1221 27 化学是社会可持续发展的基础

随着社会的发展、科技的进步、随着社会的发展、科技的进步、人们生活的日益改善，同时当今人们生活的日益改善，同时当今社会也面临着三大问题社会也面临着三大问题:能源、资源、环境能源、资源、环境随着科技的发展，除了传统的学科以随着科技的发展，除了传统的学科以外，现在产生了三大新兴学科外，现在产生了三大新兴学科:信息、材料、能源信息、材料、能源2020世纪化学的回顾世纪化学的回顾 (1)20世纪发明了：信息技术、生物技术、核科学和核武器技世纪发明了：信息技术、生物技术、核科学和核武器技术、航天航空和导弹技术、激光技术、纳米技术、化学合成和术、航天航空和导弹技术、激光技术、纳米技术、化学合成和分离技术分离技术 (2)化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用 （海水淡化技术的进步、合成高效、稳定、廉价的太阳能光电（海水淡化技术的进步、合成高效、稳定、廉价的太阳能光电 转化材料）转化材料） (2)化学工业的大发展化学工业的大发展 石油化工石油化工三大合成材料三大合成材料(塑料、纤维、橡胶塑料、纤维、橡胶) 合成氨工业合成氨工业医药工业医药工业未来化学的作用和地位未来化学的作用和地位(1)化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一（通过研究光合化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一（通过研究光合作用、固氮机理、催化理论，实现农业工厂化）作用、固氮机理、催化理论，实现农业工厂化）(4)化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障(3)化学继续推动材料科学发展（由天然材料向合成材料发展）化学继续推动材料科学发展（由天然材料向合成材料发展） 化学与材料化学与材料材材料料化学组成化学组成使用功能使用功能非金属材料（如陶瓷）非金属材料（如陶瓷）金属材料（如合金）金属材料（如合金）有机高分子材料（如橡胶）有机高分子材料（如橡胶）复合材料复合材料 （如多功能）（如多功能）高功能材料高功能材料 （如超导）（如超导）结构材料结构材料 （如耐高温）（如耐高温）信息材料信息材料 （如液晶）（如液晶）材料是人类赖以生存和发展的物质基础，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的重要里程碑。一直是人类进步的重要里程碑。石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作标志。石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作标志。没有半导体材料就没有计算机技术；（硅的制备方法？）没有半导体材料就没有计算机技术；（硅的制备方法？）没有耐高温、高强度的特殊材料就没有航天技术；没有耐高温、高强度的特殊材料就没有航天技术；没有光导纤维就不会有现代通讯；没有光导纤维就不会有现代通讯；没有合成材料，今天的生活还会这么丰富多彩吗？没有合成材料，今天的生活还会这么丰富多彩吗？图文：一英军士兵头部中图文：一英军士兵头部中4 4弹未死弹未死NoImageNoImage原来，是他那顶结实的头盔救了他的命。原来，是他那顶结实的头盔救了他的命。 沃沃尔德曼所戴的头盔是这次英军专门为战争打尔德曼所戴的头盔是这次英军专门为战争打造的，其外层和普通头盔没什么区别，里料造的，其外层和普通头盔没什么区别，里料则采用的是一种名叫则采用的是一种名叫“凯夫拉尔凯夫拉尔”的特制纤的特制纤维。该纤维含有高分子聚合塑料，硬度比普维。该纤维含有高分子聚合塑料，硬度比普通钢高通钢高40%。质地如此坚硬，能够刀枪不入。