資源簡介

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第八章　化學與可持續發展
第三節
環境保護與綠色化學
宇宙中有一顆湛藍色星球，仿佛披著薄薄的白色紗衣，它神秘而獨特、它美麗而廣博，它就是我們人類賴以生存的家園——地球。
環境問題
自然因素
人為因素
通常所說的環境問題，主要是指由于人類不合理的開發和利用自然資源而造成的生態環境破壞，以及工農業生產和人類生活所造成的環境污染。
主要包括：全球變暖、臭氧層破壞、酸雨、淡水資源危機、能源短缺、森林資源銳減、土地荒漠化、物種加速滅絕、垃圾成災、有毒化學品污染。
一、化學與環境保護
1.環境質量監測
通過對污染物的存在形態、含量進行分析和測定，為控制和消除污染提供可靠的數據，是進行環境質量評價和污染治理的基礎。
環境監測通常包括背景調查、確定方案、現場采樣、樣品運送、實驗分析、數據收集、分析綜合等過程。總的來說，就是計劃-采樣-分析-綜合的獲得信息的過程。
“三廢”：是指工業生產中產生的廢氣、廢水和廢渣對環境的污染。
2.大氣污染及防治
（1）大氣污染
除了自然因素，大氣污染主要來自化石燃料的燃燒和工業生產過程產生的廢氣及其攜帶的顆粒物。這些污染物在太陽輻射等因素作用下，經過復雜變化形成次生污染物。在一定的天氣條件下，會造成酸雨、霧霾、光化學煙霧等污染現象。
（2）大氣污染的治理
①改革能源結構，采用無污染能源，如太陽能、風力、水力，或
低污染能源，如天然氣、沼氣、酒精。
②對燃料進行預處理，如燃料脫硫、煤的液化和氣化，以減少燃
燒時產生污染大氣的物質。
③改進燃燒裝置和燃燒技術，如改革爐灶、采用沸騰爐燃燒等，
以提高燃燒效率和降低有害氣體排放量。
④采用無污染或低污染的工業生產工藝，如不用或少用易引起污
染的原料，采用閉路循環工藝等。
煤燃燒可以提供能量，但也會產生污染性物質。那么工廠中如何解決煤燃燒產生的二氧化硫，以降低酸雨的形成呢？結合已學知識進行思考，也可結合互聯網的資料深入學習。
有氧化性
用還原劑吸收
是酸性氧化物
用堿性物質吸收
思考與討論
有還原性
用氧化劑吸收
有還原性
SO2
+4
結合工業實際，吸收二氧化硫還需考慮如下因素：原料廉價易得、不產生新的污染物。比較理想的吸收劑為：氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣、氫氧化鈉、氨水。
SO2+CaO
CaSO3
2CaSO3+O2
2CaSO4
吸收
SO2
NaOH
Na2SO3
堿液吸收法：
吸收
SO2
Ca(OH)2
CaSO3
氧化
O2
CaSO4
石灰-石膏法：
雙堿法：
吸收
SO2
NaOH
氧化
O2
CaSO4
Na2SO3
Ca(OH)2
CaSO3
NaOH
防腐劑：由于二氧化硫的抗菌性質，有時用作干杏和其它干果的防腐劑。
釀酒：二氧化硫在葡萄酒中的作用主要有兩點，其一就是作為抗氧化劑，防止葡萄酒在釀造的過程中變味。另一點就是作為葡萄酒中的保鮮劑，在葡萄榨好還未發酵之時進行保鮮。
漂白劑：工業上常用二氧化硫來漂白紙漿、毛、絲、草帽等。二氧化硫與被漂白物反應生成無色的不穩定的化合物，加熱時該化合物會分解，恢復原來的顏色，因此二氧化硫的漂白屬于暫時性漂白。
脫氯：在處理城市的污水時，利用二氧化硫的還原性來處理排放前的含氯污水。
用途多樣的SO2
（1）水體污染
水體污染是指排入水體的污染物在數量上超過了該物質在水體中的本底含量和自凈能力即水體的環境容量，破壞了水中固有的生態系統，破壞了水體的功能及其在人類生活和生產中的作用，降低了水體的使用價值和功能的現象。
3.水體污染及防治
常見的水體污染物
酸、堿、鹽等無機物污染
重金屬污染
難降解有機物污染
植物營養物質污染
需氧有機物污染
赤潮
水華
生活污水和某些工業廢水中經常含有一定量的氮和磷元素，過度施用氮肥、磷肥的農田水中也常含有氮、磷元素。水體中過量的氮和磷為水中微生物和藻類提供了營養，使得紅藻和藍綠藻迅速生長，形成赤潮和水華。藻類的繁殖、生長、腐敗，引起水中氧氣大量減少，導致魚蝦等水生生物死亡、水質惡化。
(2)化學與污水處理
①污水的“三級”處理
②污水處理常用方法：物理法、化學法和生物法等
在二級處理中加入硫酸亞鐵、硫酸鋁、聚合氯化鋁等混凝劑，可使廢水中的細小懸浮物聚集成較大的顆粒，然后經沉淀、過濾除去。
化學法與污水處理
4.化學與“廢渣”及生活垃圾
處理原則：無害化、減量化和資源化，達到減少環境污染和資源回
收利用兩個目的。
環保行動——垃圾分類
可回收物：報紙、紙箱、書本、廣告單、塑料瓶、塑料玩具、油桶、酒瓶、玻璃杯、易拉罐、舊鐵鍋、舊衣服、舊數碼產品、舊家電等
