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教学设计：必修二 第四章 化学与自然资源的开发利用

第二节

资源综合利用 环境保护（第1课时）

知识与技能

1．知道化石燃料是重要的自然资源。

2．了解化石燃料燃烧对环境的影响，懂得选择对环境污染较小的燃料。

3．认识化石燃料综合利用和开发新能源的重要意义。

过程与方法

1．课前学生对学习内容进行社会调查和查阅相关资料。了解化石燃料的存在和利用。

2．自主学习，培养学生自学能力。

3．通过设计对化石燃料燃烧产物成分分析的定性定量实验，使学生学会解决物质（气体）检验的一般方法。

情感态度与价值观

1．培养学生对社会的关注意识；

2．知道学好化学等科学知识，为保护环境，解决能源危机作出贡献。

教学重点：化石燃料综合利用和开发新能源的重要意义。

教学难点：化石燃料的综合利用

教学过程

一. 煤、石油、天然气的综合利用：从煤、石油、天然气获得基本化工原料。

1.

煤的综合利用：

(1)煤的成分：煤是又有机物和少量的无机物组成的复杂混合物。其组成以碳元素为主，还含有H、O、N、S 等元素。

(2)煤的综合利用途径：通过煤的干馏、煤的气化和液化获得洁净的燃料和多种化工原料。，

①煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程叫做没得干馏，也叫煤的焦化。

气体：焦炉气：H2、CH4、C2H4、CO （燃料、化工原料）

粗氨水

：氨、铵盐 （化肥）

液体 粗 苯

：苯、甲苯、二甲苯 （炸药、染料、合成材料）

煤干馏的主要产品 酚类、奈 （染料、农药、合成材料）

煤焦油 沥青 （筑路材料、制碳素电极）

固体

：焦炭 （冶金、合成氨造气、电石、燃料）

1

②煤的气化：将煤转化为可燃性气体

过程。（主要反应是碳和水蒸气反应生成水煤气等）

高温

主要反应： C(s) ＋ H2O(g) CO(g) ＋ H2(g)

水煤气

直接液化：煤 + H2 液体燃料

③煤的液化

催化剂

间接液化：煤 H2

＋ CO 甲醇（CH3OH）

2.天然气的综合利用

（1）气体燃料的优点：气体燃料与空气混合充分，容易完全燃烧，与固体燃料相比有较高的利用率。气体燃料便于管道运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。

（2）天然气是一种高效、清洁的燃料：随着我国“西气东输”管线的全面贯通，越来越多的地区将使用天然气。2007年7月4日前，北京将完成全部煤气置换天然气，成为全国第一个全部使用清洁能源的大型城市。广州市也将在2010年全部完成天然气的置换。一个“天更蓝、水更清、树更绿、花更艳”，生活更美好的天然气时代即将到来。

（3）天然气是一种重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇以及合成分子内含两个或多个碳原子的其他有机化合物。

3.石油的综合利用：石油炼制后的产品绝大多数用作燃料使用，不到转化为化工原料。

I.石油的成分：石油是由多种碳氢化合物（烷烃、环烷烃及少量的芳香烃）组成的混合物。

（没有固定的沸点）

原油：

未经加工的石油叫原油，是一种棕黑色粘稠液体，不能直接使用。

Ⅱ.石油的炼制

（1）石油的分馏（物理加工过程）：

A.石油分馏的原理：利用各种烃的沸点不同，将石油不断的加热----汽化----冷凝---液化，把石油分离成不同

沸点范围 的蒸馏产物（叫做馏分，仍然是混合物）的过程叫做石油的分餾。

B.实验室蒸馏石油的装置（如图）：

C.石油分馏主要产品 石油气

液化石油气。

汽油、煤油、柴油、重油

等。

2

（2）石油的裂化（化学加工过程）：在一定条件下，将相对分子质量较

大、沸点较高

的

烃断裂为相对分子质量较小

的烃的过程。

主要目的：提高轻质油（汽油、煤油、柴油）的产量，同时得到石油裂化气。

原 料：石油分馏产品（重油）

反 应：以十六烷的催化裂化反应为例：

催化剂

加热、加压

C16H34 C8H18

＋ C8H16 十六烷 辛烷 辛烯

催化剂

加热、加压

C8H18 C4H10 ＋ C4H8

辛烷 丁烷 丁烯

催化剂

加热、加压

C4H10 CH4 ＋ C3H6

丁烷 甲烷 丙烯

催化剂

加热、加压

2H6 ＋ C2H4 C4H10 C丁烷 乙烷 乙烯

裂化气

（含乙烯、丙烯、甲烷等） 催化裂化

主要产品：重油

汽油、煤油、柴油

分馏所得汽油（直镏汽油）：烷烃

汽油：C5～C11的烃的混合物

裂化所得汽油：烷烃和不饱和烃（具有烯烃的性质）

（3）石油的裂解（深度裂化—化学加工过程）：采用比催化裂化更高的温度，使碳碳键断裂

的更彻底，。主要目的得到气态的不饱和烃。

原 料：汽油

主要目的：制得石油裂解气，进行三大合成。

主要产品： 汽油 石油裂解气（含乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯）

高温裂解

（4）石油的催化重整：石油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（如苯或甲苯等）

3

煤 气（主）

：CO 、H2

清洁燃料 天 然 气（主）

：CH4

压缩天然气（主）

：甲醇 （CNG）

液化石油气（主）

：烃类（丙烷）(LPG)

