药(× )
(4)天然的食品添加剂对人体无害，人工合成的食品添加剂对人体有害(× )
(5)幼儿生长发育快，钙是幼儿不可缺少的营养元素，因此在幼儿奶粉中可多加入碳酸钙等补钙剂(× )
题组练习
1．正确施用化肥和农药可以促进农业生产，下列说法正确的是(　　 )
A．长期施用DDT不会导致残留 B.使用可溶性磷肥有利于植物对磷的吸收
C．(NH4)2SO4和草木灰混合施用肥效更佳 D．有机磷杀虫剂可降解，可以大量使用
解析：选B。DDT难降解，长期施用会残留，A错误；磷肥分为水溶性、弱酸溶性、难溶性，施用可溶性磷肥更利于植物吸收，B正确；草木灰呈碱性，铵态氮肥与碱性物质反应会释放氨气，降低肥效，C错误；大量施用有机磷杀虫剂可能导致人中毒，D错误。
2．下列有关合理用药的说法错误的是(　　 )
A．对症下药是合理用药的首要原则
B．能被充分、快速吸收而无刺激性的药物，可在饭前口服
C．一种药物的用量，是经过严格的科学实验和大量的临床研究确定的
D．中药全部来自天然物质，因此无任何毒副作用
解析：选D。药物一般都有一定的毒副作用，长期大量服用，会危害人体健康，故D错误。
高考真题
1．(2023·海南高考)化学的迅速发展为满足人民日益增长的美好生活需要做出突出贡献。下列说法不合理的是(　　)
A．为增强药效，多种处方药可随意叠加使用
B．现代化肥种类丰富，施用方法依据对象营养状况而定
C．规范使用防腐剂可以减缓食物变质速度，保持食品营养价值
D．在种植业中，植物浸取试剂类医药也应慎重选用
解析：选A。多种处方药随意叠加使用，相互间可能发生化学反应，处方药需要按照医嘱和药物说明进行使用，A错误；化肥在施用时需依据对象营养状况针对性地选择不同的化肥，B正确；规范使用防腐剂可以减缓食物变质速度，保持食品营养价值，提高食品的口感，C正确；在种植业中，植物浸取试剂类医药也应慎重选用，D正确。
2．(2021·全国卷乙)我国提出争取在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中促进碳中和最直接有效的是(　　)
A．将重质油裂解为轻质油作为燃料 B．大规模开采可燃冰作为新能源
C．通过清洁煤技术减少煤燃烧污染 D．研发催化剂将CO2还原为甲醇
解析：选D。将重质油裂解为轻质油作为燃料，实质是长链烃断裂为短链烃，燃烧后排放的CO2的量并没有改变，A错误；可燃冰是甲烷的水合物，大量开采、使用会释放出CO2，不利于碳中和，B错误；通过清洁煤技术减少煤燃烧污染，只是减少了SO2的排放，并没有减少CO2的排放，C错误；研发催化剂将CO2还原为甲醇，有助于CO2的减少，对促进碳中和最直接有效，D正确。
3．(2020·浙江1月选考)下列说法不正确的是(　　 )
A．天然气的主要成分甲烷是高效、较洁净的燃料 B．石油的分馏、煤的气化和液化都是物理变化
C．石油的裂化主要是为了得到更多的轻质油 D．厨余垃圾中蕴藏着丰富的生物质能
解析：选B。A项，天然气的主要成分为甲烷，完全燃烧生成二氧化碳和水，是较清洁的燃料，故A正确；B项，煤的气化和液化均为化学变化，故B错误；C项，石油裂化主要是为了得到轻质油，故C正确；D项，厨余垃圾中蕴藏着以生物质为载体的能量，故D正确。
4．(2017·全国卷Ⅲ)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
解析：选C。燃煤中加入CaO是为了除去煤燃烧生成的SO2，可减少酸雨的形成，但不能减少温室气体的排放，故C项错误。
巩固练习
一、选择题(每题5分，共10题，共50分)
1．化学品的使用要求科学、合理、安全和有效。下列对化学品使用的观念正确的是(　　 )
A．超量施用化肥，提高粮食产量 B．禁止施用农药，生产绿色食品
C．服用过期药品，防止药品浪费 D．禁止沾染毒品，维护生命健康
解析：选D。超量施用化肥，会导致土壤酸化、板结等，不能提高粮食产量，A错误；完全禁止施用农药，害虫无法有效控制，粮食产量不能保证，B错误；服用过期药品，药品变质后产生有害物质，不利于身体健康，C错误；毒品危害生命安全，应禁止沾染，D正确。
2．做好生态环境保护工作，要正确处理高质量发展与高水平生态环境保护之间的关系。下列做法正确的是(　　 )
A．秸秆在农田里焚烧成草木灰，使之变成肥料 B．大力实施垃圾分类与回收，实现垃圾资源化
C．用硝酸溶解电路板上的铜，残渣倒入下水道 D．向含Hg2＋废水加入过量碱溶液，反应后直接排放
