绿色化学教案(共68页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上绿 色 化 学教 案2007年3月第一章绪论一、教学目的通过本章教学，首先让学生了解化学动力学和热力学的有关知识和有机化学的有关知识，为后面的学习作一知识铺垫。让学生了解绿色化学是在什么背景下诞生的，明确绿色化学兴起的历史必然性和现实必要性，了解人类所面临的各种环境问题的成因、危害及解决途径。二、教学的重点、难点绿色化学兴起对人类可持续发展的重要意义，环境问题的成因与危害。三、教学时数本章教学需6课时四、教学内容1.1 什么是化学（预备知识）1.1.1什么是化学1.1.2 化学相关知识介绍1.2化学给人类带来的困惑1.2.120世纪化学的贡献1.2.220世纪人类面临的危机1.3 绿色化学兴起的背景和历史沿革1.3.1 环境保护的三个时期1.3.2绿色化学在各国的兴起1.3.3美国“总统绿色化学挑战奖”1.3.4 绿色化学在中国1.4 绿色化学与可持续发展1.4.1 传统化学工业与传统发展观1.4.2绿色化学与可持续发展观开篇绪言：1.为什么开设这门课程？2.学什么？如何学？1、化学与生活生产紧密相联消除化学盲是提高综合素质的需要国人在不同层次存在以下几盲：文盲、机盲、科普盲、外语盲、还有化学盲。为什么把化学盲单独列出呢，而不是艺术盲、物理盲或是其它什么盲呢，因为化学与我们的生活息息相关，所以消除化学盲是提高综合素质的需要。在座的各位在中学都学过化学，说到化学大家都会想到化学反应议程式，还有那些玻璃器皿，现在我们换一个角度来谈一些与化学有关的问题。（化学对我们的生活、社会、经济、文化、人类的影响）我先请大家思考几个问题。“某某牌化妆品来自全天然产物，不含任何化学品，安全高效。”这种说法科学吗？（有两个误区：化学品，全天然）由学生回答这个常识、还有其它一些常识性知识：蚊香无毒你信吗？换脸化妆品你信吗？放鞭炮的问题仅仅是爆炸引起的危险吗这些常识很简单，下面一个故事需要大家动动脑子化学盲引发的闹剧白磷自然引发的迷信故事朱砂丸事件一个真实的悲剧一个女孩由于过多服用了乡下郎中开的药朱砂丸后中毒辣毒身亡，这个女孩不是文盲，不是一直生长在偏避的山区，而是一个受过四年高等教育的大学生，她就是我校计算机专业才毕业的一位女大学生，这是一个发生在个体上的悲剧，这种悲剧的发生固然有很多因素，但却反映了我们教育中存在的问题？反映了我们现在大学生的素质问题综合素质问题。现在社会对大学生的综合素质要求越来越高，就连北京对做家政的大学生都提出了很高的要求，社会希望大学生不仅有良好的专业素质，还要见多识广，有宽阔的知识面。因为化学化工不仅与人类的生产生活密切相关，与我们的很多领域有着很密切的关系，（见课件：中心学科）所以化学影响可以说是牵一发动全身，因此，作为化学的基本知识也应该成为素质教育的一项重要内容。拓宽知识面是提高综合素质的有效途径，也是学校的职责。也是我们开设绿色化学的目的之一。为什么不是普通化学而是绿色化学，它和普通的化学有什么关系，为什么要加上绿色二字？绿色化学内含了先进的理念绿色理念。综合素质不仅表现在我们要有宽广的知识面还要有先进的理念，这种先进理念的建立甚至比知识本身更为重要，但需要知识做为铺垫。引入2、通过绿色化学知识的学习建立绿色理念当今重大的环境问题几乎都与化学品生产有着直接或间接的关系问题的提出：在科学不发达的过去，人类面临的最大问题是什么（生存问题），在科学发达的今天，人类目前面临的最大问题又是什么呢（环境、资源问题，依然是生存问题）为什么科学发展到今天，人类面临的依然是生存问题？这不得不让我们反思19世纪中期到20世纪末发展起来的科学技术进行反思要，21世纪的科技之路应该怎么走？尤其是对化学化工方面的反思。21世纪的化学应该向何方发展？为什么呢，它在提高人类生存质量的同时，也使人类面临危机，人类需反思不仅仅是技术本身，更重要的是观念，因为这不完全是技术问题，更是一个观念问题。人类发展进程中出现了问题，针对这一问题我们需要建立一种新的理念，从而来指导我们的科技发展。反思传统的科技发展观，人们不会不记得：人类一直利用科学技术的力量把地球和自然作为征服的对象，决不允许自然违抗人类的意愿。不仅如此，人类的很多生活方式也是建立在这种观念之下而形成。