20第8章第三节 环境保护与绿色化学解析版.docx

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20第8章第三节环境保护与绿色化学解析版

19第8章第三节　环境保护与绿色化学（解析版）

学业要求

1.认识化学对环境保护的意义。

2．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。

知识梳理

1.“三废”污染“三废”主要指废气、废液和废渣。

2.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。

3．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，这时原子利用率（即期望产物的总质量与生成物的总质量之比）为100%。

强化训练

一、选择题（本题包括12小题，每小题4分，共48分；每小题只有一个选项符合题意）

1.绿色化学的核心就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。

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：

根据绿色化学的含义，可以判断应该是防治污染的产生优于治理产生的污染。

2.化学与生产、生活密切相关。

下列说法不正确的是（　　）

A．向煤中加入适量生石灰，可减少SO2对大气的污染

B．用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料，减少白色污染

C．光化学烟雾、硝酸型酸雨的形成都与氮氧化合物有关

D．人造纤维、合成纤维和光导纤维都属于有机高分子化合物

答案：

D

解析　A项，CaSO3易被氧化为CaSO4，向煤中加入适量生石灰，在煤燃烧时SO2最终生成CaSO4，故A正确；B项，利用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料，将CO2转化为可降解塑料，实现了“碳”的循环利用，可以减少白色污染，故B正确；C项，光化学烟雾、硝酸型酸雨的形成都与氮氧化合物有关，故C正确；D项，光导纤维的主要成分是SiO2，不属于有机高分子化合物，故D错误。

3.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。

4.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。

5.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　石灰石在煤燃烧过程中分解为CaO，CaO和SO2结合为CaSO3，进一步转化为CaSO4，可减少SO2污染，A正确；B项，当空气中臭氧的含量超过10－5%（体积分数）时，就会对人体、动植物及暴露在空气中的物质造成危害；C项，pH小于5.6的雨水称为酸雨；D项，含磷合成洗涤剂易造成水体富营养化，形成“水华”“赤潮”等水体污染。

6.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。

7.空气污染物通常以气态形式进入地面或低层大气环境。

空气污染物与其主要来源不对应的是（　　）

污染物

来源

A

HCHO

家具生产与使用、质量低劣的涂料的使用

B

NO和NO2

飞机、汽车尾气

C

悬浮颗粒物

建筑施工、燃煤的使用

D

SO2

雷电时在空气中产生

解析　A．甲醛主要来源于用复合地板、油漆、涂料制成的人造家具、用具，故A正确；B.大气中的氮氧化物的主要来源是燃煤、汽车尾气排放，故B正确；C.悬浮颗粒物的来源主要是化石燃料的燃烧和施工产生的扬尘，故C正确；D.SO2的来源主要是煤的燃烧产生的废气，故D错误。

故选D。

答案　D

8.造成雾霾的重要原因之一是汽车尾气的排放，汽车加装尾气处理装置可以减少有害尾气的排放。

在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如下图所示。

下列说法错误的是（　　）

A．NO2是该过程的中间产物

B．汽车尾气的主要污染成分为CO和NO

C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应

D．该催化转化的总反应方程式：

2NO＋O2＋4CO

4CO2＋N2

答案:

C

解析　A．由题目提供的图可知：

2NO＋O2===2NO2，2NO2＋4CO

4CO2＋N2，NO2是该过程的中间产物，故A正确；B.汽油不完全燃烧可生成CO，空气中的氮气在气缸中放电条件下可生成NO，汽车尾气的主要污染成分是CO、NO、NO2等，故B正确；C.NO和O2在常温下就能反应生成NO2，故C错误；D.该反应的反应物是NO、O2、CO，生成物是CO2、N2，反应条件是催化剂，所以该反应方程式2NO＋O2＋4CO

4CO2＋N2，故D正确。

故选C。

业迁至偏僻的农村地区，虽然能提高居民收入，但会破坏环境，得不偿失，D错误。

9．某市拟投资建设一个工业酒精厂，目的是用工业酒精与汽油混合制成“乙醇汽油”。

已知制酒精的方法有三种：

①CH2==CH2＋H2O

CH3CH2OH

②CH3CH2Br＋H2O

CH3CH2OH＋HBr

③（C6H10O5）n（淀粉）＋nH2O

nC6H12O6（葡萄糖）

C6H12O6（葡萄糖）

2C2H5OH＋2CO2↑

从绿色化学（“原子利用率”最大化）的角度看，制酒精最好的方法是（　　）

A．①B．③C．①③D．①②③

答案　A

解析　加成反应的原子利用率为100%，符合“绿色化学”思想，所以从原子利用率角度，制酒精最好方法为①。

10．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%。

11．“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。

12.全球气候变暖给人类的生存和发展带来了严峻挑战。

在此背景下，“新能源”“低碳”“节能减排”“吃干榨尽”等概念愈来愈受到人们的重视。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．太阳能、地热能、生物质能和核聚变能均属于“新能源”

