1、第44讲 化学与可持续发展一、要点精讲化学研究和应用的一个重要目标就是开发和利用自然界中一切可能的物质资源和能量资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础；同时，应该注意到这一过程必须同自然环境相互协调，走可持续发展的道路。化学与可持续发展，主要包括相辅相成的两个方面，一是利用化学变化不断地提供人类生存和发展的物质条件（主要包括获得有用物质和获得能量），利用化学变化还可以创造自然界原本没有的物质（主要指有机合成高分子化合物），从而使生活更加方便、舒适；二是在开发自然资源的过程中，必须深刻地认识到保护周围环境、维护生态平衡的重要性，建立可持续发展的观念。1、环境污染及保护 （1）环境污染
2、大气污染：汽车尾气（主要有害成分为CO、NOx、SO2、碳氢化合物等）、光化学污染（碳氢化合物和NOx等一次污染物以及它们在紫外线照射下发生反应生成的二次污染物共同形成的烟雾污染）、酸雨（由NOx、SO2引起）、温室效应（由SO2引起）、臭氧层空洞（由氟里昂等引起）。水体污染：有毒无机污染物（指Ba2+、Pb2+、Hg2+、Cd2+等重金属离子以及CN -、NO2-等）、有毒有机污染物（指有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃等）、含氮、磷化合物（引起水体富营养化）、生活污水中大量耗氧有机物（含磷洗涤剂）等。食品污染：农药、食品添加剂。固体废弃物等。环境保护：关键是杜绝污染源。2、造成环境污染的物质及
3、其来源（1）二氧化硫：大量的二氧化硫主要来源于煤和石油的燃烧、金属矿石的冶炼等。（2）氮的氧化物：主要来自于煤、石油等燃料的燃烧和使用硝酸的工厂以及汽车等排放的废气等。碳的氧化物：主要来自于煤、石油等燃料的燃烧。（3）工业尾气及其主要成分硫酸厂尾气：主要成分为SO2、O2、N2，一般用氨水吸收其中的在害成分。硝酸厂尾气：主要成分为NOx、O2、N2，一般用NaOH溶液吸收其中的有害成分。高炉煤气：主要成分为CO、CO2、N2，一般回收利用。炼钢（棕色）烟气：主要成分为Fe2O3烟尘、CO，一般回收利用。焦炉气：主要成分为H2、CH4、CO、CO2、C2H4、N2，可用作燃料。氯碱工业：主要成分
4、为Cl2，一般用NaOH溶液吸收。3、部分有关环境保护的知识(1)中学常见污染环境的气体及其防治SO2 工业上用浓氨水吸收，实验室用NaOH吸收。NOx 用NaOH溶液吸收。H2S 用NaOH溶液吸收。Cl2、Br2、HCl：用碱液吸收，Cl2、Br2还可用Na2S03吸收。CO 用燃烧的方法除去。（2）全球环境三大问题“酸雨”。“酸雨”主要是由硫酸、硝酸造成的，我国的“酸雨”主要是硫酸型的。“酸雨”的形成需要有一定的环境气候和地理因素。形成过程一般认为SO2等酸性气体进入大气后造成局部地区大气中S02的富集 H2S04，随雨水降下形成“酸雨”。臭氧层的破坏。破坏臭氧层的主要有害物质是：氮氧化
5、物和氯氟烃等。反应机理：N2O+hv =N+NOCF2Cl2+hv= Cl+CF2ClO3 +NO= O2 +NO2O+NO= O2+NO+ClO =C1+O2总反应式O+O3 =2O2从以上反应和总反应式看出，有害物质NO、活性C1都未消耗，均起着催化剂的作用。温室效应C02、O3、CH4等气体虽不影响太阳对地球表面的辐射，但能阻碍由地面反射回高空的红外辐射，这就像给地球罩上一层保温膜，使地球表面的气温增加，产生温室效应。温室效应对人类生活会带来很大影响。可能导致地球两极冰川融化，使海平面升高，淹没世界上许多城市。此外，地球表面气温升高，各地降水和干湿状况也会发生变化，导致土地沙漠化。在温室
6、效应和臭氧层消耗的共同影响下，还会造成气候的反常，如厄尔尼诺现象等，导致动物反常迁移，植物反常生长，甚至动植物种类的消失等4、能源（1）能源的分类：常规能源（可再生能源，例水等；非再生能源，如煤、石油、天然气）；新能源（可再生能源，如太阳能、风能、生物能；非再生能源，如核聚变燃料）。（2）新型化学电源：碱性蓄电池、银锌电池、燃料电池等。（3）能源的开发：太阳能：每年辐射到地球表面的能量为501018kJ，相当于目前全世界能量消费的1.3万倍。生物能：将生物转化为可燃性的液态或气态化合物，再利用燃烧放热。风能：利用风力进行发电、提水、扬帆助航等技术，风能是一种可再生的干净能源。地球能、海洋能等。
