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第四章化学与可持续发展 Ag Al Au Cu Fe Mg Co Mn 2020年1月12日星期日 第二节化学与资源综合利用 环境保护 是人类使用的主要能源 也是三种重要的化石燃料 优点 提供能量大 使用方便 解决方法 提高燃料使用率达到节约的目的 开发新能源 缺点 污染环境 解决方法 利用新技术 尽量减低对环境的污染 积极开发洁净的新能源 缺点 不可再生 煤 石油和天然气 一 煤的综合利用1 煤的组成 组成元素 主要是碳元素 还有少量的H O N P S 卤素以及无机矿物质 Si Al Ca Fe等 组成成分 是由多种有机物 无机物组成的复杂混合物 无烟煤 85 95 烟煤 70 85 褐煤 50 70 泥煤 约50 煤的种类 煤的结构模型 无机物 少量 有机物 C元素 大量 H O N S等元素 少量 无机盐等 污染环境 COx NOx SO2烟尘 煤的组成 煤的综合利用 煤的干馏 煤的气化 煤的液化 获得洁净的燃料和多种化工原料 物尽其用 保护环境 煤直接作燃料 利用率低并污染环境 煤的干馏实验装置图 实验装置1 实验装置2 2 煤的干馏 原理 把煤隔绝空气加强热使它分解的过程 煤干馏的主要产品和用途阅读教材P95表4 2 干馏产品 主要化学反应 煤的气化 低热值气 CO H2 中热值气 CO H2 CH4 高热值气 CH4 作为燃料气 煤气 合成氨 甲醇 合成天然气 3 煤的气化 将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程 作用 使煤变成清洁能源 提高煤的燃烧效率 中热值气 高热值气 将煤转化液体燃料的过程 分为直接液化和间接液化 4 煤的液化 如 直接液化 使煤与氢气作用生成液体燃料 间接液化 先把煤气化成一氧化碳和氢气 然后再经过催化合成 得到液体燃料 如 甲醇等 二 石油的综合利用 是一种暗绿色或暗褐色的粘稠的油状液体 不溶于水 有特殊气味 密度小于水 没有一定的熔点和沸点 二 石油的综合利用1 石油的组成元素 主要是碳 氢元素 是由各种烷烃 环烷烃和芳香烃组成的混合物 还有水分 盐分等杂质 石油的主要成分 2 石油的炼制 除水脱盐后 1 石油的分馏 利用原油中各组分的沸点不同将复杂的混合物分离成简单混合物的过程 原理 加热液体混合物时 沸点低的物质先挥发变成气态 沸点高的物质不易挥发 而仍留在液体内 从而达到分离的目的 注意 蒸馏与分馏的原理是一致的 都是物理变化 蒸馏 适用于不同物质之间沸点相差较大的混合物的分离 得到的物质为纯净物 分馏 适用于不同物质之间沸点相差较接近的混合物的分离 得到的物质为混合物 苯和溴苯的混合物 各占50 已知苯的沸点为80 1 溴苯的沸点为156 问如何分离 蒸馏 适用于不同物质之间沸点相差较大的液态混合物的分离 思考 石油蒸馏 注意事项 1 蒸馏烧瓶中液体体积不得超过容积的2 32 少量瓷片 以防止液体在沸腾时剧烈跳动 暴沸 3 温度计的水银球与蒸馏烧瓶的支管口处4 冷凝水要从低处向高处逆流 却不可颠倒 石油分馏示意图 石油的炼制 常压分馏 注意 外压越小 物质的沸点越低 降低分馏塔里的压强 使重油在低温下能充分分馏 防止重油在高温下炭化结焦 减压分馏 石油的催化裂化 在催化剂作用下 将含碳原子较多 沸点较高的烃断裂为含碳原子较少 沸点较低的汽油等 提高轻质液体燃料的产量 故裂化汽油中含有不饱和烃 石油的裂解 用比裂化更高的温度使长链的烃分子断裂成碳原子数较少的气态烃分子和少量的液态 