化学与环境保护

化学与环境保护生物工程学院张志斌2007.2第一章化学对人类社会的贡献化学：是研究物质的组成、结构和性质及其变化规律的科学，是与人类生活有密切关系的基础学科。物质－－运动－－能量微观－－宏观－－宇观分子－－原子－－离子1.1化学在粮食增产中的作用化肥－－农药－－植物生长调节剂－－粮食1.1.1化学肥料肥料三大要素：氮、磷、钾光合作用：化肥（N、P、K）－－肥料（包括农家、有机等）－－－粮食增产1.1.2农药杀虫剂：杀害虫除草剂：除杂草第一代农药：天然的第二代农药：合成的第三代农药：生物的无机农药：砒霜、砷酸铅、砷酸钙……有机农药：666、DDT、乐果、敌敌畏……1.1.3植物生长调节剂定义：调节植物生理功能的一类化合物（促进、抑制作用）植物生长调节剂是从天然植物内源激素研究中发展出来的一类农药。1.2合理使用能源离不开化学的指导能源：就是能量的源泉，指能为人类利用，而获得有用能量的各种来源。例如：。。。。。。（P5）化学在能源的研究和利用过程中的作用(P5）：化学反应。。。。。。1.2.1化石燃料的有效利用化石燃料：石油、天然气、煤1.2.1.1煤炭包括：。。。。。。（P6）主要成分：C、H、O（N、S、P。。。）1.2.1.2石油石油即原油：。。。。。。（P6）1。石油的分馏分馏－－－分馏塔石油的分馏产品：表1.2(P7)2。汽油性能的表征－－辛烷值辛烷值：相对辛烷值：辛烷值90表示什么？3。重整汽油重整：把馏分中的烃类分子重新排列而构成新的分子结构（重排）重整：可以提高汽油的辛烷值。4。提高汽油辛烷值的方法加入PbEt4加高辛烷值的组分（调合辛烷值P10表）重整。。。。。。裂化：断链－－－提高汽油产量裂化汽油：催化裂化：商品汽油的主要来源：催化裂化汽油＋重整汽油1.2.1.3天然气天然气组分：。。。？天然气是否有毒？完全燃烧不完全燃烧煤气的成分：。。。？煤气的毒性：？1.2.2发展清洁、安全和经济的核能见书P10－12。。。1.2.3新能源的开发与利用1.太阳能：P122.生物能：P133.风能：P144.地热能：P145.海洋能：P146.化学电源：P14－17氢镍电池：锂电池：燃料电池：第三节化学为人类提供不竭的新材料定义：材料是用于制造各种有用物品的的物质，是人类生产和生活必须的物质基础。材料、信息、能源：并称现代社会进步的三大支柱。分类：结构材料功能材料举例：天然高分子材料：合成高分子材料：三大合成材料：塑料纤维橡胶人们的衣食住行：都与化学和材料有关金属材料陶瓷材料有机高分子材料复合材料第四节人体的化学反应与新药开发一、人体中的化学变化人体中化学反应特点：复杂反应多反应快反应完全酶－－人体中化学反应的催化剂酶的定义：酶是一种蛋白质，是人体反应的催化剂。由细胞产生，但脱离细胞仍有作用。酶的性质：酶溶于水成胶体溶液，极不稳定，遇热、酸、碱变性。酶的种类：脂肪酶蛋白酶蔗糖酶化学反应－－－正、逆－－－化学平衡化学热力学化学动力学二、化学与新药的开发药物：提取的化学合成的生化合成的生物制药：以生物为原料，采用生物学和生物化学的原理和方法，制备具有防病治病价值的药物生产。习题与思考题：1.化学是一门什么样的科学？2.如何看待化学与人类生活和社会发展的关系？第二章化学污染与环境问题内容提要：P9学习要求：P9第一节化学污染一、环境污染概述四个圈层：环境污染的因素：物理的化学的生物的1.大气污染：主要来自化石燃料的燃烧化石燃料：酸雨、温室效应、臭氧层破坏。。。2.水体污染：主要是污水排放水资源：淡水：污水：3.固体废物、生活垃圾。。。4。光和热的污染：眩光：引起不舒服感觉的一种视觉现象。眩光污染：在光环境中的眩光。城市热岛：城市高大的建筑物阻止热浪的疏散。。。城市热岛效应：。。。。。。二、化工污染化学工业的特点：原料、产品种类多，生产工艺多样化。。。工业污染占环境污染的70％……。。。