第三章化學(xué)與工業(yè)農(nóng)業(yè)環(huán)境3 課件

1、化學(xué)與社會(huì)Chemistry And Society主講：牛 靜化學(xué)與社會(huì)第三節(jié) 化學(xué)與環(huán)境污染2019年中國 環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào) 2019年，全國廢水排放總量556.8億噸，比上年增加3.7 。 2019年，全國廢氣中二氧化硫排放量2468.1萬噸，比上年減少4.7。 2019年，全國工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量17.6億噸，比上年增加15.9；工業(yè)固體廢物綜合利用率為62.1，比上年提高1.9個(gè)百分點(diǎn)。一、水的概況 水是地球上分布最廣泛的物質(zhì)，約有70的地球被水所覆蓋。 地球上的水量雖然很大，但能滿足人們需要的的淡水確很少,即使將湖泊、河流及下水全部包括也只占總水量的0.62。 水是由氫、氧兩種元素組成，

2、分子為H2O。純凈的水常溫下是一種無色、無味、無嗅的液體。誰的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)分別為1000C和00C二、水的化學(xué)性質(zhì)水和金屬單質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng) ：2H2O+2Na=2NaOH+H2，一般而言，水在常溫下和活潑金屬反應(yīng)，生成堿和氫氣 在高溫下，能和較活潑的金屬如：Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2（反應(yīng)需要加熱）反應(yīng) 水和非金屬單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)（大多是非氧化還原反應(yīng)） Cl2+H2O=HCl+HClO 2F2+2H2O=4HF+O2 水能夠和氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成堿或酸 SO3+H2O=H2SO4 Na2O+H2O=2NaOH 水能夠輔助生成酸式鹽： CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2 水

3、能夠和過氧化物，超氧化物反應(yīng)，生成氧氣 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 4KO2+2H2O=4KOH+3O2 水能夠和有機(jī)物，無機(jī)鹽發(fā)生水解反應(yīng)： C12H22O11+H2O=C12H24H12 FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl 一般情況下是可逆反應(yīng)，但是由于水解吸熱，所以加熱能夠促進(jìn)水解，在加熱條件下，上述反應(yīng)能夠進(jìn)行完全，最終生成Fe2O3 水還能夠分解 2H2O=2H2+O2（在電解或光照情況下）三、水的凈化天然的水中常含有較多的雜質(zhì)，必須經(jīng)過凈化后才方可做生活用水。凈化水水凈化的目的：1、除去水中可見的雜質(zhì)eg. 常用物質(zhì)有硫酸鋁（Al2(SO4)3）和明礬（KA

4、l(SO4)212H2O)去雜Al2(SO4)3+6H2O=2Al(OH)3+3H2SO42、消毒城市飲用水通常先砂濾初步除雜質(zhì)，在通入暴曬池和通氯氣消毒。四、水的純化在化學(xué)意義上的純凈水的場(chǎng)合，如配制藥液、注射劑、釀酒及化學(xué)實(shí)驗(yàn)等，一般飲用自來水難以滿足要求。制備純凈水的常用方法有：1、蒸餾法 2、離子交換法 蒸餾法 (Distillation )原理：該方法根據(jù)各種物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，利用冷卻收集不同溫度下的蒸汽，就可以得到非常純凈的被分離物。 離子交換法(ion exchange process) 原理：用一種物質(zhì)（離子交換樹脂）將其中的離子取走，則水就得到純化。離子交換樹脂1、陰離子交換樹

5、脂（堿性的離子交換樹脂）（1）特點(diǎn)：該樹脂能與陰離子（帶負(fù)電荷的離子）發(fā)生交換反應(yīng)。該樹脂主要用有機(jī)銨鹽型的樹脂與堿性溶液反應(yīng)制得。（2）分類：a. 強(qiáng)堿性陰離子樹脂這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基(亦稱四級(jí)胺基)NR3OH(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能在水中離解出OH而呈強(qiáng)堿性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。b. 弱堿性陰離子樹脂這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基(亦稱一級(jí)胺基)-NH2、仲胺基(二級(jí)胺基)-NHR、或叔胺基(三級(jí)胺基)-NR2，它們?cè)谒心茈x解出OH而呈弱堿性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。 這種樹脂在多數(shù)