7、二、典例解析【例1】（2005年广东，18）背景材料： 2004年夏季，特氟隆不粘锅事件引起公众关注； 2004年冬季，诺贝尔化学奖授予研究蛋白质的科学家； 2005年初春，广东大部分进行了人工降雨； 2005年春末，某高速公路发生液氯运输车翻倒泄漏事故。下列相应说法正确的是 A特氟隆（聚四氟乙烯）的单体是氟利昂 B蛋白质是由氨基酸形成的不可降解的高分子化合物，其水溶液有丁达尔现象 CAgI和干冰都可用于人工降雨 D附近人员应迅速远离液氯泄漏地点，并逆风往安全区域疏散【例2】（2000年全国，1）导致下列现象的主要原因与排放SO2有关的是 A酸雨 B光化学烟雾 C臭氧空洞 D温室效应 【例3】
8、（1998年上海，28）汽车尾气（含有碳氢化合物、CO、SO2、NO等物质）是城市空气的污染源之一。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化剂转换器”（用铂钯合金作催化剂）。它的特点是使CO和NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使碳氢化合物充分燃烧及SO2的转化。（1） 写出CO和NO反应的化学方程式_。（2） “催化剂转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因是_。（3） 控制城市污染源的方法可以有_ A开发能源 B使用电动车 C植树造林 D戴上呼吸面具三、当堂反馈1（2004年江苏，3）2004年4月22日是第35个“世界地球日”，我国确定的主题是“善待地球科学
9、发展”。下列行为中不符合这一主题的是 A采用“绿色化学”工艺，使原料尽可能转化为所需要的物质 B大量开采地下水，以满足社会对水的需求 C减少直至不使用对大气臭氧层起破坏作用的氟氯烃 D节约能源，提高能源利用率2（2001年全国，4）为了保护臭氧层，可采取的有效措施是A减少二氧化硫的排放量 B减少含铅废气的排放量C减少氟氯代烃的排放量 D减少二氧化碳的排放量3工业废气中的氮氧化合物是主要的大气污染源之一，为了保护环境，工业上常通入NH3，与之发生如下反应：NOx+NH3N2+H2O，使之转化为无毒的N2。现有NO2和NO的混合气体3L，通入3L（同温同压下）NH3恰好使其完全转化为N2，则原混合
10、气体中NO2和NO的物质的量之比为 A1:1 B2: 1 C3:1 D4:14（2005年上海，31）硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收，有关的化学反应为：2NO2 + Na2CO3 NaNO3 + NaNO3 + CO2 NO + NO2 + Na2CO3 2NaNO2 + CO2 （1）根据反应，每产生22.4L(标准状况下)CO2，吸收液质量将增加g。（2）配制1000g质量分数为21.2%的纯碱吸收液，需Na2CO310H2O多少克？（3）现有1000g质量分数为21.2%的纯碱吸收液，吸收硝酸工业尾气，每产生22.4L(标准状况)CO2时，吸收液质量就增加44g。 计算吸收液中Na
11、NO2和NaNO3物质的量之比。 1000g质量分数为21.2%的纯碱在20经充分吸收硝酸工业尾气后，蒸发掉688g水，冷却到0，最多可析出NaNO2多少克？（0时，NaNO2的溶解度为71.2g/100g水）第44讲 化学与可持续发展1（2002年广东，1）目前我国许多城市和地区定期公布空气质量报告，在空气质量报告中，一般不涉及A SO2 B NO2 C CO2 D可吸入颗粒物2（2005年江苏，2）保护环境是每一个公民的责任，下列做法：推广使用无磷洗涤剂；城市生活垃圾分类处理；推广使用一次性木质筷子；推广使用清洁能源；过量使用化肥、农药；推广使用无氟冰箱。其中有利于保护环境的是A B C
12、D32000年1月31日，罗马尼亚某炼金厂废水因连降暴雨而溢出，导致多瑙河河水严重污染。炼金废水中所含的CN-有剧毒，其性质与卤素离子相似，还原性介于I-和Br-之间。下列说法中不正确的是 ACN-与稀硫酸反应生成HCN B. CN-可以被氯气氧化为(CN)2C. 在水溶液中(CN)2可以被F-还原 D. CN-能与AgNO3溶液反应生成AgCN沉淀4（2001年化学试测题，1）某气体在近地面空气中浓度稍大时是一种污染物，而在高空却对人类有保护作用，该气体是ANO BO3 CCO D氯氟烃5.下列情况可能引起大气污染的是煤的燃烧 工业废气的任意排放 燃放鞭炮 飞机、汽车尾气的排放A.只有 B.
