人类十大环境危机中的化学绿色化学的兴起省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第二章第二章人类人类十大环境危机十大环境危机中中化学迷惑化学迷惑绿色化学兴起绿色化学兴起第1页第二章第二章绿色化学兴起绿色化学兴起20世纪高度工业化,为人类带来丰富物质生活。世纪高度工业化,为人类带来丰富物质生活。当人们陶醉在当代文明舒适享受中时,人类对大自当人们陶醉在当代文明舒适享受中时,人类对大自然破坏已经引发大自然报复。然破坏已经引发大自然报复。蓦然回首,人类发觉自己已深陷十大环境危机蓦然回首,人类发觉自己已深陷十大环境危机中:中:全球变暖(温室效应)、臭氧层破坏、生物多全球变暖(温室效应)、臭氧层破坏、生物多样性降低(物种濒危)、森林锐减、土地荒漠化、样性降低(物种濒危)、森林锐减、土
2、地荒漠化、大气污染(酸雨蔓延)、水体污染(水资源不足)、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(垃圾越来海洋污染(海洋生态危机)、固体废物(垃圾越来越多)、人口猛增。越多)、人口猛增。天灾人祸谁之过?天灾人祸谁之过?第2页第一节第一节“可燃冰可燃冰”未来主要而清洁潜在能源未来主要而清洁潜在能源第二节第二节NO昔日昔日“罪魁祸首罪魁祸首”,今朝,今朝“明星分明星分子子”第三节第三节氟利昂氟利昂从从“制冷界明星制冷界明星”到到“臭氧杀手臭氧杀手”第四节第四节化肥、农药、医药化肥、农药、医药人口猛增人口猛增“功臣功臣”第二章第二章绿色化学兴起绿色化学兴起本章
3、思索题本章思索题以怨报德何其多!以怨报德何其多!其中,问题其中,问题“主角主角”经典地包括经典地包括化学化学有有温室效温室效应、臭氧层破坏、酸雨蔓延、人口猛增应、臭氧层破坏、酸雨蔓延、人口猛增等几大危机。等几大危机。但这些问题但这些问题“主角主角”真都是如此真都是如此“坏坏”吗?吗?第3页第一节第一节“可燃冰可燃冰”未来主要而清未来主要而清洁潜在能源洁潜在能源一、温室气体:一、温室气体:1、温室气体种类、温室气体种类H2O(水蒸气)、(水蒸气)、CO2、NOX(氮氧化物)、(氮氧化物)、CH4等都是温室气体,但其中等都是温室气体,但其中最主要是最主要是CO2和和CH4。工业发展使工业发展使CO
4、2排放量增加很多,有学者预测若大气排放量增加很多,有学者预测若大气中中CO2浓度翻一番,全球将变暖浓度翻一番,全球将变暖5。全球变暖结果是,全球变暖结果是,造成海平面上升、高山雪线上造成海平面上升、高山雪线上移、厄尔尼诺等现象产生移、厄尔尼诺等现象产生。第4页第一节第一节“可燃冰可燃冰”未来主要而清未来主要而清洁潜在能源洁潜在能源一、温室气体:一、温室气体:2、甲烷危害、甲烷危害即使大气中即使大气中CH4浓度很低,但它在大气中浓度很低,但它在大气中聚热效果是聚热效果是CO225倍倍。最近。最近2,大气中,大气中CH4浓度增加了一倍以上。在全浓度增加了一倍以上。在全球变暖作用中,球变暖作用中,C
