第二节　资源综合利用　环境保护教学设计实例

第二节

资源综合利用

环境保护

2015-10-19 15:39:41

来源：

撰稿：董啸

摄影摄像：

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资源综合利用

环境保护

三维目标：

第二节 资源综合利用 环境保护

三维目标：

①了解煤、石油、天然气的综合利用。

知识与技能：

②通过环境保护和绿色化学的有关知识。

③加强环保意识并培养绿色化学的理念。

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。

情感、态度

①培养学生对社会的关注意识；了解化石燃料的存在和利用。

与价值观

②培养学生为保护环境，解决能源危机作出贡献。

教学重点：

煤、石油、天然气的综合利用

教学难点：

石油裂化的原理

教学方法：

分析比较法

教学准备：

多媒体课件、实验用品

教学过程：

【引言】工业需要大量的原料，同时会产生大量的污染物，所以发展工业和保护环境都非常重要。

一、煤、石油和天然气的综合利用

1、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料

（1）煤的综合利用

①煤的成分：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。

②煤的干馏：

煤干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程。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。

③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) ④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）天然气

天然气是一种高效、清洁的化石燃料。

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。气体燃料便于运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。

天然气作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇。

（3）石油加工

①石油成分：石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。

②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，通过分馏可获得汽油、煤油、柴油等轻质油。

③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。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。

例如，

CO(g)+H2(g)

C16H34

CH+CH

81881618CH

8 CH+ CH

41048CH

410 CH+CH

2624CH

410 CH+CH

438④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。

2、从煤、石油和天然气为原料生产合成材料

（1）合成材料：

塑料、合成橡胶和合成纤维三大人工合成的高分子材料，它们就是以石油、煤和天然气为原料生产的。

（2）聚合反应和高分子化合物

①高分子化合物：

相对分子质量很大的化合物（一般相对分子质量大于10000）叫做高分子化合物，简称高分子。

单体：生成高分子化合物的小分子称为单体。

链节：高分子化合物中的重复单元称为链节。

聚合度：高分子化合物中的链节数目称为聚合度。

②聚合反应：

由低分子（相对分子质量小）生成高分子化合物的反应叫做聚合反应。

例如，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。

③高分子化合物的基本特征：

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。

④聚合反应的分类：

聚合反应分为加聚反应和缩聚反应。

加聚反应：具有加成反应特征的聚合反应叫做加聚反应。

缩聚反应：通过取代反应进行的聚合反应叫做缩聚反应。

二、环境保护与绿色化学

通常所说的环境问题，主要是指由于人类不合理的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。

1、工业三废：

（1）废气；（2）废水；（3）废渣。

2、化学在环境保护上的应用：

（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。

3、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%。

【思考与交流】

以乙烯为原料生产环氧乙烷，经典的方法是氯代乙醇法，包括以下两步反应，试计算两种生产工艺的原子利用率分别是什么？

［例题1］绿色化学对于化学反应提出了“原子经济性”（原子节约）的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不

产生副产物，实现零排放。下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是（反应均在一定条件下进行）：

A． ＋C2H5Cl—→＋HCl

B． ＋C2H5OH—→＋H2O

C． ＋CH2＝CH2—→

D． —→＋HBr；

＋H2—→

［例题2］为了降低硫氧化物造成的污染，一种方法是在含硫燃料（如煤）中加入生石灰，这种方法称作“钙基固硫”。采用这种方法“固硫”的反应为：

A.2CaO+2S==2CaS+O2 B.S+O2===SO2

C.CaO+SO2===CaSO3 D.2CaSO3+O2===2CaSO4

〖活学活用〗

1、某工厂利用铜屑制硝酸铜。你认为可以用哪些方法？哪种最好？

2、回收利用废旧合成材料主要有哪些途径？

3、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？

〖板书设计〗第二节 资源综合利用 环境保护

一、煤、石油和天然气的综合利用

1、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料

（1）煤的综合利用；（2）石油加工；（3）天然气

2、从煤、石油和天然气为原料生产合成材料

（1）合成材料；（2）聚合反应和高分子化合物

二、环境保护与绿色化学

1、工业三废；2、化学在环境保护上的应用；3、绿色化学

〖教后记〗

【课堂练习】 1、工、农业及城市生活污水中含磷，家用洗涤剂是污水中磷的一个重要来源(洗涤剂中含有磷酸钠)，对于处理污水时要不要除去磷，下列说法中正确的是( )

