第二节　资源综合利用　环境保护优秀教学设计内容

第2节

资源综合利用

环境保护

【学习目标】

1、了解煤的组成及综合利用方法；

2、了解石油的组成及综合利用原理和产品；

3、通过乙烯聚合了解常见高分子材料合成，了解聚合反应的原理。

【要点梳理】

要点一、煤的综合利用

1、煤的组成

从组成物质方面来说，煤是由结构复杂的多种有机物和少量种类不同的无机物组成的复杂混合物。从组成元素方面来说，煤中最主要的元素是碳，其次是氢，还含有少量的硅、硫、钙、铁、氧、氮、铝等。

2、煤的干馏

煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程。

要点诠释：

（1）煤的干馏必须隔绝空气，否则会使分解出来的成分燃烧。

（2）煤的干馏能够减少燃煤污染，提高燃煤的热效率，且能从煤中提取有价值的化工原料。

（3）煤的干馏过程中发生的主要是化学变化，而蒸馏的过程发生的是物理变化。

煤干馏的主要产品和用途，如下表：

干馏产品

出炉煤气

焦炉气

粗氨水

粗苯

煤焦油

主要成分

氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳

氨、铵盐

苯、甲苯、二甲苯

苯、甲苯、二甲苯

酚类、萘

沥青

焦炭

3、煤的气化

在一定条件下，将煤转化为可燃性气体的过程就是煤的气化，主要反应为：

C (s)+H2O(g)4、煤的液化

使煤与氢气作用生成液体燃料，称为煤的直接液化。也可以先将煤转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇等，称为煤的间接液化。

要点诠释：

（1）煤的气化和液化过程都是化学变化过程。

（2）水煤气的主要成分是CO和H2。

要点二、石油的综合利用

1、石油的组成

CO(g)+H2(g) 碳

医药、染料、农药、合成材料

筑路材料、制碳素电极

电石、冶金、燃料、合成氨造气

主要用途

气体燃料、化工原料

化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料等

石油是由多种不同物质组成的混合物。石油所含的物质里大多数是烃，其组成元素主要是C、H，碳和氢在石油中的质量分数之和可达97%～98%，另外，还含有少量的S、O、N等元素。

2、石油的分馏

石油是以多种烃为主的混合物，无固定的沸点。加热石油，低沸点的烃先气化，其蒸气经冷凝变为液体从混合物里分离出来；随着温度的升高，较高沸点的烃又气化，经过冷凝后又分离出来。这样，通过不断地加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围产物的方法，叫做石油的分馏。

要点诠释：

（1）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）由于石油中有些物质的沸点很接近，所以石油分馏的产物仍然是多种烃的混合物。

（3）石油的分馏为物理变化过程。

（4）干馏、蒸馏和分馏的比较：

蒸馏、分馏和干馏（有人称之为化学实验的“三馏”）是用于不同目的的实验操作。蒸馏是将液态物质加热到沸腾（气化），并使其冷凝（液化）的连续操作过程。蒸馏的目的是从溶液中分离出某种（或几种）纯液态物质，它要求溶液中的其他组分是难以挥发的或沸点与馏出物相差很大的物质。

分离沸点比较接近的液态混合物，用蒸馏的方法则难以达到分离的目的，这就需要借助另一种操作—分馏。分馏的原理跟蒸馏的基本相同，也是加热使混合液体气化冷凝的连续操作过程，只是在实验装置中添加一个分馏柱（工业上为分馏塔盘），被加热的混合蒸气进入分馏柱，与内壁上已冷凝（空气冷却）回流的液体发生对流而交换热量，使其中沸点较高的成分放热被液化，回流液体中沸点较低的成分吸热又气化。这种反复液化与气化过程中使沸点较低的蒸气成分上升进入冷凝器（水冷却）液化而分离出来。

