第二节　资源综合利用　环境保护教案评析

第二节

资源综合利用

环境保护

三维目标

知识与技能

过程与方法

情感、态度

与价值观

1．了解环境污染的分类、危害及防治措施

2．了解绿色化学的含义

通过社会实践，体会可持续发展及建设生态文明的重要性和紧迫性

通过对环境保护和绿色化学有关知识的学习，增强环境保护意识，培养绿色化学理念

思维激活

环保问题越来越受到人们的广泛关注，你知道洛杉矶和伦敦的烟雾事件吗？你了解绿色化学吗？

自学导引

环境保护与绿色化学

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。全球性和区域性环境问题包括：气候变暖、臭氧层破坏、酸雨和赤潮等。

2．工业“三废”问题：“三废”是指废气、废水、废渣。除了自然因素外，大气污染主要来自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；工业生产中废水的任意排放会导致土壤、水源的污染；废渣等固体废弃物的处理兼有减少环境污染和资源回收利用两个重要目的。

3．绿色化学：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。按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，即原子利用率为100%。

思考题

“绿色化学”提倡化工生产应尽可能将反应物的原子全部利用上，从根本上解决环境污染问题。在下列制备环氧乙烷的反应中，最符合“绿色化学”思想的是(

) →HCCH＋CH3COOHA．CH2＝CH2＋H3CCOOH

(过氧乙酸)―

22[来源学科网ZXXK]O→H2CB．CH2＝CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―催化剂OCH2＋CaCl2＋H2O OCH2

―→2HCC．2 CH2＝CH2＋O2―2催化剂OCH2＋H2O D．H2C答案

C ―→H2CCH2―OHOHO名师解惑

一、三大环境问题

酸雨

危

害

臭氧层的破坏

温室效应

两极冰川融化，海平面升高，陆地减少，地表气温升高，气候干旱，土地沙漠化，农业减产

破坏农作物、森林、草原；使湖泊酸化、鱼类死亡；使皮肤发生癌变

加速建筑物的腐蚀

成

因

含硫燃料的大量燃烧产生SO2

汽车尾气、氟氯烃的大量排放

CCl2F2――→Cl 光

防

治

减少SO2的排放，燃料脱硫

2O3=====3O2

Cl大量CO2气体的排放，导致大气中CO2浓度不断上升，CO2能阻碍由地面反射回高空的红外辐射，使地表气温增高

减少化石燃料的使用；开发利用新能源；大力植树造林

此外，还应了解光化学烟雾主要是由氮氧化物、碳氢化合物等造成的，白色污染即聚乙烯(或聚苯乙烯)塑料的大量使用所造成的污染，赤潮是由含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放造成的等等。

二、中学常见的污染环境的气体及其防治

SO2：工业上用浓氨水吸收，实验室用NaOH溶液吸收。

NOx：用NaOH溶液吸收。

H2S：用NaOH溶液吸收。

Cl2、Br2、HCl：用碱液吸收，Cl2、Br2还可用Na2SO3溶液吸收。

CO：用燃烧的方法除去。

三、原子经济和绿色化学

1．原子经济：原子经济要求反应物的原子全部转化为目标产物，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弃物。