A.磷是生物的营养元素，不必除去

B.含磷的污水是很好的肥料，不必除去

C.含磷污水引起藻类增殖，使水变质，必须除去

D.磷对人无毒，除去与否都无关紧要

2、“绿色商品”是对环境无污染的商品，下列商品不能称为“绿色商品”的是：（

）

A．无铅汽油B．无磷洗涤剂 C．无氟冰箱D．无碘食盐

3、发展绿色食品，提高人类生存质量，绿色食品是指：（）

A．绿颜色的营养食品 B．有叶绿素的营养食品

C．经济附加值高的营养食品D．安全、无公害的营养食品

4、“绿色化学”是人们最近提出的一个新概念，主要内容之一是指从技术、经济上设计可行的化学反应，尽可能减少对环境的负作用，下列化学反应符合绿色化学概念的是：

A． CuSO4：Cu+2H2SO4(浓)=====CuSO4+SO2↑+2H2O

B． CuSO4：2Cu+O2=====2CuO，CuO+H2SO4(稀)====CuSO4+H2O

C．制Cu(NO3)2： 3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO+4H2O

D．制Cu(NO3)2：Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

二、环境保护和绿色化学

在环境保护问题上，化学工作者面临的任务主要有以下三

个方面：

（1） ：对污染物的存在形态、

含量进行分析和鉴定。

（2） ：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） ：实施清洁生产——绿色化学。

绿色化学的核心是：第四章第二节 资源综合利用 环境保护

【预习交流】

一、煤、石油和天然气的综合利用

1.煤的综合利用：煤是由 和 组成的复杂混合物，主要含 元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

（1）煤的干馏

煤干馏是指 ，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 。

（3）煤的液化

煤的直接液化： 。

煤的间接液化 。

2.天然气的综合利用：天然气是一种 的化石燃料；同时也是一种重要的 ，主要用于合成 和生产 。

3.石油的加工：石油主要是由 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 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 、 、