二、以煤、石油、天然气为原料生成合成材料

1. 三大合成材料（合成有机高分子）

（1）合成塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。

①塑料的主要成分：合成树脂+添加剂（增塑剂、防老化剂等）

热塑性塑料：可以反复加工，多次使用（聚乙烯聚氯乙烯等）

②塑料的性能

热固性塑料：一次加工成型，受热不软化（酚醛塑料）

（2）合成纤维

植物纤维

：棉花、木材、亚麻（成分：纤维素）

天然纤维

动物纤维

：羊毛、蚕丝（成分：蛋白质）

纤维

人造纤维：人造棉、人造丝、人造毛（成分：纤维素）

化学纤维 合成纤维：六大纶（涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶）

（是利用石油、天然气、煤和农副产品为原料制成的）

（3）合成橡胶：

顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶等。

2.合成有机高分子的反应：

聚合反应：在一定条件下，由小分子（单体）合成高分子（分子量巨大的化合物）的反应。

聚合反应 加成聚合（加聚反应）：由单体生成高分子的反应。

缩合聚合（缩聚反应）：由单体生成高分子的同时还有小分子生成，

（1）加聚反应：

CH3

①由乙烯制聚乙烯：n CH2===CH2 [ CH2－CH2 ] n 乙烯 聚乙烯

单 体： CH2===CH2 链 节： －CH2－CH2－

高聚物： [ CH2－CH2 ] n 聚合度： n ②由丙烯制聚丙烯：n CH2===CH－GH3 [ CH2－CH ]

n

4

③由甲基丙烯酸甲酯制聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）：

CH3

CH3

n CH2===CH－COOCH3

[ CH2－CH ] n COOCH3

（2）缩聚反应：制涤纶、尼龙（锦纶）、醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂

O －

O n HO－C－－G－OH + n HO－CH2－CH2－OH （对苯二甲酸） （乙二醇）

O －

O [ C－－G－O －CH2－CH2－O ] +

n （2n－1）H2O 聚酯纤维（涤纶） 三、塑料制品的回收和利用

1.白色污染：聚乙烯等固体废旧塑料很难以降解，随意丢弃引起土壤和水体的污染。

【随堂练习】

1.下列说法正确的是----------------------------------------------------------（ C ） A．煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料，是取之不尽的

B．煤是由无机物和有机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳和氢两种元素

C．石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素

D．煤和石油都是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。

2.从地下开采出的最主要的三种矿物燃料中，呈气态的燃料是_天然气_，主要成分的化学式为 CH4 ；呈液态的燃料是石油_，主要含碳_和_氢_元素；呈固态的燃料是_煤 ，主要含碳元素。

3.下列变化是化学变化的是-----双选--------------------------------------（ BD）

A．石油蒸馏 B．煤干馏 C．干冰升华 D．煤燃烧

4.下列说法错误的是----------------------------------------------------------( D ) A．石油中含有C5一C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油

B．用C18以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油

C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物

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D．煤中含有苯和甲苯，可以先用干馏后用分馏的方法把它们分离出来

５．下列说法中正确的是-------------------------------------------------------( B ) A．将煤加强热使它分解的过程叫干馏

B．煤经过干馏, 可生产出焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等

C．石油经过减压分馏, 可以得到更多的汽油

D．石油通过裂化, 可以获得汽油、煤油、润滑油、凡士林和石蜡等

６．石油催化裂化的目的是-----------------------------------------------------( AD ) A．把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃B．把直链烃转化为芳香烃

