《第三节 环境保护与绿色化学》最新教研教案教学设计统编人教版高中必修第二册.docx

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《第三节环境保护与绿色化学》最新教研教案教学设计统编人教版高中必修第二册

第三节　环境保护与绿色化学

[核心素养发展目标]　1.了解环境污染的主要因素、危害及防治的方法，认识化学对环境保护的重要意义，培养保护环境的“科学态度与社会责任”。

2.了解绿色化学、原子经济性反应的内涵，知道它们在对利用资源、保护环境中的重要意义，加强环境保护意识并培养绿色化学的理念。

一、化学与环境保护

1．环境质量监测的意义

通过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，是进行环境质量评价和污染治理的基础。

2．化学与“三废”污染

（1）“三废”污染：

是指工业生产中产生的废气、废水和废渣对环境的污染。

（2）大气污染物与次生污染物

（3）化学与“污水”处理

①污水处理常用方法：

物理法、化学法和生物法等。

②污水的“三级”处理

（4）化学与“废渣”及生活垃圾

处理原则：

无害化、减量化和资源化，达到减少环境污染和资源回收利用两个目的。

（1）化学工作者进行的环境质量监测工作可有可无，有污染治理就行（　×　）

提示　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，非常必要。

（2）化石燃料燃烧产生的CO、NOx、SO2为次生污染物（　×　）

提示　CO、NOx、SO2为一次污染物，其形成的酸雨、光化学烟雾等为次生污染物。

（3）“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都能提高空气质量（　√　）

提示　“燃煤固硫”可以减少SO2的污染，汽车尾气催化净化可以减少CO、NOx及某些有机物的污染。

（4）工业废渣和生活垃圾等固体废物对环境影响不大，可不必处理（　×　）

提示　处理固体废物要遵循无害化、减量化和资源化原则，达到减少环境污染和资源回收利用两个重要目的。

（5）污水的一级处理通常采用化学法和生物法将难溶解的污染物除去（　×　）

提示　一级处理通常采用物理方法，用格栅间、沉淀池等去除不溶性污染物。

Ⅰ.为了防治酸雨，减少煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上采用生石灰和含硫的煤混合使用以“固硫”（避免硫的化合物进入大气），最后生成石膏。

试回答：

（1）整个“固硫”过程涉及的反应有①SO2＋CaO

CaSO3　②2CaSO3＋O2

2CaSO4，涉及的反应类型有________（填序号）。

①化合反应　②分解反应　③置换反应　④复分解反应　⑤氧化还原反应　⑥非氧化还原反应　⑦离子反应　⑧非离子反应（分子反应）

（2）比较此法与石灰石粉末和含硫煤混合法哪个更好些________（A.生石灰　B．石灰石），原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）你认为减少酸雨产生可采取的措施是________（填字母）。

①少用煤作燃料　②把工厂的烟囱造高　③先将燃料煤脱硫　④在土壤中加石灰防止酸化　⑤开发新能源，避免含S、N的氧化物大量排放

A．①②③B．②③④⑤

C．①③⑤D．①③④⑤

Ⅱ.活性炭联合脱硫脱硝技术（AC）是一种比较成熟的脱硫脱硝技术，可以在较低的温度下，将废气中的SO2、NOx通过一系列反应生成铵盐，从而变废为宝，其工作示意图如下所示：

（1）SO2在活性炭表面被氧化最终生成硫酸，反应的化学方程式为：

______________

________________________________________________________________________。

（2）吸收塔加入NH3后，可脱除废气中的NO、NO2，写出NO和NO2分别和NH3反应的化学方程式：

____________________________、__________________________________________。

（3）NH3和吸收塔中生成的H2SO4反应，会生成铵盐，写出反应的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）活性炭的造价较高，工业上一般选用活性焦作为吸附剂来脱硫脱硝，活性炭来自于煤干馏产品，煤的干馏为________（填“物理”或“化学”）变化，从煤干馏产品中获取苯、二甲苯的操作方法为______________________________________________________________。

答案　Ⅰ.

（1）①⑤⑥⑧

（2）A　CaCO3分解为CaO需要消耗很高的能量，浪费煤，使生产成本提高

（3）C

Ⅱ.