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 、沸点较 的烃

断裂为含碳原子较 、沸点较 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。 、 、 等都

是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。例如：

C16H34

催化剂

加热、加压

C8H18

催化剂

加热、加压

催化剂C4H10 加热、加压

催化剂

C4H10

加热、加压

（3）其它的石油加工

石油在加热和催化剂的作用下，可以通过 使

链状烃转化为环状烃，获得 、 等重要化工

基本原料。

4.以煤、石油和天然气为原料生产合成其他材料

（1）主要以煤、石油和天然气为原料生产的三大合成材料是 、 、 。 （2）聚乙烯塑料的生产原理：

在适当的温度、压强和催化剂存在的条件下，乙烯可以发生 ，形成相对分子质量巨大的 。用化学方程式表示改反应：

像这种反应成称为 ，简称 。聚乙烯分子中，乙烯称为 ；

重复结构单元－CH2－CH2－称为 ；n称为 。

（3）高分子化合物的基本特征是相对分子质量巨大。高分

子化合物有天然的，如 、 、 等，也有人工合成的，如 、 、 。

人工合成的高分子由于在自然界中 速度很慢，会

造成巨大的环境压力。

二、环境保护和绿色化学

在环境保护问题上，化学工作者面临的任务主要有以下三

个方面：

（1） ：对污染物的存在形态、

含量进行分析和鉴定。

（2） ：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） ：实施清洁生产——绿色化学。

绿色化学的核心是：【巩固提升】

1.通常用来衡量一个国家的石油化学工业发展水平的标志是（ ）

A.石油的年产量 B.乙烯的年产量

D.合成纤维的年产量 D.硫酸的年产量

2.下列说法不正确的是（ ）

A.化石燃料在燃烧过程中会产生污染环境的CO、SO2等有害气体

B.煤转化成煤气后燃烧，可以提高燃烧效率

C.天然气是气体，它不属于化石燃料

D.把煤隔绝空气加强热使之分解的过程叫干馏

3.下列说法中正确的是（ ）

A.煤属于有机化合物

B.在物质变化类型上，煤的干馏过程包含了物理变化和化学变化

C.石油只含碳、氢两种元素，是多种烃的混合物

D.煤的气化和液化属于煤的综合利用

4.酸雨的形成主要是由于（ ）

A.森林遭到乱砍滥伐，破坏了生态环境 B.含硫化石燃料的大量燃烧

C.大气中二氧化碳的含量增大 D.汽车排出大量尾气

5.石油加工的主要目的是（ ）

A.将石油按其成分沸点的不同加以分离 B.将石油按饱和烃与不饱和烃加以分离

C.得到碳原子数更多的烃 D.将石油中的烷烃、环烷烃和芳香烃分开

6.下列过程属于物理变化的是（ ）

A.煤的干馏 B.石油分馏 C.石油裂化 D.乙烯聚合

7.石油裂化的目的是（ ）

A.使长链烃分子断裂为短链烃分子 B.除去石油中的杂质

C.使直链烃转化为芳香烃 D.提高汽油的产量和质量

8.下列物质中不能用于萃取溴水中的溴的是（ ）

A.直馏汽油 B.裂化汽油 C.酒精 D.苯

9.20世纪90年代初，国际上提出了“预防污染”的新概念。“绿色化学”是预防污染的基本手段，下列各项中属于

“绿色化学”的是（ ）

A.回收处理废弃物 B.杜绝污染源

C.禁食有毒物 D.制定整治污染规章制度

10.甲、乙、丙三名同学设计了制取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。从绿色化学的角度评价实验方案的优劣

11.煤的干馏实验如图所示：

（1）指出煤干馏后得到的固体、液体和气体分别主要含有什么物质？

（2）煤焦油经过分馏可以得到萘（），请写出

萘的相对分子质量及完全燃烧后的产物；

（3）如何证明所得水层中含有氨？若用硫酸回收氨，计算得到的这种化肥中氮的含量；

教学活动

第二节

资源综合利用

环境保护

课时设计

课堂实录

第二节

资源综合利用

环境保护

1第一学时 导学案

第四章第二节 资源综合利用 环境保护

【预习交流】

一、煤、石油和天然气的综合利用

1.煤的综合利用：煤是由 和 组成的复杂混合物，主要含 元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

（1）煤的干馏

煤干馏是指 ，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 。

（3）煤的液化

煤的直接液化： 。

煤的间接液化 。

2.天然气的综合利用：天然气是一种 的化石燃料；同时也是一种重要的 ，主要用于合成 和生产 。

3.石油的加工：石油主要是由 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 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 、 、

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 、沸点较 的烃

断裂为含碳原子较 、沸点较 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。 、 、 等都

是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。例如：

C16H34

催化剂

加热、加压

C8H18

催化剂

加热、加压

催化剂C4H10 加热、加压

催化剂

C4H10

加热、加压

（3）其它的石油加工

石油在加热和催化剂的作用下，可以通过 使

链状烃转化为环状烃，获得 、 等重要化工

基本原料。

4.以煤、石油和天然气为原料生产合成其他材料

（1）主要以煤、石油和天然气为原料生产的三大合成材料是 、 、 。 （2）聚乙烯塑料的生产原理：

在适当的温度、压强和催化剂存在的条件下，乙烯可以发生 ，形成相对分子质量巨大的 。用化学方程式表示改反应：

像这种反应成称为 ，简称 。聚乙烯分子中，乙烯称为 ；

重复结构单元－CH2－CH2－称为 ；n称为 。

（3）高分子化合物的基本特征是相对分子质量巨大。高分

子化合物有天然的，如 、 、 等，也有人工合成的，如 、 、 。

人工合成的高分子由于在自然界中 速度很慢，会

造成巨大的环境压力。

二、环境保护和绿色化学

在环境保护问题上，化学工作者面临的任务主要有以下三

个方面：

（1） ：对污染物的存在形态、

含量进行分析和鉴定。

（2） ：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） ：实施清洁生产——绿色化学。

绿色化学的核心是：第四章第二节 资源综合利用 环境保护

【预习交流】

一、煤、石油和天然气的综合利用

1.煤的综合利用：煤是由 和 组成的复杂混合物，主要含 元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