13、只有 C.只有 D.6.你认为减少酸雨产生途径可采取的措施是少用煤作燃料 把工厂烟囱造高 燃料脱硫 在已酸化的土壤里加石灰 开发新能源A. B. C. D.7.生活污水和某些工业废水中，经常含有一定量的植物营养物质，过量的这些元素成为水中微生物和藻类的营养，造成水体的“富营养化”，在海湾常出现赤潮，致使水生生物死 亡，水质恶化。造成这种现象的元素是 AO BS CN DP8某雨水样品刚采集时测得pH为4.82，放在烧杯中经2h后，再次测得pH为4.68。以下说法正确的是 A雨水样品酸度逐渐减小 B 雨水样品酸度没有变化 C雨水样品继续吸收空气中的CO2 D雨水样品中的H2SO3逐渐被空气中的氧
14、气氧化成H2SO49已知天然气的主要成份CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应，前者大。下面是有关天然气的几种叙述：天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源；等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的是 A是 B只有 C是和 D只有10（1）煤中含有硫元素，煤在燃烧中能产生会引起酸雨的气体A。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A的浓度明显升高。气体A的名称是_。（2）北京市为降低气体A的排放量，采取了许多有力措施。措施之一是推广低硫煤，即通过向煤中加石灰的方法，减少气体A的产生，此法称为“钙基固
15、硫”。这种煤燃烧后，大部分硫元素最终存在形式是_。 （3）若煤中硫含量（质量分数）为0.32%，处理1000 kg这种煤，应至少加入90%的生石灰_kg。 （4）在空气污染监测中，常用Br2与气体A的定量反应来测定空气中A的含量，写出水溶液中，Br2与气体A反应的化学方程式_。11在硝酸生产过程中所排放出来的废气中含有NO和NO2。它们污染环境，现用氨催化还原法将它们转化为无毒气体（填名称）_直接排入空气中。写出有关反应方程式_，_。 假设NO和NO2物质的量之比恰好为1:1，则两者的混合物相当于一种酸酐。写出由烧碱溶液吸收这种混合物的化学方程式_。12“汽车尾气污染”已备受世人关注。汽车内燃
16、机中，汽油气化后与空气按一定比例混合进入气缸，引擎用电火花点燃。燃烧使气缸内温度迅速升高，气体体积急速膨胀，产生压力推动活塞。燃烧时产生的有害气体通过尾气排出污染大气。为简化讨论，以辛烷（C8H18）代表汽油的成分，并设空气中氧气占1/5体积。请回答下列问题：（1）设辛烷气与空气的体积比（相同条件下）为a，要使辛烷正好完全燃烧，a的值为_（用小数表示，设此量为a /）； （2）若辛烷气与空气的体积比大于a /，则尾气所含污染大气的有害气体中，相对含量会增多的是（写化学式）_，产生这种气体的化学反应方程式是_。（3）若辛烷气与空气的体积比小于a /，则尾气所含污染大气的有害气体中，相对含量会增多
17、的是（写化学式）_，产生这种气体的化学反应方程式是_。13（1）光化学烟雾形成的化学过程是：当汽车尾气产生的NO2在日光（紫外线）照射下分解为NO和氧原子时，即开始光的化学烟雾的循环，不断产生O3 。这个循环包括了下列3个化学方程式，请补充化学方程式。 NO2=NO+O ；_；O+O2= O3 。写出以上3个化学反应的净结果（化学反应总反应式）_。 （2）汽油的主要成分是烷烃，在燃烧不完全时，部分烷烃热裂。试写出由热裂产物2-丁烯被臭氧氧化生成乙醛（烟雾物质之一），并释放出氧气的化学方程式_。14（2002年上海，23）在氯氧化法处理含CN的废水过程中，液氯在碱性条件下可以将氰化物氧化成氰酸盐
