高中化学必修二 第四章第二节资源综合利用 环境保护

1、第二节第二节 资源综合利用资源综合利用 环境保护环境保护 湖南桃源九中 高一年级第一学年第二学期 高一年级高一年级 化学化学2 第四章第四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用 工业生产：工业生产： 大量原料大量原料 能源能源 产品产品 废物废物 污染环境污染环境 资源的综合利用资源的综合利用环境保护环境保护 知识回顾知识回顾 一、化石燃料一、化石燃料 煤、石油和天然气都是古代煤、石油和天然气都是古代 经过一系列复杂经过一系列复杂 变化而成的，它们是人们生活中经常使用的主要燃料，因变化而成的，它们是人们生活中经常使用的主要燃料，因 此人们常称它们为此人们常称它们为 燃料，是燃料，

2、是 资源。资源。 二、煤、石油燃烧对环境的影响二、煤、石油燃烧对环境的影响 1、煤的燃烧对空气的影响、煤的燃烧对空气的影响 煤燃烧时会排放出煤燃烧时会排放出 等气体和一些烟尘，它们等气体和一些烟尘，它们 都是大气的污染物。都是大气的污染物。 2、用石油作燃料，直接燃烧的是石油的加工产品、用石油作燃料，直接燃烧的是石油的加工产品汽汽 油、煤油、柴油等，它们燃烧时会排放油、煤油、柴油等，它们燃烧时会排放 出出 、 、含、含 化合物、未燃烧的化合物、未燃烧的 化合物和烟尘等，它们都是大气的污染物。化合物和烟尘等，它们都是大气的污染物。 动植物遗骸动植物遗骸 化石化石不可再生不可再生 SO2、NO2

3、CO 氮的氧化物氮的氧化物 铅铅碳氢碳氢 迄今为止，迄今为止，煤、石油、天然气煤、石油、天然气仍是人仍是人 类使用的主要能源，同时它们也是重类使用的主要能源，同时它们也是重 要的要的化工原料化工原料。如何实现化石燃料的。如何实现化石燃料的 综合利用，提高利用率，减少化石燃综合利用，提高利用率，减少化石燃 料燃烧所造成的环境污染，是人类面料燃烧所造成的环境污染，是人类面 临的重大挑战。临的重大挑战。 一、煤、石油和天然气的综合利用一、煤、石油和天然气的综合利用 1 1、煤的种类与组成、煤的种类与组成 煤的种类 2 2煤的元素组成：煤的元素组成：C C、H H、O O、N N、S S等等 3 3煤

4、的成分：多种有机物和无机物所组成的复杂煤的成分：多种有机物和无机物所组成的复杂 混合物混合物 5060泥煤泥煤 5070褐煤褐煤 7080烟煤烟煤 95无烟煤无烟煤 含C的质量分数 煤的种类煤的种类 ( (一一) ) 从煤、石油和天然气中获得基本化工原料从煤、石油和天然气中获得基本化工原料 4 4煤的综合利用煤的综合利用 煤的综合利用主要是通过煤的煤的综合利用主要是通过煤的干馏干馏、煤的液化和气煤的液化和气 化化，获得，获得洁净的燃料洁净的燃料和和多种化工原料多种化工原料。 （1 1）煤的干馏）煤的干馏 煤干馏的主要产品和用途煤干馏的主要产品和用途 干干 馏馏 产产 品品 主主 要要 成成 分

5、分 主主 要要 用用 途途 出出 炉炉 煤煤 气气 焦炉气焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、氢气、甲烷、乙烯、 一氧化碳一氧化碳 气体燃料、化工原料气体燃料、化工原料 粗氨水粗氨水 氨、铵盐氨、铵盐 氮肥氮肥 粗苯粗苯 苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 炸药、染料、医药、农药、炸药、染料、医药、农药、 合成材料合成材料 煤煤 焦焦 油油 苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 酚类、萘类酚类、萘类 染料、医药、农药、染料、医药、农药、 合成材料合成材料 沥青沥青 筑路材料、制碳素电极筑路材料、制碳素电极 焦焦 炭炭 炭炭 冶金、合成氨造气、电石、冶金、合成氨造气、电石、 燃料燃料 煤的汽化和液化就是使煤变成