干馏是将有机物（如煤、干柴等）在密闭装置内（隔绝空气）加强热使之分解的过程，其装置和原理都与蒸馏及分馏有很大的区别，干馏属于化学反应。

3、石油的裂化

在一定条件下，把相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的石油加工方法叫做石油的裂化。例如：

石油裂化的主要目的是提高轻质液体燃料的产量和质量，特别是提高汽油的质量。

要点诠释：

（1）石油的裂化为化学变化。

（2）石油分馏所得的汽油为直馏汽油，其成分多为饱和烃。石油裂化所得的汽油叫做裂化汽油，其成分中含有较多像辛烯这样的不饱和烃。

4、石油的裂解

在石油化工生产中，采用比石油裂化更高的温度（700～1000℃以上），使石油分馏产品中长链烃断裂成小分子烃的加工过程，称为石油的裂解。例如：

要点诠释：

（1）石油裂解的主要目的是制取乙烯、丙烯等有机化工原料。

（2）裂解是一种深度裂化，属于化学变化。

（3）石油裂解是工业上获得乙烯的主要方法。

（4）石油的分馏、裂化、裂解比较：

炼制方法

原理

分馏

利用各成分沸点不同分离成不同物质

裂化

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

主要原料

主要产品

原油

溶剂油、汽油、煤油、航空煤油等

5、石油的其它加工

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，获得苯、甲苯等重要化工基本原料。

要点三、天然气的综合利用

1、天然气的组成

天然气是一种低分子量的烃类化合物，主要成分是甲烷，还含有一定量的乙烷、丙烷和丁烷。

2、天然气的综合利用

天然气是一种清洁能源，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、生产甲醇以及合成分子内含两个或两个以上碳原子的其他有机化合物。

要点四、高分子化合物和聚合反应

1、高分子化合物

相对分子质量很大，一般从几万到几百万，甚至高达几千万的一类化合物，称为高分子或聚合物。高分子化合物可分为天然高分子化合物（如淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶等）和合成高分子化合物（如塑料、合成纤维、合成橡胶等）。塑料、合成纤维和合成橡胶是三大人工合成的高分子材料。

重油、石蜡等

汽油

石油分馏产品

乙烯、丙烯、丁二烯等

裂解

深度裂化

2、聚合反应

（1）定义

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。其中，由小分子通过加成反应的形式生成高分子的聚合反应叫做加成聚合反应，简称加聚反应。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（又称有机玻璃）、合成橡胶等合成高分子化合物都是由加聚反应制得的。

（2）聚乙烯

乙烯分子中的双键可断裂其中的一个而与其他物质发生加成反应。在适当温度、压强和催化剂存在的条件下，乙烯也可以发生自身加成反应，形成相对分子质量巨大的高分子化合物——聚乙烯：

CH2=CH2+ CH2=CH2+ CH2=CH2+…

- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-…

这个反应还可以用下式简单表示：

聚乙烯

要点诠释：

①在有机高分子化合物中，重复的结构单元称为链节，如聚乙烯的链节为- CH2- CH2-；链节重复的次数n称为聚合度；合成高分子化合物的小分子叫单体，如聚乙烯的单体为CH2=CH2。

②对单个高分子而言，n为某一整数。由高分子组成的物质中含有很多个高分子，各高分子之间的n值可能不相同。因此，高分子化合物组成的物质往往是混合物，如聚乙烯、淀粉、纤维素等都是混合物。

③加聚反应的特点有两个：一是双键断开变单键，双键两边碳原子相连形成长链；二是反应前的单体和反应后的链中碳、氢原子数目相等，即没有加入或减少任何原子。

要点五、环境保护和绿色化学

1、中学化学涉及的环境保护知识

（1）环境污染：主要包括大气污染、水污染、土壤污染等，还包括固体废弃物、放射性、噪声等污染。

（2）工业三废：废液、废气、废渣。

（3）粉尘：指煤、矿石等固体物料在运输、筛选、粉碎、卸料等机械处理过程中产生的或是由风扬起的灰尘等。

（4）“白色污染”指的是聚乙烯等塑料垃圾引起的污染。

（5）光化学烟雾形成的主要原因是汽车排出的碳氢化合物、氮氧化物等。

（6）引起赤潮的原因：工农业及城市生活污水中含大量的氮、磷。

（7）空气质量检测：空气质量日报的主要内容包括“空气污染指数”、“空气质量级别”、“首要污染”等。目前计入空气污染指数的项目暂定为：二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物等。

