第二节　资源综合利用　环境保护教学实录及点评

第二节

资源综合利用、环境保护

学习目标

1．了解煤、石油、天然气作为能源及化工原料的综合利用。

2．掌握煤的干馏、液化、气化的原理及利用。

3．掌握石油的裂化、裂解反应及聚合反应的定义及应用。

4．了解环境污染及其治理、绿色化学的含义。

5．认识到关心科学、研究科学和探索科学的精神。

教学重难点：

本节教学重点：煤的干馏、液化、气化的原理及利用，石油的裂化、裂解反应及聚合反应的定义及应用，环境污染及其治理、绿色化学的含义。

本节教学难点：石油裂化的原理

课时安排：两课时

教学过程：

前言：工业生产需要大量的原料，消耗大量的能源。在得到所需的产品的同时产生了大量的废气、废水和废渣。处理不当就会污染环境。气候变暖、臭氧层破坏、酸雨和赤潮等全球性和区域性环境问题，正在威胁着人类的生存和发展，保护自然环境已成为实现人类社会可持续发展的重要课题。

【新课】第一课时 煤、石油和天然气的综合利用

迄今为止，煤、石油、天然气仍是人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料。如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料燃烧所造成的环境污染，是人类面临的重大挑战。

一、煤的组成及其综合利用

1．

煤的组成

煤是由有机物和少量的无机物组成的复杂混合物。主要含C元素，还含有少量的H、O、N、S等元素。

2．煤的综合利用

煤的综合利用主要是通过煤的干馏、煤的液化、和气化，获得洁净的燃料和多种化工原料。

（1）煤的干馏

煤干馏是指将煤隔绝空气加高温使之分解，得到焦炭、煤焦油、煤气。煤干馏过程中发生一系列复杂的化学反应，从煤干馏产物中可获得重要的化工原料，如氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、萘、酚类等。

煤的干馏实验装置如图：

煤干馏的主要产品和用途

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

（2）煤的气化

将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应为：

 CO(g)+H2(g) C (s)+H2O(g) 这是一个吸热反应，所需热量一般都由同时进行的碳的燃烧反应来提供。

C＋O2 ===CO2+热

碳燃烧时可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气。即把中热值煤气里的CO和H2用催化剂合成甲烷。

CO＋3H2

→CH4＋H2O+热

利用焦炉煤气还是目前最便宜的生产煤气的方法。

（3）煤的液化

煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。

煤的间接液化：先将煤转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇等。

二、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内含两个或两个以上碳原子的其他有机化合物。

关于甲烷水合物的介绍

甲烷水合物是由甲烷和水在高压（>100大气压或>10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质，可表示为CH4•H2O,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，可以象酒精块一样被点燃，故也有人叫它“可燃冰”。

高温

甲烷水合物被认为是21世纪新型洁净的能源。但是储量巨大的甲烷水合物的分解和释放，会诱发海底地质灾害，还会加重温室效应，会诱发海底地质灾害，还会加重温室效应。目前，甲烷水合物已经成为关注和研究的重要领域，并取得了多项进展。

三、石油的组成及其综合利用

石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。

1．石油的分馏

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物的过程。

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。

干馏、分馏和蒸馏的区别：

干馏是固态物质隔绝空气加强热发生分解反应的过程，属于化学反应。如：煤的干馏。

蒸馏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。属于物理变化。

分馏是分离提纯沸点相近的混合液体的一种方法，它实质上就是多次蒸馏。如石油的分馏。

2．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工原料。例如，

C16H34

 CH+CH

818816催化剂加热、加压催化剂C8H18

 CH+ CH

41048加热、加压催化剂C4H10

 CH+CH

2624加热、加压

C4H10

 CH+CH

438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重要化工原料。

3．其它的石油加工

石油经过催化重整，可以使链状烃转化为环状烃，获得苯、甲苯等重要化工基本原料。

4．聚合反应和高分子化合物

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。例如，

CH2－CH2

n n CH2=CH2 聚乙烯是由成千上万个乙烯分子在一定条件下发生聚合反应生成的相对分子质量巨大的高分子化合物。相对分子质量巨大是高分子化合物的基本特征，也是它们与低分子化合物的根本区别。高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等，也有人工合成的，如聚乙烯、聚丙烯等。塑料、合成橡胶和合成纤维三大人工合成的高分子材料。