5、H4占占5%以上。以上。因为甲烷在空气中寿命比二氧化碳短得多,控制其排放因为甲烷在空气中寿命比二氧化碳短得多,控制其排放对减缓全球增温轻易收到显著效果,所以近年来对减缓全球增温轻易收到显著效果,所以近年来甲烷排放甲烷排放问题(养牛、种水稻)问题(养牛、种水稻)受到尤其重视。受到尤其重视。第5页水分子与甲烷和低分子量烷烃,如乙、丙、丁烷,在低水分子与甲烷和低分子量烷烃,如乙、丙、丁烷,在低温、高压环境下形成类似冰状固态结晶物质温、高压环境下形成类似冰状固态结晶物质天然气水天然气水合物合物,其大量存在海底和北极永久冻土层内,中国南海、东,其大量存在海底和北极永久冻土层内,中国南海、东海也有发觉。海
6、也有发觉。常温、常压下,天然气水合物分解为水与甲烷等烷烃,常温、常压下,天然气水合物分解为水与甲烷等烷烃,1cm3水合物可释放出水合物可释放出164cm3天然气,极易燃烧,也称为天然气,极易燃烧,也称为“可燃冰可燃冰”。第一节第一节“可燃冰可燃冰”未来主要而清未来主要而清洁潜在能源洁潜在能源二、甲烷及其水合物:二、甲烷及其水合物:1、可燃冰及其好处、可燃冰及其好处第6页因为因为“可燃冰可燃冰”燃烧时几乎不产生任何残渣或废弃物,燃烧时几乎不产生任何残渣或废弃物,被认为是未来主要而清洁潜在能源。被认为是未来主要而清洁潜在能源。不过,天然气水合物开发上不过,天然气水合物开发上技术困难技术困难。当前,
7、仅俄罗斯。当前,仅俄罗斯进行了工业开发,日本、印度也很重视,中国还未真正开采出进行了工业开发,日本、印度也很重视,中国还未真正开采出天然天然“可燃冰可燃冰”样品。样品。同时,同时,温室效应温室效应与海洋地质灾害(如与海洋地质灾害(如海啸海啸)难以预料难以预料。第一节第一节“可燃冰可燃冰”未来主要而清未来主要而清洁潜在能源洁潜在能源二、甲烷及其水合物:二、甲烷及其水合物:2、可燃冰风险与挑战、可燃冰风险与挑战第7页一氧化氮(一氧化氮(NO)是长久以来被公认是著名是长久以来被公认是著名大气污大气污染物染物(造成酸雨、危害呼吸系统造成酸雨、危害呼吸系统)之一。)之一。化学家们长久为化学家们长久为NO
8、消除而发愁,最近找到了一个消除消除而发愁,最近找到了一个消除NO并生成苯酚新方法:并生成苯酚新方法:第二节第二节NO昔日昔日“罪魁祸首罪魁祸首”,今,今日日“明星分子明星分子”一、一、NO危害:危害:第8页然而,自然而,自20世纪世纪80年代末,科学家发觉,年代末,科学家发觉,NO竟然是一个竟然是一个主要主要信使分子信使分子:NO可激发人体产生许多生物响应,在各种生化过程中起可激发人体产生许多生物响应,在各种生化过程中起着关键作用,如有利于控制血压、免疫调整、神经传递和血小着关键作用,如有利于控制血压、免疫调整、神经传递和血小板凝聚抑制等生理功效等(板凝聚抑制等生理功效等(伟哥伟哥NO:与性相
9、关物质)。:与性相关物质)。所以,对一氧化氮研究,快速发展成为一门当前最活跃生所以,对一氧化氮研究,快速发展成为一门当前最活跃生命科学前沿领域。命科学前沿领域。1998年,年,NO被被时代杂志时代杂志评为评为“明明星分子星分子”。第二节第二节NO昔日昔日“罪魁祸首罪魁祸首”,今,今日日“明星分子明星分子”二、二、NO神奇:神奇:第10页1、NO中哲学中哲学:关键是一氧化氮量关键是一氧化氮量自然界辩证法自然界辩证法!在许多组织中,!在许多组织中,尽管其真正释放量当前尚难于检测,但已确知会释放出不一尽管其真正释放量当前尚难于检测,但已确知会释放出不一样浓度一氧化氮,且浓度改变与机体生理机能紧密相关
