環(huán)境保護與綠色化學　本部分知識在高考的選擇題中以拼盤的形式考查，在非選擇題中常與非金屬元素及其化合物性質(zhì)的掌握、實驗的基本操作及實驗評價，化學反應原理知識結合在一起。考查宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識等學科素養(yǎng)。【典例】(2021·汕頭模擬)“踐行綠色發(fā)展理念，建設美麗中國”要求工業(yè)生產(chǎn)符合綠色化學或環(huán)境保護理念。原子利用率是衡量綠色化學的重要指標，下列化工生產(chǎn)工藝是理想的綠色化學工藝的是(　　)A．工業(yè)上利用硅石與焦炭冶煉粗硅B．利用石灰乳與純堿水溶液反應制燒堿C．工業(yè)上利用廢銅與濃硫酸反應制備膽礬D．石油化工利用乙烯催化氧化法制備環(huán)氧乙烷【解析】選D。A項，工業(yè)上利用硅石與焦炭冶煉粗硅，反應為2C＋SiO2Si＋2CO↑，原子利用率不是100%，不符合“綠色化學”的理念，錯誤；B項，利用石灰乳與純堿水溶液反應制燒堿，反應的化學方程式為Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，原子利用率不是100%，不符合“綠色化學”的理念，錯誤；C項，工業(yè)上利用廢銅與濃硫酸反應制備膽礬過程中銅和濃硫酸反應生成二氧化硫污染性氣體，原子利用率不是100%，錯誤；D項，石油化工利用乙烯催化氧化法制備環(huán)氧乙烷：2CH2===CH2＋O2，原子利用率是100%，符合“綠色化學”的理念，正確。　(1)(宏觀辨識與微觀探析)乙烯聚合為聚乙烯高分子材料是否符合綠色化學原子經(jīng)濟性要求？提示：符合。nCH2===CH2反應無副產(chǎn)物，符合綠色化學要求。(2)(宏觀辨識與微觀探析)甲烷與氯氣制備一氯甲烷是否符合綠色化學原子經(jīng)濟性要求？提示：不符合?？赡馨l(fā)生反應CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl、CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl等，有副產(chǎn)物，不符合綠色化學的要求。【歸納總結】化學反應的原子的經(jīng)濟性1．環(huán)境污染：(1)大氣污染問題。 (2)水體污染。指過量有害物質(zhì)進入水中造成的污染。導致水體污染的物質(zhì)主要有兩大類，一類是重金屬污染，如重金屬Hg、Cd、Pb、Cr等進入水中形成的污染，這些重金屬主要來自化工、冶金、電子、電鍍等排放的工業(yè)廢水。另一類是植物營養(yǎng)物質(zhì)污染：水中高濃度的N、P等植物營養(yǎng)物質(zhì)，導致水體富營養(yǎng)化而形成的污染。它主要是由進入水中腐爛的含蛋白質(zhì)的物質(zhì)、含磷洗滌劑及大量使用的磷肥造成的。(3)固體廢棄物造成的污染。主要是指生活垃圾、工業(yè)廢料隨意堆放造成的污染。目前最引人注意的是由塑料制品造成的白色污染及廢舊電池造成的重金屬污染。垃圾污染范圍廣泛，對環(huán)境及生物的不良影響途徑多樣。2．綠色化學：【歸納總結】常見工業(yè)尾氣硫酸工廠尾氣SO2、O2、N2等，一般用氨水吸收硝酸工廠尾氣NO、NO2、N2、O2等，一般用NaOH溶液吸收高爐煤氣CO、CO2、N2等，一般回收利用煉鋼煙氣Fe2O3煙塵、CO等，一般回收利用焦爐氣H2、CH4、C2H4、CO等，可用作燃料、化工原料氯堿工業(yè)Cl2，一般用NaOH溶液吸收1．(環(huán)境污染與防治、綠色化學)2021年第31屆世界大學生運動會在成都舉辦。“綠色”是成都的城市發(fā)展理念，也是世大運的組織理念。下面有關說法不正確的是(　　)A．成都推廣使用的清潔燃料壓縮天然氣和液化石油氣的主要成分均是烴類B．興建世大運場館所用到的金屬材料中可能含有非金屬元素C．“綠色化學”的核心是應用化學原理對環(huán)境污染進行治理D．新能源汽車的使用有助于減少氮氧化合物的排放【解析】選C。壓縮天然氣的主要成分是甲烷，液化石油氣的主要成分為丙烷和丁烷，A正確；金屬材料中可能含有非金屬元素，如生鐵中含有碳元素，B正確；綠色化學的核心是從源頭上杜絕污染，不是用化學原理治理環(huán)境污染，C錯誤；新能源汽車的推廣使用，可以減少氮氧化合物的排放，有助于減少光化學煙霧產(chǎn)生，D正確。2．(環(huán)境污染與防治、綠色化學)化學與資源、環(huán)境、生活關系密切，下列說法正確的是(　　)A．