2、绿色化学

绿色化学是指以绿色意识为指导，研究和设计没有环境副作用、在技术上和经济上可行的化学制品的过程，其目标是研究与寻找利用无毒害原料最大限度地节约能源，在各个生产环节都实现净化为零排放或零污染，是提高经济效益和环境效益的根本措施。

绿色化学的研究重点有四个：一是设计对人类健康和环境危害小的无毒反应起始物；二是选择最佳的反应条件，以实现最大限度的节能和零排放；三是研究最佳的转换和良性试剂或催化剂；四是设计生产对人类健康和环

境更安全的产品。

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。

3、原子利用率

期望产物的总质量与生成物的总质量之比，称为原子利用率。对于具体的化学反应，原子利用率等于期望生成物的摩尔质量与生成物的总摩尔质量之比。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，这时原子利用率为100%。

【典型例题】

类型一：煤的综合利用

例1．下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是（

）

A．图示实验中发生了化学变化

B．实验后水溶液的pH>7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等

C．气体Z易燃，可以还原氧化铜

D．液体Y是一种纯净物

【思路点拨】本题考查了煤的干馏，解题的关键是明确煤是一种由多种有机物和无机物组成的复杂的混合物，通过干馏可得到各种产品。

【答案】D 【解析】煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使其分解，可得到多种物质，属于化学变化，A正确。所得的产物有焦炉气（含有甲烷、氢气、乙烯、一氧化碳等）、煤焦油（不溶于水的一种多成分混合物）、粗氨水（溶于水）、焦炭等，焦炉气中的氢气等可以还原氧化铜，且易燃，C正

确。氨水的pH>7，煤焦油居于水层以下，苯及二甲苯等居于水层以上，故B正确。由于煤焦油中含有多种物质成分，属于混合物，D错误。

【总结升华】煤被誉为“黑色的金子”，对煤进行干馏后得到的一系列产物，具有十分重要的工业价值。因此，应推广对煤进行干馏等深加工的综合应用技术，这对改变我国的能源结构、提高煤的综合利用价值、降低环境污染、获得重要的工业原料、提高能源的利用率等，均具有十分重要的现实意义。

举一反三：

【变式1】下列关于煤的干馏的叙述中，正确的是（

）

A．煤加强热而分解的过程叫做煤的干馏

B．煤干馏可以得到冶金用的优质焦炭

C．煤的干馏和石油的分馏的本质差别是干馏是化学变化而分馏是物理变化

D．工业上芳香烃原料可由煤干馏得到，其存在于干馏所得的焦炉气中

【答案】BC 【解析】干馏要在隔绝空气的条件下进行，A项不正确。煤干馏的产物主要是焦炭，同时得到焦炉气、煤焦

油等物质，B项正确。煤干馏时发生了分解反应，是化学变化；分馏仅仅是利用沸点不同而分开混合物中的各成分，是物理变化，C项正确。芳香烃主要存在于煤焦油中，D项不正确。

【变式2】（2015

湖南省衡阳四中模拟）下列有关煤的叙述中，不正确的是（

）

A．煤是由有机物组成的复杂混合物

B．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源

C．煤的干馏属于化学变化

D．通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品

【答案】A

【解析】A．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物，故A错误；

B．煤干馏得到煤焦油中含有芳香烃，可用分馏的方法从煤焦油中获得芳香烃，所以煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，故B正确；