质地如此坚硬，能够刀枪不入也就不足为奇了。也就不足为奇了。 纺纶纤维织成纺纶纤维织成的防弹衣腈纶的防弹衣腈纶硅硅芯芯片片光光导导纤纤维维液液晶晶屏屏幕幕太阳能太阳能氢能汽车氢能汽车宇航员服装宇航员服装航天服由服装、头盔、手套和航天服由服装、头盔、手套和航天靴等组成。其中结构最复航天靴等组成。其中结构最复杂的服装由杂的服装由1414层组成：最里层层组成：最里层是液冷通风服的衬里；衬里外是液冷通风服的衬里；衬里外是液冷通风服，这种服装是由是液冷通风服，这种服装是由尼龙弹性纤维和穿在上面的许尼龙弹性纤维和穿在上面的许多输送冷却液的塑料细管制成；多输送冷却液的塑料细管制成； 这种航天服属舱内航天服，除这种航天服属舱内航天服，除了头盔和胶皮手套，整个航天了头盔和胶皮手套，整个航天服是用一种特殊的高强度涤纶服是用一种特殊的高强度涤纶做成的做成的. .为了防止膨胀，宇航为了防止膨胀，宇航服上特制了各种环、拉链、缝服上特制了各种环、拉链、缝纫线以及衬料等。同时，纫线以及衬料等。同时，保温、保温、吸汗散湿、防细菌、防幅射等吸汗散湿、防细菌、防幅射等功能也体现在其中功能也体现在其中。 高科技高科技纳米技术纳米技术纳米铜具有超塑延纳米铜具有超塑延展性，铜纳米结晶展性，铜纳米结晶体机械特性惊人体机械特性惊人 化学与生活化学与生活- -纺织品纺织品化学方程式为化学方程式为:2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2人类面临的十大环境问题是什么？人类面临的十大环境问题是什么？气候变暖；臭氧层破坏；气候变暖；臭氧层破坏；生物多样性减少；生物多样性减少；酸雨蔓延；森林锐减；酸雨蔓延；森林锐减；土地荒漠化；水资源短缺；土地荒漠化；水资源短缺；水环境污染；大气污染；水环境污染；大气污染；固体废弃物污染；固体废弃物污染；环境问题环境问题主要原因主要原因全球气候变暖全球气候变暖臭氧层被破坏臭氧层被破坏生物多样性减少生物多样性减少酸雨蔓延酸雨蔓延森林锐减森林锐减土地荒漠化土地荒漠化水资源短缺水资源短缺水环境污染水环境污染大气污染大气污染固体废弃物固体废弃物二氧化碳、甲烷等温室气体的排放二氧化碳、甲烷等温室气体的排放氟氯烃、氮氧化物等气体的排放氟氯烃、氮氧化物等气体的排放过度捕猎、工业污染过度捕猎、工业污染二氧化硫和氮氧化物等排入二氧化硫和氮氧化物等排入过度采伐，森林火灾过度采伐，森林火灾过度放牧、采矿、修路等活动过度放牧、采矿、修路等活动人口增长、水污染及不合理开发和利用人口增长、水污染及不合理开发和利用生活污水和工业污水生活污水和工业污水悬浮颗粒、有害气体悬浮颗粒、有害气体城市垃圾和工业固体废弃物城市垃圾和工业固体废弃物造成环境污染的主要原因：造成环境污染的主要原因：生活垃圾、生活垃圾、污水污水工业三废（废渣、废液、废气）工业三废（废渣、废液、废气）解决环境问题需要化学科学解决环境问题需要化学科学1.1.燃煤烟气脱硫燃煤烟气脱硫3.3.回收二氧化碳回收二氧化碳2.2.消除汽车尾气对环境的影响消除汽车尾气对环境的影响 你知道吗？二氧化硫对环境破坏包括哪些方面？你知道吗？二氧化硫对环境破坏包括哪些方面？如何减少二氧化硫排放？如何减少二氧化硫排放？ 1.1.燃煤烟气脱硫燃煤烟气脱硫左侧图片摄于左侧图片摄于19081908年年右侧图片摄于右侧图片摄于19681968年年1985年，几场酸雨过后，年，几场酸雨过后，我国四川奉节县我国四川奉节县9万多亩万多亩松树全部枯死，重庆南松树全部枯死，重庆南山山2.7万亩马尾松死亡过万亩马尾松死亡过半。半。1872年美国化学家年美国化学家Smith首先提出酸雨一词，引起全世界关注。首先提出酸雨一词，引起全世界关注。