有害垃圾：廢電池（充電電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、紐扣電池等）、廢油漆、消毒劑、熒光燈管、含汞溫度計、廢藥品及其包裝物等
其他垃圾：餐盒、餐巾紙、濕紙巾、衛生間用紙、塑料袋、食品包裝袋、污染嚴重的紙、煙蒂、紙尿褲、一次性杯子、大骨頭、貝殼、花盆等
廚余垃圾：丟棄的菜葉、剩菜、剩飯、果皮、蛋殼、茶渣、碎骨頭
環境關系你我他
垃圾分類靠大家
二、綠色化學
1.核心思想
改變“先污染后治理”的觀念和做法，利用化學原理和技術手段，減少或消除產品在生產和應用中涉及的有害化學物質，實現從源頭減少或消除環境污染。
原子經濟性反應
高選擇性反應
綠色化學示意圖
無毒無害原料
可再生資源
提高能源的利用率
應用無毒、無害的溶劑
應用無毒、無害的催化劑
環境友好產品
（安全、能降
解、可再利用）
安全的生產工藝
反應物
反應過程
反應產物
2.原子經濟性反應
反應物的原子全部轉化為期望的最終產物，這時原子利用率為100%。
原子利用率
=
期望產物總質量
生成物總質量
2
CH2
CH2
+
O2
Ag
2
H2C
CH2
O
以乙烯為原料生產環氧乙烷的兩種途徑：
ClCH2CH2OH
CH2
+
Cl2
+
H2O
+
HCl
CH2
+
H2O
CH2
CH2
+
Cl2
+
Ca(OH)2
H2C
CH2
O
+
CaCl2
2
ClCH2CH2OH
+
Ca(OH)2
2
H2C
CH2
O
+
CaCl2
+
H2O
①氯代乙醇法：包括以下兩步反應
總反應可表示為：
②銀催化法：
思考與討論
①氯代乙醇法：
兩種方法的原子利用率分別為
m(環氧乙烷)
m(環氧乙烷)+
m(CaCl2)+
m(H2O)
=
25.4%
②銀催化法：原子利用率100%
同學們能否總結一下原子利用率為100%的化學反應類型？
化合反應、加成反應、加聚反應
綠色化學的思想對化學研究和化工生產提出了哪些新的挑戰？
①在原料、溶劑的選擇上提出了新要求。原料、溶劑要無毒無害，在起始端就采用實現污染預防的科學手段。
②在反應路線的選擇上提出了新要求。開發應用“原子經濟性”的反應路線，最大限度的利用反物分子中的每一個原子，充分利用資源，實現廢物的零排放。
③在反應條件的選擇上提出了新要求。生產過程應盡量在溫和的溫度和壓力下進行，節約能源，尋找新型、高效、對環境友好、可回收、高選擇性的催化劑。
思考與討論
為制備硝酸銅，某同學設計了如下四種方案：
?
Cu
濃HNO3
Cu(NO3)2
?
Cu
稀HNO3
Cu(NO3)2
?
Cu
稀HNO3
Cu(NO3)2
O2
CuO
Cu
AgNO3溶液
Cu(NO3)2
?
試從“綠色化學”、經濟效益等角度評價，大量制備硝酸銅應采用哪種方法？原因是什么？
應采用方案?
產生污染性氣體NO2
產生污染性氣體NO，且耗酸量大
原料價格高，不經濟
3.開發和利用自然資源遵循的三原則(3R原則)
減量化(reduce)、再利用(reuse)、再循環(recycle)
踐行綠色發展理念，保護生態環境，需要全社會共同努力。
化學與職業
環境保護工程師在檢測站點查看PM2.5監測設備運行情況
環境保護與綠色化學
化學與環境保護
綠色化學
課堂小結
化學在三廢處理中的作用
工業三廢
核心思想：從源頭上減少或消除環境污染
原子經濟性反應：原子利用率100%的反應
課堂練習
[練習]下列說法不正確的是（
）
A.“光化學煙霧”“硝酸型酸雨”的形成都與氮氧化物有關
B.
綠色化學的核心是應用化學原理對環境污染進行治理
C.
石油催化裂化的主要目的是提高汽油等輕質油的產量
D.
赤潮、水華等水體污染與含氮、磷元素的污水任意排放有關
B
[練習]
有關
CuSO4
制備途徑及性質如圖所示，下列說法不正確的是（
）
A.
將CuSO4溶液蒸發濃縮、冷卻結晶可制得膽礬晶體
B.
相對于途徑①③，途徑②更好地體現了綠色化學思想
C.
CuSO4在1100℃分解所得氣體X可能是SO2和SO3的混合氣體
D.
Y可能是葡萄糖
C
Cu
CuSO4
濃H2SO4
?
70%
H2SO4
O2
?
稀H2SO4
/
HNO3
?
過量NaOH溶液
1100℃
Cu2O
混合氣體X
Y
[練習]
NO是大氣污染物之一，目前有一種治理方法是在400℃左右、有催化劑存在的條件下，使NH3與NO反應生成無污染的N2和H2O，請寫出該反應的化學方程式。
4NH3+6NO
5N2+6H2O
催化劑
400℃
作業：課后習題
同學們
再見！

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