解析：选B。田间焚烧秸秆虽然能增加草木灰肥料，但燃烧过程中产生大量二氧化碳、灰尘，易造成环境污染，且易引起火灾，A项不符合题意；用硝酸溶解电路板上的铜后，残渣倒入下水道，残渣中含有的有害物质会污染水源，造成环境污染，C项不符合题意；向含Hg2＋的废水中加过量碱溶液反应后直接排放，反应液中含有的有害物质会污染水源，造成环境污染，D项不符合题意。
3．下列说法正确的是(　　 )
A．煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成
B．石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有机物
C．煤的气化、液化是使煤变成清洁能源、减小环境污染的有效途径
D．沸点范围：汽油>煤油>柴油>重油
解析：选C。石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃，煤干馏后生成苯、甲苯、二甲苯等芳香烃，故B错误；煤的气化、液化是使煤变成清洁能源的有效途径，故C正确；石油分馏时，首先分馏出的是汽油，其次是煤油，再次是柴油、重油，故沸点：汽油<煤油<柴油<重油，故D错误。
4．石油蒸馏装置如图所示，下列说法正确的是(　　 )
A．仪器W的名称：圆底烧瓶
B．碎瓷片的作用：催化剂
C．冷却水的流向：X进水，Y出水
D．收集到的60～150 ℃的馏分为混合物
解析：选D。A错，仪器W的名称是蒸馏烧瓶；B错，碎瓷片的作用是防止暴沸，不是催化剂；C错，冷凝管中冷却水从下口通入，上口流出，故X是出水口，Y是进水口；D对，石油分馏得到汽油、煤油、柴油等馏分，都是多种烃的混合物。
5．环境是人们赖以生存的条件，了解生活中的化学问题是必要的。下列说法正确的是(　　 )
A．绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理
B．在室内喷洒大量酒精，关闭门窗会达到较好的消毒效果
C．牛奶盒、玻璃类、金属类、骨骼、污染的纸张放入有“”标识的垃圾桶
D．根据污染等级对重污染企业采取限产限排、机动车限行等措施
解析：选D。“绿色化学”的核心是从源头上减少或消除污染物，而不是应用化学原理对环境污染进行治理，A错误；酒精是易燃物品，喷洒在空气中，可能会使空气中酒精混合气体处于爆炸浓度范围内，一旦遇到火星等，会发生爆炸，B错误；“”标识的垃圾桶盛放的是可回收垃圾，骨骼、污染的纸张不属于可回收垃圾，C错误。
6．下列关于煤和石油的说法正确的是(　　 )
A．由于石油中含有乙烯，所以石油裂解气中乙烯的含量较高
B．由于煤中含有苯、甲苯等芳香族化合物，所以可从煤干馏的产品中分离得到苯
C．石油没有固定的熔、沸点，但其分馏产物有固定的熔、沸点
D．石油的裂解气、煤干馏得到的焦炉气都能使酸性KMnO4溶液褪色
解析：选D。石油是由多种碳氢化合物组成的复杂混合物，不含乙烯，A项错误；煤经过干馏可得到苯和甲苯等，但煤本身不含苯和甲苯等，B项错误；石油分馏所得的馏分仍是混合物，没有固定的熔、沸点，C项错误；石油的裂解气、煤干馏得到的焦炉气中均含有烯烃，都能使酸性KMnO4溶液褪色，D项正确。
7．(2023·陕西咸阳三模)化学与生活、科技及环境密切相关。下列说法正确的是(　　 )
A．明矾和二氧化氯均可作净水剂，且净水原理相同
B．过量服用阿司匹林引起酸中毒后，可用静脉注射NaHCO3溶液的方法解毒
C．食品袋中放置的CaO可直接防止食品氧化变质
D．太阳能电池使用的材料主要成分是SiO2
解析：选B。明矾溶于水发生水解反应得到氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶体具有吸附性，二氧化氯作净水剂利用了其氧化性，A错误；过量服用阿司匹林引起酸中毒后，可用静脉注射NaHCO3溶液的方法解毒，B正确；食品袋中放置的CaO只做干燥剂，无还原性，不可直接防止食品氧化变质，C错误；太阳能电池使用的材料主要成分是Si，D错误。
8．(2023·辽宁朝阳一中二模)化学与生活、生产等密切相关，下列说法正确的是(　　 )
A．处方药需要凭医生处方才能从药房或药店获得，其包装上有“OTC”标识
B．除虫菊中含有的除虫菊酯是一种天然杀虫剂
C．亚硝酸钠是一种防腐剂和护色剂，可以大量用于一些肉制品食品添加剂
D．在奶粉中添加的硫酸钙等可作为食品的凝固剂
解析：选B。处方药需要医生开处方，但OTC为非处方药的标识，A错误；除虫菊中含有的除虫菊酯是天然杀虫剂，B正确；腌制熟食时，添加少量亚硝酸钠是为了防止食物腐败变质，但亚硝酸钠有毒，要控制合适用量，不能大量使用，C错误；硫酸钙、维生素在奶粉中添加是作营养强化剂， D错误。