（1）2SO2＋O22SO3、SO3＋H2O===H2SO4（或2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4）

（2）4NH3＋6NO===5N2＋6H2O　8NH3＋6NO2===7N2＋12H2O

（3）2NH3＋H2SO4===（NH4）2SO4或NH3＋H2SO4===NH4HSO4

（4）化学　蒸馏（分馏）

解析　Ⅰ.

（1）在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反应是CaO＋SO2

CaSO3、2CaSO3＋O2

2CaSO4，可见所涉及到的反应类型有化合反应、氧化还原反应、非氧化还原反应和非离子反应。

（3）把烟囱造高不能减少SO2的排放量；在土壤中加石灰虽可中和酸雨造成的酸性，但不属于减少酸雨而采取的措施。

Ⅱ.

（1）在反应中，SO2可以被O2在活性炭表面氧化为SO3，进而和H2O生成H2SO4。

（2）NH3和NO、NO2反应时，NH3为还原剂，NO、NO2为氧化剂最终生成N2和H2O。

（3）NH3和生成的H2SO4可生成（NH4）2SO4或NH4HSO4。

（4）煤的干馏为化学变化，从煤焦油中获取苯及二甲苯等原料应采取蒸馏（分馏）的方法。

1．空气是人类生存所必需的重要资源。

为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持，下列措施不利于“蓝天工程”建设的是（　　）

A．推广使用燃煤脱硫技术，防治污染

B．加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量

C．实施绿化工程，防治扬尘污染

D．利用和开发新能源汽车，消除机动车尾气污染

答案　B

解析　加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量，会加剧大气污染物的排放，不利于“蓝天工程”建设。

2．为了保护自然环境，提高人民的生活质量，必须重视处理“白色污染”。

该“白色污染”指的是（　　）

A．冶炼厂的白色烟尘

B．石灰窑的白色粉末

C．聚氯乙烯等塑料垃圾

D．白色建筑材料

答案　C

解析　白色污染是指聚氯乙烯等塑料垃圾，难以降解，在颜色上不一定为白色，题中白色烟尘、粉末以及白色建筑材料都不属于白色污染，分别为粉尘污染和建筑垃圾。

3．我国近海海域海水中一些元素含量普遍超标，富营养化十分严重，经常发生“赤潮”现象。

下列生活用品中能引起“赤潮”的是（　　）

A．肥皂B．含磷洗涤剂

C．加酶洗衣粉D．化妆品

答案　B

解析　发生在海洋中的“赤潮”和湖泊内河中的“水华”都是由于水体的“富营养化”导致的结果，含磷洗涤剂的广泛使用与排放是发生赤潮的主要原因之一。

4．下列有关环境问题的说法正确的是（　　）

A．燃煤中加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量

B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康

C．pH在5.6～7.0之间的降水通常称为酸雨

D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染

答案　A

解析　燃煤中加入CaCO3可吸收SO2，最终生成CaSO4，可减少SO2排放，A正确；O3体积分数超过10－4%就不利于人体健康，B错误；pH小于5.6的降水通常称为酸雨，C错误；含磷洗涤剂排入水体中，会造成水体富营养化，造成水体污染，D错误。

5．“保护环境”是我国的基本国策。

下列做法不应该提倡的是（　　）

A．采取低碳、节俭的生活方式

B．按照规定对生活废弃物进行分类放置

C．深入农村和社区宣传环保知识

D．经常使用一次性筷子、纸杯、塑料袋等

答案　D

解析　D项，经常使用一次性筷子、纸杯会浪费木材，破坏森林，塑料袋的使用会造成“白色污染”，不应该提倡。

六大环境问题及其危害

环境问题

主要污染物

主要危害

酸雨（雨水pH<5.6）

SO2及氮氧化物（NOx）

土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等

温室效应

CO2、CH4

造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小

臭氧空洞

氟氯代烃、氮氧化物（NOx）

到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害

光化学烟雾

碳氢化合物、氮氧化物（NOx）

刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡

白色污染

难降解的废弃塑料

在土壤中影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产；易被动物当成食物吞入，导致动物死亡；混入生活垃圾中难处理、难降解

赤潮（海水中）和水华（淡水中）

废水中含N、P等营养元素

水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水质腐败变质、变臭，水生生物因缺氧而死亡

二、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．“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%。

