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第8章 化学与可持续发展
第三节 环境保护与绿色化学
导入一
播放视频“迷失的家园”。思考为什么要保护环境? 我们如何保护环境?
导入二
下面这几幅图的现象在我们过去的生活中可能经常会看到,而随着环境保护工作的进行,这些现象已不再多见。本节课我们一起来学习与环境保护相关的基础知识吧!
导入三
相信很多同学应该看过《流浪地球》这部电影,看完之后大家有什么感触?
《流浪地球》是一部地球连同地球人一同逃难的科幻电影。看完之后我的感受是,我们一定要保护环境、保护地球,不让悲剧发生,这不仅仅是地球的流浪,更是全人类的流浪。
一、化学与环境保护
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。通常所说的环境问题,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。
一、化学与环境保护
阅读教材,思考讨论以下问题:
1.如何研究污染物的存在、分布和转化规律?
2.化学工作者所承担的环境质量监测工作的重要意义是什么?
提示：要研究污染物的存在、分布和转化规律,就需要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。
提示：化学工作者所承担的环境质量监测工作是进行环境质量评价和污染治理的基础。
一、化学与环境保护
3.大气污染的来源与危害有哪些?
提示：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的作用下还会产生次生污染物。
这些次生污染物在一定的天气条件下会形成酸雨、雾霾、光化学烟雾等的污染现象。
一、化学与环境保护
硝酸型酸雨、硫酸型酸雨是怎样形成的?
(1)硝酸型酸雨的形成:2NO+O2 2NO2、3NO2+H2O 2HNO3+ NO。
(2)硫酸型酸雨的形成:
途径1:在空气中飘尘的催化作用下:2SO2+O2 2SO3、
SO3+H2O H2SO4。
催化剂
途径2:SO2+H2O H2SO3、2H2SO3+O2 2H2SO4。
一、化学与环境保护
二氧化碳能造成温室效应,那它是大气污染物吗?
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、碳氢化合物和其他有害物质等。
一、化学与环境保护
工农业生产和生活中产生的污水能直接排放吗? 污水处理的方法是什么?
污水的处理方法及流程:
1.常用方法:物理法、化学法、生物法等。其中化学方法有中和法、氧化还原法、沉淀法等。
2.污水处理的流程:
一、化学与环境保护
阅读教材,了解处理固体废弃物需遵循的原则和目的。
1.固体废弃物的处理原则:无害化、减量化和资源化。
2.固体废弃物的处理目的:减少环境污染和资源回收利用。
一、化学与环境保护
常见的环境问题:
二、绿色化学
阅读教材,了解绿色化学。
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”的观念与做法,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。它研究的是对环境没有任何副作用的化学试剂、化学制品和化学工艺等。
二、绿色化学
以乙烯为原料生产环氧乙烷,经典的方法是氯代乙醇法,包括以下两步反应:
其原子利用率<100%。而现代石油化工采用银作催化剂,可以实现一步完成:
二、绿色化学
阅读教材,了解原子利用率及原子经济性反应。
2.原子经济性反应:反应物的原子全部转化为期望的最终产物,这时原子利用率为100%。
1.原子利用率= 。
二、绿色化学
绿色化学:
1.反应始端:反应物要无毒、无害、可再生。
2.反应过程:用无毒、无害的催化剂和溶剂,最大限度地节约能源,各个环节都实现无污染。
3.反应终端:产品能降解;反应物的原子全都转化为期望的最终产物,即原子利用率为100%,这就是最理想的“原子经济”—零排放和零污染。
二、绿色化学
二、绿色化学
拓展延伸-空气变油
日前,我国科学家独创了一种二氧化碳的转化新路径:通过电催化与生物合成相结合,成功以二氧化碳和水为原料合成了葡萄糖和脂肪酸,为人工和半人工合成“粮食”提供了新路径。
二氧化碳究竟是如何变成葡萄糖和油脂的?