无论生产与生活都在直接和间接地、肆意的、无节制的向大自然索取，而且在索取的过程中还在伤害大自然，于是乎出现了一系列危及人类生存的新问题：资源问题、污染问题、健康问题等等。科技的发展之路依然沿着这个思路走下去吗，显然是走不下去的，一个种的理念伴随着滚滚的绿色风暴在人类的反思过程中席卷全球，并很快渗透到人类生产、生活的各个领域，工、农、商、社、科技、教育。大家对这场绿色风暴了解多少呢。绿色化学内涵的理念和价值观绿色化学作为绿色浪潮中的一朵奇葩，它的理念、它内含的价值观、它所引发的绿色产业革命都是值得我们关注的。作为现时代的大学生，我们的理念应该是紧跟时代潮流，紧扣时代脉搏，新的理念的建立，需要新知识的铺垫，新的科技发展，需要我们不仅有新知识、新理念，还要有创新意识。绿色化学不仅涉及了化学的一些基本知识，由于它是这个时代的产物，体现了传统学科所缺乏的新的理念、新的思维方式，也为解决人类生存问题开了一剂良药、是开启人类更高层次文明大门的一把金钥匙，是打开我们眼界的一扇窗口，透过它我们学习到的不仅仅是简单的化学知识，还有科技和教育对经济、对社会、对文化、乃至对人类的可持续发展所产生的重大影响，或许对我们常为之而困惑的学为何用有所启发吧。美国环境教育专家David Wors说过：“人们普遍认为，环境问题可以通过某种技术解决。先进的技术固然有用，但现在的危机不仅仅是技术的问题，它更是人们思维的问题，环境危机实际上是一种教育的危机教育本身就是一种形成和发展人们的思维能力的手段。”因此，绿色化学观点、理论应进入课堂，使化学专业的学生能在“绿色”的高度上认识化学、理解化学、学习化学。其他专业的学生也应该对环境、对绿色化学有新的认识，从而提高科学素养，增强环境意识。把绿色意识贯穿到教学内容中，传授绿色科技知识、传播绿色文化、倡导绿色行为是教育界义不容辞的职责。这也是我开设本门课的目的之二。3、学习总体要求本课程侧重于开阔视野，拓展知识面。要求理解和掌握绿色化学的基本原理、基本概念、基本方法等基础知识及应用，充分认识环境问题给人类带来的严重危害，认识绿色化学兴起的必要性和历史必然性及其对人类可持续发展的重要影响，强化“绿色”意识，树立科学的发展观 。1.1 什么是化学（预备知识）1、外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响，催化剂的作用原理2、有机化合物特点、官能团、常见反应类型及有机合成路线设计原理。3、对映异构体的特点。引入：为了便于以后学习，本节将对与本课程学习有关的化学知识和概念作一简单介绍。1.1.1 什么是化学化学是研究物质化学运动的科学，它的研究对象包括物质的组成、结构、性质、化学变化规律及其应用。化学所研究的物质不仅包括存在于大自然中的所有物质。还包括由人类创造的新物质。化学是一门中心科学。从科学为人类服务角度去看待化学，我们有理由说化学以其实用性和创造性奠定了其中心科学的地位。对于传统科学而言，化学的中心科学地位表现为承上启下的中心作用。通常认为传统科学有六门，分别是数学、物理、化学、天文学、地理学、生物学。一般而言，科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度之分。位于前面的科学如数学和物理，研究的对象简单，但理论性强不乏深度，对后面的科学研究有着指导意义，后面科学研究的对象相对而言要复杂的多，多要借用前面科学的理论和方法才得以更好地发展。而化学处于中间位置，既要用到其前面科学的研究理论，又为后面科学的发展提供理念依据。对于当代新兴科学而言，化学的中心科学地位体现在与多学科的交叉和渗透中，并为许多学科领域服务。信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学堪称当代之八大新兴或朝阳科学，其研究和发展无不与化学相关。诸如在“生物化学”基础上形成的“分子生物学”，离不开化学理论和方法指导的环境、材料、能源和核科学，与化学息息相关的信息、地球、空间科学等等。此外化学合成和分离还提供了必要的物质基础，它对物理学、生物学、地质学、计算机科学、电子学、药学、环境科学、工程学、冶金学，以及很多其他的领域，都有重大的贡献。1.1.2 化学相关知识介绍1、化学反应速率化学反应速率也即化学反应速度，是指化学反应的快慢。