霧霾天氣會對人體健康造成危害，“霧”和“霾”的分散質(zhì)微粒相同B．煤燃燒時加入少量的生石灰可以減少廢氣中的二氧化硫排放C．將造紙廢水通過高壓水井壓到地下，節(jié)約生產(chǎn)成本D．用鐵屑、CuO、稀硫酸為原料制銅：CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O、Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，原子利用率是100%【解析】選B。霧是由懸浮在大氣中的微小液滴形成的氣溶膠，霾是指空氣中大量煙、塵等微粒懸浮而形成的渾濁現(xiàn)象，A錯誤；二氧化硫屬于酸性氧化物，高溫下可與堿性氧化物CaO(生石灰的主要成分)發(fā)生反應，從而減少了二氧化硫的排放，B正確；造紙廢水被壓到地下，會造成水體污染，C錯誤；有副產(chǎn)物產(chǎn)生，原子利用率不是100%，D錯誤。3．(環(huán)境污染與防治、綠色化學)“綠色化學”的核心是實現(xiàn)污染物“零排放”。下列最符合“綠色化學”理念的是(　　)A．在廠區(qū)大量植樹綠化，凈化污染的空氣B．利用太陽能分解水制氫氣C．將煤液化后使用以提高煤的利用率D．將化石燃料充分燃燒后再排放【解析】選B。A項，在廠區(qū)大量植樹綠化，凈化污染的空氣，雖然有利于環(huán)境保護，但不是從源頭上杜絕環(huán)境污染，錯誤；B項，利用太陽能分解水制氫氣，既能充分利用太陽能，又對環(huán)境無污染，符合綠色化學核心要求，正確；C項，將煤液化后使用以提高煤的利用率，沒有減少污染物的排放，錯誤；D項，將化石燃料充分燃燒后再排放，燃燒過程中產(chǎn)生SO2等氣體會污染大氣，不符合零排放，錯誤。4．(環(huán)境污染與防治、綠色化學)(2021·濮陽模擬)化學與生產(chǎn)、生活、環(huán)境等社會實際密切相關。下列相關敘述正確的是(　　)A．SO2、CO2、NO2都是可形成酸雨的氣體B．用于新型冠狀病毒消毒的75%酒精消毒原理和“84”消毒液(主要成分NaClO)消毒的原理相同C．納米鐵粉通過物理吸附去除污水中Hg2＋、Pb2＋等重金屬離子D．汽車尾氣中含有的氮氧化物，會加劇酸雨的形成【解析】選D。SO2和NO2都是可形成酸雨的氣體，CO2不能形成酸雨，但能形成溫室效應，A項錯誤；75%的酒精消毒的原理是使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，“84”消毒液是利用其主要成分NaClO的強氧化性殺菌消毒，原理不相同，B項錯誤；納米鐵粉能有效地處理污水中的Hg2＋、Pb2＋等重金屬離子，與其還原性有關，C項錯誤。5．(與污染治理有關的綜合考查)(2021·太原模擬)科學假說是科學發(fā)展的一種重要形式。有科學家提出：利用空氣中的二氧化碳與氫氣反應后，使之變?yōu)榭稍偕娜剂霞状嫉脑O想。其設想的生產(chǎn)流程如圖。下列說法正確的是(　　)A．上述流程中飽和碳酸鉀溶液所起的作用是降低空氣中的CO2的溶解度B．上述流程中能體現(xiàn)“循環(huán)利用”的物質(zhì)有碳酸氫鉀溶液和高溫水蒸氣C．從合成塔中分離出甲醇的實驗操作方法是分液D．通入高溫水蒸氣的作用是加快CO2的生成和逸出，以便及時提供給合成塔【解析】選D。A項，碳酸鉀溶液能夠吸收二氧化碳生成碳酸氫鉀，其作用是富集空氣中的二氧化碳氣體，錯誤；B項，吸收池內(nèi)生成碳酸氫鉀，分解池內(nèi)碳酸氫鉀分解為碳酸鉀，所以“循環(huán)利用”的物質(zhì)有碳酸鉀溶液和高溫水蒸氣，錯誤；C項，在合成塔內(nèi)，二氧化碳和氫氣反應生成甲醇和水，甲醇與水互溶，因此采用蒸餾的方法進行分離，錯誤；D項，碳酸氫鉀在高溫水蒸氣的作用下，分解產(chǎn)生二氧化碳，所以通入高溫水蒸氣的作用是加快CO2的生成和逸出，以便及時提供給合成塔，正確。6．(與污染治理有關的綜合考查)SO2為大氣污染物，研究它的性質(zhì)對環(huán)境治理具有重要意義。在鋁基氧化銅作催化劑時，可利用天然氣脫除二氧化硫，并回收單質(zhì)硫(熔點為112.8 ℃，沸點為444.6 ℃)。(1)①裝置中導管X的作用是__________________________________。②用裝置A制取SO2，則試劑的組合最好是________(填字母)。a．18.4 mol·L－1 H2SO4＋Cub．