B．“低碳”是指采用含碳量低的烃类作为燃料

C．如图所示，甲烷经一氯甲烷生成低碳烯烃的途径体现了“节能减排”的思想

D．让煤变成合成气，把煤“吃干榨尽”，实现了煤的清洁、高效利用

答案　B

解析　A项，太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等是新能源，正确；B项，“低碳经济”是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，低碳就是指控制二氧化碳的排放量，错误；C项，从图示分析，甲烷在温和条件下转化为低碳烯烃，控制了二氧化碳的排放，体现了“节能减排”思想，正确；D项，让煤变成合成气，实现了煤的清洁、高效利用，正确。

二、非选择题（共52分）

13.（14分）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。

14.（14分）乙烯是重要化工原料，其产量是一个国家石油化工发展水平的标志。

请回答：

（1）在一定条件下，乙烷和乙烯都能制备氯乙烷（CH3CH2Cl）。

①用乙烷制备氯乙烷的化学方程式为_________________________________，

该反应的类型是　　　　。

②用乙烯制备氯乙烷的化学方程式为_____________________________________，

该反应的类型是　　　　。

③比较上述两种方法，第　　　　（填“一”或“二”）种方法更好。

其原因是______________________________________________________________。

（2）此外，乙烯大量用来生产环氧乙烷，生产工艺主要有两种：

[工艺一]CH2===CH2＋Cl2＋Ca（OH）2―→

＋CaCl2＋H2O

[工艺二]2CH2===CH2＋O2―→2

原子利用率是被利用的原子数比上总原子数，原子利用率决定了化学生产中反应的使用程度。

根据绿色化学的原则，理想的生产工艺是原子经济性好的反应，工艺一的原子利用率　　　　100%（填“<”“＝”或“>”，下同）；工艺二的原子利用率　　　　100%，因此，在实际生产中，采用工艺　　　　更环保，更经济。

答案　

（1）①CH3CH3＋Cl2

CH3CH2Cl＋HCl　取代反应

②CH2===CH2＋HCl

CH3CH2Cl　加成反应

③二　该种方法制备出的氯乙烷副产物少，产物较纯净，原子利用率高

（2）＜　＝　二

解析　

（1）①因烷烃与卤素单质在光照条件下发生取代反应得到卤代烃，所以用乙烷制备氯乙烷的化学方程式是CH3CH3＋Cl2

CH3CH2Cl＋HCl。

②因烯烃与卤化氢能发生加成反应得到卤代烃，所以用乙烯制备氯乙烷的化学方程式是：

CH2===CH2＋HCl

CH3CH2Cl，由乙烷与氯气在光照条件下发生反应得到的产物有：

一氯乙烷，1，1二氯乙烷，1，2二氯乙烷，1，1，2三氯乙烷，1，1，2，2四氯乙烷，1，1，1，2四氯乙烷，1，1，1，2，2五氯乙烷，六氯乙烷和氯化氢，产物不唯一，而乙烯和卤化氢能发生加成反应得到氯乙烷，产物只有一种。

（2）工艺一除生成环氧乙烷外还有CaCl2和H2O的生成，副产物多，原子利用率低；工艺二乙烯和氧气反应全部生成了环氧乙烷，原子利用率为100%，原子利用率高，符合绿色化学的原则，故选工艺二。

15.（14分）Ⅰ.某次采集酸雨样品，每隔一段时间测定一次pH，得到数据如下：

时间

开始

8小时

16小时

24小时

32小时

40小时

48小时

pH

5.0

4.8

4.5

4.3

4.2

4.0

4.0

（1）放置时，雨水样品酸性　　　　（填“增强”、“减弱”或“不变”）。

酸性变化的原因是______________________________________________________

（用化学方程式表示）。

Ⅱ.汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源。

治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂）。

它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。

（2）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式：

__________________________

______________________________________________________________。

（3）在“催化转化器”转化后的气体中有CO2、SO2，下列不能鉴别这两种气体的是　　　　（填字母）。

A．KMnO4溶液B．石灰水

C．BaCl2溶液D．品红溶液

（4）有效减少城市污染的方法可以有　　　　（填字母）。

A．开发氢能源B．使用电动车

C．植树造林D．戴上呼吸面具

答案　

（1）增强　2SO2＋2H2O＋O2===2H2SO4或（2H2SO3＋O2===2H2SO4）

（2）2CO＋2NO

2CO2＋N2

（3）BC　（4）ABC

解析　

（1）酸雨样品放置，酸性增强，原因是放置过程中，酸雨发生的反应为2H2SO3＋O2===2H2SO4，酸雨样品中的H2SO3逐渐被氧化成H2SO4，使溶液的酸性增强。