有些化学反应进行得很快，几乎在一瞬间就能完成，例如炸药爆炸、酸碱中和反应等。也有一些反应则进行得很慢，例如煤炭和空气在室温下可以长期共存而不发生显著的变化，水泥的水化过程也有长达数十年之久的。人（白磷自然引发的迷信故事）即使同一反应，在不同的条件下，反应速率也不相同。例如钢铁在常温下、在干燥的环境中氧化较慢，在高温湿热的环境中氧化要快得多。在人类的生产和生活中，常会碰到需要加快或减慢反应速率的情况，因此人们必须了解化学反应速率的一般规律，以及影响化学反应速率的各种因素，以便去改变和控制化学反应速率。这也是化学动力学研究的问题。关于这个问题我们通过复习主要要搞清以下几个问题：影响化学反应速度有哪些外因？哪些内因？外因是如何通过内因影响化学反应速度的？这些内容我们在高中都学过，下面请同学回答第一个问题。影响化学反应速度的外因有温度、压力（气相反应）、反应物的浓度及催化剂等。下面我们讨论第二个问题，首先我们要看看影响化学反应速度的内因有哪些，然后再讨论外因和内因之间的关系。生成物分子平均能量能反应历程量EE1E2EEEEEEEEEEEEEE反应物分子平均能量活化分子的最低能量影响化学反应速度的内因有活化能、活化分子、有效碰撞（请同学回答），根据图12活化能示意图，说明这三者的涵义（引导同学回答：内因？内因因素之间关系？）化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的生成，按照现代化学反应速率理论：参加反应的分子必须具有足够的能量，才能够克服反应所需要的能垒，发生“有效碰撞”才能使化学反应得以进行。达到这一能量的分子我们称之为“活化分子”，反应所需要克服的能垒我们称之为“活化能”。因此，影响任意一内因都会影响反应速度。外因是如何通过内因对反应速度产生影响？降低活化能能够提高反应速度，那么如何降低反应活化能？加入适当的催化剂。 催化剂：能改变化学反应速率而本身的组成、物质的量及化学性质在反应前后保持不变的物质。图中所示是合成氨反应的两平行路线，一条是没加催化剂，活化能为E，很高，另一条是加了催化剂，使得反应活化能大大降低。问题：对比这两条线路，其反应途径是否改变？催化剂是否参加反应？启发学生总结出机理（催化剂对反应速度的影响是通过改变反应活化能而实现的），催化剂对化学工业生产十分的重要，启发学生总结出其作用。（能否降低反应速度？对降低能耗有无贡献？为什么有选择性？中间产物的形成，）。最后应该指出：催化剂能改变化学反应的速率，缩短反应时间和生产周期，但一个按热力学规律不能发生的化学反应，加了催化剂后，也决不会发生化学反应。那么温度、浓度又是如何通过对内因的影响而影响化学反应速率的呢？请同学们思考。见图。 结论：关键是有效碰撞数决定了反应速率。问题：压力加大对反应速度有何影响？对逆反应速度有无影响？为什么？如果在反应体系内加入与反应无关的气体，总压力虽增加了，但分压未增加，或者说反应物产物的总量没有改变，所以反应速度不会改变？ 思考：1、对于一个放热反应，无需外加能量，反应就可以进行吗？2、只要有合适的催化剂，任何反应都可以进行？3、催化剂虽能提高反应的速率，但本身不参加化学反应，正确吗？2、化学平衡问题：什么是化学平衡，研究它有什么意义？当一个化学反应进行到一定进度时，其正反应速度逆反应速度时，这个状态就叫做化学平衡状态。特点：反应物和产物的浓度不再随时间变化而变化，是一动态平衡。外界条件一改变，平衡将随之而变。我们所关注的是如何来控制这个平衡，让反应向着我们需要的产物的方向进行，使产物的浓度达到最大，这也是我们研究化学平衡的目的。事实上人们已经根据实验总结出一条普遍的规律这就是吕查德理原理：当体系达到平衡后，如果改变体系平衡的条件之一(如浓度、压力或温度)，平衡就向减弱这个改变的方向移动。下面我们根据这一原理，用一个实例，来选择外界条件。例合成氨3H2N22NH3 +Q 分析这个反应特点：可逆反应、体积减小反应、放热反应。（板书）从速度角度分析合成氨所需要的条件：高压、高温、催化剂、提高反应物浓度。两者都考虑：适当温度、高压、及时移走产物、加入适当催化剂综合考虑（包含对工艺）：温度500左右（考虑平衡移动、速度、催化剂活性所需）适当压力20MPa50MPa、催化剂、动态循环（让学生根据动态图思考回答：及时改变反应物和产物浓度）思考：如果反应前后气态物质分子总数相同，压力会对化学平衡产生影响吗？