6、情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH19)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。2022/7/212、陽離子交換樹脂（酸性的離子交換樹脂）(1) 特點(diǎn)：該樹脂能與陽離子（帶正電荷的離子）發(fā)生交換反應(yīng)。該樹脂主要用高分子化合物與濃硫酸發(fā)生磺化反應(yīng)制得。(2) 分類：a. 強(qiáng)酸性陽離子樹脂這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強(qiáng)酸性樹脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換

7、作用。 2022/7/21b. 弱酸性陽離子樹脂這類樹脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基COOH，能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能與溶液中的其他陽離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH514)起作用。這類樹脂亦是用酸進(jìn)行再生(比強(qiáng)酸性樹脂較易再生)。2022/7/21離子交換樹脂的吸附選擇性 離子交換樹脂對(duì)溶液中的不同離子有不同的親和力，對(duì)它們的吸附有選擇性。各種離子受樹脂交換吸附作用的強(qiáng)弱程度有一般的規(guī)律，但不同的樹脂可能略有差異。主要規(guī)律如下：()

8、 對(duì)陽離子的吸附 高價(jià)離子通常被優(yōu)先吸附，而低價(jià)離子的吸附較弱。在同價(jià)的同類離子中，直徑較大的離子的被吸附較強(qiáng)。一些陽離子被吸附的順序如下： Fe3+ Al3+ Pb2+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ H+ () 對(duì)陰離子的吸附 強(qiáng)堿性陰離子樹脂對(duì)無機(jī)酸根的吸附的一般順序?yàn)椋?SO42 NO3 Cl HCO3 OH 2022/7/21弱堿性陰離子樹脂對(duì)陰離子的吸附的一般順序如下：OH 檸檬酸根3 SO42 酒石酸根2 草酸根2 PO43 NO2 Cl COO HCO3 () 對(duì)有色物的吸附糖液脫色常使用強(qiáng)堿性陰離子樹脂，它對(duì)擬黑色素(還原糖與氨基酸反應(yīng)產(chǎn)物)和還原糖的堿性分解產(chǎn)物的吸附較強(qiáng)

9、，而對(duì)焦糖色素的吸附較弱。這被認(rèn)為是由于前兩者通常帶負(fù)電，而焦糖的電荷很弱。 2022/7/21離子交換樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域1）水處理水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。2）食品工業(yè)離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如：高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的消耗量僅次于水處理。3）制藥行業(yè)制藥工業(yè)離子交換樹脂對(duì)發(fā)展新一代的抗菌

10、素及對(duì)原有抗菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)成功即是突出的例子。近年還在中藥提成等方面有所研究。2022/7/214）合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂代替無機(jī)酸、堿，同樣可進(jìn)行上述反應(yīng)，且優(yōu)點(diǎn)更多。5）環(huán)境保護(hù)離子交換樹脂已應(yīng)用在許多非常受關(guān)注的環(huán)境保護(hù)問題上。目前，許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質(zhì)，這些可用樹脂進(jìn)行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢液里的有用物質(zhì)等。6）濕法冶金及其他離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。2022/7/21五、水的軟化1、

11、工業(yè)用水的分類：軟水、硬水2、硬水是怎樣軟化的？3、水的硬度是怎樣產(chǎn)生的？4、硬水與軟水的鑒別方法2022/7/211、定義（1）什么是硬水？硬水（Hard water）是指水中所溶的礦物質(zhì)成分多，尤其是鈣離子、鎂離子、鐵離子和錳離子。（2）什么是軟水？軟水（soft water）是指含較少可溶性鈣、鎂化合物的水。天然軟水一般指江水、河水、湖(淡水湖)水。2022/7/212、硬水的軟化1沉淀法：用石灰、純堿處理，使水中Ca2+、Mg2+生成沉淀析出，過濾后即得軟水，其中的錳、鐵等離子也可除去。2軟水劑（1）Na3PO4： 3CaSO4+2Na3PO4Ca3(PO)4+3Na2SO4 （2）六

