跪求化學(xué)研究性學(xué)習(xí)課程報告

【專家解說】：自然環(huán)境是人類生存、繁衍的物質(zhì)基礎(chǔ)，保護(hù)和改善自然環(huán)境，是人類維護(hù)自身生存和發(fā)展的前提。人類為了生存、發(fā)展，要向環(huán)境索取資源。早期，由于人口稀少，人類對環(huán)境并沒有什么明顯的影響和損害。在相當(dāng)?shù)囊欢螘r間里，自然條件主宰著人類的命運(yùn)，當(dāng)時因為生產(chǎn)水平低，對人類對環(huán)境的影響還不大。到了產(chǎn)業(yè)革命時期，人類學(xué)會使用機(jī)器以后，生產(chǎn)力大大提高，對環(huán)境的影響也就增大了。到本世紀(jì)初，人類對環(huán)境已經(jīng)造成了巨大的破壞性影響。廢棄物侵占土地，堵塞江湖，有礙衛(wèi)生，影響景觀，危害農(nóng)作物生長及人體健康。自然賜給人類廣袤的資源，人類回報自然的卻是破壞與污染。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活的改善，城市廢棄物大量增加。在鞍山這個重工業(yè)城市，每日產(chǎn)生的生活、工業(yè)廢棄物尤為可觀。廢物回收再利用的其前景這個課題，已成為一個城市發(fā)展中亟待探究的緊迫課題。固體廢棄物的再利用有機(jī)廢棄物在鞍山地區(qū)，冶金、交通、機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)、造紙、木材、印刷、電器、儀器儀表、紡織服裝、建筑、電力等工業(yè)都會生產(chǎn)數(shù)量可觀的有機(jī)廢棄物。經(jīng)調(diào)查，對于工業(yè)中產(chǎn)生有機(jī)廢棄物，我市每年可回收大約1000噸，現(xiàn)在所采用的回收辦法有：定點回收、家庭回收和廢品回收公司。有機(jī)廢棄物中較為常見的要數(shù)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，我國農(nóng)村廣泛采用的地膜覆蓋技術(shù)對提高農(nóng)作物產(chǎn)量起到了很大的作用，但是由于缺乏有利的舊膜回收措施，造成這些有機(jī)薄膜在土壤中的殘留累積量逐年增加，這些有機(jī)薄膜在自然環(huán)境中很難分解，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了一定的危害。填埋作業(yè)是目前處理城市廢棄物的一個主要的方法，但混在廢棄物中的塑料是一種不能被微生物分解的材料，埋在土里經(jīng)久不爛，長此下去會破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤肥效，污染地下水；如果濫燒廢棄塑料，尤其是含氯塑料會嚴(yán)重污染環(huán)境，而且在常溫下燃燒塑料，產(chǎn)生的氣體會含有一種劇毒的化學(xué)物質(zhì)――二惡英，它的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，在通常條件下會存在很長時間，會嚴(yán)重危害人類的身體健康；廢棄塑料對海洋的污染也已經(jīng)成為國際性問題，向海洋傾倒的塑料垃圾不僅危及海洋生物的生存，而且還因纏繞在海輪的螺旋槳上，釀成海難事故。通過探究，我們發(fā)現(xiàn)回收再利用塑料一般有以下幾種有效途徑：①直接用作材料。如回收聚乙烯塑料并制成再生薄膜，用作外包裝袋、各種塑料制品等。②熱解成單體。如有機(jī)玻璃熱解得到單體，再重新聚合為成品；又如聚苯乙烯包裝材料和一次性飯盒用BaO處理，使其在高溫下分解成單體，然后再制成樹脂。③高溫焚燒發(fā)電，并處理其尾氣。