化学反应的原子经济性好坏是用原子利用率来衡量的。

期望产物的总质量原子利用率＝×100% 生成物的总质量其特点是：①最大限度地利用原料；

②最大限度地减少废物排放。

2．绿色化学

“绿色化学”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。其特点是：

①开发绿色反应，将原子利用率提高到100%；

②使用无毒无害的原料；

③选用无毒无害的催化剂；

④使用无毒无害的溶剂；

⑤发展“绿色工艺”；

⑥开发和生产绿色产品。

停止氟氯烃的生产和使用

[特别提醒] 无机反应中的化合反应和有机反应中的加成、加聚反应的原子利用率均为100%。

典例导析

知识点1：与环境污染有关的常识

例1

环境污染已成为人类社会所面临的重大威胁，各种污染数不胜数。下列八个名词中与环境污染无关的是(

) ．．①温室效应

②赤潮

③酸雨

④光化学污染

⑤臭氧层空洞

⑥水俣病

⑦潮汐

⑧大脖子病

A．②③

B．⑦⑧

C．⑥⑦⑧

D．②⑤⑦

答案

B 跟踪练习1

德国科学家利用卫星数据和先进的仪器，绘制了一幅地球上空二氧化氮的分布图。从图中可以看出欧洲和北美洲的一些大城市上空的二氧化氮密度很高。其主要原因是这些地区的(

) A．硝酸工业发达

B．雷雨天气较多

C．机动车辆过多

D．燃料以煤炭为主

答案

C 知识点2：绿色化学理念的考查

例2

在“绿色化学”工艺中，理想状态是反应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，在催化剂作用下还需要的其他反应物是(

) A．CO和CH3OH B．CO2和H2O C．H2和CO2

D．CH3OH和H2

解析

比较反应前后原子的个数可知，生成物比反应物多2个C原子、2个O原子和4个H原子，答案A符合要求。其他如果能满足C∶O∶H＝1∶1∶2的也符合要求，如CO和H2等。

答案

A 跟踪练习2

在“绿色化学”工艺中，理想的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%。下列反应类型中能体现“原子经济性”原则的是(

) ①置换反应

②化合反应

③分解反应

④取代反应

⑤加成反应

⑥加聚反应

A．①②⑤

B．②⑤⑥

C．③④

D．只有⑥

答案

B 同步测控

小试牛刀

1．对固体废弃物实现资源化，首先必须对其进行分类收集、处理。其中织物、玻璃、易拉罐、纸类、废金属等固体垃圾都可回收利用，下列标志中应选用(

) 答案

B 2．在以“绿色”为主题的今天，下列对秸秆的处理方法中，不符合“绿色”要求的是．．．(

) A．就地焚烧

B．发酵后做农家肥

C．加工成精饲料

D．制造沼气

答案

A 3．为了消除对大气的污染，有科学家提出利用太阳能促使燃料循环使用的构想(示意图如下)。下列物质可做此循环中的燃料的是(

)

A．CO2

B．CH3OH C．N2

D．H2O 答案

B 4.1838年3月纽卡斯尔市的一些园艺家访问大物理学家法拉第，向他请教一个奇特而有趣的问题：为什么别处生长的紫罗兰都是紫色的，而生长在纽卡斯尔市的紫罗兰却是白色的？法拉第经过一番研究，得出结论，后来被化学家证实并在工业上得到广泛的应用。法拉第的结论是(

) A．遗传变异

B．纽卡斯尔市民用自来水浇花

C．施肥不当

D．纽卡斯尔市空气中SO2含量较高

答案

D 5．中国科学家研制的“人造太阳”成功地进行了一次放电。所谓“人造太阳”是指把4从海水中提取出来的氘(21H )受控核聚变成氦(2He )，产生能量，这种技术对解决能源问题有着十分广阔的发展前景。下列有关说法中正确的是(

) A．21H原子核外有2个电子

2B．1H和42He互为同位素

4C．2He的中子数为4 D．“人造太阳”发电实现了核能向电能的转化

答案

D 6．绿色化学对化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料中的原子全部转变成目标产物，不产生副产物，实现零排放。下列几种生产乙苯(C2H5)的方法中，原子经济性最好的是(反应均在一定条件下进行)(

) A．＋C2H5Cl―→C2H5＋HCl B．＋C2H5OH―→C2H5＋H2O C2H5

C2H5＋2NaBr C．＋CH2CH2―→D．→Br＋C2H5Br＋2Na―答案

C 7．近年来，在我国部分海域中出现了大面积的赤潮，给当地渔业造成了重大损失，赤潮直接威胁着人类生存的环境，已经成为我国目前最主要的海洋灾害之一。下列关于赤潮发生原因的叙述中正确的是(