为什么？催化剂对化学平衡有无影响？为什么？3、 有机化合物及其官能团有机化合物的特点：热的稳定性较差，容易燃烧；熔点和沸点较低，易挥发；难溶于水而较易溶于有机溶剂；反应速度慢，通常需要加热、加催化剂或在光照下才能使反应进行；一般除主反应外还有副反应发生，产物通常是混合物，为得到所需要的产物，还需要认真仔细地分离和提纯。有机化合物的分类：有两种分类方式，一种是按碳架分类， 另一种是按官能团分类（参见书上图表）。图1-3简单复习同分异构体概念，引入对映异构体，几种药品对映异构体生物活性不同最后说明：结构与性质尤其是生物活性的这种关系，对化学家设计更安全的化学品非常重要，相关内容将在后面的章节学习小结：4、 对映异构与生物活性对映异构体的概念：呈镜像关系的异构体互为对映异构体。见下图：乳酸这两种呈镜像对映关系的异构体就是对映异构体，也称为光学异构体或旋光异构体。其中第二个碳原子（上图的中心位置），称为手性碳原子，围绕其周围的原子和基团都不相同，从而形成两种排列方式，两者不能重叠，呈现出手性的特点。对映异构体的特点：不同的旋光性肌肉运动产生的乳酸偏振光右旋乳糖发酵产生的乳酸偏振光偏振光左旋酸牛乳产生的乳酸偏振光无影响我们称这种能使偏振光振动面右旋的物质叫右旋体用d (dextrotatory)或（）表示，能使偏振光振动面左旋的物质叫左旋体用l(levorotatory)或（），当右旋体和左旋体等量混合，对旋光的作用就会相互抵消，不产生旋光作用，这种混合物我们称之为外消旋体，用dl或（±）表示。上述酸牛乳产生的乳酸就是外消旋体。不同的生物活性：例这种化学药品叫反应停 (thalidomide)，被用来减轻孕妇在妊娠期间的恶心和呕吐等症状。由于服用该药，使得许多孕妇所生的婴儿发生严重的畸形，出现缺肢或肢体严重变形等恶果。后来才发现，只有它的R-异构体有镇静作用，而其S-异构体则是致畸的。惨痛的教训使人们对药物的手性有了深刻的认识。很多对映异构体都表现出不同的生物活性，如（）肾上腺素收缩血管的作用比其对映体强1215倍；（）氯霉素有很强的抑菌作用而其对映异构体却无效，合霉素是氯霉素的外消旋体，其疗效为氯霉素的1/2；（）尼古丁的毒性高于（+）尼古丁。因此了解这一点对安全药物的设计与使用有着极为重要的意义。5、化学反应类型。强调绿色化学的研究角度。引导学生关注反应物进入目标产物的情况，为后面学习原子经济性概念奠定基础。主要让学生掌握各类反应的原子经济性。不同类型的化学反应对绿色化学的实现有着重要影响，所以我们复习一下有机化学反应常见的类型。我们给大家介绍六种常见的化学反应，我们关注一下这六种化学反应中反应物进入产物的情况（见课件）。分子重排反应 化合物分子中的某些基团的转移或分子内碳原子骨架的改变的反应。重排的结果有两种可能，其一是生成原来化合物的同分异构体，例： 其二是失去某些简单分子（如水等）面生成另一种化合物。例： 加成反应 在分子中含有双键或三键的原子上另加两个原子或两个基团，生成化合物的反应。如环加成、烯烃溴化等。例：   取代反应 有机化合物分子中的原子或基团被其它原子或基团替代的反应。例： 消除反应 有机化合物中相近的两个碳原子上脱去水、氢、卤化氢等小分子而形成还饱和（双键或三键）化合物的反应。例：氧化还原反应 化学反应过程中有电子得失的化学反应。在有机化学反应中，是指有机物得到氧或失去氢的反应。例： 周环反应 指通过环状过渡态进行的协同反应。常见的有以下三种类型： 环加成反应 电环合反应迁移反应上述比较可见：加成反应、分子内的重排反应、周环反应进入产物情况良好，取代、消除反应进入情况较差，而氧化还原反应不能确定。请大家记住这个结论，在下一章我们还要继续讨论这个问题。思考：就有机化合的反应类型而言，哪些类型对绿色化学更具价值？为什么？6、有机合成相关知识。什么是有机合成、有机合成的任务、有机合成路线设计、优秀合成路线的标准。我们为什么要介绍有机合成的有关知识，它和绿色化学有什么关系。