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1、第三节 环境保护与绿色化学绿色化学和习大大一起守护绿水青山 传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前世界每年产生的有害废物达3 3亿吨4 4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。有识之士提出了绿色化学的号召，并立即得到了全世界的积极响应。绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头减少和消除污染。绿色化学的标志绿色化学的标志1.核心思想：改变改变“先污染后治理先污染后治理”的观念和做法，利用化学原理和技术手段，的观念和做法，利用化学原理和技术手段，减少减少或消除或消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现从从源头源头减少或消除减少或消除环境污染
2、环境污染。阅读阅读p119p119页教材，讨论绿色化学的核心思想及原子经济页教材，讨论绿色化学的核心思想及原子经济与其大力与其大力“治治”，不如消其，不如消其“源源”绿色化学的核心不是应用化学原理对环境污染进行治理，而是开发绿绿色化学的核心不是应用化学原理对环境污染进行治理，而是开发绿色反应，实现污染物的零排放，原子利用率达到色反应，实现污染物的零排放，原子利用率达到100%。2.原子经济性反应即原子利用率 按照绿色化学的原则，最理想的按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济原子经济”就是反应物的原子就是反应物的原子全部全部转化为期望的转化为期望的最终产物最终产物，原子利用率为，原子利用率为10
3、0%。原子利用率=期望产物的总质量生成物的总质量100%（加成、加聚、化合）原子经济性反应原子经济性反应高选择性反应高选择性反应反应物反应物无毒无害原料无毒无害原料可再生资源可再生资源反应过程反应过程安全的生产工艺安全的生产工艺提高能源的利用率提高能源的利用率应用无毒无害的溶剂应用无毒无害的溶剂应用无毒无害的催化剂应用无毒无害的催化剂产物产物环境友好产品环境友好产品(安全、能降解、可再利用安全、能降解、可再利用)3.绿色化学示意图绿色化学理念（防治优于治理）从科学观点看，绿色化学是化学科学基础内容的更新。从科学观点看，绿色化学是化学科学基础内容的更新。从环境观点看，它强调从源头上消除污染。从环
4、境观点看，它强调从源头上消除污染。从经济观点看，它提倡合理利用资源和能源，降低生从经济观点看，它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本，这是符合可持续发展要求的。产成本，这是符合可持续发展要求的。开发绿色反应，将原子利用率提高到开发绿色反应，将原子利用率提高到100%100%；即；即提高原子的利用率，力图提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放零排放”；充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；选用无毒无害的催化剂；选用无毒无害的催化剂；使用无毒无害的溶剂；使用无毒无害的溶剂；发展发展
5、“绿色工艺绿色工艺”；即；即在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废物向在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放；环境排放；开发和生产绿色产品开发和生产绿色产品；即；即生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。的环境友好的产品。4.绿色化学的主要特点CH2=CH2Cl2H2O Ca(OH)2 CaCl22H2O总反应为：CH2=CH2Cl2Ca(OH)2 CaCl2H2O以乙烯为原料生产环氧乙烷，过去主要使用的是氯代乙醇法，包括以下两步反应课本课本P120P120思考与讨论思考与讨论现代石油化工采用银作催化剂，可以实现一步完成2C
6、H2=CH2O2Ag试计算两种生产工艺的原子利用率。你还能举出其他原子利用率为试计算两种生产工艺的原子利用率。你还能举出其他原子利用率为100%100%的化学反应类型和实际例子吗？原子利用率与产率相同吗？请仔细分析和的化学反应类型和实际例子吗？原子利用率与产率相同吗？请仔细分析和体会体会绿色绿色化学对化学研究和化工生产提出了哪些新的挑战。化学对化学研究和化工生产提出了哪些新的挑战。期望产物的总质量期望产物的总质量生成物的总质量生成物的总质量原子利用率原子利用率=X100%X100%m(环氧烷)+m(CaCI2)+m(H2O)m(环氧烷)第一种方法的原子利用率第二种方法的原子利用率m(环氧烷)m
7、(环氧烷)1、两种生产工艺原子利用率为25.43%和100%化合型反应原子利用率最高，其他类型的反应原子利用率有不同程度的化合型反应原子利用率最高，其他类型的反应原子利用率有不同程度的差别。差别。2 2、第一种工艺的原子利用率低，且生成用途极小的氯化钙。第二种工艺的第一种工艺的原子利用率低，且生成用途极小的氯化钙。第二种工艺的原子利用率达到理想目的，符合最理想的原子利用率达到理想目的，符合最理想的“原子经济原子经济”的原则。的原则。原子利用率为原子利用率为100%100%的化学反应类型通常有的化学反应类型通常有化合反应、加聚反化合反应、加聚反应、加成反应应、加成反应3 3、原子利用率和产率不一