塑料的熱值非常大，可達(dá)到3.3×104J/g，發(fā)電的主要反應(yīng)為 CxHy+1/2O2→xCO+y/2H2+Q (反應(yīng)條件為高溫環(huán)境)。另外，鞍鋼還采用一種高噴吹廢塑料技術(shù)用廢塑料代替焦炭來煉鐵，據(jù)有關(guān)人士估計，每年可節(jié)約1000萬余元。④制成燃油和燃?xì)狻２荒芑螂y以分解的塑料可在催化劑存在下，熱解成柴油、煤油和汽油，甚至裂解為氣態(tài)烴和氫氣作燃料。⑤科學(xué)家展望回收再利用塑料的前景廣闊，可以使用有機(jī)廢棄物和無機(jī)廢棄物綜合制成各種可降解的新型材料。例如，以乙烯和一氧化碳為原料制成聚乙烯光降解塑料；以纖維素和淀粉為原料制成微生物降解塑料等。無機(jī)廢棄物無機(jī)廢棄物主要包含金屬廢棄物和非金屬廢棄物兩類。我市鋼鐵工業(yè)較為發(fā)達(dá)，鞍鋼的幾個采礦地點齊大山、東鞍山、大孤山等每天都會產(chǎn)出大量無機(jī)廢物，廢礦石中含有多種金屬元素，如Fe、Cu、Pb、Zn、Cd等，其中一些重金屬有毒性，對環(huán)境影響較大。一些有關(guān)的廢棄物還會含有硫元素，一旦處理不當(dāng)就會對空氣的清潔造成較大威脅。經(jīng)探究，當(dāng)今世界，發(fā)展“無廢技術(shù)”已經(jīng)成為許多國家消除環(huán)境污染、節(jié)約資源、保護(hù)和改善環(huán)境的一項重大舉措。二十多年來，我國在發(fā)展“無廢技術(shù)”方面也取得了一些成績。如在哈爾濱興建了一些企業(yè)，專門處理無機(jī)廢棄物；黑龍江省建成的硫酸企業(yè)，利用西林鉛鋅礦的廢渣――一種名為硫精砂的無機(jī)廢棄物作為生產(chǎn)資源。煉鋼廠的鋼渣對鋼廠來說是廢棄物，但對水泥廠來說是一種上好的原料?；鹆Πl(fā)電廠排放出來的粉煤灰，含有Pb、Hg、As等有害元素，大量會污染環(huán)境，但可用來生產(chǎn)水泥、燒結(jié)磚、粉煤灰砌塊等。利用粉煤灰代替粘土原料生產(chǎn)水泥，實踐表明，這樣可以增加水泥窖的產(chǎn)量，降低燃料消耗量的16～17％。另外粉煤灰也可以用作農(nóng)業(yè)肥料、燒磚等。另外，我國在垃圾發(fā)電領(lǐng)域也處于領(lǐng)先地位。我國自1985年在深圳建立垃圾焚燒發(fā)電廠以來，先后在珠海、杭州、上海等15個城市建成了20座垃圾焚燒發(fā)電廠，每天焚燒垃圾1000噸。據(jù)統(tǒng)計，目前我國建成、在建和正在報批的垃圾發(fā)電廠已有140多座。我國實施“無廢技術(shù)”大體上有下列幾種形式：①把不同工廠的各種生產(chǎn)工藝進(jìn)行科學(xué)的、合理的設(shè)置，形成閉合工藝。比如把硫酸廠與造紙廠組成工藝圈，硫酸廠產(chǎn)生的二氧化硫經(jīng)氨水吸收后制得亞硫酸氫銨，可給造紙廠制漿。②發(fā)展無污染的生產(chǎn)工藝。如氯堿工業(yè)過去用汞觸媒電解法，結(jié)果帶來汞污染?，F(xiàn)在工廠漸漸改為了離子交換膜隔膜電解法，就杜絕了汞污染，也提高了工效。③用少水工藝、無水工藝代替用水工藝。如印染行業(yè)的“轉(zhuǎn)移印花”工藝是一種不需用水的工藝，這樣固體廢棄物就不會再把污染波及到水資源，這樣就消除了印染工業(yè)用水對環(huán)境的污染。液體廢棄物的再利用廢水在生活中也很常見，一些被金屬離子污染的水資源對人體、對自然均危害不小，對于被不同的金屬離子污染的水資源有不同的回收方法，所以在回收再利用廢水之前要先鑒別一下其中含有什么金屬離子。經(jīng)探究，常見金屬離子的鑒別方法如下（見表１）：表１　常見金屬離子的鑒別方法常見陽離子鑒別方法Pb2+ 在試液中加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，亞汞存在時，沉淀變黑Ag+加入6mol/lHCl，得到白色沉淀Cd 2+加入過量的氨水，使Cd2+生成Cd（NH3）42+。