如果说化学有中心学科之称，那么有机合成可以说是化学这个中心学科的中心，这是我们人类研究化学的最终目的是让化学能够为人类服务，而这种服务最直接的方式就是合成人类所需要的各种功能的分子或者说化合物，大家知道我们生活生产中所用的化学产品从原料的获取到产品的生成主要来自有机合成，而这个过程都和我们目前出现的环境问题密切相关，所以，我们绿色化学以有机合成为切入点，研究如何解决有机合成中的污染问题的途径。这里主要要搞清以下四个问题什么是有机合成：通常是指从适当易得原料出发，经由碳碳键形成得到所需的碳骨架并且通过官能团转换和立体化学控制等，最后得到具有指定化学结构 “目标分子”的一系列操作。绿色化学研究的问题是要求这一系列的操作要符合绿色化学的要求。有机合成的任务：一是证明分子的结构或为理论工作提供具有各种性能的分子，为理论研究提供实验依据；二是为工业提供具有各种性能的分子，并建立有效的生产方法。合成的最终目的是根据人类需要合成各种性能的分子，在传统化学中人们关注的是分子的性能或者说叫功能，而绿色化学则要求在此基础上还要注重这些功能性分子对人类和环境是安全无害的。有机合成路线设计：有机合成设计或合成路线推导，通常采用逆合成的办法。逆合成，就是首先找出所有能够由一次反应便能生成目标分子的中间化合物，再把每个中间化合物当作新的目标分子以同样办法向前追溯如此下去，直到得出简单易得的出原料分子为止。而这个合成路线显然不止一条（为什么？），我们要从中选择最佳的一条。这就是逆合成的思维。合成路线的设计选择有一个前提，就是合成分子的结构必须是清楚的，事实上，我们常常发现某种化学物质对我们很重要，而后才去研究其分子结构，最后再进行合成。例青霉素的合成。（见课件）随着科学的发展，人们逐步了解了更多物质性质与其结构的关系，便开始尝试着设计新的自然界没有的物质，然后在此基础上合成出来。例如我们现在各行业都用到的高分子化合物，新材料等。所以设计新的化学品也是有机合成中不可缺少的环节，而绿色化学所关注的是：对于这些已知的化学品，如何在保持其功能的同时，使其尽可能少的产生危害，我们在设计一个新的化学品时，不仅要考虑其功能还要考虑其对人类和环境的危害。对于天然分子，我们要搞清其结构，然后再研究其如何合成，如何搞清呢？“解剖麻雀”：以化学降解进行逆合成分析的例子可以举美国Virginia大学的Hecht对博来霉素A2(bleomtcinA2)的合成为例。Bleomycin是由Omezawa等人在1965年由链霉菌内分离出的具有很强抗癌活性物质。当将BleomycinA2进行化学水解时得到了9个结构碎片，是化学键的断裂引起，所以其合成就是反过程。见课件。Hecht合成bleomtcinA2的路线就是这样确定的。他分别形成这9个碎片部分，再予以连结。这项合成工作是在80年代完成的。（摘自有机合成基础P6）。这种解剖方法可以是化学降解，也可以用质谱分析中的电子轰击化合物形成碎片分析。上述分子的合成不仅使工业生产成为可能，对已有分子的合成也为我们设计新分子提供了依据。我可以再深入研究，这个结构里抗癌作用的结构是哪一部分？有没有对人体产生危害的结构单元？这个单元是否影响疗效等。我们可不可以据此设计出更为有效的结构的分子，对人体更为安全的分子。这是有机合成的任务作，也是其目的所在。（进一步说明有机合成的任务）优秀合成路线的标准：1)步骤少涉及的方法简单、安全； 2)起始原料价廉易得； 3)产率越高越好。设问：这个标准有什么欠缺？（无视环境问题）传统化学在设计过程中主要是关注生产的成本，而绿色化学主要的是关注环境。传统化学与绿色化学存在理念上的差异，虽然它们都属化学学科。这些问题我们将会通过后面章节的学习逐步认识和理解。第一节小结1、了解外界条件如何影响化学平衡、化学反应速度，弄清其原理及对实际生产的意义。2、掌握催化剂概念及其作用原理。3、了解有机化合物基本知识特点、分类、官能团、对映异构体生物活性、反应类型等4、了解有机合成路线设计原理（逆合成）1.2化学给人类带来的困惑1、20世纪化学主要有哪些贡献？2、化学在为人类贡献的同时导致了哪些危机？（备注：教学中注重与现实热点、生活中的实例相结合。注意学生环保意识、节约意识的教育。）1.2.120世纪化学的贡献观看录像“化学与人类环境”课堂讨论：这个报告听过以后，你有什么收获和感受？刘教授从大气污染和水污染两个角度阐述了环境与人类的联系，从中我们不仅感受到环境问题对人类的严重威胁，还学习到了很多的化学常识.。