4 mol·L－1 HNO3＋Na2SO3c．60% H2SO4＋K2SO3③水與Al4C3在裝置A中制取甲烷，其化學方程式為___________________。(2)利用制得的CH4和SO2并結合B～G裝置驗證反應CH4＋2SO22S＋CO2＋2H2O生成的單質(zhì)S和CO2。①B裝置有三個作用，分別是_____________、_____________、_____________。②實驗裝置依次連接的合理順序為B、______________(每個裝置只用一次)。③證明有CO2產(chǎn)生的現(xiàn)象為______________________________________。④G裝置中發(fā)生反應的離子方程式為_________________________________。【解析】(1)①蒸餾燒瓶中產(chǎn)生氣體，使其中的壓強增大，若分液漏斗與蒸餾燒瓶不連通，則不利于液體滴下，所以裝置中導管X的作用是平衡壓強，使液體順利滴入燒瓶中。②a項，“18.4 mol·L－1 H2SO4＋Cu”制取SO2需要加熱，而裝置A為固、液不加熱裝置，故不適合；b項，HNO3具有強氧化性，“4 mol·L－1 HNO3＋Na2SO3”發(fā)生氧化還原反應，＋4價S被氧化成＋6價，得不到SO2，故不適合；c項，“60% H2SO4＋K2SO3”制取SO2符合強酸制弱酸原理，故適合。③用水與Al4C3制取甲烷，根據(jù)原子守恒還生成Al(OH)3，故化學方程式為Al4C3＋12H2O===4Al(OH)3＋3CH4↑。(2)①CH4和SO2的反應需要高溫條件下在硬質(zhì)玻璃管中進行，B中濃硫酸可以起到干燥CH4和SO2的作用；B裝置中可同時通入CH4和SO2，便于充分混合CH4和SO2；CH4和SO2氣體通過濃硫酸，會形成氣泡，觀察氣泡以便調(diào)節(jié)CH4和SO2的流速比約為1∶2。②根據(jù)實驗目的：驗證CH4和SO2反應生成的單質(zhì)S和CO2，則裝置C冷卻得到固體S單質(zhì)，用E裝置中澄清石灰水驗證CO2，為防止SO2對驗證CO2實驗造成干擾，必須先將其除盡，可依次通過酸性高錳酸鉀溶液和品紅溶液，綜上分析實驗裝置依次連接的合理順序為B、D、C、G、F、E。③若F中品紅溶液不褪色，則說明SO2已經(jīng)除盡，E中澄清石灰水變渾濁則能證明該實驗有CO2產(chǎn)生。④G裝置中，酸性高錳酸鉀溶液與SO2發(fā)生氧化還原反應，＋7價Mn被還原為＋2價，＋4價S被氧化為＋6價，根據(jù)電子守恒、電荷守恒、原子守恒可寫出離子方程式：2MnO＋5SO2＋2H2O===2Mn2＋＋5SO＋4H＋。答案：(1)①平衡氣壓，使液體順利滴入燒瓶中　②c③Al4C3＋12H2O===4Al(OH)3＋3CH4↑(2)①干燥　充分混合　觀察氣泡以便調(diào)節(jié)CH4和SO2的流速　②D、C、G、F、E　③F中品紅溶液不褪色，E中澄清石灰水變渾濁④2MnO＋5SO2＋2H2O===2Mn2＋＋5SO＋4H＋【加固訓練—拔高】1．下列有關金屬及其化合物的應用不合理的是(　　)A．將廢鐵屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工業(yè)廢氣中的Cl2B．鋁中添加適量鋰，制得低密度、高強度的鋁合金，可用于航空工業(yè)C．鹽堿地(含較多Na2CO3等)不利于作物生長，可施加熟石灰進行改良D．無水CoCl2呈藍色，吸水會變?yōu)榉奂t色，可用于判斷變色硅膠是否吸水【解析】選C。C錯誤，Na2CO3與Ca(OH)2反應生成NaOH，使土壤堿性增強。2．(與污染治理有關的綜合考查)(2021·哈爾濱模擬)利用石灰乳和硝酸工業(yè)的尾氣(含NO、NO2)反應，既能凈化尾氣，又能獲得應用廣泛的Ca(NO2)2，其部分工藝流程如下：(1)一定條件下,NO 與NO2存在下列反應:NO(g)+NO2(g)N2O3(g),其平衡常數(shù)表達式為K=　　　　　　。 (2)上述工藝中采用氣-液逆流接觸吸收(尾氣從吸收塔底進入,石灰乳從吸收塔頂噴淋),其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 濾渣可循環(huán)使用,濾渣的主要成分是　　　　(填化學式)。 (3)該工藝需控制NO 和NO2物質(zhì)的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,則會導致　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,則會導致　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)生產(chǎn)中溶液需保持弱堿性,在酸性溶液中Ca(NO2)2會發(fā)生分解,產(chǎn)物之一是NO,其反應的離子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【解析】(1)根據(jù)反應方程式,書寫有關平衡常數(shù)表達式;(2)逆流有利于氣體的吸收,濾渣應為沒有溶解的物質(zhì),結合流程中涉及的相關物質(zhì)可知濾渣主要成分為氫氧化鈣;(3)根據(jù)化合價,一氧化氮和二氧化氮物質(zhì)的量之比為1∶1,剛好轉化為 Ca(NO2)2;當一氧化氮多時,一氧化氮將過剩;當二氧化氮多時,NO2與Ca(OH)2發(fā)生反應生成Ca(NO2)2和Ca(NO3)2,使Ca(NO3)2含量升高;(4)Ca(NO2)2轉化為 NO,氮化合價降低,其他產(chǎn)物中定有元素化合價升高,結合質(zhì)量守恒、電荷守恒和電子守恒書寫反應式,注意酸性條件。答案:(1)(2)使尾氣中的NO、NO2被充分吸收　Ca(OH)2(3)排放氣體中NO含量升高產(chǎn)品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高(4)3+2H++2NO↑+H2O3.NOx是汽車尾氣中的主要污染物之一。(1)NOx能形成酸雨,寫出NO2轉化為HNO3的化學方程式　　　　　　　　　　。 (2)汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N2和O2反應,其能量變化示意圖如下:①寫出該反應的熱化學方程式: 　　　　　　 　　　　　　　。 ②隨溫度升高,該反應化學平衡常數(shù)的變化趨勢是　　　　　　　　　　　。 (3)在汽車尾氣系統(tǒng)中裝催化轉化器,可有效降低NOx的排放。①當尾氣中空氣不足時,NOx在催化轉化器中被還原成N2排出。寫出NO被CO還原的化學方程式: 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　。 ②當尾氣中空氣過量時，催化轉化器中的金屬氧化物吸收NOx生成鹽。其吸收能力順序如下：12MgO<20CaO<38SrO<56BaO，原因是______________________，元素的金屬性逐漸增強，金屬氧化物對NOx的吸收能力逐漸增強。(4)通過NOx傳感器可監(jiān)測NOx的含量，其工作原理示意圖如下：①Pt電極上發(fā)生的是　　　　　　　　　　　　(填“氧化”或“還原”)反應。②寫出NiO電極的電極反應式：________________。【解析】(1)NO2與H2O反應生成HNO3與NO。(2)①斷開化學鍵需要吸收能量，形成化學鍵需釋放能量。ΔH＝945 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－2×630 kJ·mol－1＝＋183 kJ·mol－1；②該反應正反應是吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，化學平衡常數(shù)增大。(3)①NO被CO還原成N2，由得失電子守恒和元素守恒可知CO被氧化為CO2；②根據(jù)Mg、Ca、Sr和Ba的質(zhì)子數(shù)得知，它們均處于第ⅡA族，同一主族的元素自上而下，原子半徑增大，金屬性增強。(4)①由工作原理示意圖可知，O2在Pt電極發(fā)生還原反應生成O2－；②在O2－參加反應下，NO在NiO電極失電子發(fā)生氧化反應生成NO2。答案：(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(2)①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)ΔH＝＋183 kJ·mol－1②增大(3)①2NO＋2CON2＋2CO2②根據(jù)Mg、Ca、Sr和Ba的質(zhì)子數(shù)得知，它們均處于第ⅡA族，同一主族的元素，自上而下，原子半徑增大(4)①還原　②NO＋O2－－2e－===NO2

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