第二节　资源综合利用　环境保护教学设计

第二节

化学与资源综合利用、环境保护

[重点难点] 1．重点

煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用；通过环境保护和绿色化学的有关知识，加强环保意识并培养绿色化学的理念

2．难点

石油裂化的原理

[知识点讲解] 1．

煤的综合利用

煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

（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。

（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：C (s)+H2O(g) 高温

CO(g)+H2(g) （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。

2．石油加工

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。

（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、加压催化剂C4H10



CH+CH

438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。

3．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，

2

n CH2=CH2

CH

2

－

CH

n

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，如聚乙烯等。塑料、合成橡胶和合成纤维三大人工合成的高分子材料。

4．化学与环境保护的关系

化学在环境保护上的应用主要有以下几个方面：

（1）对环境情况进行监测：对污染物的存在形态、含量进行分析和鉴定。

（2）治理三废：对生产过程中产生的废气、废水和废渣进行处理，减少环境污染，实现资源的回收利用。

（3）寻找源头治理环境污染的生产工艺，实施清洁生产——绿色化学

绿色化学的核心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。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，这是原子利用率为100% 。二、活动建议

1.开展协作学习

通过本节学习，学生应当明确化学资源利用和环境保护中的重要作用。发展经济，不能走先污染再治理的老路，要提倡绿色化学。而资源的综合开发以及绿色化学等思想已经为社会接受并深入人心。在学习本节时，要充分调动学生的积极性，根据各校实际情况开展协作学习，要鼓励学生主动参与。可以把学生分成小组，小组间相互协作开展社会调查、上网查找资料、学者访谈等方式进行研究性学习。

2.组织科学探究

（1）通过上网查找相关资料，了解我国煤炭、石油、天然气工业的发展现状，以及煤、石油和天然气在国民经济中的重要地位，提出对能源发展方向的见解。

（2）通过走访相关的部门和单位，了解节约能源和防止污染的重要性并探讨应当采取的措施，并写出一篇小论文。

（3）通过网络查找资料或走访专家、学者，了解绿色化学的含义并体会绿色化学在化工生产中的重要性。

（4）怎样应对塑料袋和塑料快餐盒的方便性、低成本和环境污染的矛盾？

（5）酸雨和生活污水有哪些危害？以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，谈谈化学在环境保护中的作用。

三、问题交流

【思考与交流1】

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做成多种有用的材料；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。

2.合成材料的生产和使用与环境保护、协调发展是一个社会问题，很多具体问题就现实地摆在我们面前，例如，是限制使用聚苯乙烯快餐盒，还是回收利用？

请根据所学的内容，并搜集必要的资料，就支持和反对大量生产和使用合成材料展开讨论或辩论。可以参考下列正方和反方的一些观点：

正方观点举例：

（1）生产和使用合成材料可以更加合理的开发和利用自然资源。

（2）生产和使用合成材料可以使利用太阳能变得方便、经济和实用。

（3）用合成材料替代木材、棉花、天然橡胶等，有利于生态环境的保护。

反方观点举例：

（1）生产和使用合成材料等自然界原本没有的物质，超出环境的自然消化能力，这不是科技的进步，而是异化和倒退。

（2）废旧合成材料的回收和利用并不容易，甚至有些材料的回收再生成本大大高于制造成本，经济上考虑根本不合算。

（3）天然的东西是最好的，我们应该提倡“回归自然”的绿色生活方式，拒绝生产和使用合成材料。

【思考与交流2】

1.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（SOX）和氮氧化物（NOX）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，主要采取燃料预脱硫、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(s)+SO2(g)CaSO3(s) 2CaSO3(s)+O2(g)2CaSO4(s) SO2 + 2NH3+H2O===(NH4)2SO3

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等催化作用下使氮氧化物还原，转化为N2、CO2、H2O等无害气体。

CH4 + 4NO24NO+CO2+2H2O CH4+4NO2N2+CO2+2H2O 2.工业生产废水和污水的不适当排放、化肥的不合理使用以及生活污水任意排放会造成严重水体和水源污染。例如，含有大量氮、磷的污水排向湖泊、水库和近海海域，造成了水体的富营

养化，出现藻类大量繁殖形成赤潮、水华等严重污染问题。我们日常使用的合成洗涤剂常用多聚磷酸盐作为助洗剂，在水体中经藻类的微生物催化后，容易水解为磷酸盐，成为引起水体富营养化的污染物。

3.组织学生讨论化学实验中的固体、液体和气体废弃物产生的原因及处理方法，鼓励学生对化学实验绿色化问题进行专题研究，并对实验及其装置进行改进。

【思考与交流3】

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％。

四、习题参考

1.B 2.CH4·8H2O 4. C3H8+5O2

3CO2+4H2O，增大空气进入量或减少液化石油气进入量。