事实上人类对化学的反思是基于化学的正反面，这也就是我们第二节要给大家介绍的，对化学功与过的反思。我们反思的目的，是为了充分认识危机的严重性，同时要从战略战术上去考虑我们的化学之路将如何走，科技之路将如何走，才能保证人类能够可持续发展，才能使得我们每个家庭的“香火不断”啊。这里给大家看几幅图片（见课件），这里是山青水秀、鸟语花香、这里是浓浓的春意、浪漫的生活，这些都是人类永恒的追求，然而这里却是浓烟滚滚、污水横流，这是我们永远也不想看到的画面，但我们却不得不去面对这一切，我们的生存离不开化学，化学同时也在威胁着我们的生存。下面我们讲第一章的第二节化学给人类带来的困惑基于化学的产业，利用天然资源不仅生产了大量的化肥、农药、农膜、塑料，直接为人类服务，同时还生产了大量的钢铁、水泥等产品和材料，支撑着其它与人类生存息息相关的产业和行业，诸如，机械行业、电子行业、制造业、交通运输、医药卫生等。可以说化学对人类的贡献是巨大的。化学给人类贡献可以概括从三个大方面：解决了人类生存的基本问题粮食与健康问题（见课件）。人类发现了青霉菌，于是合成了青霉素，青霉素的合成引发了19世纪的医疗革命，使人类的平均寿命从1900年的45岁上升到20世纪90年代的75岁，因为发明了能够控制病虫害及提高产量的农用化学品，20世纪世界的食物供应呈现出爆炸性的增长，从而使生活在地球上几十亿人口的物质生活得到改善，而高分子材料合成的成功大大提升了人类生活的质量，化学对于人类可谓功不可抹。然而，化学在给人类谋福利的同时，也使人类面临着严重的危机。1.2.1 20世纪化学工业带来的危机人类目前面临着十大危机，全球变暖（温室效应）、臭氧层破坏、大气污染、酸雨蔓延、水体污染（水资源不足）、海洋污染（海洋生态危机）、固体废物（垃圾越来越多），生物多样性减少（物种濒危）、森林锐减、土地荒漠化。其中有七项与化学污染密切相关。（见课件）1、 环境危机大气污染：成因与危害（课件）大气污染物是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。大气污染物主要有天然污染物和人为污染物，而引起公害的往往是人为污染物，它们主要来源于燃料燃烧和大规模的工矿企业。随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的废气、烟尘物质排入大气。大量的碳氢化合物、碳氧化合物、硫氧化合物、氮氧化合物和甲烷等工业废气不停地排向大气圈。这些都将对人类及其生存环境造成危害。如燃料燃烧使大气中的二氧化碳浓度不断增加，破坏了自然界二氧化碳的平衡，加重了 “”。另外，大气中还有由于刮风扬起的土壤、花粉，火山爆发产生的粉尘，工业粉碎、喷雾引起的粉尘，燃烧过程中产生的废气、灰尘和煤灰，汽车卷起的粉尘及其尾气中的粉尘类物质等。这些粉尘中，有对人类危害巨大的含铅、镉、镍等元素的无机物，也有芳香族类、有机醛类、酶类等有机物质。大气污染会导致诸多危害，如光化学烟雾，光化学烟雾是一种刺激性的浅蓝色混合型烟雾，其组成比较复杂，主要是臭氧，此外还有氮的氧化物和过氧酰基硝酸酯、高活性游离基及某些醛类和酮类。这些物质并非某一污染源直接排放的原始污染物质，而是由氮的氧化物和碳氢化合物等第一次污染物在阳光照射下，发生光化学反应而形成的一种二次污染物。经过研究发现氮的氧化物和碳氢化合物是汽车排出的废气造成（见课件光化学烟雾形成的条件）。问题：试根据光化学烟雾的主要成分，说说它可能造成的危害。（由于其强氧化性而导致对人体和对植物的伤害和对物品的腐蚀作用。）光化学烟雾的污染最早出现在美国洛杉矶。（背景资料1）由于开始未能查明原因，又无有效措施，使该市每年有60多天笼罩在光化学烟雾之中，终于在1952年爆发了洛杉矶光化学烟雾事件。当时烟雾浓度高达0.65 ppm，不少的儿童和老人眼睛红肿，呼吸困难；蔬菜由绿色变黄色，菠菜到了不能吃的地步；橡胶制品变得失去弹性而龟裂；仅加利福尼亚洲，就有190万棵松树受害，其中30%枯死。1943年洛杉矶市就有汽车250万辆，每天排出废气中，氮的氧化物达300400 t，碳氢化合物1000 t以上，再加上炼油厂及其它厂的废气，经光化学反应造成这些严重的污染事件。日本的东京和大阪等大城市，光化学污染也很严重。1970年东京一个区受光化学烟雾的毒害，使二万人患眼痛病，正在操场上活动的某校学生，突然害红眼和喉痛，并相继有人昏倒。