2019高中化学第一单元从实验走进化学1.2.1化学实验的绿色追求讲义新人教版

安全。在化学教学改革和化学实验改革中,微型化学实验有独到的
教学功能和教学效果,引起世界各国化学界的高度重视。
一二
实验室中,许多在试管中完成的物质的性质实验,在不影响实验 观察的前提下可以改用微型实验,如硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反 应,硫酸铜溶液与氯化钡溶液反应,硫酸铝溶液与氨水反应,氯化铁 溶液与KSCN溶液反应等,均可以在点滴板中进行。有些气体的制 备实验可以改为微型实验,如我们可以将医用带橡胶塞的针剂小瓶 作反应容器,用空圆珠笔芯作导管进行实验。
极失去电子变成铜离子,O2在正极得电子后与氢离子结合成水;第 二种方法是在加热条件下铜与浓硫酸反应,硫酸会被还原为SO2,硫 酸利用率低且生成的气体有毒。
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答案: 2Cu+O2+2H2SO4(稀) 2CuSO4+2H2O Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O 前一种方法好。原因是:①制得相同质量的产品,前一种方法消耗 硫酸少;②后一种方法生成的SO2会造成大气污染;③前一种方法节 省能源
一二
(2)绿色化学的特点 绿色化学的主要特点是原子经济性,即在获取新物质的化学过程 中充分利用每种原料原子,既充分利用资源,又不产生污染。在始 端采用预防实际污染的科学手段,其过程和终端均为零排放和零污 染。 (3)绿色化学的研究意义 绿色化学是人类和自然界的生物和谐相处的化学,是对环境更友 善的化学。这种绿色意识是人类追求自然完善的一种高级表现。 从科学观点看,绿色化学是化学科学基础内容的更新;从环境观点 看,它是从源头上消除污染;从经济观点看,它合理利用资源和能源, 降低生产成本,符合经济可持续发展的要求。
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4实验证明在低温下铜不能与O2发生反应,也不能与稀硫酸反应,但 工业上却是将废铜屑倒入热的稀硫酸中并不断地通入空气来制取
CuSO4溶液。铜屑在此状态下发生反应的化学方程式
为
,利用铜与浓
硫酸在加热条件下也能制备CuSO4溶液,其化学方程式
为
,以上两种方法前者好还是后
者好?原因是什么?
。
解析:在稀硫酸存在的条件下,Cu及其所含杂质构成原电池:铜为负
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2绿色化学核心是利用化学原理,从源头上减少或消除化学工业对 环境的污染。据此判断,下列不属于绿色化学考虑的内容是( ) A.尽可能通过最小的成本取得最大的利润 B.化工生产的原料和产品尽可能无毒、无害或毒性极小 C.反应在无毒、无公害的条件下进行,如采用无毒无害的溶剂和催 化剂 D.尽可能采用可再生原料,且原料的利用率尽可能最大化,副产品 或废料尽可能最少 解析:绿色化学要求化工生产的原料和产品尽可能无毒、无害或毒 性极小,反应在无毒、无公害的条件下进行,如采用无毒无害的溶 剂和催化剂,并尽可能采用可再生原料,且原料的利用率尽可能最 大化,副产品或废料尽可能最少。所以“尽可能通过最小的成本取 得最大的利润”不属于“绿色化学”考虑的内容。 答案:A
一二
化学实验绿色化的途径有以下几个方面: (1)开发绿色实验,如实验室以H2O2分解制氧取代氯酸钾分解法, 实现原料和反应过程的绿色化; (2)防止实验过程中尾气、废物等对环境的污染,实验中有危害性 气体产生时要加强尾气吸收,对实验产物尽可能再利用等; (3)在保证实验效果的前提下,尽量减少实验试剂的用量(如降低 试剂浓度,减少用量等),使实验小型化、微型化; (4)对于危险或反应条件苛刻,污染严重或仪器、试剂价格昂贵的 实验,可采用计算机模拟化学实验或观看实验录像等办法; (5)妥善处置实验产生的废物,防止污染环境。
