2019-2020年高中化学专题六从污染防治到绿色化学第一单元环境污染的化学防治学案苏教版选修.doc

2019-2020年高中化学专题六从污染防治到绿色化学第一单元环境污染的化学防治学案苏教版选修1了解进行环境污染化学防治的目的和重要性。2通过复习，了解化工生产中三废的处理途径和方法。3了解煤脱硫处理的目的与主要途径。4认识固体废弃物处理的基本思路、基本方法。墨西哥湾原油泄漏、紫金矿业有毒废水泄漏、大连湾漏油事件、江苏响水发生氯气泄漏事故当前，国内外环境污染事故不断发生，严重污染环境，危害群众身体健康和社会稳定，加之一些污染事故，受害者得不到及时赔偿，又容易引发群体性事件。一、煤的脱硫处理1燃煤造成的污染煤燃烧热效率低，燃烧过程中排放出大量废气，其中的SO2及NOx对环境污染严重。2煤脱硫处理的目的防止煤燃烧排放的SO2等有害气体污染环境。3煤的脱硫处理的主要工艺(1)采用“流化床”燃烧技术，在煤燃烧的同时进行脱硫处理。把煤和脱硫剂(如石灰石)加入锅炉燃烧室，使煤与空气在流化过程中充分混合、燃烧，石灰石在氧气存在条件下与二氧化硫反应生成硫酸钙，起固硫作用。这种方法脱硫率高。反应方程式为CaCO3SO2CaSO3CO2、2CaSO3O2=2CaSO4。(2)实施煤炭燃烧后的烟气净化技术。对煤炭燃烧产生的烟气进行除尘、脱硫和脱氮处理。烟气脱硫过程中发生的反应方程式为Ca(OH)2SO2=CaSO3H2O。(3)使用微生物脱硫技术。煤炭中以FeS2形式存在的硫，在有水和空气存在的条件下，用脱硫微生物起生物氧化还原作用：2FeS27O22H2O4H2Fe24SO4Fe2O24H4Fe32H2OFeS22Fe33Fe22S2S3O22H2O4H2SO微生物脱硫过程所发生的反应中，FeS2最终被氧气氧化，转化为硫酸从煤炭中分离出去。煤炭中还有些硫元素以有机物形式存在，人们正研究利用微生物的降解作用，使之最终转化为硫酸除去。二、固体废弃物的处理1固体废弃物的危害当今社会，固体废弃物的污染日益严重。任意堆放垃圾既浪费资源、占用土地，又污染空气、水体和地下水，危害人的身心健康。含有易燃、易爆、致毒、致病、放射性等有害物质的工业废弃物，危害更为严重。2从法律上支持固体废弃物的资源化从某种角度看，固体废弃物是放错地方的资源。许多国家都通过法律手段鼓励和支持固体废弃物回收利用技术的研究，力图实现固体废弃物的资源化。1995年，我国颁布了固体废弃物污染环境防治法，要求加强城市垃圾在内的固体废弃物的回收处理工作，使固体废弃物资源化。3垃圾的分类收集和处理(1)目的：要使固体废弃物资源化，首先必须对固体废弃物进行分类收集和处理。(2)分类收集的方法：将固体废弃物分为：可回收垃圾、厨余垃圾、电池、其他垃圾等。(3)分类处理的方法。可直接利用。可作为原材料使用。对于无法直接利用的垃圾，经归类、分解，可以作为原料使用(如废弃金属制品可回收冶炼，玻璃制品、废书报、纸张、废塑料可回收作为原料使用)。这种处理方法的缺点是耗费能源，处理过程可能造成新的环境污染，而且通常只能制成较为低级的产品。垃圾的无害化处理。大部分难以直接利用的生活垃圾可用于生产沼气或填埋、焚烧。城市垃圾中含塑料、纸类、果皮等有机物可燃成分，我们可以利用垃圾来建立“垃圾发电厂”，还可以把垃圾加工成燃料以及其他化工产品。三、从农业废弃物中获得能量1沼气池产生沼气的原料和条件水生植物、油料作物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等物质中蕴含着丰富的生物质能(biomass energy)，人们将秸秆、杂草、生活垃圾、人畜粪便、污泥、食品工业的有机废水在沼气池里发酵，在一定的温度、湿度、酸碱度下，通过各类厌氧微生物(如沼气菌)的分解代谢作用就能产生沼气(marsh gas)。