離心分離后，將離心液加在Na2S溶液中，黃色CdS沉淀表示有Cd 2+Cu2+加入濃氨水，若生成深藍(lán)色溶液，表示有Cu2+Bi3+在酸性溶液中與硫脲生成黃色配合物Hg2+加入1滴1mol/lHCl，使成微酸性，滴在新磨光的銅片上，銅可將Hg2+還原成金屬汞，并與銅形成汞齊。用流水沖去試液后，在銅片上留下一個擦拭不掉的斑點，但加熱時因Hg被蒸發(fā)，銀白色的斑點隨之消失。AsIII，V砷的化合物（AsIII，V）在強(qiáng)酸溶液中可被金屬鋅還原為胂氣AsH3，AsH3遇濃硝酸銀溶液生成黃色AsAg3·3AgNO3，此黃色沉淀可被水分解，生成黑色的金屬銀SnII，IV用鐵絲將SnIV還原為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，表明有錫 SbIII，V五價的Sb在濃鹽酸中以SbCl6-形式存在，它能與紅色的羅丹明B溶液生成離子締合物，析出藍(lán)色或紫色的微細(xì)沉淀。此沉淀可被萃取，使苯層顯紫紅色。若溶液中存在的是三價的Sb鹽，事先必須用少許的NaNO2晶粒將其氧化為五價Fe2+Fe2+與K3Fe（CN）6試劑生成深藍(lán)色沉淀，以前曾稱此沉淀為滕氏藍(lán)，此沉淀不溶于稀酸，但為堿所分解。因此此反應(yīng)要在酸性溶液中進(jìn)行Fe3+Fe3+能在酸性溶液中與K4Fe（CN）6試劑生成藍(lán)色沉淀，以前稱此沉淀為普魯士藍(lán)。鑒定時要在中性或微酸性溶液中進(jìn)行。Mn2+Mn2+在強(qiáng)酸溶液中可被強(qiáng)氧化劑如NaBiO3或PbO2等氧化為MnO4-，使溶液顯紫紅色Cr3+Cr3+在強(qiáng)堿性溶液中以偏亞鉻酸根離子CrO2-的形式存在，此離子可被H2O2氧化為鉻酸根離子，黃色的鉻酸根倆子的出現(xiàn)可以說明Cr3+的存在。Ni2+ Ni2+在中性、HAc或氨性溶液中與丁二酮肟產(chǎn)生鮮紅色螯合物沉淀。此沉淀溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和很濃的氨水。Co2+Co2+在中性和酸性溶液 ，Co2+與NH4SCN生成藍(lán)色配合物Co（SCN）42-。此配合物能溶于許多有機(jī)溶劑等。Zn2+在中性或微酸性溶液中，Zn2+與（NH4）2Hg（SCN）4生成白色結(jié)晶形沉淀Al3+Al3+在醋酸及醋酸鹽的弱酸性溶液中，與鋁試劑生成紅色螯合物。加氨水使溶液呈弱堿性并加熱，可促成鮮紅色絮狀沉淀的生成。Ba2+Ba2+與玫瑰紅酸鈉試劑在中性溶液中生成紅棕色沉淀。加稀HCl后消失Sr2+Sr2+加玫瑰紅酸鈉試劑1滴，如出現(xiàn)紅棕色斑點，加稀HCl后又消失，就有此離子Ca2+Ca2+在堿性溶液中與乙二醛雙縮生成紅色螯合物沉淀，此沉淀不被碳酸鈉分解，易溶于CHCl。NH4+NH4+能與堿作用生成NH3，加熱可促使其揮發(fā)。生成的氨氣可在氣室中用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗K+在中性、堿性或HAc酸性溶液中，K+與四苯硼化鈉生成溶解度很小的白色沉淀。Na+在中性或HAc酸性溶液中與醋酸鈾酰鋅生成檸檬黃色結(jié)晶形沉淀Mg2+Mg2+在堿性溶液中與對硝基偶氮間苯二酚的堿溶液生成天藍(lán)色的沉淀。對于一般的金屬離子（如Fe3+、Cu2+、Zn2+等）的回收方法為在廢水中加入堿類物質(zhì)（如KOH），使其在廢水中電離出OH－，從而與這些金屬離子生成沉淀。通過回收再利用含有金屬元素的沉淀，也可以達(dá)到消除廢棄液體的污染的目的。經(jīng)探究，現(xiàn)在有些科技發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)開始利用由含有無機(jī)鹽的廢水灌注“太陽池發(fā)電站”的鹽池，其水深2.5米，面積7000余平方米，能發(fā)出150千瓦的電力來。