第44讲化学与可持续开展一、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，为人类生存和社会开展提供必要的物质和能源根底；同时，应该注意到这一过程必须同自然环境相互协调，走可持续开展的道路。化学与可持续开展，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开展的物质条件（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，建立可持续开展的观念。1、环境污染及保护（1）环境污染①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响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）。②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。13/13\n③食品污染：农药、食品添加剂。④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。③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①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。②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。③高炉煤气：主要成分为CO、CO2、N2，一般回收利用。④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。⑤氯碱工业：主要成分为Cl2，一般用NaOH溶液吸收。3、局部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。13/13\n 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 ①“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”。 ②臭氧层的破坏。 破坏臭氧层的主要有害物质是：氮氧化物和氯氟烃等。反响机理： N2O+hv=N+NO CF2Cl2+hv=Cl+CF2Cl O3+NO=O2+NO2 O+NO=O2+N O+ClO=C1+O2 总反响式O+O3=2O2 从以上反响和总反响式看出，有害物质NO、活性C1都未消耗，均起着催化剂的作用。 ③温室效应 C02、O3、CH4等气体虽不影响太阳对地球外表的辐射，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，使地球外表的气温增加，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。13/13\n此外，地球外表气温升高，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：①太阳能：每年辐射到地球外表的能量为50×1018kJ，相当于目前全世界能量消费的1.3万倍。②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。③风能：利用风力进展发电、提水、扬帆助航等技术，风能是一种可再生的干净能源。④地球能、海洋能等。二、典例解析【例1】（2022年广东，18）背景材料：①2022年夏季，特氟隆不粘锅事件引起公众关注；②2022年冬季，诺贝尔化学奖授予研究蛋白质的科学家；③2022年初春，广东大局部进展了人工降雨；④2022年春末，某高速公路发生液氯运输车翻倒泄漏事故。以下相应说法正确的选项是A．特氟隆（聚四氟乙烯）的单体是氟利昂13/13\nB．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C．AgI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，并逆风往平安区域疏散【例2】（2000年全国，1）导致以下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】（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反响，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反响的化学方程式____________________________________。（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、当堂反响1．（2022年江苏，3）2022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——科学开展”。以下行为中不符合这一主题的是13/13\nA．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．（2022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，与之发生如下反响：NOx+NH3→N2+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，那么原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为A．1:1B．2:1C．3:1D．4:14．（2022年上海，31）硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收，有关的化学反响为：2NO2+Na2CO3→NaNO3+NaNO3+CO2↑①NO+NO2+Na2CO3→2NaNO2+CO2↑②（1）根据反响①，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Na2CO3·10H2O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。13/13\n①计算吸收液中NaNO2和NaNO3物质的量之比。②1000g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）13/13\n第44讲化学与可持续开展1．（2022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．SO2B．NO2C．CO2D．可吸入颗粒物2．（2022年江苏，2）保护环境是每一个公民的责任，以下做法：① 推广使用无磷洗涤剂；②城市生活垃圾分类处理；③推广使用一次性木质筷子；④推广使用清洁能源；⑤过量使用化肥、农药；⑥推广使用无氟冰箱。其中有利于保护环境的是A．①②④⑤B．②③④⑥C．①②④⑥D．③④⑤⑥3．2000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，复原性介于I-和Br-之间。以下说法中不正确的选项是A．CN-与稀硫酸反响生成HCNB.CN-可以被氯气氧化为(CN)2C.在水溶液中(CN)2可以被F-复原D.CN-能与AgNO3溶液反响生成AgCN沉淀4．（2022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A．NOB．O3C．COD．氯氟烃5.以下情况可能引起大气污染的是①煤的燃烧②工业废气的任意排放③燃放鞭炮④飞机、汽车尾气的排放13/13\nA.只有①②B.只有②④C.只有①②③D.①②③④6.你认为减少酸雨产生途径可采取的措施是①少用煤作燃料②把工厂烟囱造高③燃料脱硫④在已酸化的土壤里加石灰⑤开发新能源A.①②③B.②③④⑤C.①③⑤D.①③④⑤7.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A．OB．SC．ND．P8．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。以下说法正确的选项是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CO2D．雨水样品中的H2SO3逐渐被空气中的氧气氧化成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表达：①天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的选项是A．是①②③B．只有①C．是①和②D．只有③13/13\n10．（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“钙基固硫”。这种煤燃烧后，大局部硫元素最终存在形式是__________。（3）假设煤中硫含量（质量分数）为0.32%，处理1000kg这种煤，应至少参加90%的生石灰__________kg。（4）在空气污染监测中，常用Br2与气体A的定量反响来测定空气中A的含量，写出水溶液中，Br2与气体A反响的化学方程式__________________________________。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，现用氨催化复原法将它们转化为无毒气体（填名称）_____直接排入空气中。写出有关反响方程式_________________________，__________________________。假设NO和NO2物质的量之比恰好为1:1，那么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”13/13\n已备受世人关注。汽车内燃机中，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。请答复以下问题：（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）假设辛烷气与空气的体积比大于a/，那么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响方程式是________________________________________。（3）假设辛烷气与空气的体积比小于a/，那么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响方程式是________________________________________。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，即开场光的化学烟雾的循环，不断产生O3。这个循环包括了以下3个化学方程式，请补充化学方程式②。①NO2=NO+O；②__________________；③O+O2=O3。写出以上3个化学反响的净结果（化学反响总反响式）______________________。（2）汽油的主要成分是烷烃，在燃烧不完全时，局部烷烃热裂。试写出由热裂产物13/13\n2-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．（2022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（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，发生如下反响（其中N均为－3价）：KCN＋2KOH＋Cl2→KOCN＋2KCl＋H2O。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。请配平以下化学方程式，并标出电子转移方向和数目：KOCN＋KOH＋Cl2→CO2＋N2＋KCl＋H2O（3）假设处理上述废水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。应选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。故此题答案选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13/13\n此题答案为：（1）2NO+2CO2CO2+N2。（2）SO2在催化剂的作用下转化为SO3，产生硫酸酸雾。（3）A、B。当堂反响：1．B2．C3．A4．（1）48（2）m(Na2CO3·10H2O)=572g（3）①2NO2+Na2CO3→NaNO2+NaNO3+CO2↑△m=48gNO+NO2+Na2CO3→2NaNO2+CO2↑△m=32g设由NO2与纯碱反响产生的CO2为amol由NO和NO2与纯碱反响产生的CO2为bmol或n(NaNO2):n(NaNO3)=5:3②设生成的n(NaNO2)为5xmol，n(NaNO3)为3xmol据Na+守恒：5x+3x=4x=0.5m(NaNO2)=172.5g，m(H2O)余=1000×78.8%-688=100g析出：m(NaNO2)(最大)=172.5–71.2=101.3g课后练习：1．C2．C3．C4．B5．D6．C7．D8．D9．C10．（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）CO2C8H18+17O216CO+18H2O点燃或2C8H18+（25-x/2）O2xCO+（16-x）CO2+18H2O放电（3）NO、NO2或NOxN2+O22NO2NO+O2=2NO213．（1）2NO+O2=2NO23O2=2O3（2）CH3CH=CHCH3+2O3→2CH3CHO+2O214．（1）碳（或C）（2）（3）35.513/13