获取有机化工原料 如乙烯 丙烯 甲烷等 深度的裂化 石油的催化重整 在加热和催化剂的作用下 可以通过结构的重新调整 使链状烃转化为环状烃 如苯 三 天然气的综合利用天然气既是一种清洁的化石燃料 更是一种重要的化工原料 作为化工原料 它主要用于合成和生产等 天然气化工以含一个碳原子的甲烷为原料 通过化学变化形成含两个或多个碳原子的其他有机化合物 实现天然气的有效转化是一项具有挑战性的课题 氨 甲醇 天然气灶 液化天然气公交车 四 合成材料1 原料 2 合成材料基本特征 3 合成材料的合成原理 石油 煤 天然气 相对分子质量很大 是混合物 无固定的熔沸点 属于高分子化合物 加聚 缩聚 三大合成材料 塑料 合成橡胶 合成纤维 例如 乙烯合成聚乙烯 丙烯合成聚丙烯 对苯二甲酸和乙二醇缩聚成聚酯纤维 涤纶 聚丙烯 单体 CH2 CHCH3 聚苯乙烯 单体 聚甲基丙烯酸甲酯 有机玻璃 单体 酚醛塑料 单体 苯酚 甲醛 聚四氟乙烯 单体 CF2 CF2 思考与交流 1 目前 回收利用废旧合成材料有很多途径 请查阅资料了解有哪些途径 并试着从环境保护和经济成本等方面作出评价 2 你认为应该限制生产 使用聚苯乙烯塑料快餐盒 还是回收利用 请用必要资料和数据作为论据 1 回收利用废旧合成材料主要有三种途径 一是通过熔融再生重新作成多种有用的材料 二是采用热裂解或化学处理的方法使其分解 用于制备多种化工原料 三是将废旧合成材料作为燃料使用 练习 石油加工的主要目的是 将石油按其成分的沸点不同加以分离将石油按饱和与不饱和烃加以分离得到碳原子数多的烃类将石油中烷烃 环烷烃和芳香烃分开 A 石油加工的主要目的是 将石油按其成分的沸点不同加以分离将石油按饱和与不饱和烃加以分离得到碳原子数多的烃类将石油中烷烃 环烷烃和芳香烃分开 用重油制取丙烯的方法是 A 减压分馏B 干馏C 裂化D 裂解 D 用重油制取丙烯的方法是 A 减压分馏B 干馏C 裂化D 裂解 石油裂解的目的是 提高轻质液体燃料的产量主要提高汽油的产量获得短链不饱和烃改善汽油的质量 C 石油裂解的目的是 提高轻质液体燃料的产量主要提高汽油的产量获得短链不饱和烃改善汽油的质量 第二课时 1 通常所说的三废是指 和 2 绿色食品是指的食品 白色污染是指 废渣 废气 废水 塑料垃圾 无污染 无公害 一 环境保护1 在环境问题面前 化学工作者所面临的重要问题在环境问题日益突出的今天 化学工作者所面临的重要任务是对的检测 的治理 寻找从源头上治理的生产工艺 2 化学在三废治理过程中的重要作用 环境情况 三废 环境污染 二 环境保护与绿色化学 1 环境 主要是指人类的生存环境 2 环境问题 主要是指由于人类不合理开发和利用自然资源而造成生态环境的破坏 以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染问题 3 环境污染 人类排放的污染物质超过了环境的自净能力 引起环境质量发生不良变化从而危害人类健康和生存的现象 因此 要随时进行环境监测 如 水华 赤潮 酸雨 光化学烟雾 环境污染的分类 按环境要素 分大气污染 水体污染 土壤污染 按人类活动分 工业环境污染 城市环境污染 农业环境污染 按造成污染的性质 来源分 化学污染 生物污染 物理污染 噪声 放射性 热 电磁波等 固体废物污染 能源污染 思考与交流 1 硫氧化物和氮氧化物是形成酸雨的主要物质 工业上常利用它们与一些廉价易得的化学物质发生反应加以控制 消除或回收利用 请举例说明这些方法的化学反应原理和类型 酸雨是指PH 