第二节　资源综合利用　环境保护优质课教案设计

高一化学必修2 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

知识梳理

一、煤的综合利用

1.煤的综合利用

2、煤的干馏

(1)含义:将煤隔绝空气加强热使其分解的过程叫做煤的干馏。

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烧污染,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。

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(2)煤的干馏的主要产品和用途,如下表:

干馏产品

焦炉气

出炉煤气

粗氨水

粗苯

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

煤焦油

酚类、萘

沥青

焦炭

碳

医药、染料、农药、合成材料

筑路材料、制碳素电极

冶金、合成氨造气、电石、燃料

化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料

主要用途

气体燃料、化工原料

3、化学“三馏”的比较

原理

干馏

蒸馏

分馏

与蒸馏原理相同

产物为沸点相近的各组分组成的混合物

物理变化

隔绝空气、高温下根据液态混合物中各组分使物质分解

沸点不同进行分离

产物为单一组分的纯净物

产物

产物为混合物

反应类型

化学变化

物理变化

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例题精讲

1、下图是实验室干馏煤的装置图:

(1)指出图中仪器的名称:b___________, c

___________。 (2)仪器d的作用是______________________,c中的液体中无机物里溶有___________,可用_____________________检验出来。有机物有___________,可以通过___________的方法使其中的重要成分分离出来。 (3)e处点燃的气体主要成分有___________,火焰的颜色是___________。 (4)反应结束后b中的固体是___________。 2、下列关于煤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.煤干馏只能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为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

知识梳理

二、天然气的综合利用

三、石油的综合利用

1、石油是由多种碳氢化合物组成的混合物。

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2、石油炼制方法的比较

方法

分馏

用蒸发和冷凝的原理

方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物

主要

原料

主要

产品

主要变

化类型

原油

石油气、汽油、煤油、柴油、重油、优质汽油

沥青等

物理变化

化学变化

化学变化

乙烯、丙烯等

裂化

在一定条件下,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

重油、石蜡

裂解

在高温下,把石油产品中具有长链分子的烃断裂为乙烯、丙烯等小分子的烃

石油分馏产品(包括石油气) 3、化学“六气”

名称

来源

主要成分

CO2、CO等

CO、H2等

低级烷烃

甲烷

“三烯二烷”

H2、CH4、C2H4等

用途

燃料

燃料、化工原料

燃料、化工原料

燃料、化工原料

石油化工原料

燃料、化工原料

高炉煤气

炼铁高炉

水煤气

炼厂气

天然气

裂解气

焦炉气

水煤气炉

石油炼制厂

天然气田、油田

裂解炉

炼焦炉

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例题精讲

1.判断下列说法是否正确。正确的画“√”,错误的画“×”。

(1)煤的气化是使煤转化成清洁燃料的物理过程。(

) (2)石油的分馏得到的产品是纯净物。(

) (3)煤的干馏可得到甲烷、苯和氨等物质。(

) (4)乙烯的化学性质比聚乙烯活泼。(

) (5)石油的分馏、裂化和裂解都属于化学变化。(

) 2、下列有关化石能源加工及其产品的说法不正确的是(

) A.石油的分馏是物理变化

B.石油裂化的主要目的是提高汽油的产量和质量

C.煤的干馏可得到甲烷、苯和氨等物质

D.直馏汽油和裂化汽油均可萃取溴水中的溴

3、在石油工业中,将重油制成乙烯的方法是(

) A.裂化

B.裂解

C.干馏

D.分馏

知识梳理

四、以煤、石油、天然气为原料生产合成材料

1、三大合成材料:塑料、合成橡胶、合成纤维。

2、加聚反应:在适当温度、压强和催化剂存在的条件下,不饱和化合物发生自身加成反应,形成相对分子质量巨大的高分子化合物的反应。

(3)实例:制取聚乙烯反应的化学方程式为:

聚乙烯

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(4)四个概念:

例题精讲

1、聚丙烯是一种合成塑料,由丙烯制备聚丙烯的化学方程式为

,聚丙烯单体的结构简式为

,链节为

。 2、下列变化只涉及物理变化的是(

) A.煤的干馏

B.石油的裂化

C.石油的分馏

D.乙烯聚合

3.下列有关聚乙烯的说法中正确的是(

) A.聚乙烯是通过加聚反应生成的

B.聚乙烯具有固定的元素组成,因而具有固定的熔、沸点

C.聚乙烯塑料袋因有毒,故不能装食品

D.聚乙烯因性质稳定,故不易造成污染

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知识梳理

五、环境保护和绿色化学

1、环境问题：是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏,以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。