2产生沼气的发酵过程有机物在沼气菌的作用下，一部分被彻底氧化，分解为二氧化碳，一部分被还原为甲烷。沼气菌能以二氧化碳作碳源，还能以甲酸、乙酸为原料生成甲烷。研究认为，在发酵过程中，难溶解的有机化合物先被水解转化为可溶解的有机物，再经发酵转化为有机酸，最后由有机酸发酵产生甲烷。3沼气池中残渣、残液的应用沼气池生产的沼气用作燃料，残渣(沼渣)中除了含有丰富的氮、磷、钾等常量元素外，还含有对作物生长起重要作用的硼、铜、铁、锌等微量元素，是一种非常好的有机肥。发酵残留的液体(沼液)中含有多种成分。有些成分对病菌有明显的抑制作用，有的可以杀灭害虫。一、垃圾资源的再生利用垃圾的再生利用是垃圾资源化的最佳途径，主要包括以下几个方面：(1)直接回收利用，如重新使用啤酒瓶等玻璃容器；(2)循环利用，如利用废纸为原料造纸、利用废塑料为原料制造塑料制品或其他产品等；(3)综合利用，如利用垃圾中的有机物进行垃圾堆肥，利用垃圾中的可燃性物质燃烧产生热能实现供热、供电等。垃圾堆肥也是变废为宝的一种方法。我国现已建成的示范垃圾堆肥系统由分选、堆肥、造粒及能量利用等单元技术构成，分选后的垃圾进场后，经过一系列程序：分选发酵加工汽化发电。经处理后，最后只有少量的废渣进行填埋或固化制成建材。二、沼气的产生沼气是有机物如人畜粪便、秸秆、杂草、污泥，淀粉厂、糖厂、酒精厂的工业有机废水等在厌氧条件和一定的温度、湿度、酸碱度等条件下，通过各类厌氧微生物的分解代谢作用而产生的。沼气菌就是一种厌氧细菌，它广泛存在于自然界，如阴沟、粪坑、旧沼气池底部的污泥沉沙中。沼气菌的整个生命活动(生长、发育、繁殖、代谢等)都不需要氧，相反，氧气对它有害。一般在8 以上，沼气菌即可活动，产生微量沼气；2024 ，活动正常；2830 ，活动最旺盛，产生沼气率最高。沼气菌的生命活动需要一定的酸碱度(pH为6.57.5)。沼气菌能以CO2作碳源，有的还能以甲酸、乙酸作为原料生成甲烷，反应过程可表示如下：CO22H2O2O2CH4CH3COOHCH4CO24CH3OHCO22H2O3CH44HCOOHCH43CO22H2O在沼气菌作用下复杂有机物中的部分碳氢化合物彻底氧化分解为二氧化碳，一部分彻底还原为甲烷。研究认为在发酵过程中，不溶解的有机化合物和聚合物先被水解转化为可溶解的有机物；第二阶段再发酵转化为有机酸；最后由有机酸发酵产生甲烷，如：(C6H10O5)nnH2OnC6H12O6C6H12O62CH3CH2OH2CO22CH3CH2OHCO22CH3COOHCH4CH3COOHCH4CO2(以上反应的条件是在硫微生物、甲烷杆菌存在下)沼气中甲烷含量约为55%70%，二氧化碳含量约为30%45%，其余为氧气、氮气和硫化氢。其中甲烷的热值平均高达2.3104 kJm3。知识点1环境污染及其防治【例题1】你认为减少酸雨产生的途径可采用的措施是()。少用煤作燃料把工厂烟囱造高燃料脱硫在已酸化的土壤中加石灰开发新能源A BC D解析：酸雨的形成是工业生产过程中大量矿物燃料使用，使空气中SO2和氮氧化物气体较多，与降水结合产生HNO3、H2SO4、H2SO3。减少酸雨产生的措施关键是降低SO2的排放量。可以减少矿物燃料的使用，开发新的洁净能源，对燃料进行脱硫等等，而加高烟囱只是“降低了地表SO2”的浓度，在已酸化的土壤中加石灰只是克服土壤过多酸性，均与SO2的排放量无关。答案：C【例题2】合成氨的工艺流程如下图，试回答相关问题：(1)不同的原料生产氢气其经济指标如下表：天然气石脑油重油煤焦5.66.58.0283035.541.854.4257390447220280500从上表数据及自然资源来看最具发展前景的是_。