9．(2024·广东惠州一中模拟)我国正面临巨大的CO2减排压力。燃煤电厂是CO2的主要排放源，直接从燃煤烟气中捕获CO2是缓解CO2排放危机最有效的手段。一种钙基吸收剂(主要成分为CaO)循环捕集烟气中CO2的过程如图所示，下列说法中错误的是(　　 )
A.碳酸化反应器中发生了化合反应，且为放热反应
B．生成的CaCO3附着在钙基吸收剂表面会堵塞孔隙，导致其捕集性能下降
C．1 mol CO2中含有16NA个电子
D．封存的CO2可以转化为甲醇等产品
解析：选C。碳酸化反应器中燃煤烟气中的二氧化碳与氧化钙发生反应生成碳酸钙，该反应属于化合反应，且为放热反应，A正确；反应生成的CaCO3为颗粒状，所以生成的CaCO3附着在钙基吸收剂表面会堵塞孔隙，导致其捕集性能下降，B正确；分子中的电子数与质子数相同，所以1 mol CO2中含有(6＋8×2) mol×NA mol－1＝22NA个电子，C错误；根据元素守恒可知，CO2可以转化为甲醇等产品，符合“碳中和”理念，D正确。
10．(2023·天津津南期末)含氮化合物过多蓄积会导致水体富营养化，需将其从水体中除去，该过程称为脱氮。常用的脱氮方法有吹脱法和折点氯化法。
吹脱法：调节水体pH至8左右，然后持续向水中吹入空气。
折点氯化法：调节水体pH至6左右，向水中加入适量NaClO。
下列分析不正确的是(　　 )
A．含氨和铵盐的水体中存在平衡：NH＋OH－ NH3·H2O NH3＋H2O
B．吹脱法的原理是通过鼓气降低NH3浓度，从而降低水中NH3·H2O与NH的含量
C．折点氯化法除NH的原理为：2NH＋3ClO－===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋2H＋
D．吹脱法无法对含NO的水体脱氮，但折点氯化法可以对含NO的水体脱氮
解析：选D。含氨和铵盐的水体中存在一水合氨的电离平衡及一水合氨的分解平衡，所以含有氨和铵盐的水体中存在平衡NH＋OH－ NH3·H2O NH3＋H2O，A正确；通过鼓气降低NH3溶解度从而降低其浓度，则NH＋OH－ NH3·H2O NH3＋H2O中平衡正向移动，从而降低水中NH3·H2O与NH的含量，B正确；NH中N元素为－3价，所以具有还原性，NaClO具有强氧化性，则NH能被NaClO氧化生成氮气，离子方程式为2NH＋3ClO－===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋2H＋，C正确；吹脱法是利用物理方法脱氮，无法对含NO的水体脱氮，折点氯化法是利用ClO－的强氧化性将NO氧化成NO，N元素不能脱离水体，所以无法脱氮，D错误。
二、非选择题(共2题，共25分)
11．(8分)节能减排(指的是减少能源浪费和降低废气排放)是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是维护中华民族长远利益的必然要求。请分析并回答下列问题：
(1)“绿色化学”的最大特点在于它是在始端就采用预防实际污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放和零污染，具有“原子经济性”，下列化学反应不符合“绿色化学”思想的是________(填字母)。(2分)
A.制备乙醇：CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH
B．制备硫酸铜：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
C．制备甲醇：2CH4＋O22CH3OH
D．制备硝酸铜：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(2)工业上目前使用两种方法制取乙醛——“乙炔水化法”和“乙烯氧化法”。下面两表提供生产过程中原料反应条件、原料平衡转化率和产量等的有关信息：
表一：原料、反应条件、平衡转化率、日产量
乙炔水化法 乙烯氧化法
原料 乙炔、水 乙烯、空气
反应条件 HgSO4、100～125 ℃ PdCl2 CuCl2、100～125 ℃
平衡转化率 乙炔平衡转化率90%左右 乙烯平衡转化率80%左右
日产量 2.5 t(某设备条件下) 3.6 t(相同设备条件下)
表二：原料来源生产工艺
原料生产工艺过程
乙炔 CaCO3CaOCaC2C2H2
乙烯 来源于石油裂解气