2、环境污染的来源：主要来自化石燃料的燃烧和工业三废,即:废水、废气、废渣的任意排放。

3、六大环境问题

环境问题

温室效应

酸雨

臭氧层

破坏

光化学

烟雾

主要污染物

CO2

SO2、NOx

氟氯代烷、NOx

主要危害

造成全球气候变暖,水位上升,陆地面积减小

土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等

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

碳氢化合物、刺激人体器官,特别是人的呼吸系统,使人生病NOx

甚至死亡

①在土壤中影响农作物吸收水分和养分,导致白色污染

废弃塑料制品

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使水体富营养化,导致水中藻类疯长,消耗水中的营养物质

溶解的氧,使水体变色、变浑浊、导致水质恶化

4、绿色化学理念

(1)核心: 利用化学原理从源头上减少和消除工业生产和日常生活对环境的污染。

(2)从环境上: 强调从源头上消除污染,从一开始就避免污染物的产生。

(3)从经济上: 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,最高目标是原子利用率为100%,即反应物原子全部转化为期望产物。

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例题精讲

1、想一想,连一连。

环境污染

主要成因

(1)温室效应

(2)酸雨

A.SO2和NOx的大量排放

B.汽车尾气

C.废水中N、P元素含量的增大

(3)臭氧空洞

(4)光化学烟雾

D.空气中CO2的浓度升高

(5)赤潮

E.氟氯烃的大量排放

F.废弃的塑料制品

(6)白色污染

2、下列措施有利于节能减排、改善环境质量的有(

) ①在大亚湾核电站已安全运行多年的基础上,广东将继续发展核电,以减少火力发电带来的二氧化硫和二氧化碳排放问题

②积极推行“限塑令”,加快研发利用二氧化碳合成的聚碳酸酯类可降解塑料

③加速建设地铁、轻轨等轨道交通,促进珠三角城市一体化发展,减少汽车尾气排放

④发展低碳经济、循环经济,推广可利用太阳能、风能的城市照明系统

⑤使用生物酶降解生活废水中的有机物,使用填埋法处理未经分类的生活垃圾

A.①②③④

B.①②⑤

C.①②④⑤

D.③④⑤

3、2015年11月29日至30日,******出席了全球气候变化巴黎大会,各国就如何应对气候变化、提升经济绿色水平,实现人类可持续发展进行商讨。下列活动不符合这一主题的是(

) A.机动车实行限行措施是减少雾霾的途径之一

B.积极推广风能、太阳能、氢能等新型能源的使用

C.通过吸收空气中CO2并利用廉价能源合成汽油可推广“绿色自由”计划

D.将秸秆焚烧可得富含钾肥的草木灰,焚烧是一种较为理想的秸秆处理办法

4、化学与人类生产、生活、社会可持续发展密切相关,下列说法中不正确的是(

) A.“天宫一号”中使用的碳纤维,是一种新型无机非金属材料

B.为防止富脂食品氧化变质,常在包装袋中放入生石灰

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C.开发新能源,减少对化石燃料的依赖,可以促进低碳经济

D.“静电除尘”“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都能提高空气质量

5、(1)人类活动产生的污染物会影响臭氧层,如超音速飞机排放物中的氮的氧化物(NO和NO2),它们与O3和O发生如下反应:O3+NONO2+O2,NO2+ONO+O2

以上反应反复循环,其反应总的化学方程式为______________________________________,氮的氧化物在破坏臭氧层的过程中起到了___________________的作用。 (2)氮的氧化物是大气污染物之一,目前有一种治理方法是在400 ℃左右,有催化剂存在的情况下,用氨把NOx还原为N2和水,写出反应的化学方程式:________________________。

巩固练习

一、单项选择题

1.三峡工程是目前世界上最大的水利枢纽,它所提供的清洁、廉价、再生的水电,相当于每年燃烧5 000万吨原煤的火力发电厂产生的电能,因此三峡工程的建成和使用有助于控制(

)。

①氮氧化物的排放

②酸雨的形成

③臭氧层空洞扩大

④温室效应

⑤白色污染

A.①②

B.②④

C.③④

D.①②⑤

2.下列做法中不符合“绿色化学”思想的是(

)。

A.以水性涂料代替油性涂料

B.以无磷洗涤剂代替含磷洗涤剂

C.实验后的有毒有害物质应分类收集、统一处理

D.在通风橱中制氯气时不用NaOH溶液吸收尾气

3.工业上制取硫酸铜不是直接用浓硫酸与铜反应,而是将铜丝浸入稀硫酸中并不断地从容器下部吹入细小的空气泡,这样做的优点是(

)。

①节省能源

②不产生污染大气的SO2

③提高了H2SO4的利用率

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④提高了Cu的利用率

A.①②

B.②③④

C.①②③

D.全部

4.倡导“免赠贺卡”“免用一次性木筷”的出发点是(

)。

A.减少个人经济支出

B.节约木材,保护森林

C.减少扔弃垃圾

D.防止传染疾病

5.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(CNG),另一类是液化石油气(LPG)。这两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