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3下列说法不正确的是( ) A.利用太阳能在催化剂参与下分解水制氢是把光能转化为化学能 的绿色化学方法 B.蔗糖、淀粉、油脂及其水解产物均为非电解质 C.通过红外光谱分析可以区分乙醇和乙酸乙酯 D.石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量;石 油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃 解析:在催化剂作用下,水吸收太阳能发生分解生成H2和O2,将光能 转化为化学能,A项正确;油脂水解生成的高级脂肪酸属于电解质,B 项不正确;乙醇和乙酸乙酯有不同的官能团和化学键,它们在红外 光谱图上有不同的吸收频率,C项正确;石油催化裂化的主要目的就 是为了提高汽油等轻质油的产量,裂解的主要目的是获得乙烯、丙 烯等短链气态烃,D项正确。 答案:B
点拨本题改进教材中“铜与硝酸反应”实验,题中改进装置图已给
出,且提出甲、乙、丙三种实验方案,解题时应围绕装置图及三种
来自百度文库
实验方案作答。
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1下列符合化学实验绿色化的有( ) ①在萃取操作的演示实验中,将CCl4萃取溴水改为CCl4萃取碘水 ②在铜与浓硝酸反应的实验中,将铜片改为可调节高度的铜丝 ③将实验室的废酸液和废碱液中和后再排放 A.①② B.①③ C.②③ D.①②③ 解析:此题对中学化学教学有很好的导向作用,要求我们在实验中 探究更合理的实验方案。溴水有挥发性,溴蒸气有毒;利用铜丝可 控制反应,同时反应快一些;酸碱液对环境有腐蚀性,故应中和后再 排放。三组实验都体现了绿色化学思想。 答案:D
Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,乙方案制取硝酸铜的化学方程式为
3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,丙制取硝酸铜的化学
方程式为 2Cu+O2+4HNO3 2Cu(NO3)2+2H2O。比较这三种方案
的化学方程式可以发现,均制取 1 mol Cu(NO3)2 时,消耗硝酸的量分
案是
,理由是
。
方案 甲 乙 丙
反应物 Cu、浓硝酸 Cu、稀硝酸 Cu、O2、稀硝酸
(4)该小组还用上述装置进行实验证明氧化性:KMnO4>Cl2>Br2,
操作步骤为 ,实验现象为
,但
此实验的不足之处是
。
知识点1 知识点2
解析:(1)根据题目的叙述可以知道,这样操作的目的是检验装置 的气密性,按题目所述若d试管内有气泡,且冷却后导管中有一段水 柱,说明气密性良好。
(1)实验前,关闭活塞b,试管d中加水至浸没长导管口,塞紧试管c和
d的胶塞,加热c,其目的是
。
(2)在d中加适量NaOH溶液,c中放一小块铜片,由分液漏斗a向c中
加入2 mL浓硝酸,c中反应的化学方程式是
。再
由a向c中加2 mL蒸馏水,c中的实验现象是
。
知识点1 知识点2
(3)下表是制取硝酸铜的三种方案,能体现绿色化学理念的最佳方
知识点1 知识点2
知识点1 绿色化学 【例题1】 下列做法中不符合绿色化学思想的是( ) A.以水性涂料代替油性涂料 B.以无磷洗涤剂代替含磷洗涤剂 C.实验后的有毒有害物质应分类收集,统一处理 D.实验室制取氯气时直接将尾气排放到大气中 解析:绿色化学要求原料和产品无害,在化学过程中不产生“三废”或 使“三废”降低到最低程度。氯气有毒,不能直接排放到大气中去,因 此D不符合绿色化学思想。本题易误选A,水性涂料是安全无毒、 节约资源的涂料。 答案:D
第1课时 化学实验的绿色追求
1.了解绿色化学的概念。 2.树立绿色化学思想,形成环境保护的意识。 3.能在实验中贯彻绿色化学的思想。
一二
一、绿色化学 1.绿色化学的含义 绿色化学又称环境友好化学或清洁化学,是从源头上防止污染产 生或把化学过程对环境的负面影响降低到最低程度的化学。绿色 化学要求原料和产品无害,在化学过程中不产生“三废”或使“三废” 降低到最低程度。这些原则不仅适用于化工生产,同样是化学实验 与日常生活中使用化学品时所应遵循的原则。 2.化学实验的绿色追求 化学实验的绿色化就是以绿色化学的理念和原则来指导实验工 作,使实验室的“三废”排放降低到最低程度并能得到妥善的处理,实 验室的安全性和环境质量得到提升,师生的绿色化学和环保意识得 到强化。