科研人员首先将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸,然后用酿酒酵母对乙酸进行发酵。这个过程可以理解为:先将二氧化碳转化为酿酒酵母的“食物”乙酸,然后酿酒酵母不断“吃醋”来合成葡萄糖和脂肪酸。未来,如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等,只需保持电催化设施不变,更换发酵使用的微生物就能实现。
二、绿色化学
小试牛刀
1.判断正误。
(1)“绿色化学”就是污染后有效治理的化学思想。 ( )
(2)“绿色化学”旨在减少或消除在化工生产中涉及的有害物质。 ( )
(3)在汽车排气管上安装“催化转化器”把CO、NO转化成 N2和CO2,
符合绿色化学的理念。 ( )
(4)减量化、再利用和再循环是开发和利用自然资源的基本原则。 ( )
(5)利用阳光发电、光解水制氢气是解决能源危机,实现可持续发展的
有效途径。 ( )
×
×
√
√
√
二、绿色化学
2.以乙烯合成环氧乙烷有以下两种方法:
(1)①方法一的原子利用率是多少? 写出计算式:_______________
_______________________________________________________。
②方法二的原子利用率是________。
(2)从绿色化学的思想分析方法2的优点是_____________________
________________________________。
100%
不使用有毒原料Cl2,原子利
用率为100%,更符合原子经济性反应
二、绿色化学
(3)我们学过的四种基本反应类型中,最符合绿色化学原子经济性反
应的是________,有机化学反应中最符合的有__________________。
化合反应
加成反应、聚合反应
二、绿色化学
3.工业废气中的SO2必须消除,既可防止污染,又可回收利用。现有如下吸收废气的流程图:
方案Ⅰ:碱液吸收法
方案Ⅱ:石灰—石膏法
某化学兴趣小组的同学对方案 Ⅰ 、方案 Ⅱ 进行了认真分析评价,然后设计出了方案 Ⅲ 。
二、绿色化学
方案Ⅲ:双碱法
与方案 Ⅰ、Ⅱ 相比,方案Ⅲ有哪些优点?
方案 Ⅲ 体现了绿色化学观念:中间产物 NaOH 可循环利用,降低了成本,符合资源再循环的原则;副产物CaSO4可加工成有用的物质石膏,石膏属于环境友好产品;污染物零排放。
总结
1.大气污染物的主要来源是化石燃料的燃烧和工业生产过程中产生的废气及其携带的颗粒物。这些污染物产生的次生污染物在一定条件下会形成酸雨、雾霾、光化学烟雾等污染现象。
2.污水的处理方法
(1)物理法:混凝法。
(2)化学法:中和法、氧化还原法、沉淀法。
(3)生物法。
总结
4.绿色化学
(1)绿色化学的核心思想:从源头上减少或消除环境污染。
(2)原子经济性反应:反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
(3)开发和利用资源必须遵循减量化、再利用和再循环的原则。
3.工业废渣和生活垃圾等固体废弃物的处理遵循无害化、减量化、资源化的原则。以减少环境污染、资源回收利用为目的。
课堂练习
1.在绿色化学工艺中,理想状态是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大,还需
要的反应物有( )
A.CO2和 H2O B.CO和CH3OH
C.CH3OH 和 H2 D.CO2和 H2
B
课堂练习
A
2.化学在生产和日常生活中有着广泛的应用。下列叙述中正确的是 ( )
A.在有机化工中,氯气是合成塑料、橡胶、农药和人造纤维的重要原料
B.汽车尾气中的氮氧化物,是汽油中的含氮化合物不完全燃烧产生的
C.白酒中含有少量塑化剂,少量饮用对人体无害,可通过过滤的方法除去
D.油脂是产生能量很高的营养物质,在饮食中不必控制油脂的摄入量
课堂练习
3.工业废水中常含有不同类型的污染物,可采用不同的方法处理。以下处理措施和方法类别都正确的是( )
D
课堂练习
4.如图是某研究小组采用电解法处理石油炼制过程中产生的大量 H2S废气的工艺流程。该方法对H2S的吸收率达99%以上,并可制取 H2和S。下列说法正确的是( )
A.吸收 H2S 的离子方程式为 Fe3+ +H2S Fe2+ +S↓+2H+
B.每吸收 22.4 L H2S气体,转移的电子数为 2NA
C.实验室可用点燃的方法消除 H2S对环境的污染
D.该工艺流程体现了绿色化学的思想
D
谢谢！

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