跪求化学研究性学习课程报告

【专家解说】：自然环境是人类生存、繁衍的物质基础，保护和改善自然环境，是人类维护自身生存和发展的前提。人类为了生存、发展，要向环境索取资源。早期，由于人口稀少，人类对环境并没有什么明显的影响和损害。在相当的一段时间里，自然条件主宰着人类的命运，当时因为生产水平低，对人类对环境的影响还不大。到了产业革命时期，人类学会使用机器以后，生产力大大提高，对环境的影响也就增大了。到本世纪初，人类对环境已经造成了巨大的破坏性影响。废弃物侵占土地，堵塞江湖，有碍卫生，影响景观，危害农作物生长及人体健康。自然赐给人类广袤的资源，人类回报自然的却是破坏与污染。随着经济的发展，人民生活的改善，城市废弃物大量增加。在鞍山这个重工业城市，每日产生的生活、工业废弃物尤为可观。废物回收再利用的其前景这个课题，已成为一个城市发展中亟待探究的紧迫课题。固体废弃物的再利用有机废弃物在鞍山地区，冶金、交通、机械、金属结构、造纸、木材、印刷、电器、仪器仪表、纺织服装、建筑、电力等工业都会生产数量可观的有机废弃物。经调查，对于工业中产生有机废弃物，我市每年可回收大约1000吨，现在所采用的回收办法有：定点回收、家庭回收和废品回收公司。有机废弃物中较为常见的要数塑料了，塑料中主要包含聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯。例如，我国农村广泛采用的地膜覆盖技术对提高农作物产量起到了很大的作用，但是由于缺乏有利的旧膜回收措施，造成这些有机薄膜在土壤中的残留累积量逐年增加，这些有机薄膜在自然环境中很难分解，对农业生产造成了一定的危害。填埋作业是目前处理城市废弃物的一个主要的方法，但混在废弃物中的塑料是一种不能被微生物分解的材料，埋在土里经久不烂，长此下去会破坏土壤结构，降低土壤肥效，污染地下水；如果滥烧废弃塑料，尤其是含氯塑料会严重污染环境，而且在常温下燃烧塑料，产生的气体会含有一种剧毒的化学物质――二恶英，它的化学性质极为稳定，在通常条件下会存在很长时间，会严重危害人类的身体健康；废弃塑料对海洋的污染也已经成为国际性问题，向海洋倾倒的塑料垃圾不仅危及海洋生物的生存，而且还因缠绕在海轮的螺旋桨上，酿成海难事故。通过探究，我们发现回收再利用塑料一般有以下几种有效途径：①直接用作材料。如回收聚乙烯塑料并制成再生薄膜，用作外包装袋、各种塑料制品等。②热解成单体。如有机玻璃热解得到单体，再重新聚合为成品；又如聚苯乙烯包装材料和一次性饭盒用BaO处理，使其在高温下分解成单体，然后再制成树脂。③高温焚烧发电，并处理其尾气。塑料的热值非常大，可达到3.3×104J/g，发电的主要反应为 CxHy+1/2O2→xCO+y/2H2+Q (反应条件为高温环境)。另外，鞍钢还采用一种高喷吹废塑料技术用废塑料代替焦炭来炼铁，据有关人士估计，每年可节约1000万余元。④制成燃油和燃气。不能或难以分解的塑料可在催化剂存在下，热解成柴油、煤油和汽油，甚至裂解为气态烃和氢气作燃料。⑤科学家展望回收再利用塑料的前景广阔，可以使用有机废弃物和无机废弃物综合制成各种可降解的新型材料。例如，以乙烯和一氧化碳为原料制成聚乙烯光降解塑料；以纤维素和淀粉为原料制成微生物降解塑料等。无机废弃物无机废弃物主要包含金属废弃物和非金属废弃物两类。我市钢铁工业较为发达，鞍钢的几个采矿地点齐大山、东鞍山、大孤山等每天都会产出大量无机废物，废矿石中含有多种金属元素，如Fe、Cu、Pb、Zn、Cd等，其中一些重金属有毒性，对环境影响较大。一些有关的废弃物还会含有硫元素，一旦处理不当就会对空气的清洁造成较大威胁。经探究，当今世界，发展“无废技术”已经成为许多国家消除环境污染、节约资源、保护和改善环境的一项重大举措。二十多年来，我国在发展“无废技术”方面也取得了一些成绩。如在哈尔滨兴建了一些企业，专门处理无机废弃物；黑龙江省建成的硫酸企业，利用西林铅锌矿的废渣――一种名为硫精砂的无机废弃物作为生产资源。炼钢厂的钢渣对钢厂来说是废弃物，但对水泥厂来说是一种上好的原料。