6.“飘尘”是物质燃烧时产生的粒状飘浮物,颗粒很小(直径小于1×10-7 m),不易沉降(可飘浮数小时甚至数年),它与空气中SO2、O2接触时,SO2部分转化为SO3,使空气酸度增加,形成酸雨。飘尘所起的主要作用是(

)。

A.氧化剂

B.还原剂

C.吸附剂

D.催化剂

二、双项选择题

7.引起下列环境污染的原因不正确的是(

)。

A.重金属、农药和难分解有机物等会造成水体污染

B.装饰材料中的甲醛、芳香烃及氡等会造成居室污染

C.SO2、NO2或CO2都会导致酸雨的形成

D.CO2和氟氯烃等物质的大量排放会造成臭氧空洞的加剧

8.以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。下列做法违背发展低碳经济的是(

)。

A.发展氢能和太阳能

B.大力发展火力发电,加快经济建设的步伐

C.提高原子利用率,发展绿色化学

D.尽量用纯液态有机物代替水作溶剂

三、非选择题

9.汽车尾气(含有烃类、CO、SO2与NO等物质)是城市空气的污染源之一,治理的

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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了空气的酸度,其原因是______________________________ (3)控制城市空气污染源的方法可以有

(多选算错)。 A.开发氢能源

B.使用电动车

C.植树造林

D.戴上呼吸面具

10.甲、乙、丙三名学生分别设计了制备Cu(NO3)2的方案。

甲:铜与浓硝酸反应; 乙:铜与稀硝酸反应; 丙:铜先在空气中灼烧生成氧化铜,再跟硝酸反应。

试从绿色化学的角度评价实验方案的优劣。

11.某些废旧塑料可采用下列方法处理:将废塑料隔绝空气加强热,使其变成有用的物质,实验装置如图:

加热聚丙烯废塑料得到的产物如下表: 产物

质量分数(%) 氢气

12 甲烷

24 乙烯

12 丙烯

16 苯

20 甲苯

10 碳

6 (1)试管A中残余物有多种用途,如下列转化就可制取高聚物聚乙烯。

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A中残留物CaC2HC≡CH乙烯聚乙烯

写出反应③④的化学方程式:(不必注明反应条件)

______________________________ (2)试管B收集到的产品中,能使酸性高锰酸钾溶液褪色的物质,其一氯代物有

种。 (3)锥形瓶C中观察到的现象是______________________________ 经溴水充分吸收,经干燥后剩余气体的平均相对分子质量为

。 (4)产物中的苯和甲苯也是煤干馏的产物,若在煤焦油中获取苯或甲苯可用

______________________________ 方法。 (5)写出C中逸出的气体在工业上的两种用途

、

。

课后作业

一、选择题(本题包括9小题，每小题3分，共54分) 1．近年来，环境问题越来越引起人们的重视。温室效应、酸雨、臭氧层被破坏、赤潮等已经给我们赖以生存的环境带来较大的影响，造成酸雨的主要有害物质是(

) A．CO2

B．硫和氮的氧化物

C．含氟化合物

D．化肥和含磷洗衣粉的使用及其污水的排放

2．科技文献中经常出现下列词汇，其中与相关物质的颜色并无联系的是(

) A．赤色海潮

C．绿色食品

B．白色污染

D．棕色烟气

3．煤的综合利用包括煤的干馏、煤的液化和气化，其中属于物理变化的是(

) A．干馏

C．气化

B．液化

D．以上三条都不是

4．下列对乙烯和聚乙烯的描述中，不正确的是(

) ．A．乙烯是纯净物，常温下为气态，聚乙烯为固态，是混合物

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B．乙烯性质比聚乙烯活泼

C．取等质量的乙烯和聚乙烯完全燃烧后，生成的CO2和H2O的质量分别相等

D．取等物质的量的乙烯和聚乙烯完全燃烧后，生成的CO2和H2O的物质的量分别相等

5．某混合气体通过溴水，溴水褪色，再通过灼热的氧化铜，氧化铜由黑色变为红色，再通过无水硫酸铜白色粉末，无水硫酸铜变为蓝色，再通过澄清的石灰水，石灰水由澄清变浑浊再变澄清，最后剩余气体在空气中点燃，火焰呈淡蓝色，则混合气体是(