12、偏磷酸鈉： Na4Na2(P03)6+Ca2+Na4Ca(P03)6+2Na+（3）胺的醋酸衍生物（EDTA）：與Ca2+、Fe2+、Cu2+等離子生成螯合物3.離子交換法：（1）原理：用無機(jī)or有機(jī)物組成一混合凝膠，形成交換劑核，四周包圍兩層不同電荷的雙電層，水通過后可發(fā)生離子交換。陽離子交換劑：含H+、Na+固體與Ca2+、Mg2+離子交換陰離子交換劑：含堿性基因，能與水中陰離子交換2022/7/21（2）常用交換劑：a. 泡沸石：水化硅酸鈉鋁Na2OZ+Ca(HCO3)2CaOZ+2NaHCO3Na2OZ+CaSO4CaOZ+Na2SO4b. 磺化煤：2Na(K)+CaSO4Ca(K)2

13、+Na2SO42H(K)+CaSO4Ca(K)2+Na2SO4c.離子交換樹脂4電滲析法用直流電源作動(dòng)力，使水中的離子選擇性地透過樹脂交換膜而獲得軟水。5磁化法使水流過一個(gè)磁場(chǎng)，鈣、鎂鹽類分子間引力減小，不易產(chǎn)生堅(jiān)硬水垢2022/7/213、水的硬度是由什么引起的： 水的硬度是由碳酸氫鈣或碳酸氫鎂引起的，這種硬度叫作暫時(shí)硬度。這種水經(jīng)過煮沸以后，水里所含的碳酸氫鈣就分解成不溶于水的碳酸鈣，水里所含的碳酸氫鎂就生成難溶于水的碳酸鎂沉淀。這些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，從而使硬度較高的水得到軟化。水的硬度是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物引起的，這種硬度就叫作永久硬度。永久硬度不能用加熱的方法軟化。天

14、然水大多同時(shí)具有暫時(shí)硬度和永久硬度，因此，一般所說水的硬度是指上述兩種硬度的總和。 2022/7/214、鑒別硬水和軟水的方法：方法1：取一杯熱水，把肥皂切碎投入其中，肥皂能完全溶解，冷卻后成為一種半透明液體（肥皂較多則成凍），即為軟水;若冷卻后水面有一層未溶解的白沫則為硬水。白沫越多，水的硬度越大。 方法2：還可以用燒杯加熱，在杯壁留下較多水垢的是硬水。因?yàn)橛菜呛休^多的可溶性鈣，鎂物質(zhì)的水，加熱后，這些可溶性的鈣鎂物質(zhì)轉(zhuǎn)化成不可溶性的物質(zhì)，沉淀雜質(zhì)多的是硬水，雜質(zhì)越多，水的硬度越大。2022/7/21美麗的大海2022/7/21六、海水淡化地球上存在大量的海水，在缺乏淡水資源時(shí)，如生活在

15、無淡水源的小島上和長期在海上航行等，海水淡化意義重大。同時(shí)，海水含有3.5的鹽類化合物，淡化海水不僅能補(bǔ)給淡水，而且還能廉價(jià)獲得某些化合物。目前海水淡化技術(shù)有兩類： 蒸發(fā)和凝固分離水和鹽； 電化學(xué)手段分段分離水和鹽。七、水體污染水體的污染引起水體污染的原因有自然污染和人為污染兩類。（1）自然污染是有自然界的原因造成的。（2）人為污染是指人類生活過程中排放到水源排放到水源中的污染物。 水體中人為無機(jī)污染主要是是重金屬，多數(shù)來自相關(guān)生產(chǎn)或消費(fèi)企業(yè)的排放和農(nóng)業(yè)及醫(yī)療用藥。 水體中人為有機(jī)污染物種類繁多，主要來自在相關(guān)生產(chǎn)和消費(fèi)企業(yè)的排放或事故泄露燃料不完全燃燒、農(nóng)藥施用及醫(yī)療廢棄物等。知識(shí)鏈接-日本