C．除去含碳杂质

D．提高汽油的质量和产量

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第二节资源综合利用 环境保护（第2课时）

知识与技能

1．了解一些燃料燃烧对环境有不良影响，应选择使用不污染环境或对环境污染小的燃料．

2．了解在化石燃料中，天然气是比较清洁的燃料．

3．应使用和开发化石燃料以外的清洁燃料，综合利用资源和开发新能源具有重要意义．

过程与方法

1．课前学生对学习内容进行社会调查和查阅相关资料。

2．课堂中，通过观看放录像，了解化石燃料对环境的不良影响。

3．自主学习，培养学生自学能力。

4．通过活动探究，培养学生归纳能力、比较能力。

情感态度与价值观

重视实验和讨论，借此来培养善于合作、勤于思考、严谨求实、勇于创新实践的科学精神，同时通过燃料对环境的影响的学习来树立保护环境的意识，体会化学与社会发展的关系．

教学重点：了解一些燃料燃烧对环境有不良影响，应选择使用不污染环境或对环境污染小的燃料．充分认识保护环境的重要意义。

教学难点：开发使用不污染环境或对环境污染小的燃料

教学过程 [新课导入] 一、环境保护与绿色化学

1.环境保护：

（1）环境问题：指不合理的开发和利用自然资源而造成的资源短缺、环境污染和生态破坏。

（2）环境污染：包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染和噪声污染等。

污

染

源：主要来自化石燃料燃烧和工业生产的“三废”（废气、废水、废渣）的排放。

（3）环境问题的八大公害：

①酸雨：pH 小于 5.6 的雨水叫做酸雨。

主要成因：化石燃料燃烧排放到大气中的SO2 \NOX

。

防 治：改变能源结构，硫酸厂的尾气经过处理后再排放。

②温室效应：大气中的 CO2 含量增多引起地表面温度升高

。

主要成因：含碳燃料燃烧产生的CO2

排放到大气中。

防 治：改变能源结构，植树造林。

③臭氧空洞：大气平流层中的臭氧层被破坏引起“臭氧空洞”。

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主要成因：氟氯烃（氟里昂）、 NO2、NO 在破坏臭氧层中起催化剂作用。

防 治：逐步减少、禁止使用氟氯烃。

④白色污染：一些塑料制品废弃物对环境的污染。

主要成因： 聚乙烯

等固体废旧塑料随意丢弃引起土壤及水的污染。

治 理：①减少使用加强回收塑料制品

②开发可降解塑料（淀粉塑料、水溶性塑料、光解塑料）

⑤光化学烟雾：空气中的 NO2

在紫外线照射下，发生一系列

光化学

反应产生一种有毒的烟雾。

主要成因：NO2主要来自石油产品和煤的燃烧产物、汽车尾气及硝酸厂的废气

治 理：①硝酸厂的废气经回收处理后再排放

②加强对汽车尾气的治理（汽车排气管上安装转化器）

⑥赤潮（水华）：水体的富营养化污染（水中的藻类超常繁殖，覆盖在水表面）

主要成因：使用含

磷 洗衣粉的污水的排放。不合理的使用化肥。

治 理：禁止生产使用含

磷

洗衣粉。

⑦城市大气的铅污染：含铅化合物对大气的污染。

主要成因：使用含 铅 汽油（汽油中加入抗爆震剂四乙基铅）的汽车排放的尾气。

治 理：禁止使用含铅汽油。

⑧环境的新公害：废旧电池对

水 及

土壤 的污染。

主要成因：废旧电池中含有酸、碱、重金属盐（Pb

、Hg、Ni、cd）等污染物，废旧电池的随意丢弃引起的污染。

治 理：设立废旧电池回收站。

2.绿色化学：绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。

原子经济：按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望

的最终产物。这时原子的利用率为100% 。

（1）开发绿色反应，提高原子利用率

原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义可表示为：

期望产物的总质量

原子利用率 == × 100%

生成物的总质量

（2）经济性的反应有两个显著优点：①是最大限度地利用了原料；

②是最大限度地减少了废物的排放。

以乙烯为原料生产环氧乙烷为例：

【方法一】经典方法——氯代乙醇法，包括以下两步反应：

① CH2===CH2

＋ Cl2

＋H2O ClCH2CH2OH ＋ HCl 8

2+2＋2+2+

O ②ClCH2CH2OH + Cl2 +Ca(OH)2

H2C CH2

＋CaCl2

＋ 2H2O 总反应可表示为： O

CH2===CH2

＋ Cl2 + Ca(OH)2

2HC CH2

＋CaCl2

＋ H2O 【方法二】现代石油化工：采用银作催化剂，可以实现一步完成：

O

Ag 2CH2===CH2 ＋ O2

2H2C CH2 （1）试计算两种生产工艺的原子利用率各是多少？

【方法一】原子利用率=== 100% （2）举出其他原子利用率为100%的化学反应类型的实际例子：

例如：乙烯的水化反应制乙醇： CH2===CH2

＋ H2O CH3－CH2－OH 反应中，原子利用率== 100% （3）原子利用率与产率相同吗？

答：不相同。

期望产物的总质量

生成物的总质量

原子利用率 == × 100%

产品的实际产量（质量）

产品的理论产量（质量）

100% 产 率 == ×二、化学与可持续发展：化学在资源开发、资源利用、环境监测、环境保护和清洁生产等方面发挥着重要的作用。资源的开发和环境保护关系到人类可持续发展。

经济可持续发展

社会可持续发展

可持续发展 资源可持续发展

环境可持续发展

全球可持续发展

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