从两表中分析，现代工业上“乙烯氧化法”将逐步取代“乙炔水化法”的可能原因。
①从产率和产量角度分析：_______________________________________________。(3分)
②从环境保护和能耗角度分析：________________________________________________。(3分)
解析： (1)制备乙醇的反应属于加成反应，原子利用率高达100%，且产物无污染，故A符合；制备硫酸铜的过程中硫酸的利用率低，且生成的二氧化硫是有毒气体，故B不符合；制备甲醇的反应属于化合反应，原子利用率高达100%，且产物无污染，故C符合；铜与稀硝酸反应制备硝酸铜的过程中硝酸的利用率低，且生成的一氧化氮是有毒气体，故D不符合。
答案：(1)BD　(2)①虽然乙烯氧化法的转化率略小于乙炔水化法，但反应快、日产量比乙炔水化法高得多　②两者的反应条件中温度相当，但乙炔水化法制乙醛使用的是汞盐催化剂，毒性大；乙炔的制取要经过多步反应，且消耗大量的热能、电能；乙烯来源于石油裂解气，消耗的总能量比乙炔少，且较容易获得
12．(17分)煤气化是有效利用化石能源的手段之一，有关反应为①C＋H2O(g)CO＋H2、②CO＋H2OCO2＋H2，获得的气体称为水煤气。某研究性学习小组为探究气体的成分，进行了如下实验：
[实验]　使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后的气体。
[提出假设]　对气体的成分提出了三种假设。
假设1：该气体是CO、H2、H2O。
假设2：该气体是CO2、H2、H2O。
(1)假设3：_________________________________________________________。(2分)
[设计实验方案，验证假设]
拟用图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设3(加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已经排尽)。
(2)按气流从左至右连接各仪器，用图中小写字母表示接口的连接顺序(仪器可重复使用)：混合气→dc→__________→__________→__________→________→________→ij。(5分)
(3)仪器A中需要加入的试剂名称为________，其中反应的化学方程式可能有______________________。(4分)
(4)仪器B中需加入试剂的名称是__________，其作用是___________________________。(4分)
(5)本实验的尾气需处理，处理的方法为______________________________________________。(2分)
解析：(1)根据反应原理，混合气体组成存在三种情况，第三种情况的气体组成为CO、H2、H2O、CO2。
(2)为了验证混合气中含CO、H2、H2O、CO2，实验仪器的先后连接顺序为检验水分→检验二氧化碳→除掉二氧化碳→除掉水分→还原装置→检验水分→检验二氧化碳，仪器连接顺序为混合气体→dc→ij→gh→ef→ab→dc→ij。
(3)仪器A用于检验氢气和一氧化碳，可以选用氧化铜，利用氢气、一氧化碳加热还原氧化铜完成检验，反应的化学方程式为CuO＋H2Cu＋H2O、CuO＋COCu＋CO2。
(4)白色的无水硫酸铜遇水后变为蓝色，所以可在装置B中加入无水硫酸铜(CuSO4)，通过观察颜色是否改变来确定混合气体中是否有水蒸气。
(5)一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染环境，可在装置最后的导管口处放一个点燃的酒精灯，利用燃烧的方法消除CO的污染。
答案：(1)该气体是CO、H2、H2O、CO2　(2)ij　gh　ef　ab　dc
(3)氧化铜(或其他合理答案)　CuO＋H2Cu＋H2O、CuO＋COCu＋CO2
(4)无水硫酸铜　检验混合气体中是否有水
(5)可在装置最后的导管口放一燃着的酒精灯将气体燃烧(或其他合理答案)
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第22讲　化学与可持续发展　
【备考目标】　1.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。2.了解常见的环境污染，认识化学对环境保护的意义。3.了解煤、石油、天然气的组成及综合应用。4.了解常见的化学品，认识化学品对农业生产、生命健康的意义。了解合理使用化学品的方法和原则，知道不合理使用化学品造成的危害。