（1）煤的干馏

煤干馏是指 ，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 。

（3）煤的液化

煤的直接液化： 。

煤的间接液化 。

2.天然气的综合利用：天然气是一种 的化石燃料；同时也是一种重要的 ，主要用于合成 和生产 。

3.石油的加工：石油主要是由 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 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 、 、

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 、沸点较 的烃

断裂为含碳原子较 、沸点较 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。 、 、 等都

是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。例如：

C16H34

催化剂

加热、加压

C8H18

催化剂

加热、加压

催化剂C4H10 加热、加压

催化剂

C4H10

加热、加压

（3）其它的石油加工

石油在加热和催化剂的作用下，可以通过 使

链状烃转化为环状烃，获得 、 等重要化工

基本原料。

4.以煤、石油和天然气为原料生产合成其他材料

（1）主要以煤、石油和天然气为原料生产的三大合成材料是 、 、 。 （2）聚乙烯塑料的生产原理：

在适当的温度、压强和催化剂存在的条件下，乙烯可以发生 ，形成相对分子质量巨大的 。用化学方程式表示改反应：

像这种反应成称为 ，简称 。聚乙烯分子中，乙烯称为 ；

重复结构单元－CH2－CH2－称为 ；n称为 。

（3）高分子化合物的基本特征是相对分子质量巨大。高分

子化合物有天然的，如 、 、 等，也有人工合成的，如 、 、 。

人工合成的高分子由于在自然界中 速度很慢，会

造成巨大的环境压力。

二、环境保护和绿色化学

在环境保护问题上，化学工作者面临的任务主要有以下三

个方面：

（1） ：对污染物的存在形态、

含量进行分析和鉴定。

（2） ：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） ：实施清洁生产——绿色化学。

绿色化学的核心是：【巩固提升】

1.通常用来衡量一个国家的石油化学工业发展水平的标志是（ ）

A.石油的年产量 B.乙烯的年产量

D.合成纤维的年产量 D.硫酸的年产量

2.下列说法不正确的是（ ）

A.化石燃料在燃烧过程中会产生污染环境的CO、SO2等有害气体

B.煤转化成煤气后燃烧，可以提高燃烧效率

C.天然气是气体，它不属于化石燃料

D.把煤隔绝空气加强热使之分解的过程叫干馏

3.下列说法中正确的是（ ）

A.煤属于有机化合物

B.在物质变化类型上，煤的干馏过程包含了物理变化和化学变化

C.石油只含碳、氢两种元素，是多种烃的混合物

D.煤的气化和液化属于煤的综合利用

4.酸雨的形成主要是由于（ ）

A.森林遭到乱砍滥伐，破坏了生态环境 B.含硫化石燃料的大量燃烧

C.大气中二氧化碳的含量增大 D.汽车排出大量尾气

5.石油加工的主要目的是（ ）

A.将石油按其成分沸点的不同加以分离 B.将石油按饱和烃与不饱和烃加以分离

C.得到碳原子数更多的烃 D.将石油中的烷烃、环烷烃和芳香烃分开

6.下列过程属于物理变化的是（ ）

A.煤的干馏 B.石油分馏 C.石油裂化 D.乙烯聚合

7.石油裂化的目的是（ ）

A.使长链烃分子断裂为短链烃分子 B.除去石油中的杂质

C.使直链烃转化为芳香烃 D.提高汽油的产量和质量

8.下列物质中不能用于萃取溴水中的溴的是（ ）

A.直馏汽油 B.裂化汽油 C.酒精 D.苯

9.20世纪90年代初，国际上提出了“预防污染”的新概念。“绿色化学”是预防污染的基本手段，下列各项中属于

“绿色化学”的是（ ）

A.回收处理废弃物 B.杜绝污染源

C.禁食有毒物 D.制定整治污染规章制度

10.甲、乙、丙三名同学设计了制取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。从绿色化学的角度评价实验方案的优劣

11.煤的干馏实验如图所示：

（1）指出煤干馏后得到的固体、液体和气体分别主要含有什么物质？

（2）煤焦油经过分馏可以得到萘（），请写出

萘的相对分子质量及完全燃烧后的产物；

（3）如何证明所得水层中含有氨？若用硫酸回收氨，计算得到的这种化肥中氮的含量；