10、。样浓度一氧化氮,且浓度改变与机体生理机能紧密相关。2、NO中疑惑中疑惑:硝化甘油硝化甘油炸药炸药(电影垂直极限)(电影垂直极限)药品药品(心机梗塞心机梗塞)诺贝尔诺贝尔疑惑?疑惑?第二节第二节NO昔日昔日“罪魁祸首罪魁祸首”,今,今日日“明星分子明星分子”三、三、NO迷惑:迷惑:第11页高空臭氧层存在,使人类免受紫外线侵害,为人类正常生高空臭氧层存在,使人类免受紫外线侵害,为人类正常生存提供了必不可少保障。所以,臭氧层被称为地球存提供了必不可少保障。所以,臭氧层被称为地球“保护伞保护伞”。不过卫星预测资料显示,高空不过卫星预测资料显示,高空臭氧臭氧(O3)生成和消亡自)生成和消亡自平衡关系,
11、已被人类活动(如平衡关系,已被人类活动(如氟利昂大规模使用、核爆炸氟利昂大规模使用、核爆炸和喷气式飞机高空飞行和喷气式飞机高空飞行)所破坏,其浓度正在降低。)所破坏,其浓度正在降低。臭氧层破坏,将使紫外线等短波辐射增强,造成皮肤癌患臭氧层破坏,将使紫外线等短波辐射增强,造成皮肤癌患者增加,同时对自然生态系统带来严重影响。维护臭氧层平衡,者增加,同时对自然生态系统带来严重影响。维护臭氧层平衡,已成为一个全球性环境问题。已成为一个全球性环境问题。第三节第三节氟利昂氟利昂从从“制冷界明星制冷界明星”到到“臭氧杀手臭氧杀手”一、臭氧层破坏后果:一、臭氧层破坏后果:第12页氟利昂作为氟利昂作为制冷剂制冷
12、剂(空调、冰箱中)、(空调、冰箱中)、抛射剂抛射剂(气雾(气雾剂产品中)等,在工业生产中含有主要地位,它还可作为剂产品中)等,在工业生产中含有主要地位,它还可作为发发泡剂泡剂(发泡塑料制造)、(发泡塑料制造)、清洁剂清洁剂(电子产品清洗)和(电子产品清洗)和灭火灭火剂剂。氟利昂发觉,曾一度被认为是氟利昂发觉,曾一度被认为是元素周期表应用元素周期表应用主要结主要结果。果。第三节第三节氟利昂氟利昂从从“制冷界明星制冷界明星”到到“臭氧杀手臭氧杀手”二、氟利昂二、氟利昂制冷界制冷界“昔日明星昔日明星”1、氟利昂用途与发觉、氟利昂用途与发觉第13页(2)结构)结构:依据依据氯氟烃氯氟烃英文名称英文名称
13、Chloro-fluoron-carbon,取其字头组成缩写,取其字头组成缩写CFC,用,用CFC代码作为氯氟烃统称代码作为氯氟烃统称。第三节第三节氟利昂氟利昂从从“制冷界明星制冷界明星”到到“臭氧杀手臭氧杀手”二、氟利昂二、氟利昂制冷界制冷界“昔日明星昔日明星”2、氟利昂种类与结构、氟利昂种类与结构(1)种类)种类:氟利昂是饱和碳氢化合物卤(氟、氯、溴)氟利昂是饱和碳氢化合物卤(氟、氯、溴)代物总称。其种类有数十种,其中代物总称。其种类有数十种,其中F12和和F22(R12和和R22)为)为中压中温制冷剂,含有没有色、无味、基本无毒、不燃烧、不中压中温制冷剂,含有没有色、无味、基本无毒、不燃
14、烧、不爆炸、不腐蚀金属等特点,是极其安全制冷剂。爆炸、不腐蚀金属等特点,是极其安全制冷剂。第14页氟利昂抵达大气上层后,在紫外线照射下分解出自由氯原氟利昂抵达大气上层后,在紫外线照射下分解出自由氯原子,氯原子与臭氧反应,使臭氧分解,详细反应过程为:子,氯原子与臭氧反应,使臭氧分解,详细反应过程为:起点:起点:CFCl3+紫外线紫外线自由氯原子自由氯原子(Cl)a.Cl+O3ClO+O2b.O3O+O2(光照下可逆反应)(光照下可逆反应)c.ClO+OCl+O2净反应:净反应:2O33O2因为氯原子在发生上述反应后能重新分解出来,所以高空因为氯原子在发生上述反应后能重新分解出来,所以高空中即使有