考点1　环境保护与绿色化学
1．常见的环境污染及其成因
污染名称 主要污染物及形成原理
PM2.5 大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物，也称为细颗粒物
雾霾 SO2、NOx和可吸入颗粒物与雾气结合的混合物
酸雨 SO2、NOx是导致酸雨形成的主要原因：SO2＋H2O H2SO3，2H2SO3＋O2===2H2SO4；2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
光化学烟雾 机动车尾气中的碳氢化合物和氮氧化物在光照条件下生成复杂的污染物
臭氧空洞 NOx、氟氯代烷等与臭氧发生作用，导致臭氧层的损耗
水体污染 由化肥、农药的过度使用，工业“三废”和生活污水的随意排放引起。水体富营养化可引起“水华”或“赤潮”。污水处理常见的化学方法有：中和法、氧化还原法、沉淀法
温室效应 化石燃料的大量使用使大气中的CO2大量增加，从而使地表温度上升的现象
白色污染 各种废弃塑料制品对环境所造成的污染，塑料很难降解，会破坏土壤结构
2.绿色化学
(1)核心思想：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)最理想的“原子经济性反应”：原子利用率是100%，即反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
(3)开发和利用自然资源必须遵循的原则：减量化、再利用和再循环。
题组练习
一、常见环境污染与环境保护
1．保护自然环境已成为实现人类社会可持续发展的重要课题。下列说法不正确的是(　　 )
A．实现化石燃料的综合利用，提高利用率 B．将含氮、磷的大量污水任意排向湖泊、水库和近海海域
C．利用可降解塑料代替聚氯乙烯等塑料，减少白色污染
D．将硫氧化物、氮氧化物与廉价易得的化学物质反应加以控制、消除或回收利用
2．(2023·广西南宁二中模拟)化学在环境污染治理中发挥了重要作用。下列治理措施与化学原理无对应关系或有误的是(　　 )
选项 治理措施 化学原理
A 向工业废水中添加FeS以除去废水中的Cu2＋ FeS具有还原性
B 在汽车尾气系统中安装催化转化器以减少尾气污染 CO和NO在催化剂作用下发生反应，生成无毒气体
C 用聚酯塑料替代传统塑料以减少白色污染 聚酯具有生物可降解性
D 向燃煤中添加生石灰以减少酸雨的形成 CaO具有碱性氧化物的通性
二、绿色化学
3．“绿水青山就是金山银山”，化学工业在发展过程中秉承绿色、环保、可持续的科学理念。下列做法不符合这一理念的是(　　 )
A．最理想的反应就是追求原子利用率为100% B．大力推广使用风能、水能、氢能等清洁能源
C．大量开采化石燃料，促进经济发展 D．工业废水必须经无害化处理后才能排放
4．(2023·江西名校联考)下列生产原理符合绿色化学中最理想的“原子经济性反应”思想的是(　　 )
A．工业上电解熔融氯化镁制备镁 B．石油工业中乙烯催化氧化制环氧乙烷
C．工业上以黄铁矿为原料制备硫酸 D．工业上用焦炭和石英砂制备粗硅
考点2　煤、石油、天然气的综合利用
1．煤的组成与加工利用
(1)组成
(2)综合利用
2．石油的组成与综合利用
(1)组成：石油是由多种碳氢化合物组成的混合物。
(2)综合利用
【提醒】　(1)石油分馏属于物理变化，由于石油中有些物质的沸点很接近，所以分馏产物一般为混合物。常压蒸馏的原料为石油，减压蒸馏的原料为重油。
(2)石油分馏所得汽油为直馏汽油，多为饱和烃。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不饱和烃，能与卤素单质反应。
3．天然气的综合利用
(1)天然气的主要成分是 ，是一种清洁的化石燃料和重要的化工原料。
(2)天然气与水蒸气反应制取H2的化学方程式为
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)煤的干馏、液化和气化是化学变化，而石油的分馏、裂化是物理变化( )
(2)煤中含粗苯、煤焦油等物质，可通过蒸馏获取苯、甲苯等芳香烃( )
(3)直馏汽油与裂化汽油均可以作溴水或碘水的萃取剂( )
(4)天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料( )
(5)石油的裂解可得到甲烷、乙烯、丙烯等重要化工原料( )