18、（其毒性仅为氰化物的千分之一），氰酸盐进一步被氧化为无毒物质。（1）某厂废水中含KCN，其浓度为650mg / L。现用氯氧化法处理，发生如下反应（其中N均为3价）：KCN2KOHCl2 KOCN2KClH2O。被氧化的元素是 。（2）投入过量液氯，可将氰酸盐进一步氧化为氮气。请配平下列化学方程式，并标出电子转移方向和数目： KOCN KOH Cl2 CO2 N2 KCl H2O（3）若处理上述废水20L，使KCN完全转化为无毒物质，至少需液氯 g。第44讲 典例解析【例1】聚四氟乙烯的单体为CF2=CF2而不是氟里昂；蛋白质在酸、碱、酶的作用下均可降解，最后得到氨基酸；AgI可引入晶种，干冰
19、汽化降温均可用于人工降雨；液氯有毒，易汽化为有毒的Cl2分子，故需逆风疏散。故选CD。【例2】引发酸雨的主要物质是氮和硫的氧化物；光化学烟雾的形成，主要与氮氧化物及烃类有关；臭氧空洞的形成主要与氯氟烃和氮氧化物有关；温室效应主要与大气中CO2和烃类等有关。故本题答案选A。【例3】在催化剂作用下把CO和NO都转化为参与大气生态环境循环的无毒气体即NO转化为N2 ，CO转化为CO2 。同时SO2也在催化剂的作用下转化为SO3 ，遇水蒸气生成硫 酸，从而提高了空气的酸度。控制城市空气的污染源主要是减少煤和汽油的使用。催化剂 本题答案为：（1）2NO+2CO 2CO2+ N2 。（2）SO2在催化剂的
20、作用下转化为SO3 ，产生硫酸酸雾。（3）A、B。当堂反馈：1B 2C 3A4（1）48 （2）m(Na2CO310H2O) = 572g（3）2NO2 + Na2CO3 NaNO2 + NaNO3 + CO2m = 48gNO + NO2 + Na2CO3 2NaNO2 + CO2m = 32g 设由NO2与纯碱反应产生的CO2为amol由NO和NO2与纯碱反应产生的CO2为bmol或 n(NaNO2):n(NaNO3) = 5:3设生成的n(NaNO2)为5x mol，n(NaNO3)为3x mol据Na+守恒：5x + 3x = 4x = 0.5 m(NaNO2) = 172.5g，m(
21、H2O)余 = 100078.8% - 688 = 100g 析出：m(NaNO2)(最大)=172.5 71.2 = 101.3g课后练习：1C 2C 3C 4B 5D 6C 7D 8D 9C 10（1）二氧化硫 ；（2）C；（3）6.2 ；（4）Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO411氮气，6NO+8NH3 = 7N2+12H2O，NO+NO2 +2NaOH=2NaNO2+H2O。点燃12（1）a /=0.016 （2）CO 2C8H18+17O2 16CO+18H2O点燃或2C8H18+（25-x/2）O2 xCO+（16-x）CO2 +18H2O放电（3）NO、NO2或NOx N2 +O2 2NO 2NO+O2=2NO213（1）2NO+O2=2NO2 3O2=2O3 （2）CH3CH=CHCH3 + 2O3 2CH3CHO+ 2O214（1）碳（或C）（2）（3）35.5