1971年这种危害已扩展到神奈川县、千叶县等地。问题：这个事件发生已半个多世纪，对我们今天有警示意义吗？为什么？（启发学生回答）对现实的警示：光化学烟雾可以说是工业发达、汽车拥挤的大城市的一个隐患。5O年代以来，世界上很多城市都不断发生过光化学烟雾事件。光化学烟雾的形成机理十分复杂，其主要污染物来自汽车尾气。因此，目前人们主要在改善城市交通结构、改进汽车燃料、安装汽车排气系统催化装置等方面做着积极的努力，以防患于未然。臭氧层破坏：臭氧层的作用、臭氧空洞成因与危害、（课件）、相关行业（与化学品的联系）及人类保护法规、目前解决措施。资料2作用：包围地球的大气层有五层：对流层、平流层、中间层、热层和外层，臭氧层位于平流层。大气中的臭氧含量仅一亿分之一，但在离地面20至30公里的平流层中，存在着臭氧层，其中臭氧的含量占这一高度空气总量的十万分之一。（见课件图）。臭氧层是地球最好的保护伞，它吸收了来自太阳的大部分紫外线，将这些有致命危险的辐射线转换成热能，只有极少量能到达地表，在太阳与地球之间形成了一道天然的屏障。正是有了这道屏障，地球上的人类与其他生物才得以正常生存与繁衍。元凶：人造化学品所致如冰箱、空调中的氟里昂对臭氧层具有破坏作用。用于清洗的三氟三氯乙烷(CFC113)、三氯乙烷(TCA)和四氯化碳(CTC)也是消耗臭氧层的物质(ODS英文OzoneDepletingSubstance的缩写，意为消耗臭氧层的物质）。用作冰箱和空调的制冷剂、生产靠垫和垫子的软泡发泡剂和印刷线路板及其他设备的清洗剂的氟氯化碳；用作制冷剂和发泡剂的氢氯化碳。人类大量使用空调制冷剂、泡沫灭火剂、气雾剂、发胶、蓬松剂等化学性质稳定的氟氯烃（氯氟烃取英文名称Chlorofluorocarbon的字头CFC表示）、溴氟氯烃等化合物，这类化合物虽然在地表面时性质稳定、不易燃烧，易于贮存，对人和其他生物也没有毒性，但当它们上升到平流层中后，在强烈的紫外线作用下，会与大气平流层中的臭氧发生化学反应（见课件），NO+O3NO2+O2NO2+O.NO+O2使臭氧分解而降低其在平流层中的浓度。另一方面，汽车尾气、火力发电厂的烟气等中所含的NOx类化合物进人平流层后，会加速臭氧的分解反应，从而破坏臭氧层。随着人类向大气中排放这种物质的迅速增加，臭氧层的破坏亦日趋严重。目前在南极上空已形成了近万平方公里的“臭氧空洞”（见课件图）。 危害：臭氧层遭到破坏后，太阳光中的紫外线长驱直入，会破坏包括DNA在内的生物分子，增加患皮肤癌、白内障的机率，而且和许多免疫系统疾病有关。据不完全统计，仅美国的皮肤癌患者目前就达50万人之多，且每年死亡5000人，澳大利亚因距南极较近，人口仅1700万的该国每年死于皮肤癌的人数就与美国相当，也达5000人。如果臭氧层的臭氧再消耗10，美国的皮肤癌患者将增加到150万。此外，紫外线对于农作物、甚至海洋生态系都会造成负面影响。由于太阳光照射到地球上紫外线的增加，植物中豆类、瓜类、芥菜、西红柿等农作物的产量和品质都会下降，也给人类的生活带来极大的影响。对策：行政手段和科技支持既然破坏臭氧层的物质均为人造化学品，那么完全禁止生产和应用这些物质就可保护臭氧层免遭破坏。但是，由于氟里昂等破坏臭氧层的物质在工农业生产上的重要地位，立即禁止生产和使用这些物质并不现实。因此，国际上采用的办法是逐步禁止生产和使用这些破坏臭氧层的物质。从1985年3月，世界21个国家和欧洲共同体签订了保护臭氧层维也纳公约，首次建立了合作保护臭氧层的全球机制开始到1987年9月，40个国家在加拿大蒙特利尔签订了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书，对CFC逐步禁用，从5种、20种、到1992年11月，90个国家在哥本哈根对蒙特利尔议定书(修正案)做了进一步修订，把受控ODS扩大到7类上百种。对于HCFC，2005年减少35%，2010年减少65%，2030年停用。我国1989年9月加入维也纳公约。1993年1月，编制了中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案，对我国目前生产和使用的3种CFC(11、12、113)，2种哈隆(1211、1301)，CCl4和CH3CCl3提出了禁用或限用时间表。