6、清洁能源的有煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的有 效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高。效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高。 （2 2）煤的气化）煤的气化 （3 3）煤的液化）煤的液化 煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。 煤的间接液化：先将煤转化为煤的间接液化：先将煤转化为CO和和H2，再在催，再在催 化剂作用下合成甲醇等。化剂作用下合成甲醇等。 高温 C (s)+HC (s)+H2 2O(g)O(g) CO(g)+HCO(g)+H2 2(g)(g)高温高温 CO + 2HCO + 2H2 2 CH CH3 3OHOH（甲醇）（甲醇

7、） 一定 条件 5 5、天然气的组成及其综合利用、天然气的组成及其综合利用 天然气主要成分是甲烷。天然气是一种清洁天然气主要成分是甲烷。天然气是一种清洁 燃料，可以直接用作燃料。天然气更是一种重要燃料，可以直接用作燃料。天然气更是一种重要 的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇及分子的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇及分子 内含两个或两个以上碳原子的其他有机化合物。内含两个或两个以上碳原子的其他有机化合物。 甲烷水合物甲烷水合物 甲烷水合物是由甲烷和水在高压（甲烷水合物是由甲烷和水在高压（100100大气压或大气压或10MPa10MPa） 和低温（和低温（0 01010）条件下合成的一种固态结

8、晶物质，可）条件下合成的一种固态结晶物质，可 表示为表示为CHCH4 4nHnH2 2O,O,甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。 甲烷水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可甲烷水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可 以象酒精块一样被点燃，故也有人叫它以象酒精块一样被点燃，故也有人叫它“可燃冰可燃冰”。 6、石油的组成及其综合利用、石油的组成及其综合利用 (1)(1)石油的分馏石油的分馏 石油分馏是利用原油中各组分沸点的不同，石油分馏是利用原油中各组分沸点的不同， 将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合

9、物的过程。物的过程。 石油分馏主要在分馏塔中进行，通过分馏可石油分馏主要在分馏塔中进行，通过分馏可 以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。 石油分馏示意图石油分馏示意图 分馏分馏是分离提纯是分离提纯沸点相近的混合液体沸点相近的混合液体的一种方的一种方 法，它实质上就是法，它实质上就是多次蒸馏多次蒸馏。如石油的分馏。如石油的分馏。 干馏、分馏和蒸馏的干馏、分馏和蒸馏的区别区别： 干馏干馏是固态物质隔绝空气加强热发生分解反应是固态物质隔绝空气加强热发生分解反应 的过程，属于的过程，属于化学反应化学反应。如：煤的干馏。如：煤的干馏。 蒸馏蒸馏是液态混合物在不需要隔绝空气情况

10、下加是液态混合物在不需要隔绝空气情况下加 热发生的液体气化再冷凝的过程。属于热发生的液体气化再冷凝的过程。属于物理变化物理变化。 （2 2）石油的催化裂化）石油的催化裂化 石油的催化裂化是将含碳原子较多、沸点较高的烃断石油的催化裂化是将含碳原子较多、沸点较高的烃断 裂为含碳原子较少、沸点较低的汽油的过程。石油裂裂为含碳原子较少、沸点较低的汽油的过程。石油裂 化的产品再经过进一步裂解，可以获得很多重要的化化的产品再经过进一步裂解，可以获得很多重要的化 工原料。工原料。 催化剂 加热、加压 催化剂 加热、加压 催化剂 加热、加压 乙烯、丙烯、甲烷等都是通过石油裂化和裂解得到的乙烯、丙烯、甲烷等都是

11、通过石油裂化和裂解得到的 重要化工原料。重要化工原料。 C C16 16H H3434 C8H18+C8H16 催化剂 加热加压 C C8 8H H18 18 C C4 4H H10 10+ C + C4 4H H8 8催化剂 加热加压 C C4 4H H10 10 C C2 2H H6 6+C+C2 2H H4 4 催化剂 加热加压 C C4 4H H10 10 CHCH4 4+C+C3 3H H8 8 催化剂 加热加压 （3 3）石油的催化重整）石油的催化重整 在加热和催化剂的作用下，使石油中的在加热和催化剂的作用下，使石油中的链状链状 烃烃发生结构的重新调整而转化为发生结构的重新调整而转