3．绿色化学示意图

4．开发和利用自然资源遵循的三原则（3R原则）

减量化、再利用和再循环。

（1）“绿色化学”就是污染后有效治理的化学思想（　×　）

提示　“绿色化学”思想是从源头上减少或消除污染的化学，不是“先污染后治理”的化学思想。

（2）“绿色化学”就是指在化工生产中不排放任何有害物质（　√　）

（3）在汽车排气管上安装“催化转化器”把CO、NO催化生成N2和CO2，符合绿色化学的理念（　×　）

提示　“绿色化学”理念是从源头上减少或消除污染。

（4）“3R”原则（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）植物秸秆含大量钾元素，焚烧后作钾肥符合“绿色化学”的思想（　×　）

提示　植物秸秆燃烧会产生大量的污染物，不符合绿色化学的思想。

（6）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（　√　）

以乙烯制环氧乙烷，有两种方法

方法一：

CH2==CH2＋Cl2＋H2O―→

＋HCl

＋Ca（OH）2―→

＋CaCl2＋2H2O

总反应为：

CH2==CH2＋Cl2＋Ca（OH）2―→

＋CaCl2＋H2O

方法二：

2CH2==CH2＋O2

试回答下列问题：

（1）已知原子利用率为：

×100%，试计算两种方法的原子利用率，方法一为________%，方法二为________%。

提示　方法一的原子利用率为：

×100%≈25.43%

方法二的原子利用率为：

×100%＝100%。

（2）试从反应物、产物对环境的影响，生产工艺，原子经济性反应，催化剂选择性等角度分析两方法的优劣。

提示　方法一：

反应物Cl2和Ca（OH）2对环境及设备有很大的污染性和腐蚀性，生产工艺分二步，产率和原子利用率低，成本高，反应的选择性低，产物中有大量的非期望物质。

方法二：

反应物中O2无毒无污染、生产工艺简单，原子利用率为100%，催化剂选择性高、产率高、成本低，因此方法二更优。

（3）下列有机反应中最符合“绿色化学”思想的为________（填序号）。

①CH2==CH2＋

＋CH3COOH

②

＋

＋2H2O

③nCH2==CH2

CH2—CH2

④CH3CH2OH＋CH3COOH

CH3COOCH2CH3＋H2O

⑤CH3—C≡CH＋CO＋CH3OH

提示　最符合“绿色化学”思想的应为满足原子经济性反应，原子利用率为100%的反应，因此选择③⑤。

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%。

下列反应类型能体现“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　⑦酯化反应

A．②⑤⑥B．②④⑤

C．只有⑥D．只有⑥⑦

答案　A

解析　根据四种基本反应类型的定义即可判断出只有化合反应产物唯一。

在有机反应类型中，取代反应、酯化反应、水解反应的产物均不唯一，而加成反应、加聚反应的产物唯一，反应物中的原子全部转化成期望的最终产物，即原子利用率为100%。

2．（2018·泉州高一检测）下列反应最符合绿色化学原子经济性要求的是（　　）

A．乙烯聚合为聚乙烯高分子材料

B．甲烷与氯气制备一氯甲烷

C．以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜

D．用SiO2制备高纯硅

答案　A

解析　反应为加聚反应，原子利用率为100%，故A正确；甲烷和氯气反应为取代反应，有副产品HCl生成，故B错误；Cu和浓HNO3生产Cu（NO3）2，产生有毒气体NO2，故C错误；SiO2和C制备高纯硅有副产品CO生成，故D错误。

3．“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。

据此，由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是（　　）

A．Mg

Mg（NO3）2

B．Mg

MgCl2

Mg（OH）2

Mg（NO3）2

C．Mg

MgO

Mg（NO3）2

D．Mg

MgSO4

Mg（NO3）2

答案　C

解析　根据题意“绿色化学”要从经济、环保和技术三个方面设计可行的反应。

从经济上看，B项最不合算，环节多、试剂使用多、转化率低；D项不合算，用的原料较贵；从环保角度看，A和D项产生污染环境的氮氧化物和SO2，B项原料Cl2也有毒；从技术角度看，D项中Ba（NO3）2溶液的量难以控制，综上分析，选择C项。

