必修二第四章第二节-资源综合利用

AgAlAuCuFeMgCoMn第二节化学与资源综合利用、环境保护第一课时废气、废水、废渣

煤、石油和天然气仍然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、化工原料缺点:不可再生、环境污染求知课堂互动一、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、卤素等）组成成分：是由多种有机物、无机物组成的复杂混合物。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1、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22、煤的综合利用（1）煤的干馏①煤的干馏原理：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。表4-2煤干馏的主要产品和用途（2）煤的气化：

将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。C(s)+H2OCO(g)+H2(g)高温CO(g)+3H2CH4(g)+H2O(l)一定条件中热值气高热值气2CO(g)+O22CO2(g)；△H=-566KJ/mol2H2(g)+O22H2O(l)；△H=-571KJ/molCH4(g)+2O2CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3KJ/mol

将煤转化液体燃料的过程。分为直接液化和间接液化。（3）煤的液化：C(s)+H2OCO(g)+H2(g)高温

CO+2H2CH3OH（甲醇）一定条件如：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。石油分馏示意图比较蒸馏、分馏、干馏蒸馏分馏干馏操作过程原理目的加热和冷凝加热和冷凝隔绝空气加强热物理变化物理变化复杂的物理变化和化学变化分离精炼加工煤3、石油的裂化和裂解（1）裂化的目的：（2）裂化的原理：石油的裂化是

在催化剂的作用下将含碳原子多的重油（烃）断裂成碳原子较少的烃的过程。提高轻质液体燃料的产量。(3)裂解:

深度的裂化。裂解的目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。乙烯的产量是一个国家石化水平的标志C16H34C8H18+C8H16催化剂加热、加压十六烷辛烷辛烯C8H18C4H10+C4H8催化剂加热、加压丁烷丁烯辛烷C4H10CH4+C3H6催化剂加热、加压甲烷丙烯丁烷C4H10C2H6+C2H4催化剂加热、加压乙烷乙烯丁烷25%产量提高三、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：

。例如：乙烯合成聚乙烯

，丙烯合成聚丙烯

。石油、煤、天然气相对分子质量很大，属于高分子化合物加聚、缩聚4、聚乙烯与高分子化合物（1）聚乙烯的生成CH2=CH2CH2=CH2CH2=CH2+++……[CH2—CH2

]nnCH2=CH2[CH2—CH2]n聚乙烯（2）高分子化合物及其特征

相对分子质量很大,是混合物,无固定的熔沸点。加聚反应聚合反应：由相对分子质量小的化合物分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应。此反应属于乙烯的加成反应，所以这种聚合反应又叫加成聚合反应，简称加聚反应。塑料、合成橡胶、合成纤维综合利用的意义：物尽其用、保护资源，创造出更多产品聚丙烯：单体：CH2＝CHCH3聚苯乙烯单体：CH2＝CHC6H5聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）单体：CH2＝CCH3COOCH3酚醛塑料单体：苯酚、甲醛聚四氟乙烯单体：CF2＝CF2思考与交流：2、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。1、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

第二课时背景知识回顾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、无公害求知课堂互动一、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。

利用化学方法可以控制硫和氮氧化物，进而控制酸雨等危害。例如：针对我国以煤炭为主、酸雨类型属于硫酸型的特点，主要采取燃料预脱煤、炉内脱硫和烟囱排气除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3、水等吸收脱硫。

CaO+SO2====CaSO32CaSO3+O2====2CaSO4SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO3800

℃800

℃再如，机动车辆的尾气排放也同样需要控制，其中的氮氧化物还是光化学污染的主要成因，它比硫氧化物的消除难度大，一般采用CH4、H2、NH3等在Pt、Pd等催化作用下是氮氧化物还原，转化为N2、CO2、H2O等无害气体。CH4+4NO2======4NO+CO2+2H2OCH4+4NO======2N2+CO2+2H2OPt400~500℃Pt400~500℃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→＋HClB

＋C2H5OH→＋H2OC

＋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：2CO+2NO2CO2+N2

（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

ab1．煤的综合利用(1)煤的组成煤是由______和少量______组成的复杂混合物，

主要含碳_____,还含有少量_______________等

元素。有机物无机物元素氢、氧、氮、硫自主学案(2)煤的综合利用2．天然气的综合利用(1)组成：天然气的主要成分是______。(2)综合应用:①天然气是一种清洁的化石燃料。②作为一种化工原料,主要用于______和_____