12、化为环状烃环状烃的过程的过程 叫叫石油的催化重整。石油的催化重整。 石油的催化重整的目的：石油的催化重整的目的： 获取苯、甲苯等重要的基本化工原料，并提高获取苯、甲苯等重要的基本化工原料，并提高 汽油品质。汽油品质。 25% 产量提高产量提高 ( (二二) ) 以煤、石油和天然气为原料生产合成材料以煤、石油和天然气为原料生产合成材料 由低分子（相对分子质量小）生成高分子化合由低分子（相对分子质量小）生成高分子化合 物（相对分子质量巨大）的反应叫做聚合反应。物（相对分子质量巨大）的反应叫做聚合反应。 nCH3CH=CH2CHCH2n CH3 聚合反应聚合反应 加聚反应加聚反应 缩聚反应缩聚反应

13、明确：单体、链节、聚合度明确：单体、链节、聚合度 单体单体聚合度聚合度链节链节 nCH3CH=CH2CHCH2n CH3 OO nCH2OH-CH2OH + nHOC COH O-CH2-CH2-OCC +2nH2O OO n 二、环境保护与绿色化学二、环境保护与绿色化学 当人类活动产生的污染物或某种能造成污染物质，进当人类活动产生的污染物或某种能造成污染物质，进 入环境的浓度或总量超越环境容量或环境自净的能力，入环境的浓度或总量超越环境容量或环境自净的能力， 从而导致环境质量下降及恶化的现象，就是环境污染。从而导致环境质量下降及恶化的现象，就是环境污染。 想一想：想一想：什么是环境污染呢？什

14、么是环境污染呢？ 1998摩洛哥干旱羊上树 沙尘暴: 1986年4月,乌克兰基辅北部切尔诺贝利核电站4号反应 堆爆炸,放射性物质大量外泻,造成31人死亡,237人受放 射性伤害. 根据村民的不完全统计，自根据村民的不完全统计，自1999年以来，西堤头村和刘年以来，西堤头村和刘 快庄村各种癌症患者有快庄村各种癌症患者有232人，平均年龄人，平均年龄51岁，最小的岁，最小的 才才7岁，已经死亡岁，已经死亡172人，其中肺癌、肝癌和肠癌的患病人，其中肺癌、肝癌和肠癌的患病 比例最高。两个村的总人口大约是比例最高。两个村的总人口大约是1.3万，癌症发病率达万，癌症发病率达 到了到了178/万，是全国癌

15、症平均发病率万，是全国癌症平均发病率7/万的万的25倍多倍多 水华水华 光化学烟雾光化学烟雾 大气污染物大气污染物一氧化氮、二氧化氮一氧化氮、二氧化氮和某些和某些碳氢碳氢 化合物化合物在太阳光紫外线的照射下，在低空大气中在太阳光紫外线的照射下，在低空大气中 发生复杂的光化学反应（大气中的氧气也参加了发生复杂的光化学反应（大气中的氧气也参加了 反应），形成白色或浅兰色有特殊气味的光化学反应），形成白色或浅兰色有特殊气味的光化学 烟雾。烟雾。 光化学烟雾中主要含二次污染物如醛类、酮光化学烟雾中主要含二次污染物如醛类、酮 类、臭氧、过氧硝酸、乙酰酯等。光化学烟雾严类、臭氧、过氧硝酸、乙酰酯等。光化学

16、烟雾严 重危害人体健康，损害植物及橡胶制品等。重危害人体健康，损害植物及橡胶制品等。 请看以下数据： 1全世界每年消耗的化石燃料，世纪初 不足亿吨，年代初达亿 吨 人类每年都在制造成千上万种新化学品， 有毒化学品已达万吨 南极企鹅体内也检验出滴滴涕南极企鹅体内也检验出滴滴涕,北极附近冰北极附近冰 盖层盖层,铅汞含量不断上升铅汞含量不断上升. 污染到处存在污染到处存在,世界已无净土世界已无净土 ( (一一) )环境污染的分类：环境污染的分类： 1 1按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染 2 2按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、按人类活动分：