A天然气 B石脑油C重油 D煤焦(2)脱硫工艺一般是通过金属氧化物来实现的，通过三步反应最后再生成金属氧化物，并得到单质硫，请补充第三步反应。MezOyzH2S(yz)H2=MezSzyH2OMezSz(z)O2=MezOyzSO2_(3)气体的精制经净化过的气体仍有少量的CO等有害气体。常用的方法有铜洗法和甲烷化法。CO(g)Cu(NH3)2AcNH3(l)Cu(NH3)3COAc；正反应放热，反应在铜洗塔中进行，吸收后的铜液送到再生器中，在再生器处解吸CO，适宜条件是_，解吸后铜液循环使用。甲烷化法则是把CO、CO2转化为对氨合成无害的CH4，主要反应是CO(g)3H2(g) CH4(g)H2O(g)；正反应放热，甲烷化的条件是_。 (4)500时，y随及压强的变化关系如上图所示。纵坐标可能是_，结合目前生产的条件，应控制的是_。解析：本题考查了平衡原理在工业生产中的应用。(1)发展前景一方面从成本比较，另一方面还要比较能量消耗，综合两者天然气更具前景。(2)补充方程式的关键是理解题意，最后生成金属氧化物和硫单质。反应中生成SO2，要将SO2转化成硫单质。金属硫化物中硫显2价，SO2中硫显4价，通过两者归中反应可制得硫。(3)将 CO解吸出来，要使平衡向逆反应方向移动，甲烷化的条件是平衡正向移动，高压和适宜温度。(4)压强增大，平衡向正反应方向移动，观察图像，y也增大；提高H2的比例，y先增大后减小，y可能是平衡时混合气体中氨气的体积分数。观察图像可知，当略小于31时，氨气的体积分数在相同条件下最大。答案：(1)A(2)MezSzSO2=MezOy(z)S(3)减压和加热高压、适当温度(4)平衡时混合气体中氨气的体积分数略小于31知识点2固体废弃物的处理【例题3】某些废旧塑料可采用下列方法处理：将废塑料隔绝空气加强热，使其变成有用的物质，实验装置如下图。加热聚丙烯废塑料得到的产物如下表：产物氢气甲烷乙烯丙烯苯甲苯碳质量分数/%1224121620106 (1)试管A中残余物有多种用途，如下列转化就可制取高聚物聚乙炔。A中残留物聚乙炔写出反应的化学方程式：_、_。(2)试管B收集到的产品中，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的物质其一氯代物有_种。(3)锥形瓶C中观察到的现象是_。经溴水充分吸收，剩余气体经干燥后的平均相对分子质量为_。(4)写出C中逸出的气体在工业上的两种用途：_、_。解析：试管B收集到的产品中，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的物质是甲苯，其一氯代物有4种；锥形瓶C中观察到的现象应该为乙烯、丙烯等使溴水褪色；若设产物的总质量为100 g，则还剩有6 mol H2和1.5 mol CH4，其平均相对分子质量为4.8。答案：(1)CaC22H2OCa(OH)2C2H2(2)4(3)棕黄色溶液变为无色或褪色4.8(4)合成氨原料作燃料或有机化工原料(其他合理答案均可)点拨：在解答化学问题时，一定注意题给条件是否得到合理的应用。如表格中各有机物的质量分数，可以假设混合物共100 g，则说明H2的质量为12 g，物质的量为6 mol，CH4的质量为24 g，物质的量为1.5 mol，这样比较容易求出该混合气体的平均相对分子质量。1环境保护已成为当前和未来的一项全球性重大课题之一。为消除目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源危机，有的专家提出利用太阳能促进燃料循环使用的构想(如图)。