8、样原子利用率和产率不一样4 4、试试从从反反应应物物、产产物物对对环环境境的的影影响响，生生产产工工艺艺，原原子子经经济济性性反反应应，催催化化剂剂选择性等角度分析两方法的优劣。选择性等角度分析两方法的优劣。方方法法一一：反反应应物物ClCl2 2和和Ca(OH)Ca(OH)2 2对对环环境境及及设设备备有有很很大大的的污污染染性性和和腐腐蚀蚀性性，生生产产工工艺艺分分二二步步，产产率率和和原原子子利利用用率率低低，成成本本高高，反反应应的的选选择择性性低低，产产物物中中有大量的非期望物质。有大量的非期望物质。方方法法二二：反反应应物物中中OO2 2无无毒毒无无污污染染、生生产产工工艺艺简简单
9、单，原原子子利利用用率率为为100%100%，催化剂选择性高、产率高、成本低，因此方法二更优催化剂选择性高、产率高、成本低，因此方法二更优。原子利用率=期望产物的总质量生成物的总质量100%原料、溶剂原料、溶剂反应路线反应路线资源、能源资源、能源无毒、无害，无毒、无害，应致力于开发应致力于开发无溶剂存在下无溶剂存在下的反应的反应;在起在起始端就采用实始端就采用实现污染预防的现污染预防的科学手段科学手段开发、应用开发、应用“原子原子经济性经济性”的反应路的反应路线，最大限度地利线，最大限度地利用反应物分子中的用反应物分子中的每一个原子，充分每一个原子，充分利用资源，实现废利用资源，实现废物的零排
10、放。物的零排放。绿色化学要求绿色化学要求充分利用可再充分利用可再生资源，合理生资源，合理利用资源和能利用资源和能源，降低生产源，降低生产成本，使之符成本，使之符合可持续发展合可持续发展的理念。的理念。反应条件反应条件尽量在温和的温尽量在温和的温度和压力下进行。度和压力下进行。节约能源节约能源;寻找新寻找新型、高效、对环型、高效、对环境友好、可回收、境友好、可回收、高选择性的催化高选择性的催化剂。剂。5 5、绿色化学对化学研究和化工生产的提出的新的挑战、绿色化学对化学研究和化工生产的提出的新的挑战课本课本P120P120思考与讨论思考与讨论再循环再循环(Recycle)(Recycle)物质循环
11、、能量循环物质循环、能量循环绿绿色色发发展展的的三三原原则则减量化减量化(Reduce)(Reduce)减少原料、节约能源减少原料、节约能源6.开发和利用自然资源，必须遵循的3R原则践践行行绿绿色色发发展展理理念念，保护生态环境保护生态环境中国碳达峰与碳中和能源结构及发展建议分析图中国碳达峰与碳中和能源结构及发展建议分析图阅读课本阅读课本P120P120科学技术社会科学技术社会对我国提出碳中和碳达峰的发展提出你的建议对我国提出碳中和碳达峰的发展提出你的建议设想利用设想利用人工光合人工光合作用作用固定二氧化碳，固定二氧化碳，制造燃料和基本化制造燃料和基本化工原料，利用阳光工原料，利用阳光发电，光
12、解水制氢发电，光解水制氢气，等等。人工光气，等等。人工光合作用研究的目标合作用研究的目标并不只是简单地模并不只是简单地模仿，而是希望仿，而是希望“人人工树叶工树叶”能够做得能够做得更好，以摆脱自然更好，以摆脱自然条件的限制，实现条件的限制，实现大规模工业化生产。大规模工业化生产。小结小结1、绿色化学、绿色化学 在化学反应的过程中充分利用参与反应的每个原料原子，实现在化学反应的过程中充分利用参与反应的每个原料原子，实现“零零排放排放”。原子经济原子经济2、绿色化学的核心、绿色化学的核心 利用化学原理从源头消除污染利用化学原理从源头消除污染3、绿色化学的目标绿色化学的目标 寻找充分利用原材料和能源
13、，且在各个环节都洁净和无污染的反应寻找充分利用原材料和能源，且在各个环节都洁净和无污染的反应途径和工艺。途径和工艺。终极目标：原子利用率终极目标：原子利用率100%4、绿色化学的内容绿色化学的内容 节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，降低废物排放数量和毒性节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，降低废物排放数量和毒性保护环境 从我做起(1)“绿色化学”就是污染后有效治理的化学思想()(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()1.判断正误提示“绿色化学”理念是从源头上减少或消除污染。提示“绿色化
14、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。(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()(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()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。(7)(7)化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一。化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一。()(8)(8)形成酸形成酸雨的主要物质是硫的氧化物和氮的氧化物。雨的主要物质是硫的氧化物和氮的氧化物。()(9)(9)大气污染物主要来自大气污染