氨水法：氨水法：石灰石石膏法：石灰石石膏法：Ca(OH)2 + SO2 = H2O + CaSO3 2CaSO3+O2 = 2CaSO4 SO2 + CaO = CaSO3 2CaSO3 +O2 = 2 CaSO4 CaCO3 = CO2+CaO SO2+2NH3+H2O = (NH4)2SO32(NH4)2SO3+O2 = (NH4)2SO4上述处理法既可以消除污染，同时可以得到石上述处理法既可以消除污染，同时可以得到石膏（膏（CaSO42H2O）和硫酸铵（化肥）。）和硫酸铵（化肥）。1.1.燃煤烟气脱硫燃煤烟气脱硫 汽车尾气在智利圣地亚哥市上空缭绕汽车尾气在智利圣地亚哥市上空缭绕2.2.消除汽车尾气对环境的影响消除汽车尾气对环境的影响 随着人们的生活水平的的提高，汽车数随着人们的生活水平的的提高，汽车数量增加，汽车排放的尾气中的量增加，汽车排放的尾气中的CO、NO、NO2 、碳氢化合物、颗粒物、碳氢化合物、颗粒物等会造成空气污等会造成空气污染，破坏生态循环，特别是染，破坏生态循环，特别是NO2会造成光化会造成光化学烟雾。学烟雾。 光化学烟雾光化学烟雾二氧化氮与氧气反应得到臭氧，臭氧与空气二氧化氮与氧气反应得到臭氧，臭氧与空气中的碳氢化合物反应，产生的有毒的烟雾中的碳氢化合物反应，产生的有毒的烟雾消除汽车尾气必须采取一系列综合措施消除汽车尾气必须采取一系列综合措施制定法规制定法规: : 各类汽车尾气排放标准。各类汽车尾气排放标准。汽车燃料脱硫，提高汽柴油质量。汽车燃料脱硫，提高汽柴油质量。开发绿色燃油，推广和使用酒精、天然气。开发绿色燃油，推广和使用酒精、天然气。推广使用电动汽车，开发太阳能汽车等。推广使用电动汽车，开发太阳能汽车等。安装汽车尾气处理装置安装汽车尾气处理装置安装汽车尾气处理器安装汽车尾气处理器2CO + 2NO = 2CO2 + N2催化剂3. 3.回收二氧化碳回收二氧化碳二氧化碳对环境的影响二氧化碳对环境的影响 使地表的温室效应加剧，致使全球气使地表的温室效应加剧，致使全球气候变暖，冰山融化候变暖，冰山融化化学家研究化学家研究将二氧将二氧化碳固定为可降解塑料化碳固定为可降解塑料nCHnCH3 3- CH-CH- CH-CH2 2 +nCO +nCO2 2 O OO OCHCH3 3OCHCHOCHCH2 2OC OC n n催化剂催化剂要从根本上解决环境和生态问题，还要依靠绿色化学绿色化学的发展绿色化学的核心是：绿色化学的核心是：利用化学原理利用化学原理从源头上从源头上减少和消除工业生产减少和消除工业生产对环境的污染。对环境的污染。绿色化学绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学，是用化学的技术和方法去减少或消除有学，是用化学的技术和方法去减少或消除有害物质的生产和使用。害物质的生产和使用。按照绿色化学的原则按照绿色化学的原则:最理想的化工生产方式是：最理想的化工生产方式是：反应物的原子全部反应物的原子全部转化为期望的最终产物（原子利用率转化为期望的最终产物（原子利用率100%），），实现零排放。实现零排放。合成有机玻璃的单体合成有机玻璃的单体A可以通可以通过下列途径得到：过下列途径得到：途径一：途径一：CHCH3 3C=O + HCNC=O + HCNCHCH3 3一定条件一定条件CHCH3 3COHCOHCHCH3 3CNCNB丙酮丙酮 氢氰酸氢氰酸 CH CH3 3-C-OH-C-OHCHCH3 3CNCN+H+H2 2SOSO4 4CHCH2 2=C-=C-C-C-O-CHO-CH3 3 +NH+NH4 4HSOHSO4 4H H3 3C CO OA 甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯BCHCH3 3OHOH途径二：途径二：CHCH2 2=C-=C-C-C-O-CHO-CH3 3H H3 3C CO OCHCH3 3-CCH + CO + CH-CCH + CO + CH3 3OHOH Pd PdAnCHnCH2 2=C-=C-C-C-O-CHO-CH3 3H H3 3C CO OO=O=CHCH3 3CCHCCH2 2 n nC-OCHC-OCH3 3一定条件一定条件有机玻璃有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）（聚甲基丙烯酸甲酯）丙酮是常见的有机原料，氢氰酸剧毒，丙炔丙酮是常见的有机原料，氢氰酸剧毒，丙炔是一种气态烃，试分析上述两种路线哪一种是一种气态烃，试分析上述两种路线哪一种符合绿色化学，优点是什么？