) A．含氯化合物直接排入大海，引起赤潮的发生

B．赤潮发生的根本原因是含氟制冷剂的大量使用导致臭氧层破坏

C．含氮、磷的大量污水直接排入大海，导致某些浮游生物爆发性繁殖是赤潮发生的直接原因

D．空气中二氧化碳浓度升高，导致海洋温度升高，引发了赤潮

答案

C 8．用甲烷制备乙酸乙酯，欲使其原子利用率达到最高，还需要消耗的其他反应物是(

) A．CO B．CO2和H2O

C．H2O和O2

D．CH3OH 答案

A 9．用石油和煤可以得到有机化工生产中需要的众多原料。例如，从石油中得到的乙烯和从煤中得到的苯可用来制取聚苯乙烯，生产过程如下：

CH2①CH2＝CH2＋―→CH3

CH2②CH3――→－H2CH2CH22

CH2CH2

③n―→下列有关说法中不正确的是(

) ．．．A．通过裂解可以从石油中获得更多的乙烯

B．煤的干馏是目前实现煤综合利用的主要途径之一

C．制聚苯乙烯的反应①为加成反应，②为消去反应

D．反应①②③的原子利用率都达到了100% 答案

D 10．常见的保鲜膜是一种高分子材料，通常为聚乙烯和聚氯乙烯，它们对环境造成的污染，我们通常称为“白色污染”。聚氯乙烯的结构为。

回答下列问题：

(1)写出由氯乙烯生成聚氯乙烯的化学方程式：____________________(不要求标出反应条件)，此反应的反应类型是________。

(2)下列各种说法中与物质的颜色没有关系的是______(填字母，下同)。

A．“白色污染”

B．“绿色食品”

C．“赤潮”

D．“棕色烟雾”

(3)现有大批塑料薄膜，下列对其处理方法中合理的是______。

A．将其进行焚烧处理，以免引起“白色污染”

B．将其进行填埋，以免造成污染

C．将其进行加工，制成新产品

D．将其进行催化、裂解等操作制成燃料

答案

(1)nCH2＝CHCl―→；加聚反应

[来源:Zxxk.Com](2)B (3)CD 11．随着环保知识的普及，人们知道CO2是一种能产生温室效应的气体。但根据科学家的研究，甲烷对温室效应的作用是二氧化碳的20倍以上，甲烷在大气中的含量虽然远远低于二氧化碳，但其对温室效应的贡献值已接近于CO2。

某研究性学习小组为了证实上述结论，选用下列装置(如图)进行实验，A中装入空气，B、C、D中分别装入不同比例(体积比)的甲烷气体，在阳光下照射1 h。回答下列问题：

(1)A、B、C、D四个装置的右管高度分别为h(A)、h(B)、h(C)、h(D)，则这四者由大到小的顺序为____________________________，你能得出的结论是__________________________________________。

111(2)若用上述装置，一个瓶中装入体积空气、体积CH4，另一个瓶中装入体积空气、2221体积CO2，同样放在阳光下照射1 h，则高度h(CH4)____(填“＞”、“＜”或“＝”)h(CO2)。

2(3)下面是有关天然气的几种叙述，其中正确的是______(填序号)。

①天然气与煤、柴油相比，是较清洁的能源

②等质量的CH4和CO2，前者产生的温室效应大

③燃烧天然气也是产生酸雨的原因之一

答案

(1)h(D)＞h(C)＞h(B)＞h(A)；空气中甲烷的含量越高，引发的温室效应越严重

(2)＞

(3)①②

12．为制取硝酸铜，某同学设计了如下四种方法：①铜与浓硝酸反应制取硝酸铜；②铜与稀硝酸反应制取硝酸铜；③铜先与空气反应制取氧化铜，再与硝酸反应制取硝酸铜；④铜与硝酸银溶液反应制取硝酸铜。

(1)方法②中被氧化的铜与被还原的硝酸的物质的量之比是________。

(2)“绿色化学”是当今社会人们提出的一个新概念。在“绿色化学”工艺中，杜绝污染源，提高原子利用率是绿色化学的重要衡量指标。试从“绿色化学”和经济效益角度考虑，大量制取硝酸铜宜采用以上第________种方法，原因是________________________________ ________________________________。