技术支持：研究开发替代物，这属绿色化学研究的范畴，以后章节在谈到安全化学品设计时再详谈。气候变暖：（背景资料3）说明与工业生产有关系；危害；京都议定书；不同学术观点的介绍。温室气体：（详见总参考资料）联合国政府间气候变化委员会（IPCC）：问题：温室气体是在什么时期上升的？为什么？伴随着工业革命根据对南极和格陵兰大陆冰盖中密封的气泡中空气的CO2浓度测定，过去长期以来大气中CO2含量一直比较稳定，大体是280ppm左右。只是从18世纪中叶，即工业革命前后开始稳定上升。即人类用了240年时间，使大气中CO2浓度从280ppm上升到355ppm。如按目前增长的速度，到2100年CO2含量将增加到550ppm，即几乎增加一倍。设问：二氧化碳是温室效应的首恶吗？其它温室气体影响如何？；其它温室气体：CO2以外的其他温室气体在大气中的浓度虽比CO2小得多，有的要小好几个量级，但它们的温室效应作用却比CO2强得多。因此它们对大气温室效应的贡献，根据IPCC第二次报告，都只比CO2低一个量级。如果说它们对地球大气温室效应的总贡献和CO2相比，在1960年以前还是很小的话，那么不久的将来便会和CO2并驾齐驱以至超过CO2，这是不可忽视的。危害：说说你知道的温室气体能够引起哪些危害？两极和格陵兰的冰盖会发生融化，引起海平面上升。赤道和热带地区不升温或几乎不升温，升温主要集中在高纬度地区，数量可达6-8甚至更大。从19世纪末以来的百年间，由于全球平均气温上升了0.3-0.6，因而全球海平面相应也上升了10-25？厘米。   全球海平面的上升将直接淹没人口密集、工农业发达的大陆沿海低地地区，因此后果十分严重。威尼斯2100年将成水下城。意大利的威尼斯，是闻名于世的水城，风光秀美，别有一番情趣，吸引着世界各地的游人。但是，由于海平面不断上升和洪水泛滥，这座美丽的城市到2100年就几乎不能居住了。由于全球变暖导致的海平面上升，威尼斯的海平面较之100年前已经上升了23厘米。威尼斯也是一个洪水经常"光顾"的城市。近年来，威尼斯最大的广场圣马可广场每年要经历100多次洪水袭击，而20世纪初的时候，洪水袭击每年大约只是10次。1995年11月在柏林召开的联合国气候变化框架公约缔约方第二次会议上，44个小岛国组成了小岛国联盟，为他们的生存权而呼吁。    气候将趋干旱化。大气环流的调整，除了中纬度干旱化之外，还可能造成世界其他地区气候异常和灾害。例如，低纬度台风强度将增强，台风源地将向北扩展等。引起和加剧传染病流行等。以疟疾为例，过去5年中世界疟疾发病率已翻了两番，现在全世界每年约有5亿人得疟疾，其中200多万人死亡。 设问：温室气体是百害而无一利吗？全球变暖是温室效应还是地球自身变化规律？不同观点：有专家认为，温室效应也并非全是坏事。因为最寒冷的高纬度地区增温最大，因而农业区将向极地大幅度推进。CO2增加也有利于植物光合作用而直接提高有机物产量。还有论文指出，在我国和世界历史时期中温暖期多是降水较多、干旱区退缩的繁荣时期，等等。  当然，在大气温室效应这个问题上，也有不同意见。例如，过去有些科学家认为目前数值模式还不成熟，计算结果过于夸大；百年升高0.3-0.6属于正常气候变化，不能证明是大气温室效应所造成，等等。当然这是少数人的意见。 在可持续发展动态第十期登了文章中，对全球变暖是否是温室气体所致的温室效应得出了新的观点，认为首先是气候变化自身规律，其次才是人类生活的影响，也有观点认为是太阳黑子增加原因，太阳是元凶。尽管如此，但对于目前大气中CO2浓度和全球温度正迅速增加，以及温室气体增加会造成全球变暖的原理，都是没有争论的事实。我们如果等到问题发展到了人类可以明显感知的水平，这时候往往已经难以逆转，那么就为时已晚。因此现在就必须引起高度重视，以便采取对策，保护好人类赖以生存的大气环境。京都议定书就是为了减少温室气体排放，规范人类的行为而制定。京都议定书：内容与规定：全称为联合国气候变化框架公约的京都议定书是联合国气候变化框架公约的补充条款。1997年12月，联合国气候变化框架公约缔约方第三次会议在日本东京召开，会议经过紧张而艰难的谈判，通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