C．煤的干馏是指煤在隔绝空气的条件下加热，生成煤焦油、焦炭、焦炉煤气等物质，有新物质生成，属于化学变化，故C正确；

D．煤的干馏是指煤在隔绝空气的条件下加热，生成煤焦油、焦炭、焦炉煤气等物质，故D正确。

类型二：石油的综合利用

例2．下列说法错误的是（

）

A．石油是只含有C4～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油

B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油

C．石油的分馏是一个化学过程

D．石油裂解得到的裂解气含不饱和的烯烃

【思路点拨】本题考查石油的组分和石油的炼制工艺，利用基础知识采用排除法即可答对本题。

【答案】AC 【解析】石油是多种物质组成的混合物，碳原子数目范围大，也不仅仅含烷烃，A错；分馏是根据组分物质的沸点不同分离混合物的过程，属于物理变化，C错。

【总结升华】石油是多种物质组成的混合物，根据不同的需求和炼制工艺可从石油中精炼出多种产物。

举一反三：

【变式1关于石油组成的下列叙述，正确的是（

）

A．石油只含碳、氢两种元素，是多种烃的混合物

B．石油主要含碳、氢两种元素，还含有少量的硫、氧、氮等元素

C．石油是液态的物质，只含液态烃

D．石油的大部分是液态烃，其中溶有气态烃和固态烃

【答案】BD 【解析】石油主要含碳、氢两种元素，还含有少量的硫、氧、氮等元素，大部分以液态烃存在，同时还溶有气态烃和固态烃。

类型三：高分子化合物和聚合反应

例3．维通橡胶是一种耐腐蚀、耐油、耐高温、耐寒性能都特别好的氟橡胶。它的结构简式为：

合成它的单体为（

）

A．氟乙烯和全氟异丙烯

B．1，1-二氟乙烯和全氟丙烯

C．1-三氟甲基-1，3-丁二烯

D．全氟异戊二烯

【思路点拨】首先根据聚合物的结构特点，可以初步确定属于加聚产物。对于加聚产物，可以依据主链上碳碳键的饱和与否来确定单体结构。

【答案】B 【解析】从聚合物的结构来看，我们知道，该物质是有机物通过加聚反应合成的。主链上有4个碳原子，且均为碳碳单键，说明由两种单体聚合而来；断键后即得1，1-二氟乙烯和全氟丙烯。

【总结升华】加聚反应的特点是：单体结构中的C=C断裂其中的一个键，形成链节，若干链节联接起来就是聚合物。同样将加聚产物断键后恢复原来的双键即可得到单体的结构。

举一反三：

【变式1】常用的塑料包扎绳子的化学成分是聚丙烯，试写出合成它的化学方程式____________________。

腈纶（人造羊毛）的主要成分是聚丙烯腈（CH2=CH-CN），试写出合成它的化学方程式____________。

【答案】

类型四：环境保护和绿色化学

例4．下列措施不符合节能减排的是（

）

A．大力发展火力发电，解决广东电力紧张问题

B．在屋顶安装太阳能热水器为居民提供生活用热水

C．尽量少开私家车，多骑自行车

D．用杂草、生活垃圾等有机废弃物在沼气池中发酵产生沼气，作家庭燃气

【思路点拨】节能减排重在节约能源，减少污染物的排放，因此只要是能对节能减排起作用的相关措施均是正确的。

【答案】A 【解析】A．火力发电不能减少有害物质的排放，不符合节能减排，故A错误；

B．太阳能热水器是将太阳能转化为热能，不会产生环境污染，故B正确；

C．少开私家车，多骑自行车可以减少污染物的排放，节能减排，故C正确；

D．沼气的主要成分是甲烷，甲烷燃烧后产生水和二氧化碳，对空气无污染，故D正确。

【总结升华】本题考查节能减排，解题的关键是抓住节能减排这一主题即可，难度不大，并注重了与生活的联系。

举一反三：

【变式1】为了减少大气污染，许多城市推广汽车使用清洁燃料，目前使用的清洁燃料主要有两类：一类是压缩天然气，一类是液化石油气的主要成分。据此信息解答下列问题。

（1）这类燃料的主要成分都是（

）

A．碳水化合物

B．碳氢化合物

C．氢气

D．醇类

（2）这类燃料之所以被称为“清洁燃料”，其原因解释中正确的是（

）

A．使用这类燃料的汽车不会排放对环境有害的气体

B．这类燃料燃烧不会产生对环境有害的气体

C．使用这类燃料的汽车所排放的有害气体比使用普通燃料少

D．这种清洁燃料比普通燃料燃烧更充分

【答案】（1）B

（2）CD 【解析】（1）天然气主要成分是甲烷，而液化石油气的主要成分是烷烃和烯烃的混合物。由此判断压缩天然气和液化石油气的主要成分都是碳氢化合物，答案为B。（2）清洁燃料是相对于普通燃料而言，燃烧更充分，排放的有害气体较少，答案选CD。