答案

(1)3∶2 (2)③；只有方法③中硝酸的利用率高，成本低且无污染气体产生，而方法①、②中原子利用率不高且会产生污染，方法④中的成本偏高，经济效益差

更上一层

13．城市环境污染是当前突出的环境问题。如图Ⅰ所示，X河流经某工业城市Y，其中a处在上游，附近有丰富的黄铁矿(主要成分为FeS2，是生产硫酸的原料)资源，d处在下游，有多个企业以硫酸为原料。根据某月Y市环保局监测站对X河水质检测的结果，绘制成简图(如图Ⅱ所示)。下列有关说法中不正确的是(

) ．．．[来源学。科。网Z。X。X。K][来源:Zxxk.Com]

A．造成X河污染的主要污染源最可能分布在bc段

B．工业生活污水、固体废弃物等可能是造成X河污染的污染源

C．d处污染程度减小，可能是某些污染物的离子间发生反应生成沉淀所致

D．该城市建造硫酸厂时，综合考虑诸多因素后，选址在b处最合理

答案

D 14．温室效应是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。将CO2转化为有机物可实现碳循环，从而有效地控制了CO2的排放。CO2转化成有机物的例子很多，如：2CO2＋6H2――→CH2＝CH2＋4H2O。该反应的原子利用率为(原子利用率＝△期望产物的总质量与生成物的总质量之比)(

) A．14% B．28% C．42% D．72% 答案

B 15．“绿色化学”又称为环境友好化学，是当今社会人们提出的一个新概念。它的着眼点是使污染消灭在生产的源头，从根本上消除污染。请回答下列有关问题：

(1)下列叙述中错误的是________(填字母)。

A．“绿色化学”和环境化学都是研究环境保护和治理的

B．“绿色化学”不是被动地治理环境，而是主动地防治环境污染

C．“绿色化学”不仅保护了环境，而且也能给有关企业带来巨大的经济利益

(2)汽车尾气中含有NO、CO气体，在排气管处安装催化转化装置，可使它们转化成N2和CO2，从而减少污染，请写出有关反应的化学方程式：____________________________________。

(3)工厂里常采用NaOH溶液吸收NO、NO2，使其转化为化工产品NaNO2，其化学方程式为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。这一处理方法是否符合绿色化学概念？______(填“是”或“不是”)。每生成

1 mol NaNO2转移电子的物质的量为______mol。

(4)有人采用下面两种方法制取Cu(NO3)2。

方法一：2Cu＋O2=====2CuO

CuO＋2HNO3(稀)===Cu(NO3)2＋H2O 方法二：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 其中符合绿色化学概念要求的生产方法是______(填“方法一”或“方法二”)。

答案

(1)A (2)2CO＋2NO=====N2＋2CO2

(3)是；0.5 (4)方法一

－16．空气中SO2的含量和可吸入颗粒物的含量(可用g·cm3表示)都是重要的空气质量指－标。在工业生产上规定：空气中二氧化硫的排放浓度不得超过0.02 mg·L1。为测定某地方空气中SO2和可吸入颗粒物的含量，甲同学设计了如下图所示的实验装置：

已知：I2＋SO2＋2H2O===2HI＋H2SO4

催化剂△催化剂

(1)实验时，当观察到B内溶液颜色变化为________时，立即停止通入气体。

(2)要测量空气中可吸入颗粒的含量，除从气体流量管中读出气体总体积外，还要测量的是______________________。

(3)假定气体流量管中显示通过的气体体积为100 L，则此地空气中SO2的含量为____________。

－(4)乙同学拟用右图所示简易装置测定某地空气中SO2的含量：准确移取50 mL 5×104

－mol·L1碘溶液，注入右图所示广口瓶中，加2～3滴淀粉溶液作指示剂，此时

溶液呈蓝色。在指定的测定地点抽气，每次抽气100 mL，直到溶液的蓝色全部褪尽为止，记录抽气次数。假设乙同学的测量是准确的，乙同学抽气的次数至少为________次，方可说明该地空气中SO2的含量符合排放标准。

答案

(1)蓝色恰好褪去

(2)吸收前后装置A的总质量

－(3)0.016 mg·L1

(4)800