第二节　资源综合利用　环境保护教学评价实录

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

一、三维目标：

1.知识与技能：

（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

2．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）、

自主学习、培养学生自学能力

3．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。

二.教学重点

1、煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用；

2、通过学习环境保护和绿色化学的有关知识，使学生加强环保意识并培养绿色化学

的理念。

三.教学难点 1、石油裂化、裂解的原理；

2、乙烯聚合反应的原理。

四、课时安排：2课时（包括练习）

五、教学过程：

第一课时

2004年一次能源消费构成

全世界

中国

原油

36.8%

22.3%

煤炭

27.2%

69.0%

天然气

23.7%

2.5%

水电

6.2%

5.4%

核能

6.1%

0.8%

[引入]

从表中可以看出，煤、石油、天然气是当今人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料，如乙烯和苯就是从石油和煤中提取出来的。化石燃料是不可再生能源，其综合利用越来越受人们的重视。

[板书]

一、煤、石油和天然气的综合利用

[讲述]

我国不仅煤资源、煤产量都名列世界前茅，同时也发现煤和使用煤最早的国家。早在战国时的《山海经》已有煤的记载，西汉时期已经使用煤来炼铁，而英国人到了16世纪才会用煤炼铁。当前，我国工业燃料动力的80%依靠煤，化工原料的65%是煤。

[阅读]

新闻报道——蜂窝煤重出江湖。

[设问]

煤是不是炭？有人说用煤可以制成布、橡胶等，这是怎么一回事？

[板书]

1、煤的综合利用

[学生活动]

阅读课本P95 煤的综合利用内容。

[讨论与交流] （1）请用你知道的事实说明煤的成分。

（2）煤的干馏属于化学变化还是物理变化？有哪些主要产品？

（3）为什么要进行煤的气化和液化？

[展示实物]

几种煤的标本。

[提问]

煤主要含有哪些元素？

[学生回答1]

煤是古代植物转变来的，黑黑的、可以燃烧，主要含碳元素。

[学生回答2]

烧煤时可以闻到SO2气味，说明煤中含有硫元素。

[学生回答3]

烧煤时烟囱有水珠，煤中有氢元素。

[学生回答4]

烧煤后会留下煤灰，应该是煤中的无机物造成的。……

[展示图片]

煤的结构模型

[归纳]

煤主要含碳元素，但不是只含有碳，所以煤不是炭。（引导学生明确碳≠炭）

[讲述]

在很长一段时间里，煤只是作为一种燃料为人们所利用。直到18世纪末，德国、英国利用煤的干馏制取煤气，接着又从煤炼焦的副产品中回收煤焦油，人们才认识到煤除了可以用做燃料外，还是重要的化工原料。

[视频演示]

煤的干馏。

[思考]

煤的干馏与煤的直接燃烧有什么区别？

[设问]

煤和煤干馏的主要产品的用途呢？

[学生回答]

煤——火力发电的原料、焦炭——作还原剂，用于冶炼金属、煤焦油——分离出苯、二甲苯等有机物、焦炉煤气——用作燃料……

[讲述]

煤燃烧时不仅产生我们所需的能量，同时还会生成大量的二氧化硫、氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等污染物。为了减少煤燃烧时对环境造成的污染，人们一方面采取措施，改进燃煤技术、改善燃煤质量和排烟设备；另一方面，设法把煤转化成清洁的燃料。煤的气化和液化就是使煤变成清洁能源的有效途径，同时煤的燃烧效率等也能够得到提高。

[学生活动]

写出煤的气化过程的主要反应方程式。

[联系实际]

当少量水洒在烧得通红的煤上时，火不但没有熄灭，反而烧得更旺，这就是煤的气化。

[小结]

煤的综合利用

[过渡]

从2004年能源消费的情况看，我国的煤炭消费量比重明显偏高，天然气与核能比重明显偏低，与世界平均水平相差甚远。天然气是优质清洁能源和化工原料，开发利用天然气对改善我国能源结构、保护生态环境具有十分重要的意义。

[板书]

2、天然气的综合利用

[设问]

城市居民用气，最先发展的是管道煤气，以后产生液化气作为补充，天然气则是近年发展起来的气体燃料。为什么要使用气体燃料呢？

[学生回答1]

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。

[学生回答2]

气体燃料便于运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。……

[讲述]

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。今年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，届时，一个山更绿、天更蓝、水更清、生活更美好的天然气时代的到来。此外，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以及合成分子内含两个或多个碳原子的其他有机化合物。

[介绍]

什么是欧佩克？欧佩克是哪年成立的？目前欧佩克有哪些成员国？

[讲述]

石油被称为“工业的血液”，炼制石油可以得到许多有机化合物。石油的分馏、催化裂化、裂解等都是炼制加工石油的重要手段。

[板书]

3、石油的综合利用

[展示]

原油样品。

[讲述]

未经加工的石油叫原油，是一种棕黑色粘稠液体。

[设问]

石油是纯净物还是混合物？用什么事实可以证明？

[学生回答1]

是混合物，它有汽油、煤油、柴油等产品。

[学生回答2]