我国的工业废水治理率约20％工业废气治理率约56％工业废渣治理率约50％国外化工污染分三个阶段：1.化工污染的发生期（1890－）：主要是酸碱盐污染2.化工污染的发展时期（1910－1950）：主要是煤及其产品。。。无机有机污染3.化工污染的泛滥时期（1950－）：主要是石油、天然气。。。由原来的煤烟型转化成石油型污染工业污染分类：无机化学工业污染有机化学工业污染按污染物形态：废气、废水、废渣化工污染物来源：化学反应不完全产生的废料；副反应产生的废料；燃烧过程中产生的废气；冷却水（废水。。。）；设备和管道的泄漏物；化工生产中排出的废弃物。。。。。。三、化肥生产中的污染1。废气化肥生产中的废气来源：氨合成中矿物燃料的燃烧以及各个流程中排出的硫氧化物、氮氧化物和CO等。2。废水生产氮肥的工厂排出的废水来源：用于制造过程的水；冷却水；用于辅助操作的水。磷肥生产中会产生大量的废气、废水及固体废弃物的污染。钾肥的生产中也会产生废水和固体废弃物的污染。四、农药的污染农药的污染：农药可污染大气、水体和土壤。另外，农药的生态效应十分深远，尤其是对生物多样性保护的影响；农药对人体健康的危害，尤其是三致作用（致畸、致癌、致突变）和对生殖性能的影响。第二节环境污染事件一、环境公害环境问题：人与自然界的关系问题。是人为的和自然的原因引起环境的破坏和污染，给人类带来灾难。“公害”：主要指人为原因引起环境的破坏和污染。公害发展的三个时期：1。公害发生期－－煤足尾事件：p162。公害发展期－－石油、天然气烟雾事件：3。公害泛滥期－－汽车尾气洛杉矶烟雾事件。。。。世界环境污染八大公害事件1.公害病与公害事件2.公害事件之一：日本的水俣事件3.公害事件之二：日本的痛痛病4.公害事件之三：美国的多诺拉烟雾事件5.公害事件之四：比利时的马斯河谷烟雾事件6.公害事件之五：日本的四日气喘病7.公害事件之六：日本的米糠油事件8.公害事件之七：英国伦敦烟雾事件9.公害事件之八：美国洛杉矶烟雾事件二、重大污染事件见书P17表：20世纪80年代对环境污染危害较大的三大工业部门：化工、冶金、轻工六大企业：发电厂、钢铁厂、炼油厂、石油化工厂、矿山有色金属冶炼厂、造币厂第三节人类面临的重大环境问题一、温室效应和全球气温上升（1）温室效应：（2）温室效应加剧：矿物燃烧、森林破坏，使CO2不断增加。。。（3）温室气体：水蒸气、CO2、甲烷、CO、臭氧。二、海平面上升据统计：南北极的冰是世界上江河湖泊总水量的9倍左右。南极的冰熔化~10％，海平面将上升4－9米温室效应加剧的结果（危害）。。。温室效应加剧的结果（危害）。。。这将造成：①淹没沿海城市或平原等；②影响播种及降雨量；③变暖的气候有利于病毒生长；④食物污染、变质加剧；疾病的流行会影响人类的健康。三、土地荒漠化定义：荒漠化指由于气候变异和人为活动等因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化。世界防治荒漠化和干旱日：6月17日（1995年6月17日是第一个）世界环境日：6月5日（1972.6.5-16联合国在瑞典首都斯德哥尔摩召开了人类环境会议。。。1972年6月5日为第一个世界环境日）四、臭氧层空洞分布：位于平流层内，离地面约25km高度的地方，其厚度约20km（分布在高约15~35km范围内）。作用：O3吸收λ=220~330nm的紫外线，防止紫外线对地球上生物的伤害。问题：氮氧化物和氟氢烃（如氟里昂等）及大型喷气机尾气和核爆炸烟尘产生的污染物（如NO和某些自由基等），可以破坏臭氧层，使臭氧层变薄，甚至出现空洞（南极和北极上空）。危害：紫外线对生物具有破坏性，可以对人类的皮肤、眼睛和免疫系统造成损伤，使皮肤癌患者增多。强烈的紫外线还将影响鱼类和其它水性生物的正常生长，以及造成全球性气温的变化。