符合绿色化学，优点是什么？下列制取乙醇的反应中，符合绿色化学观念，下列制取乙醇的反应中，符合绿色化学观念，原子经济性最强的是原子经济性最强的是( )( )1 1）CHCH2 2=CH=CH2 2 + H + H2 2O CHO CH3 3CHCH2 2OHOH2 2）CHCH3 3COOCCOOC2 2H H5 5 + H + H2 2O CHO CH3 3COOH + CHCOOH + CH3 3CHCH2 2OHOH3 3）CHCH3 3CHCH2 2Br + HBr + H2 2O CHO CH3 3CHCH2 2OH + HBrOH + HBr思考思考BC2.3、煤中含有硫元素，煤在燃烧中能产生会引、煤中含有硫元素，煤在燃烧中能产生会引起酸雨的气体起酸雨的气体A。据北京市西城科技馆课外。据北京市西城科技馆课外活动小组监测，冬季平房区的空气中气体活动小组监测，冬季平房区的空气中气体A的浓度明显升高。的浓度明显升高。1）气体）气体A的名称是的名称是_2）北京市为降低气体）北京市为降低气体A的排放量，采取了许多的排放量，采取了许多有力措施。措施之一是推广低硫煤，即通过有力措施。措施之一是推广低硫煤，即通过向煤中加生石灰的方法，减少气体向煤中加生石灰的方法，减少气体A的产生，的产生，此法称为此法称为“钙基固硫钙基固硫”。这种煤燃烧后，大。这种煤燃烧后，大部分硫元素最终存在形式为部分硫元素最终存在形式为 A CaS B CaSO3 C CaSO4 D SO319721972年年 斯德哥尔摩斯德哥尔摩 第一届人类环境大会第一届人类环境大会 只有一个地球只有一个地球提出：提出：环境问题不仅仅是工程技术问题，更环境问题不仅仅是工程技术问题，更主要是社会经济问题；不是局部问题，而是主要是社会经济问题；不是局部问题，而是全球问题。于是全球问题。于是“环境保护环境保护”成为科学技术成为科学技术与社会经济相结合的问题。这一术语由此被与社会经济相结合的问题。这一术语由此被广泛采用。广泛采用。3.3.保护水体保护水体 水是生命的源泉。水是生命的源泉。人对水的需要仅次于人对水的需要仅次于氧气。人如果不摄入氧气。人如果不摄入某一种维生素或矿物某一种维生素或矿物质，也许还能继绩活质，也许还能继绩活几周或带病活上若干几周或带病活上若干年，但人如果没有水，年，但人如果没有水，却只能活几天。由此却只能活几天。由此可见，水对人的生存可见，水对人的生存是多么重要。是多么重要。 水污染的防治措施水污染的防治措施 （1 1）加强水资源的管理）加强水资源的管理 （2 2）减少有毒有害物质的排放量）减少有毒有害物质的排放量 （3 3）水的重复利用）水的重复利用 （4 4）废水的净化处理）废水的净化处理 20042004年年4 4月月2222日第日第3535个个“世界地球日世界地球日”，我国确定的主，我国确定的主题是：题是：“善待地球善待地球科学发展科学发展”。下列行为中不符合。下列行为中不符合这一主题的是这一主题的是A.A.采用采用“绿色化学绿色化学”工艺，使原料尽可能转化为所需要工艺，使原料尽可能转化为所需要的物质的物质B.B.大量开采地下水，以满足社会对水的需求大量开采地下水，以满足社会对水的需求C.C.减少直至不使用对大气臭氧层起破坏作用的氟氯烃减少直至不使用对大气臭氧层起破坏作用的氟氯烃D.D.节约能源，提高能源利用率节约能源，提高能源利用率B