火力发电厂排放出来的粉煤灰，含有Pb、Hg、As等有害元素，大量会污染环境，但可用来生产水泥、烧结砖、粉煤灰砌块等。利用粉煤灰代替粘土原料生产水泥，实践表明，这样可以增加水泥窖的产量，降低燃料消耗量的16～17％。另外粉煤灰也可以用作农业肥料、烧砖等。另外，我国在垃圾发电领域也处于领先地位。我国自1985年在深圳建立垃圾焚烧发电厂以来，先后在珠海、杭州、上海等15个城市建成了20座垃圾焚烧发电厂，每天焚烧垃圾1000吨。据统计，目前我国建成、在建和正在报批的垃圾发电厂已有140多座。我国实施“无废技术”大体上有下列几种形式：①把不同工厂的各种生产工艺进行科学的、合理的设置，形成闭合工艺。比如把硫酸厂与造纸厂组成工艺圈，硫酸厂产生的二氧化硫经氨水吸收后制得亚硫酸氢铵，可给造纸厂制浆。②发展无污染的生产工艺。如氯碱工业过去用汞触媒电解法，结果带来汞污染。现在工厂渐渐改为了离子交换膜隔膜电解法，就杜绝了汞污染，也提高了工效。③用少水工艺、无水工艺代替用水工艺。如印染行业的“转移印花”工艺是一种不需用水的工艺，这样固体废弃物就不会再把污染波及到水资源，这样就消除了印染工业用水对环境的污染。液体废弃物的再利用废水在生活中也很常见，一些被金属离子污染的水资源对人体、对自然均危害不小，对于被不同的金属离子污染的水资源有不同的回收方法，所以在回收再利用废水之前要先鉴别一下其中含有什么金属离子。经探究，常见金属离子的鉴别方法如下（见表１）：表１　常见金属离子的鉴别方法常见阳离子鉴别方法Pb2+ 在试液中加3mol/l的硫酸至酸性，生成白色PbSO4沉淀。Hg22+加入6mol/lHCl，得到白色沉淀后，向沉淀加氨水，亚汞存在时，沉淀变黑Ag+加入6mol/lHCl，得到白色沉淀Cd 2+加入过量的氨水，使Cd2+生成Cd（NH3）42+。离心分离后，将离心液加在Na2S溶液中，黄色CdS沉淀表示有Cd 2+Cu2+加入浓氨水，若生成深蓝色溶液，表示有Cu2+Bi3+在酸性溶液中与硫脲生成黄色配合物Hg2+加入1滴1mol/lHCl，使成微酸性，滴在新磨光的铜片上，铜可将Hg2+还原成金属汞，并与铜形成汞齐。用流水冲去试液后，在铜片上留下一个擦拭不掉的斑点，但加热时因Hg被蒸发，银白色的斑点随之消失。AsIII，V砷的化合物（AsIII，V）在强酸溶液中可被金属锌还原为胂气AsH3，AsH3遇浓硝酸银溶液生成黄色AsAg3·3AgNO3，此黄色沉淀可被水分解，生成黑色的金属银SnII，IV用铁丝将SnIV还原为SnII，然后在溶液中加入HgCl2溶液，生成灰色的Hg2Cl2+Hg或黑色的Hg沉淀，表明有锡 SbIII，V五价的Sb在浓盐酸中以SbCl6-形式存在，它能与红色的罗丹明B溶液生成离子缔合物，析出蓝色或紫色的微细沉淀。此沉淀可被萃取，使苯层显紫红色。若溶液中存在的是三价的Sb盐，事先必须用少许的NaNO2晶粒将其氧化为五价Fe2+Fe2+与K3Fe（CN）6试剂生成深蓝色沉淀，以前曾称此沉淀为滕氏蓝，此沉淀不溶于稀酸，但为碱所分解。因此此反应要在酸性溶液中进行Fe3+Fe3+能在酸性溶液中与K4Fe（CN）6试剂生成蓝色沉淀，以前称此沉淀为普鲁士蓝。鉴定时要在中性或微酸性溶液中进行。Mn2+Mn2+在强酸溶液中可被强氧化剂如NaBiO3或PbO2等氧化为MnO4-，使溶液显紫红色Cr3+Cr3+在强碱性溶液中以偏亚铬酸根离子CrO2-的形式存在，此离子可被H2O2氧化为铬酸根离子，黄色的铬酸根俩子的出现可以说明Cr3+的存在。Ni2+ Ni2+在中性、HAc或氨性溶液中与丁二酮肟产生鲜红色螯合物沉淀。此沉淀溶于强酸、强碱和很浓的氨水。Co2+Co2+在中性和酸性溶液 ，Co2+与NH4SCN生成蓝色配合物Co（SCN）42-。此配合物能溶于许多有机溶剂等。Zn2+在中性或微酸性溶液中，Zn2+与（NH4）2Hg（SCN）4生成白色结晶形沉淀Al3+Al3+在醋酸及醋酸盐的弱酸性溶液中，与铝试剂生成红色螯合物。加氨水使溶液呈弱碱性并加热，可促成鲜红色絮状沉淀的生成。