_____等。3．石油的综合利用(1)石油的组成石油是由多种___________组成的混合物。甲烷合成氨生产甲醇碳氢化合物(2)石油的综合利用4．以煤、石油和天然气为原料生产合成材料(1)三大合成材料:_________________________。(2)实例：制取聚乙烯反应的化学方程式为：_____________________________塑料、合成橡胶和合成纤维(3)三个概念干馏蒸馏分馏原理隔绝空气、高温下使物质分解根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离与蒸馏原理相同产物产物为混合物产物为单一组分的纯净物产物为沸点相近的各组分组成的混合物，称为馏分反应类型化学变化物理变化物理变化2.直馏汽油与裂化汽油比较获得方法主要化学成分鉴别方法直馏汽油原油直接分馏，物理变化一般是C5～C11的烷烃及少量的芳香烃等，性质稳定能使溴的四氯化碳溶液褪色的是裂化汽油裂化汽油重油裂化，化学变化含有的C5～C11的烷烃和烯烃，性质活泼3.化学“六气”的主要成分[特别提醒]

焦炉气及裂解气中均含有烯烃，若通入溴水或酸性KMnO4溶液，溴水、酸性KMnO4溶液褪色。高炉煤气水煤气天然气液化石油气焦炉气裂解气主要成分CO、CO2H2、COCH4C3H8、C4H10H2、CH4、C2H4、COC2H4、C3H6、C4H8、CH41．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是(

)A．石油裂解得到的汽油是纯净物B．石油产品都可用于聚合反应C．天然气是一种清洁的化石燃料D．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料解析：

汽油是C5～C11的各种烃的混合物；石油产品有多种，并非都可用于聚合反应，如烷烃；水煤气是通过焦炭与水蒸气反应生成的。答案：

C1．环境保护(1)环境问题的含义指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造

成的____________，以及工农业生产和人类生

活所造成的_________。(2)当今化学工作者面临的重要任务环境情况的监测、三废的治理、寻找源头治理

环境污染的生产工艺等。生态环境破坏环境污染(3)三废①废气：大气污染物主要来自____________和

工业生产过程产生的_____及其____________。

②废水：含有复杂的成分，任意排放会导致

_____________的污染。③废渣：对废渣等固体废弃物的处理兼有____

__________和_____________两个重要目的。化石燃料燃烧废气携带的颗粒物土壤、水源减小环境污染资源回收利用2．绿色化学(1)核心利用化学原理_____________________________

____________。(2)原子经济的含义原子经济要求反应物中的原子全部转化为_____

_________,这时原子利用率达到______。从源头上减小和消除工业生产对环境的污染期望最终产物100%环境问题主要污染物主要危害温室效应CO2造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小酸雨SO2、NOx土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等臭氧层破坏氟氯代烷、NOx到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害光化学烟雾碳氢化合物、NOx刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡白色污染废弃塑料制品①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产②混入生活垃圾中难处理、难回收③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡赤潮和水华废水中含N、P的营养物质使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊绿色、水质恶化[特别提醒]

(1)空气质量日报报导的空气污染物主要有CO、SO2、NOx及可呼入性固体颗粒。(2)酸雨、臭氧层破坏、光化学烟雾均与NOx有关。2．我国古代有“女娲补天”的传说，今天人类也面临“补天”的问题，下列采取的措施与今天所说的“补天”无关的是(

)A．研究新型催化剂，消除汽车尾气的污染B．禁止使用含氟电冰箱C．倡导使用无磷洗衣粉D．严格控制硝酸厂的尾气处理解析：今天所说的“补天”是指弥补臭氧层遭到破坏所造成的臭氧层变薄和臭氧空洞。氮氧化物、氟氯烃等都能破坏臭氧层，能杜绝或减少这些物质排放的措施都可以称为“补天”。答案：C(2011·临沂高一检测)下列说法中不正确的是(

)A．与煤、柴油相比较，天然气是一种比较清洁的化石燃料B．乙醇是一种可再生能源，作为燃料的优点是完全燃烧的产物不污染环境C．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源能有效改善空气质量D．煤转化为水煤气再燃烧放出的热量不会增加，因此煤的气化毫无意义课堂讲义解析：A项，天然气的主要成分是CH4，完全燃烧生成CO2和H2O，对环境无污染，而煤或柴油燃烧能产生污染环境的SO2、NOx等气体；B项，C2H5OH完全燃烧生成CO2和H2O，对环境无污染；C项，太阳能、风能和氢能均为绿色能源；D项，煤的气化能提高煤的燃烧效率。答案：D[规律方法]

(1)煤的干馏、气化和液化，石油的裂化和裂解均为化学变化，石油的分馏属于物理变化。(2)煤的气化、液化的目的是把煤转变为清洁能源，提高煤的燃烧效率；石油分馏的目的是为了得到汽油、煤油、柴油等轻质油；石油裂化的目的是为了提高轻质油，特别是汽油的产量和质量；石油裂解的目的是为了得到乙烯、丙烯、丁烯等短链不饱和烃。1．把下列各物质的制取、加工方法或反应类型填写在各题后的括号中：(1)煤→焦炭(