(6)石油在加热和催化剂的作用下，可通过结构重整，获取苯、甲苯等环状烃( )
题组练习
1．下列说法正确的是(　　 )
A．煤炭是赋存于地下的再生性化石能源资源，素有“工业粮食”之称
B．裂化汽油可以用来萃取溴水中的溴
C．石油的分馏和煤的液化都是发生了物理变化
D．天然气是较清洁的能源
2．某研究学习小组在实验室中模拟石油的炼制，设计了如图所示的装置。
实验过程中，可观察到b中试管内有少量液体凝结且闻到有汽油的气味，c中试管内酸性高锰酸钾溶液褪色。
(1)实验研究小组模拟的是______________(填化工工艺名称)。
(2)c中试管内酸性KMnO4溶液褪色，体现了酸性KMnO4溶液的________性。
(3)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：___________________________________________。
(4)实验过程中，装置d中的溴水褪色，写出验证烯烃与溴水的反应是加成反应而不是取代反应的方法：________________________________________________________________。
考点3　合理使用化学品
1．化肥、农药的合理施用
(1)合理施用化肥
①考虑因素：土壤 、作物营养状况、化肥本身的性质。
②不合理施用化肥的危害：造成浪费、水体富营养化，影响土壤的酸碱性和土壤结构。
(2)合理施用农药
①农药的发展方向： 、 、 。
②农药对生态系统和自然环境的影响：破坏害虫与天敌之间的生态平衡，一些害虫还会产生抗药性；引起传粉昆虫的大量死亡；造成土壤和作物的农药残留超标，以及大气、地表水和地下水的污染。
2．合理用药
(1)药物按来源分为 与 。
【提醒】　①处方药需要凭医生处方才能从药房或药店获得，并要在医生的指导下使用。非处方药则不需要凭医生处方，消费者可自行购买和使用，其包装上有“OTC”标识。②阿司匹林的化学名称是乙酰水杨酸，具有解热镇痛作用。
(2)合理使用药物：遵循安全、有效、经济、适当等原则；滥用药物危害巨大；远离毒品。
3．安全使用食品添加剂
(1)食品添加剂：为改善食品品质和色、香、味，以及防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。
(2)常见的食品添加剂
类别 功能 举例
着色剂 改善食品色泽 天然色素(红曲红、β 胡萝卜素等)；合成色素(苋菜红、柠檬黄等)
增味剂 增加食品鲜味 味精(主要成分为谷氨酸钠)
膨松剂 使食品松软或酥脆 碳酸氢铵、碳酸氢钠等
凝固剂 改善食品形态 氯化镁、硫酸钙等
防腐剂 防止食品腐败变质 苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐等
抗氧化剂 防止食品因氧化而变质 抗坏血酸(维生素C)
营养强化剂 补充必要的营养成分 碘酸钾、维生素、碳酸钙、硫酸亚铁等
(3)食品添加剂的使用：在规定范围内合理使用食品添加剂，对人体健康不会产生不良影响，但违规使用或者超量使用食品添加剂，都会损害人体健康。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)大雨天追肥有利于农作物的吸收( )
(2)小苏打片可以治疗胃病，主要是可以中和过多的胃酸，缓解胃部不适( )
(3)安眠药可以帮助睡眠，因此每当失眠时就可以服用安眠药( )
(4)天然的食品添加剂对人体无害，人工合成的食品添加剂对人体有害( )
(5)幼儿生长发育快，钙是幼儿不可缺少的营养元素，因此在幼儿奶粉中可多加入碳酸钙等补钙剂( )
题组练习
1．正确施用化肥和农药可以促进农业生产，下列说法正确的是(　　 )
A．长期施用DDT不会导致残留 B.使用可溶性磷肥有利于植物对磷的吸收
C．(NH4)2SO4和草木灰混合施用肥效更佳 D．有机磷杀虫剂可降解，可以大量使用
2．下列有关合理用药的说法错误的是(　　 )
A．对症下药是合理用药的首要原则
B．能被充分、快速吸收而无刺激性的药物，可在饭前口服
C．一种药物的用量，是经过严格的科学实验和大量的临床研究确定的
D．中药全部来自天然物质，因此无任何毒副作用
高考真题
1．(2023·海南高考)化学的迅速发展为满足人民日益增长的美好生活需要做出突出贡献。下列说法不合理的是(　　)
A．为增强药效，多种处方药可随意叠加使用
B．现代化肥种类丰富，施用方法依据对象营养状况而定