课时对点练

A组　基础对点练

题组一　化学与环境污染

1．下列有关酸雨及形成的说法正确的是（　　）

A．pH小于7的降雨通常称为酸雨

B．酸雨的形成和空气中CO2含量增多有直接关系

C．大量含硫化石燃料燃烧是形成酸雨的主要原因

D．植被破坏、水土流失、生态环境破坏导致了酸雨形成

答案　C

解析　酸雨是指pH<5.6的降雨，故A错误；CO2含量增多，导致温室效应，不会导致酸雨形成，故B错误；含硫化石燃烧会产生大量SO2，经过系列变化形成酸雨，故C正确；植被破坏、水土流失、生态环境破坏不会形成酸雨，D错误。

2．下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是（　　）

A．CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体

B．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一

C．节能减排符合低碳经济的要求

D．合理开发利用可燃冰（固态甲烷水合物）有助于缓解能源紧缺

答案　A

解析　N2不是造成温室效应的气体。

3．下列有关燃料的说法错误的是（　　）

A．燃料燃烧产物CO2是温室气体之一

B．化石燃料完全燃烧不会造成大气污染

C．以液化石油气代替燃油可减少大气污染

D．燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一

答案　B

解析　形成温室效应的主要原因是CO2的大量排放，故A正确；化石燃料含硫元素，完全燃烧会产生SO2，会造成大气污染，故B错误；液化石油气杂质少，燃烧更充分，产生的CO等污染物少，可减少大气污染，故C正确；CO可以和人体中血红蛋白结合损失送氧能力，是大气污染物之一，故D正确。

4．下列有关有机化合物的说法正确的是（　　）

A．利用煤燃烧放出热量使水分解产生氢气，是氢能开发的研究方向

B．“白色垃圾”“地沟油”均属于高分子材料，都对环境有害

C．聚氯乙烯制品易造成环境污染，可采用焚烧法处理

D．光化学烟雾、硝酸型酸雨的形成都与氮氧化合物有关

答案　D

解析　煤燃烧会产生大量的SO2等污染物，用其放出热分解氢气，效益低，故A错误；白色垃圾主要成分为塑料，属于高分子材料，“地沟油”主要成分为油脂，不为高分子材料，故B错误；焚烧聚氯乙烯制品会产生大量的含氯污染物，故C错误。

题组二　“绿色化学”理念及应用

5．原子利用率＝期望产物的总质量与生成物的总质量之比，原子利用率越高对环境污染越小。

在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是（　　）

A.

B.

C.

D.

答案　D

解析　据信息，如果产物完全变为产物，无其他副产品产生，则原子利用率最高，A、B、C三项反应中都生成了副产品，故原子利用率低。

6．绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染。

下列不符合绿色化学理念的是（　　）

A．尽可能使用无毒无害的原材料

B．尽可能减少生产过程中的能量消耗

C．治理产生的污染优于防治污染的产生

D．尽可能采用对人类和环境低毒或无毒的合成路线

答案　C

解析　生产中使用无毒无害的原材料，可有效减少生产过程中对环境的污染，故A正确；减少生产过程中能量损耗，可以减少化石燃料的利用，可有效防止环境污染，故B正确；绿色化学理念应是从源头上防止或减少污染而不是先污染后防治，故C项不符合绿色化学理念；制造产品时，采用对人类和环境低毒或无毒的合成路线，可有效减少生产过程对环境的污染，符合绿色化学理念，故D正确。

7．“绿色商品”是指商品从原料、生产到运输、使用等各环节对生态环境无害或危害极小，并有利于资源的保护和再回收的商品。

下列肯定不属于“绿色商品”的是（　　）

A．一次性餐具

B．LED照明灯具

C．“FreeForest”再生纸

D．竹制家具

答案　A

题组三　环境保护与可持续发展

8．化学与人类生产、生活、社会可持续发展密切相关，下列说法不正确的是（　　）

A．“天宫一号”中使用的碳纤维，是一种新型无机非金属材料

B．为防止富脂食品氧化变质，常在包装袋中放入生石灰

C．开发新能源，减少对化石燃料的依赖，可以促进低碳经济

D．“静电除尘”“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都能提高空气质量

答案　B

解析　碳纤维的成分为碳单质，为无机物，是一种新型无机非金属材料，A正确；生石灰只能吸收水分，不能吸收氧气，所以加入生石灰不能防止富脂食品被氧化变质，B错误；开发新能源，减少对化石燃料的依赖，可以促进低碳经济，C正确；“静电除尘”“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都可减少污染气体的排放，能提高空气质量，D正确。