这种构想或方案可用如下反应表示：2CO22COO2；H2O_；N2H2ONH3_；CO2_CH3OH_；_H2OCH4_。(1)请完成上述化学方程式。(2)要实现上述的一些构想，目前和今后要解决的关键问题是_。(3)如果光子的能量不够，上述反应是无法完成的。而大自然已经解决了这个问题，即_，它是地球上最重要的化学反应之一，请写出反应的化学方程式：_。解析：本题将化学和生物知识相结合，综合考查环境保护。(1)根据题干和图示，燃料循环使用的构想是利用太阳能将燃烧产物转化为燃料和氧气。因此反应中均有氧气产生，结合原子守恒，可以推断出各反应中的产物。(2)实现构想的关键是燃烧产物怎么吸收光能转变为燃料和氧气。(3)大自然中绿色植物的光合作用能把二氧化碳和水转变成碳水化合物(糖类)。答案：(1)2H2O2H2O22N26H2O4NH33O22CO24H2O2CH3OH3O2CO22H2OCH42O2(2)如何使物质吸收光能转变为其他物质(3)绿色植物的光合作用，即在日光作用下，利用光能把二氧化碳和水转变成碳水化合物(糖类)6CO26H2OC6H12O66O22由于工业发展，燃烧设备不断增多，设备规模不断增大。这些工厂排放的烟气中都会有大量的SO2废气。据统计，我国1995年工业SO2的排放量为1 396万吨，xx年工业SO2的排放量达到了3 800万吨，由于SO2的污染，我国每年损失高达1 100亿元。(1)写出两个工业生产过程中产生SO2的实例：_、_。(2)防治SO2污染可采用的措施有(写出两种)：_、_。(3)湿式石灰石石膏法脱硫工艺是烟气脱硫技术中最成熟的一种方法。其工艺流程是：烟气经锅炉预热器出来，进入电除尘器除掉大部分粉煤灰烟尘，再经过一个专门的热交换器，然后进入吸收塔，烟气中的SO2与含有石灰石的浆液进行气液接触，通入空气后生成石膏(CaSO42H2O)。经脱硫的烟气，应用循环气体加热器进行再加热，进入烟囱，排入大气。写出湿法石灰石石膏法脱硫所涉及的化学反应方程式：_。用石灰石浆液作SO2吸收剂而不用熟石灰吸收SO2的原因是_。上述过程中得到的石膏，如果含氯化合物(主要来源于燃料煤)超过杂质极限值，则石膏产品性能变坏。工业上消除可溶性氯化物的方法是_。固体质量与反应时间(4)某化学兴趣小组为了测定烟气脱硫所得石膏的组成(CaSO4xH2O)即测定x值。做如下实验：将石膏加热使之脱水，加热过程中固体的质量与时间的变化关系如图所示。数据表明当固体的质量为2.72 g后不再改变。求(必须写出计算过程)：(1)石膏的化学式。(2)图像中AB段对应化合物的化学式。解析：(1)SO2主要是化石燃料的燃烧和含硫矿石的冶炼产生的。(2)防治SO2污染的措施，一是从污染源着手，削减污染物的排放量，减少煤的直接燃烧，开发新能源，以减少煤和石油的用量，二是采用各种技术，控制污染物的排放，进行燃料脱硫和烟气脱硫。(3)略。Ca(OH)2在工业上是以石灰石为原料经过煅烧生产的，如果用熟石灰进行脱硫，成本较高。因石膏微溶于水，而氯化物易溶于水，可用水洗法除去其中的氯化物。(4)CaSO4xH2O=CaSO4xH2O 136 18x 2.72 g 0.72 g解得x2即石膏的化学式为CaSO42H2O。设AB段对应化合物的化学式为CaSO4nH2O。CaSO4nH2O=CaSO4nH2O 136 18n 2.72 g (2.902.72) g解得n1/2，则AB段化合物的化学式为2CaSO4H2O。答案：(1)化石燃料的燃烧含硫矿石的冶炼(2)减少化石燃料的燃烧，大量使用清洁能源提高煤的燃烧利用率进行脱硫处理等(3)SO2CaCO3=CaSO3CO2、2CaSO3O2=2CaSO4用石灰石浆液的成本较低用水洗涤(4)CaSO42H2O2CaSO4H2O