C．规范使用防腐剂可以减缓食物变质速度，保持食品营养价值
D．在种植业中，植物浸取试剂类医药也应慎重选用
2．(2021·全国卷乙)我国提出争取在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中促进碳中和最直接有效的是(　　)
A．将重质油裂解为轻质油作为燃料 B．大规模开采可燃冰作为新能源
C．通过清洁煤技术减少煤燃烧污染 D．研发催化剂将CO2还原为甲醇
3．(2020·浙江1月选考)下列说法不正确的是(　　 )
A．天然气的主要成分甲烷是高效、较洁净的燃料 B．石油的分馏、煤的气化和液化都是物理变化
C．石油的裂化主要是为了得到更多的轻质油 D．厨余垃圾中蕴藏着丰富的生物质能
4．(2017·全国卷Ⅲ)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
巩固练习
一、选择题(每题5分，共10题，共50分)
1．化学品的使用要求科学、合理、安全和有效。下列对化学品使用的观念正确的是(　　 )
A．超量施用化肥，提高粮食产量 B．禁止施用农药，生产绿色食品
C．服用过期药品，防止药品浪费 D．禁止沾染毒品，维护生命健康
2．做好生态环境保护工作，要正确处理高质量发展与高水平生态环境保护之间的关系。下列做法正确的是(　　 )
A．秸秆在农田里焚烧成草木灰，使之变成肥料 B．大力实施垃圾分类与回收，实现垃圾资源化
C．用硝酸溶解电路板上的铜，残渣倒入下水道 D．向含Hg2＋废水加入过量碱溶液，反应后直接排放
3．下列说法正确的是(　　 )
A．煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成
B．石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有机物
C．煤的气化、液化是使煤变成清洁能源、减小环境污染的有效途径
D．沸点范围：汽油>煤油>柴油>重油
4．石油蒸馏装置如图所示，下列说法正确的是(　　 )
A．仪器W的名称：圆底烧瓶
B．碎瓷片的作用：催化剂
C．冷却水的流向：X进水，Y出水
D．收集到的60～150 ℃的馏分为混合物
5．环境是人们赖以生存的条件，了解生活中的化学问题是必要的。下列说法正确的是(　　 )
A．绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理
B．在室内喷洒大量酒精，关闭门窗会达到较好的消毒效果
C．牛奶盒、玻璃类、金属类、骨骼、污染的纸张放入有“”标识的垃圾桶
D．根据污染等级对重污染企业采取限产限排、机动车限行等措施
6．下列关于煤和石油的说法正确的是(　　 )
A．由于石油中含有乙烯，所以石油裂解气中乙烯的含量较高
B．由于煤中含有苯、甲苯等芳香族化合物，所以可从煤干馏的产品中分离得到苯
C．石油没有固定的熔、沸点，但其分馏产物有固定的熔、沸点
D．石油的裂解气、煤干馏得到的焦炉气都能使酸性KMnO4溶液褪色
7．(2023·陕西咸阳三模)化学与生活、科技及环境密切相关。下列说法正确的是(　　 )
A．明矾和二氧化氯均可作净水剂，且净水原理相同
B．过量服用阿司匹林引起酸中毒后，可用静脉注射NaHCO3溶液的方法解毒
C．食品袋中放置的CaO可直接防止食品氧化变质
D．太阳能电池使用的材料主要成分是SiO2
8．(2023·辽宁朝阳一中二模)化学与生活、生产等密切相关，下列说法正确的是(　　 )
A．处方药需要凭医生处方才能从药房或药店获得，其包装上有“OTC”标识
B．除虫菊中含有的除虫菊酯是一种天然杀虫剂
C．亚硝酸钠是一种防腐剂和护色剂，可以大量用于一些肉制品食品添加剂
D．在奶粉中添加的硫酸钙等可作为食品的凝固剂
9．(2024·广东惠州一中模拟)我国正面临巨大的CO2减排压力。燃煤电厂是CO2的主要排放源，直接从燃煤烟气中捕获CO2是缓解CO2排放危机最有效的手段。一种钙基吸收剂(主要成分为CaO)循环捕集烟气中CO2的过程如图所示，下列说法中错误的是(　　 )
A.碳酸化反应器中发生了化合反应，且为放热反应
B．生成的CaCO3附着在钙基吸收剂表面会堵塞孔隙，导致其捕集性能下降
C．1 mol CO2中含有16NA个电子 D．封存的CO2可以转化为甲醇等产品
10．(2023·天津津南期末)含氮化合物过多蓄积会导致水体富营养化，需将其从水体中除去，该过程称为脱氮。常用的脱氮方法有吹脱法和折点氯化法。
吹脱法：调节水体pH至8左右，然后持续向水中吹入空气。
折点氯化法：调节水体pH至6左右，向水中加入适量NaClO。