)(2)煤焦油→苯(

)(3)石蜡→汽油(

)(4)煤→水煤气(

)(5)石油→汽油、煤油、柴油(

)解析：

(1)干馏煤可得到焦炭；(2)煤焦油是苯与其他芳香烃组成的混合物，可利用分馏法从中获取苯；(3)石蜡是由相对分子质量大的固态烃和液态烃组成的混合物，可利用裂化方法制得汽油；(4)将煤气化可得水煤气；(5)将石油分馏可得到汽油、煤油、柴油等轻质油。答案：

(1)煤的干馏(2)分馏(3)催化裂化(4)煤的气化(5)石油的分馏解析：

A项，含磷洗涤剂流入江河、湖泊中能使水体富营养化，导致赤潮和水华，故A正确；B项，天然气是清洁能源，代替汽油和柴油作发动机燃料，有助于减轻环境污染，B正确；C项，工业废水中含有有毒物质，生活污水含有营养物质，均能污染水源和土壤，C正确；D项，抑制水中所有动植物的生长，会破坏生态平衡，不符合生态环境要求，D错。答案：

D[规律方法]

(1)食品添加剂虽能改善食品的色泽、香味及保质时间，但必须按国家规定的用量使用，否则对人体健康有害。(2)汽油有分馏汽油和裂化汽油之分，二者性质上有差异，分馏汽油主要是液态烷烃，不能使溴水及酸性KMnO4溶液褪色，但裂化汽油中存在不饱和烯烃，能使溴水及酸性KMnO4溶液褪色。2．下列说法与“节能减排”不相符的是(

)A．为推广氢能的使用，工业上可采用电解水法制取大量氢气B．将石油裂化、裂解，综合利用石油资源C．有节制地开采煤、石油、天然气等矿物资源D．倡导“绿色化学”理念，逐步实现化工企业零排放解析：

A项中氢能的使用固然能减排，但用电解水法制取氢气会消耗大量的能量；B项中将石油进行深加工将更能提高原料的利用率，达到“节能”的目的，资源是有限的，有效合理地开采各种化石原料是目前倡导的节能方式，C项正确；D项中实现工业零排放是原子经济性的目的，符合“绿色化学”理论。答案：

A热点实验石油裂化的实验探究[探究举例]某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图：实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化，试管Ⅱ中有少量液体凝结，试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管Ⅱ中液体气味，具有汽油的气味。创新探究(1)该装置议器连接的顺序应遵循的原则为_______________________________，加入药品之前的操作为________，长导管的作用是________________________________________________________________________；(2)试管Ⅱ中少量液体凝结说明了_______________________________；(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了_______________________________；(4)能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴，理由是____________________________________________________________________。(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式_____________________________________。(6)石油裂化的重要意义是_______________________________。解析：仪器连接的顺序应遵循从下往上、从左到右的原则，装入药品之前要检验装置的气密性。依据石油分馏工业的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，兼起冷凝气体的作用；依据催化裂化原理，下列反应皆有可能发生：试管Ⅱ中有液体生成，说明生成5个碳原子数以上的烃，因为常温常压下，5个碳原子数以上的烃大都呈液体。试管Ⅲ中KMnO4溶液褪色说明生成常温常压下呈气态的5个碳原子数以下的烯烃；由于裂化产物中有烯烃生成，易与溴发生加成反应，所以不能用来萃取卤素单质；从以上变化可以看出，石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃油，特别是提高汽油的产量和质量。1．(2010·江苏高考)化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是

(

)A．为提高农作物的产量和质量，应大量使用化肥和农药B．绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理C．实现化石燃料清洁利用，就无需开发新能源D．垃圾是放错地方的资源，应分类回收利用知能演练解析：

大量使用化肥会破坏土壤结构，大量使用农药会污染环境，A项错；绿色化学的核心是从源头上阻止环境污染，而不是出现污染后去治理，B项错；化石燃料是有限的，仍需开发新能源以替代化石燃料，C项错误。答案：

D解析：电解水制氢要消耗大量的电能，高温分解水需消耗大量热能，天然气制氢要消耗大量化工原料和能量，而利用太阳光催化分解水制氢可节省大量能源且太阳能是用之不竭的，C项正确。答案：

C3．有关聚乙烯的说法，正确的是(

)A．聚乙烯通过加聚反应生成B．聚乙烯具有固定的元素组成，因而有固定的熔、沸点C．聚乙烯塑料袋有毒，故不能装食品D．聚乙烯性质稳定，故不易造成污染答案：

A4．煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气