9．（2017·江苏，1）2017年世界地球日我国的主题为“节约集约利用资源，倡导绿色简约生活”。

下列做法应提倡的是（　　）

A．夏天设定空调温度尽可能的低

B．推广使用一次性塑料袋和纸巾

C．少开私家车多乘公共交通工具

D．对商品进行豪华包装促进销售

答案　C

解析　A项，空调温度低，能源消耗增多，错误；B项，一次性塑料袋使用易引起“白色污染”，纸巾的大量使用会造成森林的乱砍乱伐，错误；C项，少开私家车，一是减少汽车尾气污染，二是节约能源，正确；D项，过度包装会引起资源浪费，错误。

10．以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息回答下列问题：

（1）下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是________（填字母）。

A．CH2==CH2＋HCl―→CH3CH2Cl

B．CH3CH2OH＋HCl

CH3CH2Cl＋H2O

C．CH3CH3＋Cl2

CH3CH2Cl＋HCl

D．CH2==CHCl＋H2

CH3CH2Cl

由上述四个反应可归纳出，原子经济性最高的是______（填反应类型）。

（2）有毒物质的无害化处理也是绿色化学研究的内容之一。

ClO2是一种性能优良的消毒剂，它可将废水中少量的CN－等有毒的酸根离子氧化而除去。

请写出用ClO2将废水中的CN－氧化成无毒气体的离子方程式：

__________________________________________________

________________________________________________________________________，

该方法的优点是_________________________________________________________。

（3）某饮用水厂由天然水制备纯净水（去离子水）的工艺流程示意图如下：

活性炭的作用是_________________________________________________________________；

O3消毒的优点是_______________________________________________________________。

答案　

（1）AD　加成反应

（2）2ClO2＋2CN－===2CO2＋N2＋2Cl－　产物为无毒无害的Cl－、CO2和N2

（3）吸附水中的有机物（或除去水中的异味）　反应产物无毒无害

解析　

（1）原子经济性高，即理论上原子的利用率尽可能达到100%，没有副产物。

A、D两项中的原子利用率都是100%。

（2）把CN－氧化成无毒气体，说明C、N分别生成了CO2、N2，ClO2的还原产物应该是无毒的Cl－。

（3）活性炭能吸附水中的有机物，从而除去异味。

用O3消毒时，其产物为无毒无害的O2。

B组　综合强化练

1．（2018·湖南长郡中学等十四校高三联考）十九大报告中指出：

“绿水青山就是金山银山。

”而利用化学知识降低污染、治理污染，改善人类居住环境是化学工作者当前的首要任务。

下列做法不利于环境保护的是（　　）

A．开发清洁能源

B．有效提高能源利用率

C．研制易降解的生物农药

D．对废电池做深埋处理

答案　D

解析　开发清洁能源有利于减少空气污染，保护环境；有效提高能源利用率，可以减少能源的消耗，保护环境；研制易降解的生物农药，可以减少农药的残留，保护环境；对废电池做深埋处理，电池中的重金属离子会污染土壤和地下水，故D项符合题意。

2．（2017·全国卷Ⅲ，7）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2.5μm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

答案　C

解析　A项，PM2.5是指粒径小于或等于2.5微米的颗粒物，正确；B项，绿色化学就是要从源头上消除或减少工业生产对环境的污染，正确；C项，煤燃烧可生成二氧化硫和二氧化碳等产物，加入的CaO可与SO2反应生成CaSO3，进一步被氧气氧化为CaSO4，从而减少SO2的排放量，减少酸雨的形成，但CaO与CO2反应生成的CaCO3在高温下又会分解为CaO，故不能吸收CO2，不能减少温室气体的排放量，错误；D项，天然气的主要成分是甲烷，液化石油气的成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等，燃烧产物为CO2和H2O，对环境无污染，所以这两类燃料均是清洁燃料，正确。

3．2018年4月22日是第49个世界地球日。

这个地球日活动周主题为“珍惜自然资源　呵护美丽国土”。

下列有关说法或做法正确的是（　　）

A．推广使用煤、石油、天然气，有利于缓解温室效应

B．普通锌锰干电池不含环境污染物，可以随意丢弃

C．在生产、流通和消费等过程中