15、少许氯原子,也会使臭氧层受到严重破坏(每个氯原中即使有少许氯原子,也会使臭氧层受到严重破坏(每个氯原子能子能催化催化破坏数千个到破坏数千个到10万个臭氧分子)。万个臭氧分子)。第三节第三节氟利昂氟利昂从从“制冷界明星制冷界明星”到到“臭氧杀手臭氧杀手”/三、氟利昂成为三、氟利昂成为“杀手杀手”秘密秘密第15页第四节第四节化肥、农药、医药化肥、农药、医药人人口猛增口猛增“功臣功臣”一、固氮功臣是非多一、固氮功臣是非多哈伯哈伯二、虫口夺粮靠什么二、虫口夺粮靠什么农药农药三、人间七十已不稀三、人间七十已不稀医药医药第16页植物生长需要植物生长需要氮(氮(N)、磷(磷(P)、钾(钾(K)元素。元素。将
16、空气中将空气中氮气(氮气(N2)高效转化为植物生长所需氮元素高效转化为植物生长所需氮元素这一过程称之为这一过程称之为“固氮固氮”。普通固氮多为生物固氮。普通固氮多为生物固氮。生物固氮(天然)生物固氮(天然)是指固氮是指固氮微生物将大气中氮还原成氨过程,但远远不能满足人类需要。微生物将大气中氮还原成氨过程,但远远不能满足人类需要。所以,所以,化学固氮(人工固氮)化学固氮(人工固氮)研究对于处理粮食问研究对于处理粮食问题含有十分主要意义。题含有十分主要意义。1、化学固氮意义、化学固氮意义第四节化肥、农药、医药第四节化肥、农药、医药人口猛增人口猛增“功功臣臣”/一、固氮功臣是非多一、固氮功臣是非多哈
17、伯哈伯第17页 德国化学家哈伯,一生致力于化学平衡及气体反应等方面研究。19,他提出借热化学循环来求出晶体点阵能方法,被称为哈伯循环。哈伯最大贡献,是19在卡尔斯鲁厄任教期间所完成氨(NH3)合成法。他采取了过渡金属锇为催化剂,并使未反应气体原料循环使用、首次取得含有工业化价值合成氨方法,并马上为德国巴登苯胺纯碱企业所采取。所以,哈伯取得了19诺贝尔化学奖。2、哈伯历史贡献、哈伯历史贡献第四节化肥、农药、医药第四节化肥、农药、医药人口猛增人口猛增“功功臣臣”/一、固氮功臣是非多一、固氮功臣是非多哈伯哈伯第18页19化学奖颁给了哈伯,科学史上引发了无数争议:因为化学奖颁给了哈伯,科学史上引发了无
18、数争议:因为他在第一次世界大战期间创造了毒气他在第一次世界大战期间创造了毒气最早化学武器最早化学武器氯气氯气(Cl2),使战争中死于毒气人不计其数。,使战争中死于毒气人不计其数。当初,许多科学家都不屑与之为伍。战后,哈伯自己也当初,许多科学家都不屑与之为伍。战后,哈伯自己也感到罪孽深重,以致于怕被人认出来而蓄起了胡子,并到外感到罪孽深重,以致于怕被人认出来而蓄起了胡子,并到外国去避了一段时间风头。国去避了一段时间风头。不过,因哈伯是犹太人,二战中他被祖国德国不过,因哈伯是犹太人,二战中他被祖国德国“抛弃抛弃”而被迫流亡瑞士,最终客死异乡。而被迫流亡瑞士,最终客死异乡。科学、爱国与正义科学、爱国
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