15、物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程产生的废气。化石燃料燃烧和工业生产过程产生的废气。()(10)(10)水华、赤潮等水体水华、赤潮等水体污染主要是由含氮、磷的生活污水任意排放造成的。污染主要是由含氮、磷的生活污水任意排放造成的。()(11)(11)绿色化学绿色化学的核心就是如何对被污染的环境进行无毒无害的治理。的核心就是如何对被污染的环境进行无毒无害的治理。()2.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”原则的是置换反应化合反应分解反应取代反应加成反应加聚反应酯化反应A.B.C.只有 D.只有解析：根根据
16、据四四种种基基本本反反应应类类型型的的定定义义即即可可判判断断出出只只有有化化合合反反应应产产物物唯唯一一。在在有有机机反反应应类类型型中中，取取代代反反应应、酯酯化化反反应应、水水解解反反应应的的产产物物均均不不唯唯一一，而而加加成成反反应应、加加聚聚反反应应的的产产物物唯唯一一，反反应应物物中中的的原原子子全全部部转转化化成成期期望望的的最最终终产物，即原子利用率为产物，即原子利用率为100%。A3.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制备高纯硅解析：反反应应为为加加聚聚反反应应，原原
17、子子利利用用率率为为100%，故故A正正确确；甲甲烷烷和和氯氯气气反反应应为为取取代代反反应应，有有副副产产品品HCl生生成成，故故B错错误误；Cu和和浓浓HNO3生生产产Cu(NO3)2，产产生生有有毒毒气气体体NO2，故故C错错误误；SiO2和和C制制备备高高纯纯硅硅有有副副产产品品CO生成，故生成，故D错误。错误。A4.“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C解析：根根据据题题意意“绿绿色色化化学学”要要从从经经济济、环环保保和和技技术术三三个个方方面面设设计计可可行行的的反反应应。从从经
18、经济济上上看看，B项项最最不不合合算算，环环节节多多、试试剂剂使使用多、转化率低；用多、转化率低；D项不合算，用的原料较贵；项不合算，用的原料较贵；从从环环保保角角度度看看，A和和D项项产产生生污污染染环环境境的的氮氮氧氧化化物物和和SO2，B项项原原料料Cl2也有毒；也有毒；从从技技术术角角度度看看，D项项中中Ba(NO3)2溶溶液液的的量量难难以以控控制制，综综上上分分析析，选择选择C项。项。5.化学与环境密切相关，下列有关说法错误的是（）A.NO2、NO等含氮氧化物是光化学烟雾的主要污染物B.对酸性物质的排放加以控制，开发新能源是减少酸雨的有效措施C.CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的
19、形成D.大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧解析：A对，空气中NO2、NO等含氮氧化物含量过大，易引起光化学烟雾。B对，酸性物质（如SO2等）的排放易引起酸雨，开发新能源，可以减少酸性物质的排放，减少酸雨的产生。C错，NO2或SO2的排放会导致酸雨的形成，CO2不能导致酸雨的形成，但空气中CO2的浓度过大，会引起温室效应。D对，大气中CO2含量过高，会引起温室效应，导致地球变暖。C6.下列关于环境问题的说法正确的是（）燃煤时加入适量的石灰石，可减少废气中SO2的量可以使用氢氧化钠溶液消除硝酸工业尾气中的氮氧化物含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染 CO2的大量排放会加剧温室效应
20、A.B.C.D.解析：加入适量的石灰石，煤燃烧时生成的二氧化硫被吸收转化成亚硫酸钙或硫酸钙等物质，故正确；硝酸工业尾气中的氮氧化物能溶于NaOH溶液，利用NaOH溶液可消除尾气中的氮氧化物，防止污染空气，故正确；磷元素是植物的营养元素，浓度大时会造成浮游植物疯长，导致水体缺氧，动植物大量死亡，水质恶化，故错误；二氧化碳是一种温室气体，大量排放CO2，将导致温室效应加剧，故正确。A7.7.绿绿色色化化学学的的核核心心就就是是利利用用化化学学原原理理从从源源头头上上减减少少或或消消除除工工业业生生产产对对环环境境的污染。下列不符合绿色化学理念的是的污染。下列不符合绿色化学理念的是A.A.尽可能使用
21、无毒无害的原材料尽可能使用无毒无害的原材料B.B.尽可能减少生产过程中的能量消耗尽可能减少生产过程中的能量消耗C.C.治理产生的污染优于防治污染的产生治理产生的污染优于防治污染的产生D.D.尽可能采用对人类和环境低毒或无毒的合成路线尽可能采用对人类和环境低毒或无毒的合成路线C解析：生生产产中中使使用用无无毒毒无无害害的的原原材材料料，可可有有效效减减少少生生产产过过程程中中对对环环境境的的污污染染，故故A A正正确确；减减少少生生产产过过程程中中能能量量损损耗耗，可可以以减减少少化化石石燃燃料料的的利利用用，可可有有效效防防止止环环境境污污染染，故故B B正正确确；绿绿色色化化学学理理念念应应是是从从源源头头上上防防止止或或减减少少污污染染而而不不是是先先污污染染后后治治理理，故故C C项项不不符符合合绿绿色色化化学学理理念念；制制造造产产品品时时，采采用用对对人人类类和和环环境境低低毒毒或或无无毒毒的的合合成成路路线线，可可有有效效减减少少生生产产过过程对环境的污染，符合绿色化学理念，故程对环境的污染，符合绿色化学理念，故D D正确。正确。