五、酸雨定义：酸雨是指PH5.6的酸性降水，是大气污染现象之一。有些严重的地方5.0左右，甚至4.0左右。成分：酸雨中含有许多无机酸和有机酸，绝大部分是硝酸和硫酸。危害：酸雨可腐蚀建筑物，损毁庄稼，并使水域和土壤酸化，破坏整个生态环境，损害森林，使树叶、树枝枯黄甚至死亡。危害具体表现在如下几方面（书P22）：（1）森林毁灭（2）湖泊酸化（3）农作物减产（4）人体健康受损（5）建筑物腐蚀六、森林萎缩森林的作用：森林通过光合作用，吸收大气中的CO2，产生游离的O2，供人和其他动物及植物呼吸之用。被称为“天然的超级肺”。全球和我国的森林萎缩状况见书P23七、生物多样性丢失到20世纪末，全球有100多万种生物被灭绝。生物多样性包括物种、基因和生态环境的多样性，其中物种的数量是衡量生物多样性丰富程度的标志。具体内容参见书P23－25八、灾害与国际减灾1。自然灾害（P25）2。人为灾害（P25－26）3。世界末日论与国际减灾10年（P26－27）九、环境纠纷和生态战争1。资源纠纷（P27－28）：争夺矿物资源，如石油。。。2。转移污染（P28）：转移污染严重的企业到发展中国家。。。3。生态侵略（P28－29）：掠夺发展中国家的自然资源和初级产品。。。习题与思考题1.简述环境污染的主要来源。2.什么是“八大公害事件”？3.20世纪80年代以来的重大环境污染事件有哪些？4.当前人类面临哪些重大环境问题？5.如何解决化学对人类社会的贡献与化学污染对环境和生态破坏的矛盾？第三章环境与可持续发展内容提要：P30学习要求：P30第一节环境与可持续发展的概念一、环境与环境科学环境：社会环境：自然环境：由四个圈层组成环境科学：是涉及自然科学、工程科学、医学和社会科学的一门边缘学科。环境科学研究的目的：P31环境科学研究的对象：P31二、可持续发展可持续发展：是既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展。（参见P31）可持续发展理论的主要内容：可持续发展不否定经济增长可持续发展以自然资源为基础可持续发展以提高生产质量为目标可持续发展应体现环境资源的价值可持续发展的实施以适宜的政策和法律体系为条件第二节可持续发展的形成一、两座里程碑1。1972年斯德哥尔摩人类与环境大会（1972.6.5-16）：环境与污染问题联合国针对世界性的资源危机和环境恶化趋势，召开的会议，发表了《人类环境宣言》（见P33）2。1992年巴西里约热内卢世界环境与发展首脑大会（1992.6.3-14)：环境与发展问题参见书P34－35二、我们共同的未来与可持续发展世界上的石油储量：维持40－60年世界上的天然气储量：维持50－60年世界上的煤炭储量：维持220年可持续发展：满足当代人的需求，不损坏后代人需求的发展。三、可持续发展的基本理论——三种生产的和谐1、三种生产及其联系物质生产：获取资源人的生产：消费资源环境生产：产生资源2、三种生产的调和参见书P37第三节可持续发展的实施一、里约热内卢会议的伟大成果——《21世纪议程》1、保护大气层2、改善陆地环境3、净化海洋环境二、中国对可持续发展的重大贡献1、《中国21世纪议程》内容简介：（主要内容见书P39）2、中国可持续发展战略的实施（见书P39）：建立和健全可持续发展的法制行业和地方制定规划的具体推进3、中国致力于加大环境治理的力度（见书P40）4、中国积极参与环境与发展领域的国际合作（见书P41）习题与思考题1、什么是可持续发展？2、可持续发展理论有哪些主要内容？如何协调三种生产力？3、简述1972年斯德哥尔摩人类与环境大会以及1992年巴西里约热内卢世界环境与发展首脑大会对环境可持续发展的重要贡献。4、中国对可持续发展有哪些贡献？第四章化学反应的基本原理内容提要：P42学习要求：P42第一节化学热力学基础热力学：是研究自然界各种形式的能量之