一二
2.绿色化学示意图
一二
3.原子经济性和原子利用率的计算 (1)原子经济性,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了目 标产物。化学反应的“原子经济性”概念是绿色化学的核心内容之
一。
(2)原子利用率:在化学反应中有多少反应物的原子变成了目标产 物。
原子利用率=
目标产物的相对分子质量 产物的相对分子质量总和
一二
二、电解水的微型实验 当电池两极与电极联通电解开始后,溶液中的H+在阴极放电生 成H2,OH-在阳极放电,生成O2。井穴水面上的气泡内为氢氧混合气 体,用点着的火柴靠近气泡,可听到尖锐的爆鸣声。在实验中使用 5%NaOH溶液是为了增大水的导电能力,也可用稀硫酸或硫酸钠溶 液等来代替稀NaOH溶液。
×
100%
一二
二、微型实验
起源于20世纪80年代的微型化学实验是国际公认的一种在微型
化的条件下进行化学实验的新技术和新方法。微型实验以尽可能
少的药品用量来获取最有效的实验信息,其特点是:在保证不影响
实验效果的前提下,药品用量少(一般为常规量的
1 10
~
1
1 000
)、仪器容
积小、污染减少、操作方便、实验现象直观明显、实验过程快速
别为
4
mol、
8 3
mol、2
mol,丙方案消耗的硝酸量最少且不产生污
染。
(4)若用上题中装置进行实验证明氧化性:KMnO4>Cl2>Br2,根据 氧化还原反应的规律可以得出应先用KMnO4制Cl2,再用Cl2制Br2。 所以实验的操作步骤为向d中加入KBr溶液,向c中加入固体KMnO4, 由a向c中加入浓盐酸;其中实验的现象为c中有黄绿色气体产生,d中
(2)c中放一小块铜片,由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸时发生 反应为Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;若再由a向c中 加2 mL蒸馏水,浓硝酸的浓度变小,所以反应变得缓慢,并逐渐生成 NO,气体颜色变浅。
知识点1 知识点2
(3)甲方案制取硝酸铜的化学方程式为 Cu+4HNO3(浓)
溶液变为棕黄色。但是由于Cl2和Br2蒸气均为有毒的气体,所以需 要处理尾气。
知识点1 知识点2
答案:(1)检验装置气密性
(2)Cu+4HNO3(浓) 颜色变淡
Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 反应变慢,气体
(3)丙 耗酸量最少,无污染
(4)向d中加入KBr溶液,c中加入固体KMnO4,由a向c中加入浓盐酸 c中有黄绿色气体产生,d中溶液变为棕黄色 没有处理尾气
电解水的微型实验与初中电解水的实验相比,有哪些优点?从哪 些方面体现了化学实验的绿色化?
提示:与初中电解水的实验相比,电解水的微型实验装置小,药品 的用量少,减少了实验的危险性,节约了能源,但是实验现象和实验 的结果都没有改变,实验效果很好。从减少实验试剂的用量等方面 体现了化学实验绿色化。
一二
一、绿色化学 1.绿色化学的目标、特点和意义 绿色化学既是用化学的技术和方法去消灭或减少那些对人类健 康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生 产过程中的使用,同时也要在生产过程中不产生有毒有害的副产物。 (1)绿色化学的目标 利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。研 究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大限度地节约能源,在化 工生产各个环节都实现净化和无污染的反应途径。
知识点1 知识点2
点拨绿色化学的概念提出不久便受到了极大的重视。近几年高 考中,为适应绿色化学教育的需求,有关绿色化学的试题不断升温, 目的是使学生通过解题,树立绿色意识。
知识点1 知识点2
知识点2 化学实验绿色化 【例题2】 某兴趣小组设计出右图所示装置来改进教材中“铜与 硝酸反应”的实验,以探究化学实验的绿色化。