它的池底鹽水，溫度可達(dá)90℃；這些無機(jī)鹽水是發(fā)電站的“吸熱部件”，可以發(fā)揮貯存太陽能的作用，保證電站夜間和陰天也能不間斷地發(fā)電。上層池水由于地球重力作用含鹽量比下層要低，所以溫度較低，可用作冷卻水。只要先抽出太陽池底層的熱水，把熱交換器中低沸點的物質(zhì)加熱，就能使它們變成蒸氣，去推動渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。然后蒸氣進(jìn)入冷凝器，冷凝成液體回到池里，即可循環(huán)使用。根據(jù)這個原理，我國很多地區(qū)都可以利用廢水建造“太陽池發(fā)電站”發(fā)電。氣體廢棄物的再利用土壤、水源、空氣是人類生存必不可少的三部分，所以氣體廢棄物的回收再利用也與人類的生存環(huán)境休戚相關(guān)。隨著人類科技水平的提高，近年來各種氣體廢棄物的排放量也持續(xù)增長。氣體廢棄物主要分為有害氣體和溫室氣體兩類。有害氣體又分為無機(jī)有害氣體和有機(jī)有害氣體兩類。其中無機(jī)有害氣體包括SO2、H2S、氮氧化合物（NOx）、CO和光化學(xué)氧化劑（如O3）等。有機(jī)有害氣體則包括酚類、苯類、吡啶、氰化物等400余種。這些有害氣體主要來自燃料的燃燒和工業(yè)生產(chǎn)過程。經(jīng)探究，各主要污染源每千噸燃料產(chǎn)生的氣體廢棄物的質(zhì)量如下：（見表２）表２　氣體污染源污染源污染物每千噸燃料產(chǎn)生氣體廢棄物的質(zhì)量（㎏）鍋　爐SO2 、CO、酸類和有機(jī)物5×103～1.5×104化　工CO2、NH3、CO、酸類、溶煤、硫化物和有機(jī)物5×104～2×105冶　金SO2、CO、氟化物和有機(jī)物5×104～2×105據(jù)我們的探究，鞍山市區(qū)內(nèi)的太陽輻射強(qiáng)度和紫外線強(qiáng)度分別要比城郊減少10％～30％和10％～25％，從而導(dǎo)致近年來鞍山市一些相關(guān)病例（如佝僂病等）的發(fā)病率呈上升趨勢。我們還對鞍山市的降水的PH值進(jìn)行了測定，結(jié)果表明雨水的PH值約為5.0，已呈現(xiàn)弱酸性，情況不容樂觀。據(jù)市政府有關(guān)人士介紹，我市針對這種情況，已決策了多種措施，基本可總結(jié)為下面幾個方面：①控制大氣污染源。加強(qiáng)城市規(guī)劃，使廠址的選擇、建筑設(shè)備的構(gòu)局更為合理，避免讓污染源集中，從而避免局部嚴(yán)重污染事件的發(fā)生。②排放前處理污染物，減少污染物的排放。據(jù)探究，新鋼鐵公司已經(jīng)引進(jìn)了一套環(huán)保的煤氣脫硫脫氰一體化設(shè)備，利用化學(xué)催化劑PDS將硫脫出，可減少排污量，使氣體廢棄物中的部分污染物得以從新再利用。③控制排放，植樹造林。據(jù)探究，園林路旁栽種的銀杏樹SO2　的作用。另外在鞍鋼廠內(nèi)栽種的柳樹、杉樹等樹木也有異曲同工之妙。在生活生產(chǎn)中，能導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體廢棄物主要有：二氧化碳、甲烷、臭氧、氯氟烴以及水氣等。溫室效應(yīng)的后果十分嚴(yán)重，荒漠將擴(kuò)大，土地侵蝕加重，森林退向極地，自然災(zāi)害嚴(yán)重，雨量增加，冰川融化。據(jù)探究，現(xiàn)在對于溫室氣體的回收再利用領(lǐng)域的研究有了重大突破?？茖W(xué)家正在研究人工合成葉綠體，水可以通過它制造出氫和氧，然后就可以用氫來還原溫室氣體中的“主要成員”CO2等，制造出HCHO（甲醛），最后將HCHO合成為（HCHO）n（糖類）。此外，CO2通過一系列反應(yīng)還能轉(zhuǎn)變成羧酸、油脂、氨基酸等。