（2）在催化作用下，一氧化氮与一氧化碳反应生成二氧化碳和氮气，方程式为：

2NO＋2CO

2CO2＋N2；（3）A.KMnO4溶液不与CO2反应，能与SO2反应：

5SO2＋2KMnO4＋2H2O===K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4，可以鉴别，故A错误；B.SO2与CO2均能使澄清的石灰水变浑浊，现象相同，无法鉴别，故B正确；C.二氧化碳和SO2均不能使BaCl2溶液变浑浊，无法鉴别，故C正确；D.二氧化硫具有漂白性能使品红溶液褪色，而二氧化碳不能使品红溶液褪色，则可以鉴别，故D错误；故选BC；（4）A.氢气燃烧的产物是水，对环境是无污染的，能控制城市空气污染源，故A正确；B.使用电动车，不会产生对空气有污染的物质，能控制城市空气污染源，故B正确；C.植树造林可以净化空气，保护环境，故C正确；D.呼吸面具是在空气中有极度危险的病菌或污染物是佩戴的，平时的生活中是不宜戴的，不是从源头上控制空气污染源，故D错误；故选ABC。

16.（14分）SO2是常见的大气污染物之一，我国规定空气中SO2含量不得超过0.02mg·L－1。

（1）酸雨是降水呈酸性（pH小于5.6）的统称，个别地方甚至低于2.1（食醋的pH＝3）。

引起酸雨的罪魁祸首是大气中的SO2和氮的氧化物。

它们的主要来源是煤和石油的燃烧，全世界每年排放1.5亿吨的SO2。

①SO2可在空气中受光照等因素作用而被氧化，最终与雨水形成硫酸型酸雨。

试写出这两个反应的化学方程式：

__________________________________________；

_____________________________________________________________。

②汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气中都含有氮的氧化物，全世界每年排放量约为5×107kg。

NO2溶于水生成　　　　和NO。

③酸雨可导致的危害有　　　　（填序号）。

A．腐蚀建筑物B．导致树木枯萎

C．造成洪涝灾害D．恶化人类环境

④为了减少酸雨的形成，必须减少SO2的排放量，对燃料中的硫化物进行　　　　　　　　，对废气中的氮的氧化物用　　　　吸收。

（2）某化学兴趣小组选用如图所示的实验装置，测定工业原料气（含SO2、N2、O2）中SO2的含量（已知碘能氧化H2SO3，生成H2SO4）。

①若原料气从左向右流时，上述装置连接的顺序是：

原料气　　　　　　　　（用字母和箭头表示）。

②写出装置B中发生反应的离子方程式：

_____________________________

_______________________________________________________________；

当装置B中出现________________________________________________________

现象时，立即停止通气。

③你认为下列试剂中，可以用来代替试管中的碘淀粉溶液的是　　　　（填序号）。

A．酸性KMnO4溶液B．NaOH溶液

C．溴水D．氨水

④若碘溶液的浓度为0.05mol·L－1，体积为20mL，收集到的N2与O2的体积为297.6mL（已折算为标准状况下的体积）。

那么SO2的含量是否超标？

　　　　。

答案　

（1）①2SO2＋O2

2SO3　SO3＋H2O===H2SO4　

②HNO3　③A、B、D　④脱硫　碱液

（2）①c，d→b，a→e　②I2＋SO2＋2H2O===2I－＋SO

＋4H＋　蓝色恰好变成无色　③A　④超标

解析　

（1）①据信息可以写出化学方程式：

2SO2＋O2

2SO3，SO3＋H2O===H2SO4。

②NO2溶于水中与水反应生成HNO3与NO，化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

③酸雨的酸性较强，能腐蚀建筑物，导致树木枯萎等从而恶化人类环境，但不会造成洪涝灾害。

④为了减少酸雨的形成，必须减少SO2的排放量，对燃料进行脱硫处理，对废气中的氮氧化物用碱液吸收。

（2）因废气中的SO2能与I2发生化学反应：

SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI，当B中蓝色恰好变成无色时，说明SO2恰好完全反应，根据消耗掉I2的物质的量即可求出SO2的体积，剩余气体N2和O2可用排水法（短管进，长管出）而测出二者的体积即可求出SO2的体积分数，故装置的连接顺序为原料气→c，d→b，a→e。

SO2也能被酸性KMnO4氧化且有明显的实验现象，溴水也能与SO2反应，但Br2易挥发，会产生实验误差，NaOH溶液、氨水也能消耗SO2，但无明显实验现象。

由条件知n（SO2）＝n（I2）＝0.05mol·L－1×0.02L＝0.001mol，即其体积为22.4mL，所以工业原料气总体积为297.6mL＋22.4mL＝320mL，其中SO2的质量为0.001mol×64g·mol－1＝0.064g，故SO2的含量为

＝200mg·L－1>0.02mg·L－1，所以SO2含量超标。