16、水俁病事件知識(shí)鏈接-二噁英二惡英包括210種化合物，這類物質(zhì)非常穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，極難溶于水，可以溶于大部分有機(jī)溶劑，是無色無味的脂溶性物質(zhì)，所以非常容易在生物體內(nèi)積累。自然界的微生物和水解作用對(duì)二惡英的分子結(jié)構(gòu)影響較小，因此，環(huán)境中的二惡英很難自然降解消除。它包括210種化合物。它的毒性十分大，是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世紀(jì)之毒”之稱。國際癌癥研究中心已將其列為人類一級(jí)致癌物。環(huán)保專家稱，“二惡英”，常以微小的顆粒存在于大氣、土壤和水中，主要的污染源是化工冶金工業(yè)、垃圾焚燒、造紙以及生產(chǎn)殺蟲劑等產(chǎn)業(yè)。日常生活所用的膠袋，PVC（聚氯乙烯）軟膠等物都含有氯，燃燒這些物品時(shí)便會(huì)釋放出

17、二惡英，懸浮于空氣中。八、化學(xué)與大氣污染 1、大氣的概況： 大氣的組成成分：氮?dú)猓?8.09）氧氣（20.95）氬氣（0.93）三者共占大氣的99.9%以上，此外還有少量的CO2、水蒸氣、臭氧、稀有氣體等可變組分（隨季節(jié)、氣象及人們生產(chǎn)活動(dòng)的影響而變化）。大氣圈定義：通常把隨地球旋轉(zhuǎn)的大氣層稱為大氣圈。特征：該層高度可達(dá)104km，總質(zhì)量約5500Mt。對(duì)流層定義：把影響地球氣候的大氣層稱為對(duì)流層。特征：該范圍約為海平面上11.2km處。該層的大 氣密度最大，占整個(gè)大氣層總質(zhì)量的95%左右。主要成分：N2、O2 、 Ar及CO2。2022/7/21平流層定義：對(duì)流層上方約50km左右范圍成為平

18、流層。主要成分： N2、O2 及 O3等。特征：該層內(nèi)大氣的透明度較好，氣流也穩(wěn)定，幾乎不存在水蒸氣和塵埃，也極少出現(xiàn)云、雨、風(fēng)暴等天氣現(xiàn)象。分層：平 流 層約80-85km左右中間層非均勻質(zhì)層宇宙空間2022/7/212、大氣污染定義：大氣的污染是指在任何大氣條件下，某些物質(zhì)的濃度高于它們的正常標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)人和動(dòng)物產(chǎn)生危害作用。大氣污染源有：生活污染源、工業(yè)污染源、交通運(yùn)輸污染源等等，其中人為排放的大氣污染物有數(shù)十種之多。2022/7/21大氣污染物的分類：（1）一次污染物（原發(fā)性污染物）：直接從各類污染源排出的物質(zhì)，包含反應(yīng)性物質(zhì)和非反應(yīng)性物質(zhì)。（2）二次污染物（繼發(fā)性污染物）：不穩(wěn)定的一次