17、工业环境污染、城市环境污染、 农业环境污染农业环境污染 3 3按造成污染的性质、来源分：化学污染、生物污按造成污染的性质、来源分：化学污染、生物污 染、物理污染（噪声、放射性、染、物理污染（噪声、放射性、 热、电磁波等）、固体废物污染、热、电磁波等）、固体废物污染、 能源污染能源污染 ( (二二) )化学在环境保护上的应用主要有化学在环境保护上的应用主要有 以下几个方面：以下几个方面： 1 1对环境情况进行监测：对污染物的存在对环境情况进行监测：对污染物的存在 形态、形态、 含量进行分析和鉴定。含量进行分析和鉴定。 2 2治理三废：对生产过程中产生的废气、治理三废：对生产过程中产生的废气、 废

18、水和废渣进行处理，减少环境污染，实废水和废渣进行处理，减少环境污染，实 现资源的回收利用。现资源的回收利用。 3 3寻找源头治理环境污染的生产工艺，实寻找源头治理环境污染的生产工艺，实 施清洁生产施清洁生产绿色化学绿色化学 三、绿色化学与清洁生产三、绿色化学与清洁生产 绿色化学的绿色化学的核心核心是要利用化学原理从源头消除污染是要利用化学原理从源头消除污染 。绿色化学是指化学反应和过程以。绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性原子经济性”为基为基 本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反 应的每个原料原子，应的每个原料原子，实现实现“零

19、排放零排放”。不仅充分利用资。不仅充分利用资 源，而且不产生污染；并采用无毒、无害的溶剂、助剂源，而且不产生污染；并采用无毒、无害的溶剂、助剂 和催化剂，生产有利于环境保护、社区安全和人身健康和催化剂，生产有利于环境保护、社区安全和人身健康 的环境友好产品。绿色化学化工的目标是寻找充分利用的环境友好产品。绿色化学化工的目标是寻找充分利用 原材料和能源，且在各个环节都洁净和无污染的反应途原材料和能源，且在各个环节都洁净和无污染的反应途 径和工艺。对生产过程来说，径和工艺。对生产过程来说，绿色化学包括绿色化学包括：节约原材：节约原材 料和能源，淘汰有毒原材料，在生产过程排放废物之前料和能源，淘汰有

20、毒原材料，在生产过程排放废物之前 减降废物的数量和毒性；对产品来说，绿色化学旨在减减降废物的数量和毒性；对产品来说，绿色化学旨在减 少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。 %100 生成物总质量生成物总质量 期望产物的总质量期望产物的总质量 原子利用率原子利用率 绿色化学绿色化学 绿色化学的核心之一：原子经济性绿色化学的核心之一：原子经济性 最理想的最理想的“原子经济原子经济”：反应物中原子全部转：反应物中原子全部转 化为期望的最终产物化为期望的最终产物,实现实现”零排放零排放”。即原子。即原子 利用率利用率100%. 反应物反应物

21、 反应产物反应产物 反应过程反应过程 绿色化学绿色化学 应用无毒无害的催化剂应用无毒无害的催化剂 反应过程反应过程 反应物反应物 艺艺工工产产生生的的全全安安 提高能源的利用率提高能源的利用率 无毒无害原料无毒无害原料 可再生资源可再生资源 原子经济性反应原子经济性反应 高选择性反应高选择性反应 环境友好产品（安全、环境友好产品（安全、 能降解、可再利用）能降解、可再利用） 应用无毒无害的溶剂应用无毒无害的溶剂 绿色化学示意图绿色化学示意图 请把左侧的化学物质与右侧的环境问题联系起来请把左侧的化学物质与右侧的环境问题联系起来 SOSO2 2、NONO2 2 氟利昂氟利昂 洗涤剂洗涤剂 （生活污水）（生活污水） COCO2 2 温室效应温室效应 水体富营养化水体富营养化 （赤潮）（赤潮） 酸雨酸雨 臭氧层破坏臭氧层破坏 白色污染白色污染 塑料塑料 汽油汽油 空气中铅、空气中铅、COCO超标超标 课堂练习课堂练习 1 1、某工厂利用铜屑制硝酸铜。你认为可以用哪、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？些方法？哪种最