5 6的酸性降水 其主要成分是硫酸和硝酸 属于严重的大气污染现象 会区域性或随风漂移形成对土壤肥力 森林 水生动植物和建筑物等的大范围危害 酸雨主要是由化石燃料的燃烧 金属矿物的冶炼 生产和使用硫酸 硝酸的工厂等排放的硫氧化物和氮氧化物所造成的 水华是淡水中的一种自然生态现象 是由于水的富营养化引起藻类 如蓝藻 绿藻 硅藻等 的迅猛生长 水一般呈蓝色或绿色 淡水中 水华 造成的最大危害是 饮用水源受到威胁 藻毒素通过食物链影响人类的健康 蓝藻 水华 的次生代谢产物MCRST能损害肝脏 具有促癌效应 直接威胁人类的健康和生存 赤潮是由于海水中浮游藻类 原生动物或细菌异常增殖或聚集而引起海水变色的现象 实际上 赤潮并不一定都是红色的 它可因引发赤潮的生物种类和数量不同而呈现出不同颜色 返回 绿色化学理念 防治优于治理 核心 利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染 又称为 环境无害化学 环境友好化学 清洁化学 从学科观点看 是化学基础内容的更新 改变反应历程 从环境观点看 强调从源头上消除污染 从一开始就避免污染物的产生 从经济观点看 它提倡合理利用资源和能源 降低生产成本 尽可能提高原子利用率 热点 原子经济性 反应物原子全部转化为最终的期望产物 原子利用率为100 原子利用率 25 4 原子利用率 100 绿色化学对于化学反应提出了 原子经济性 原子节约 的新概念及要求 理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物 不产生副产物 实现零排放 下列几种生产乙苯的方法中 原子经济性最好的是 反应均在一定条件下进行 A C2H5Cl HCl B C2H5OH H2O C CH2 CH2 D HBr H2 C 某工厂利用铜屑制硝酸铜 你认为可以用哪些方法 哪种最好 利用铜屑制硝酸铜可以采用以下三种方法 铜与浓硝酸反应 铜与稀硝酸反应 铜与氧气反应后 再与硝酸反应 从原子经济性的角度考虑 从最大限度地减少废物的排放的角度考虑 采用铜与氧气反应后 再与硝酸反应的方法是最好的 汽车尾气 含有烃类 CO SO2与NO等物质 是城市空气的污染源 治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个 催化转换器 用铂 钯合金作催化剂 它的特点是使CO与NO反应 生成可参与大气生态环境循环的无毒气体 并促使烃类充分燃烧及SO2的转化 1 写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式 2 催化转换器 的缺点是在一定程度上提高空气的酸度 其原因是 SO2转化为SO3 产生硫酸酸雾 3 控制城市空气污染源的方法可以有 多选扣分 a开发氢能源b使用电动车c植树造林d戴上呼吸面具 ab 比较蒸馏 分馏 干馏 例 丁烷催化裂化时 碳链按两种形式生成两种烷烃和烯烃 如果丁烷的裂化率为90 又知生成的两种烯烃质量相同 那么裂化后得到的混和气中分子量最小的气体所占体积约为 A 19 B 36 C 40 D 50 A 2 10 5 1 9 例2在沥青中含稠环芳烃 其中偶数个苯环的可视为同系物 如 此顺推还有D E F 等 在该系列化合物中含碳的最大质量分数是 A 100 B 93 75 C 56 D 97 3 解析根据题意 应先找出这一类化合物的规律 A的分子式为C10H8 B为C16H10 C为C22H12 故这一类化合物的通式为C6n 4H2n 6 从通