19、污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的一系列新的污染物。大氣的污染物主要有八類：硫化物、碳的氧化物、氮的氧化物、烴類化合物、鹵素及其化合物、顆粒物質(zhì)、農(nóng)藥及放射性物質(zhì)2022/7/213、酸雨現(xiàn)象自然界正常的雨和雪呈弱酸性，pH約為5.6。 原因：CO2+H2O=H2CO3=H+HCO3-酸雨形成的原因：可能是因?yàn)橛晁泻幸欢〝?shù)量的稀硫酸和稀硝酸積極少部分其他弱酸。酸雨的危害：（1）危害人體的健康；（2）使水體酸化； （3）破壞土壤和植被；（4） 腐蝕金屬、尤其、皮革、紡織品以及其他酸鈣的建筑材料。2022/7/214、溫室效應(yīng)又稱“花房效應(yīng)”，是大氣保溫效應(yīng)的俗稱。大氣能使太陽短波輻射到達(dá)地面，但地表向

20、外放出的長波熱輻射線卻被大氣吸收，這樣就使地表與低層大氣溫度增高，因其作用類似于栽培農(nóng)作物的溫室，故名溫室效應(yīng)。它會(huì)帶來以下列幾種嚴(yán)重惡果： 1、地球上的病蟲害和傳染疾病增加； 2、海平面上升； 3、氣候反常，海洋風(fēng)暴增多； 4、土地干旱，沙漠化面積增大。 2022/7/21第一張照片：海水回落。 第二張照片：遠(yuǎn)處形成白色海浪。 第三張照片：海浪越來越大 第四張照片：海浪沖向海灘。 2022/7/21印尼海嘯第五張照片 第六張照片：海浪沖上了海灘。 2022/7/21京都議定書 為了促進(jìn)各國完成溫室氣體減排目標(biāo)，議定書允許采取以下四種減排方式： 一、兩個(gè)發(fā)達(dá)國家之間可以進(jìn)行排放額度買賣的“排放

21、權(quán)交易”，即難以完成削減任務(wù)的國家，可以花錢從超額完成任務(wù)的國家買進(jìn)超出的額度。 二、以“凈排放量”計(jì)算溫室氣體排放量，即從本國實(shí)際排放量中扣除森林所吸收的二氧化碳的數(shù)量。 三、可以采用綠色開發(fā)機(jī)制，促使發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家共同減排溫室氣體。 四、可以采用“集團(tuán)方式”，即歐盟內(nèi)部的許多國家可視為一個(gè)整體，采取有的國家削減、有的國家增加的方法，在總體上完成減排任務(wù)。 2022/7/215、臭氧層空洞（ozonosphere hole） 2022/7/21現(xiàn)在普遍認(rèn)為臭氧層的破壞是由鹵代烴類引起的。原理：CFClFFCFFF+Cl紫外線O2紫外線2OO2O3O+ClO+Cl O2Cl O3+ClO

22、 +O22022/7/211985年和1987年分別通過了維也納保護(hù)臭氧層公約和蒙特利爾議定書。規(guī)定： 要控制兩類八種物質(zhì)的生產(chǎn)：（1）氯氟烴，包括CFC-11、 CFC-12、 CFC-13、 CFC-14、 CFC-15；（2）溴氯氟烴，包括1211、1301、2402等，這類化合物常用4個(gè)數(shù)字來表示，分別代表C、F、Cl、Br。1211是一氯一溴二氟甲烷。2022/7/216、化學(xué)在防治環(huán)境污染中的主要作用（1）分析測(cè)定，確定毒物的存在與否及量的大??；（2）運(yùn)用化學(xué)的方法使環(huán)境中的污染物得以消除或者污染物在進(jìn)入環(huán)境之前就被除去。如：化學(xué)法防治SO2污染法。2022/7/21九、綠色化學(xué)綠色化學(xué)的主要特點(diǎn)是：1充分利用資源和能源，采用無毒無害的原料；2在無毒、無害的條件下進(jìn)行反應(yīng)，以減少向環(huán)境排放廢物；3提高原子的利用率，力圖使所有作為原料的原子都被產(chǎn)品所消納，實(shí)現(xiàn)“零排放”； 4生產(chǎn)出有利于環(huán)境保護(hù)、社區(qū)安全和人體健康的環(huán)境友好的產(chǎn)品