是混合物，它从地下开采出来，因此不可能是纯净物。……

[归纳]

石油是混合物。它主要是由多种的碳氢化合物组成。

[设问]

谁能举例说明生活中你最熟悉的石油产品，简述它的用途？

[学生回答1]

汽油，用于汽车、摩托车的燃料。

[学生回答2]

煤油用作飞机燃料、煤油炉燃料。

[学生回答3]

柴油可用作发动机的燃料。

[学生回答4]

沥青用来铺路，石蜡用作化工原料。

[学生回答5]

金属钠保存在石蜡油或煤油中。……

[设问]

刚才所说的汽油或柴油是通过什么方法得到的？

[学生回答]

通过石油的分馏可得到汽油和柴油等。

[学生活动]

观看视频“石油的分馏”并阅读课文P87有关内容。

[讨论与交流] （1）什么叫分馏？

（2）分馏的设备：分馏塔

（3）主要产品：轻质油（汽油、煤油、柴油等）和重油（含碳原子较多）

（4）产品特点：轻质油少（社会需要量大）、重油多（社会需要量小）

[追问]

如何才能将过剩的重油变成轻质油？试从化学键与能量关系分析。

[讨论与交流] （1）什么是裂化？裂化与裂解有什么区别？

（2）催化裂化的目的：提高汽油的产量。

（3）写出十六烷裂化、裂解的化学方程式，分析其化学键的断裂与形成过程。

（4）联想石蜡油分解实验，了解裂解的目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要的化工原料。

[学生活动]

阅读课本图4-6原油的分馏及裂化的产品和用途示意图。

[小结]

石油的综合利用

[讲述]

总之，煤、天然气和石油的综合利用意义非常大，我们熟悉的塑料、合成橡胶、合成纤维这三大合成材料，都是以煤、天然气和石油为原料生产的。

[展示]

三大合成材料的样品、生活中常见的合成材料图片。

[讲述]

由三大合成材料制得产品，在生产和生活中得到广泛的应用，聚乙烯塑料及其产品就是典型的代表。

[展示图片]

用聚乙烯制成的产品

[学生活动]

写出乙烯合成聚乙烯的化学方程式。

[动画演示]

乙烯的聚合反应。

[讲述]

高分子化合物及其特征。

[设问]

前面学过的基本营养物质中，有哪些是高分子化合物？

[学生回答]

淀粉、纤维素和蛋白质。（强调油脂不属于高分子化合物。）

[学生汇报]

一些常见的高分子化合物及其用途。

[总结]

化石燃料的使用既给予了人们方便，推动了人类的文明，同时也造成了环境的污染。我们应辨证地认识发展生产和治理环境的关系。化石燃料是不可再生的资源，寻找新的能源是有待解决的问题。

第二课时

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”。

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，发生一系列的

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（Pb2+

、Hg2、Ni2+、cd2+）

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错误！未找到引用源。CH2

＋

Cl2

＋H2O

ClCH2CH2OH ＋

HCl

O

②ClCH2CH2OH + Cl2 +Ca(OH)2

H2C

CH2

＋CaCl2

＋

2H2O 总反应可表示为：

O

CH2错误！未找到引用源。CH2

＋

Cl2 + Ca(OH)2

H2C

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错误！未找到引用源。CH2

＋

O2

2H2C

CH2

（1）试计算两种生产工艺的原子利用率各是多少？

m (C2H4O)

【方法一】原子利用率===

×

100%

m (C2H4O)＋m(CaCl2)＋m(H2O)

=== 25.43% 【方法二】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错误！未找到引用源。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

原子利用率

==

×

100%

生成物的总质量

产品的实际产量（质量）

产

率

==

×

100%

产品的理论产量（质量）

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

六．板书设计

第二节

化学与资源综合利用、环境保护

一、煤、石油和天然气的综合利用

1、煤的综合利用

（1）煤成分：复杂的混合物；含有：碳、氢、氮、硫、氧等元素。

（2）煤的综合利用：干馏、液化和汽化。

煤的干馏：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。产品：焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气。

煤的汽化：C（s）+H2O（g）=

CO（g）+H2（g）

2、天然气

（1）化石燃料

（2）化工原料：合成氨、生产甲醇、合成多个碳原子的有机化合物。

3、石油

（1）石油的成分：碳氢化合物混合物；元素碳、硫、氧、氮等。

（2）石油的炼制：

分馏---利用原油中各成分沸点不同，。将复杂的混合物分离成较简单更有用的混合物的过程。

裂化---在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。

规律：生成等量的烷烃与烯烃，目的：提高汽油的产量

裂解：使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。

重整：在加热和催化剂作用下，链状烃转化为环状烃。

二、环境保护与绿色化学

1、环境问题：

化学工作者的首要任务：

2、大气污染物、工业生产中的废水、废渣等固体废弃物。

3、酸雨控制：生石灰脱硫

水体富营养化污染物：氮、磷化合物。

4、清洁生产：

绿色化学：

七、作业

课本P103 8题及优化相关练习

八、教学反思

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、绿色化学的含义是本节课的重点与难点，学生课后要仔细阅读课本，了解这些内容