) A．水煤气

B．焦炉煤气

D．高炉煤气

C．石油液化气

6．下列符合化学实验“绿色化”的有(

) ①在萃取操作的演示实验中，将CCl4萃取溴水改为CCl4萃取碘水

②在铜和浓硝酸反应的实验中，将铜片改为可调节高度的铜丝

③将实验室的废酸液和废碱液中和后再排放……

A．①②

B．①③

C．②③

D．①②③

7．下图是某燃煤发电厂处理废气的装置示意图。装置内发生的主要反应中不含(

)

A．化合反应

C．置换反应

B．分解反应

D．氧化还原反应

8．下列有关环境问题的说法正确的是(

) A．燃煤时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量

B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康

C．pH在5.6～7.0之间的降水通常称为酸雨

D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染

9．海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等(如图所示)。

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下列有关说法正确的是(

) A．大量的氮、磷废水排入海洋，易引发赤潮

B．工段②中结晶出的MgCl2·6H2O可在空气中受热分解制无水MgCl2

C．在工段③④⑤中溴元素均被氧化

－2＋2＋3＋D．工段①中除去粗盐中的SO24、Ca、Mg、Fe等杂质，加入的药品顺序为Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸

二、非选择题(本题包括4小题，共39分) 10．(12分)酸雨根据污染源的不同，分为硫酸型酸雨帮硝酸型酸雨，我国长江流域如：江西、湖南、湖北及四川以燃烧煤炭为主，其酸雨为硫酸型，广东沿海地区以燃烧石油为主，其酸雨为硝酸型。某研究性学习小组取两份不同地区酸雨(标为1号和2号)进行酸度分析，分析方法是每隔1小时测定其pH，测得结果如下：

时间

pH

1号

2号

根据数据回答下列问题：

(1)酸雨形成的主要原因是人们向空气中排放了大量的(

) A．二氧化硫

C．一氧化碳

B．二氧化碳

D．硫化氢

0 6.0 5.2 1 5.5 5.0 2 5.0 5.0 3 4.5 5.0 4 4.0 5.0 5 4.0 5.0 (1)用化学方程式表示硫酸型酸雨的形成过程________，________，________。

(2)1号酸雨属于________型，2号酸雨属于________(填“硫酸”或“硝酸”)型。

11．(8分)为制取硝酸铜，某同学设计了如下四种方法：

(Ⅰ)铜与浓硝酸反应制取硝酸铜

(Ⅱ)铜与稀硝酸反应制取硝酸铜

(Ⅲ)铜先在空气中灼烧生成氧化铜，再跟硝酸反应制取硝酸铜

(Ⅳ)铜与硝酸银溶液反应制取硝酸铜

(1)方法(Ⅱ)中被氧化的Cu与被还原的硝酸的物质的量之比是________。

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(2)“绿色化学”是当今社会人们提出的一个新概念。在“绿色化学工艺”中，杜绝污染源，提高原子利用率是绿色化学的重要衡量指标。试从“绿色化学”和经济效益角度考虑，大量制取硝酸铜宜采用以上第________种方法，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

12. (10分) 福建有广阔的海岸线，建设海峡两岸经济区，海水的综合利用大有可为。海水中溴含量约为65 mg·L－1，从海水中提取溴的工艺流程如下：

(1)以上步骤Ⅰ中已获得游离态的溴，步骤Ⅱ又将之转变成化合态的溴，其目的是________________________________________。

(2)步骤Ⅱ通入热空气或水蒸气吹出Br2，利用了溴的________。

A．氧化性

C．挥发性

B．还原性

D．腐蚀性

(3)以上流程Ⅱ中涉及的离子反应如下，请在下面方框内填入适当的化学计量数：

－－－

Br2＋

CO23===

BrO3＋

Br＋

CO2↑

(4)上述流程中吹出的溴蒸气，也可先用二氧化硫水溶液吸收，再用氯气氧化后蒸馏。写出溴与二氧化硫水溶液反应的化学方程式：_____________________________________________________ _________________________________________________________。

(5)实验室分离溴还可以用溶剂萃取法，下列可以用作溴的萃取剂的是________。

A．乙醇

C．烧碱溶液

B．四氯化碳

D．苯

13．(16分)

已知：A、B、F是家庭中常见的有机物，E是石油化工发展水平的标志，F是一种常见的高分子材料。根据下面转化关系回答下列问题。

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(1)操作⑥、操作⑦的名称分别为________、________。

(2)下列物质中沸点最高的是________。

A．汽油

B．煤油

C．柴油

D．重油

(3)在①～⑤中属于取代反应的是________；原子利用率为100%的反应是________。(填序号) (4)写出结构简式：A________、F________。

(5)写出反应③的离子方程式：___________________________ _________________________________________________________。

(6)作为家庭中常见的物质F，它给我们带来了极大的方便，同时也给我们造成了环境污染，这种环境污染是指______________。

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