[课堂练习] 1．

地球大气中因二氧化碳含量增加而引起“温室效应”，下面关于大气中二氧化碳增加的主要来源的说法中，最不合理的一种是（ ）

A．人和动物呼出的二氧化碳

B．石油产品大量燃烧

C．森林大面积缩小，吸收二氧化碳的能力减少

D．煤的燃烧

2、煤在干馏时得到气态产物是（ ）

A．天然气 B．水煤气 C．焦炉气 D．高炉煤气

3．下列物质属于纯净物的是（ ）

①酒精②天然气③煤焦油④甲醇⑤煤⑥石油⑦冰醋酸⑧工业酒精⑨焦炉气⑩汽车废气

A．①③④⑨

B．②⑤⑦⑧

C．①②④⑦⑨

D．①④⑦

4. 下列变化属于物理变化的是（ ）

A. 煤的干馏 B. 裂解

C.从煤焦油中得到苯、甲苯、二甲苯等

D.古代植物变质成煤

5．丁烷裂解时可有两种方式断裂，生成两种烷烃和两种烯烃。如果丁烷裂解率为90%，又知裂解生成的两种烯烃的质量相等，那么裂解后所得到的混合气体中，分子量最小的气体占有的体积为分数为（

）

A．19%

B．25%

C．36%

D．40% 6．在人们的印象中，塑料是常见的绝缘材料，但2000年3名诺贝尔化学奖得主的研究成果表明，塑料经改造后能像金属一样具有导电性。要使塑料聚合物导电，其内部的碳原子之间必须交替地以单键和双键结合(再经掺杂处理)。目前导电聚合物已成为物理学家和化学家研究的重要领域。由上述分析，下列聚合物经掺杂处理后可以制成“导电塑料”的是

课堂练习答案：1A 2 C 3 D 4C 5A 6B 【作业】同步练习题

绿色化学示意图安全的生产工艺反应过程反应物无毒无害原料可再生资源原子经济性反应高选择性反应提高能源的利用率反应产物环境友好产品（安全、能降解、可再利用）应用无毒无害的催化剂[课堂练习1]

应用无毒无害的溶剂

[答案]以乙烯为原料通过氯代乙醇法生产环氧乙烷，其原子利用率为：

采用银催化一步合成环氧乙烷的原子利用率为：100％。

要发展绿色化学意味着要从过去的污染环境的化工生产转变为安全的、清洁的生产。 清洁生产的重点在于：①设计比现有产品的毒性更低或更安全的化学品，以防止意外事故的发生；②设计新的更安全的、对环境良性的合成路线，例如尽量利用分子机器型催化剂、仿生合成等，使用无害和可再生的原材料；③设计新的反应条件，减少废弃物的产生和排放，以降低对人类健康和环境产生的危害。 [课堂练习2] 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 B C D ＋C2H5Cl→＋C2H5OH→＋CH2＝CH2→→＋HCl ＋H2O

＋HBr；＋H2→

解析：依据题目中的信息要点：“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”，观察四个选项中的化学方程式，找出“零排放”的反应（C）

答案：C [课堂练习3]

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？

解析及答案：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。

[课堂练习4] 为了降低硫氧化物造成的污染，一种方法是在含硫燃料（如煤）中加入生石灰，这种方法称作“钙基固硫”．采用这种方法“固硫”的反应为（

） A.2CaO+2S===2CaS+O2 B.S+O2===SO2 C.CaO+SO2===CaSO3 D.2CaSO3+O2===2CaSO4 解析：含硫燃料燃烧时产生二氧化硫，二氧化硫会与加入的生石灰发生反应，产生CaSO3，而CaSO3在灼热的空气中不稳定，会被氧气氧化成硫酸钙。

答案：CD [课堂练习5] 工、农业及城市生活污水中含磷，家用洗涤剂是污水中磷的一个重要来源(洗涤剂中含有磷酸钠)，对于处理污水时要不要除去磷，下列说法中正确的是( ) A.磷是生物的营养元素，不必除去

B.含磷的污水是很好的肥料，不必除去

C.含磷污水引起藻类增殖，使水变质，必须除去

D.磷对人无毒，除去与否都无关紧要

答案：C

[课堂练习6] 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

（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

2CO2+N2 (2)SO2转化为SO3，产生硫酸酸雾 (3)a b 答案：（1）2CO+2NO催化剂作业：同步练习题