Ba2+Ba2+与玫瑰红酸钠试剂在中性溶液中生成红棕色沉淀。加稀HCl后消失Sr2+Sr2+加玫瑰红酸钠试剂1滴，如出现红棕色斑点，加稀HCl后又消失，就有此离子Ca2+Ca2+在碱性溶液中与乙二醛双缩生成红色螯合物沉淀，此沉淀不被碳酸钠分解，易溶于CHCl。NH4+NH4+能与碱作用生成NH3，加热可促使其挥发。生成的氨气可在气室中用湿润的红色石蕊试纸检验K+在中性、碱性或HAc酸性溶液中，K+与四苯硼化钠生成溶解度很小的白色沉淀。Na+在中性或HAc酸性溶液中与醋酸铀酰锌生成柠檬黄色结晶形沉淀Mg2+Mg2+在碱性溶液中与对硝基偶氮间苯二酚的碱溶液生成天蓝色的沉淀。对于一般的金属离子（如Fe3+、Cu2+、Zn2+等）的回收方法为在废水中加入碱类物质（如KOH），使其在废水中电离出OH－，从而与这些金属离子生成沉淀。通过回收再利用含有金属元素的沉淀，也可以达到消除废弃液体的污染的目的。经探究，现在有些科技发达地区已经开始利用由含有无机盐的废水灌注“太阳池发电站”的盐池，其水深2.5米，面积7000余平方米，能发出150千瓦的电力来。它的池底盐水，温度可达90℃；这些无机盐水是发电站的“吸热部件”，可以发挥贮存太阳能的作用，保证电站夜间和阴天也能不间断地发电。上层池水由于地球重力作用含盐量比下层要低，所以温度较低，可用作冷却水。只要先抽出太阳池底层的热水，把热交换器中低沸点的物质加热，就能使它们变成蒸气，去推动涡轮发电机发电。然后蒸气进入冷凝器，冷凝成液体回到池里，即可循环使用。根据这个原理，我国很多地区都可以利用废水建造“太阳池发电站”发电。气体废弃物的再利用土壤、水源、空气是人类生存必不可少的三部分，所以气体废弃物的回收再利用也与人类的生存环境休戚相关。随着人类科技水平的提高，近年来各种气体废弃物的排放量也持续增长。气体废弃物主要分为有害气体和温室气体两类。有害气体又分为无机有害气体和有机有害气体两类。其中无机有害气体包括SO2、H2S、氮氧化合物（NOx）、CO和光化学氧化剂（如O3）等。有机有害气体则包括酚类、苯类、吡啶、氰化物等400余种。这些有害气体主要来自燃料的燃烧和工业生产过程。经探究，各主要污染源每千吨燃料产生的气体废弃物的质量如下：（见表２）表２　气体污染源污染源污染物每千吨燃料产生气体废弃物的质量（㎏）锅　炉SO2 、CO、酸类和有机物5×103～1.5×104化　工CO2、NH3、CO、酸类、溶煤、硫化物和有机物5×104～2×105冶　金SO2、CO、氟化物和有机物5×104～2×105据我们的探究，鞍山市区内的太阳辐射强度和紫外线强度分别要比城郊减少10％～30％和10％～25％，从而导致近年来鞍山市一些相关病例（如佝偻病等）的发病率呈上升趋势。我们还对鞍山市的降水的PH值进行了测定，结果表明雨水的PH值约为5.0，已呈现弱酸性，情况不容乐观。据市政府有关人士介绍，我市针对这种情况，已决策了多种措施，基本可总结为下面几个方面：①控制大气污染源。加强城市规划，使厂址的选择、建筑设备的构局更为合理，避免让污染源集中，从而避免局部严重污染事件的发生。②排放前处理污染物，减少污染物的排放。据探究，新钢铁公司已经引进了一套环保的煤气脱硫脱氰一体化设备，利用化学催化剂PDS将硫脱出，可减少排污量，使气体废弃物中的部分污染物得以从新再利用。③控制排放，植树造林。据探究，园林路旁栽种的银杏树SO2　的作用。另外在鞍钢厂内栽种的柳树、杉树等树木也有异曲同工之妙。在生活生产中，能导致温室效应的气体废弃物主要有：二氧化碳、甲烷、臭氧、氯氟烃以及水气等。温室效应的后果十分严重，荒漠将扩大，土地侵蚀加重，森林退向极地，自然灾害严重，雨量增加，冰川融化。据探究，现在对于温室气体的回收再利用领域的研究有了重大突破。科学家正在研究人工合成叶绿体，水可以通过它制造出氢和氧，然后就可以用氢来还原温室气体中的“主要成员”CO2等，制造出HCHO（甲醛），最后将HCHO合成为（HCHO）n（糖类）。此外，CO2通过一系列反应还能转变成羧酸、油脂、氨基酸等。