下列分析不正确的是(　　 )
A．含氨和铵盐的水体中存在平衡：NH＋OH－ NH3·H2O NH3＋H2O
B．吹脱法的原理是通过鼓气降低NH3浓度，从而降低水中NH3·H2O与NH的含量
C．折点氯化法除NH的原理为：2NH＋3ClO－===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋2H＋
D．吹脱法无法对含NO的水体脱氮，但折点氯化法可以对含NO的水体脱氮
二、非选择题(共2题，共25分)
11．(8分)节能减排(指的是减少能源浪费和降低废气排放)是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是维护中华民族长远利益的必然要求。请分析并回答下列问题：
(1)“绿色化学”的最大特点在于它是在始端就采用预防实际污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放和零污染，具有“原子经济性”，下列化学反应不符合“绿色化学”思想的是________(填字母)。(2分)
A.制备乙醇：CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH
B．制备硫酸铜：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
C．制备甲醇：2CH4＋O22CH3OH
D．制备硝酸铜：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(2)工业上目前使用两种方法制取乙醛——“乙炔水化法”和“乙烯氧化法”。下面两表提供生产过程中原料反应条件、原料平衡转化率和产量等的有关信息：
表一：原料、反应条件、平衡转化率、日产量
乙炔水化法 乙烯氧化法
原料 乙炔、水 乙烯、空气
反应条件 HgSO4、100～125 ℃ PdCl2 CuCl2、100～125 ℃
平衡转化率 乙炔平衡转化率90%左右 乙烯平衡转化率80%左右
日产量 2.5 t(某设备条件下) 3.6 t(相同设备条件下)
表二：原料来源生产工艺
原料生产工艺过程
乙炔 CaCO3CaOCaC2C2H2
乙烯 来源于石油裂解气
从两表中分析，现代工业上“乙烯氧化法”将逐步取代“乙炔水化法”的可能原因。
①从产率和产量角度分析：_______________________________________________。(3分)
②从环境保护和能耗角度分析：________________________________________________。(3分)
12．(17分)煤气化是有效利用化石能源的手段之一，有关反应为①C＋H2O(g)CO＋H2、②CO＋H2OCO2＋H2，获得的气体称为水煤气。某研究性学习小组为探究气体的成分，进行了如下实验：
[实验]　使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后的气体。
[提出假设]　对气体的成分提出了三种假设。
假设1：该气体是CO、H2、H2O。
假设2：该气体是CO2、H2、H2O。
(1)假设3：_________________________________________________________。(2分)
[设计实验方案，验证假设]
拟用图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设3(加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已经排尽)。
(2)按气流从左至右连接各仪器，用图中小写字母表示接口的连接顺序(仪器可重复使用)：混合气→dc→__________→__________→__________→________→________→ij。(5分)
(3)仪器A中需要加入的试剂名称为________，其中反应的化学方程式可能有______________________。(4分)
(4)仪器B中需加入试剂的名称是__________，其作用是_________________________。(4分)
(5)本实验的尾气需处理，处理的方法为______________________________________________。(2分)
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