第二节　资源综合利用　环境保护教学设计(第一课时)

第二节

资源综合利用

环境保护

学习目标

1.了解煤、石油、天然气的组成及其综合利用。

2．通过简单实例，了解常见高分子材料的合成，能举例说明高分子材料在生产、生活、科技等领域中的应用及发展。

3．认识化学对环境保护的意义。

4．了解绿色化学的含义，知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。

[知

识

梳

理]

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)煤的组成和加工

①煤的组成

核心素养建构

②煤的加工方法及产品

(2)天然气的组成和利用

(3)石油的组成和加工

【思考】

1．若从煤焦油中分离出芳香烃，应采用什么方法？

提示

煤焦油是由各种芳香烃组成的液态混合物。

2．石油的裂化和裂解有何区别和联系？

提示

裂化和裂解的原理相同，只是裂解选用的温度比裂化温度更高，因此裂解又称之为深度裂化。

2．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，这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。

(2)合成高分子化合物的常见反应类型

①加聚反应：由相对分子质量小的化合物通过加成反应相互结合成相对分子质量很大的一定条件高分子化合物的反应。如nCH2===CH2―――――→CH2—CH2

注意

a．单体：聚合成高分子化合物的小分子化合物，如CH2===CH2。

b．链节：高分子化合物中的最小重复单元，如—CH2—CH2—。

c．聚合度：高分子化合物中的链节数，如聚乙烯中的n。

②缩聚反应：由相对分子质量小的化合物通过缩合反应结合成相对分子质量很大的高分子化合物，同时有小分子(如H2O等)生成的反应。如：

二、环境保护与绿色化学

1．环境问题

主要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。根治污染的最有效途径是控制污染源。

2．“三废”污染

“三废”主要指废气、废液和废渣，大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的废气及其携带的颗粒物；工业生产中的废水往往含有复杂的成分，任意排放会导致

土壤、水源的污染，需要经过多步处理才能达到排放标准；废渣等固体废弃物的处理兼有减少环境污染和资源回收利用两个重要目的。

3．当今化学工作者面临的重要任务

(1)环境监测

(2)三废治理

(3)寻找源头治理环境污染的生产工艺等。

其中对环境情况的监测，就是对污染物的存在形态、含量等进行分析和鉴定，提供可靠的分析数据。

4．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。

“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%。

[自

测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)煤、石油和天然气是不可再生能源，也是新型清洁能源(

) (2)把煤加强热使之分解的过程叫煤的干馏(

) (3)化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一(

) (4)天然气的主要用途就是作燃料(

) (5)不能用裂化汽油萃取溴水中的溴(

) 答案

(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√

2．下列有关环境保护与绿色化学的叙述不正确的是(

) A．形成酸雨的主要物质是硫的氧化物和氮的氧化物

B．大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程产生的废气

C．绿色化学的核心就是如何对被污染的环境进行无毒无害的治理

D．水华、赤潮等水体污染主要是由含氮、磷的生活污水任意排放造成的

答案

C 3．下列反应最符合绿色化学原子经济性要求的是(

) ①乙烷与氯气制备一氯乙烷

②乙烯聚合为聚乙烯高分子材料

③苯和硝酸反应制备硝基苯

催化剂④2CH2CH2＋O2――→A．①④

C．①③

答案

B

B．②④

D．②③

探究一、煤、石油、天然气的综合利用

【合作交流】

1．煤的加工方法有哪些？

提示

干馏、气化、液化。

2．蒸馏与分馏的主要区别是什么？

提示

它们的原理相同，主要区别是蒸馏得到的是单一产品为纯净物，分馏得到的是沸点相近的多种物质的混合物。

【点拨提升】

1．“三馏”比较

干馏

隔绝空气加强热使物质分解

蒸馏

根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离

产物为单一组分的纯净物

物理变化

产物为沸点不同的各组分组成的混合物

物理变化

与蒸馏原理相同

分馏

原理

产物

产物为混合物

反应类型

化学变化

2．化学中“两裂”的比较

名称

定义

在一定条件下，把相对分子质量裂化

大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃

在高温下，使具有长链分子的烃断裂解

裂成各种短链的气态烃和少量液态烃

3.化学“六气”的主要成分

高炉

煤气

水煤气

天然气

液化

石油气

焦炉气

H2、主要

成分

CO、

CO2

H2、

CO CH4

C3H8、

C4H10

CH4、

C2H4、CO 【典题例证1】

下列转化不属于煤或石油的综合利用的是(

) A．将煤干馏制得煤焦油和焦炭

B．在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料

C．将煤变为煤饼作燃料

裂解气

C2H4、C3H6、

C4H8、CH4

获得短链不饱和烃

目的

提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量

D．将石油裂解制得乙烯等化工原料

解析

煤的干馏和煤的液化属于煤的综合利用，而将煤变成煤饼作燃料是为了提高煤的利用率，不属于综合利用；石油裂解属于石油的综合利用。

答案

C 【学以致用1】

下列说法中错误的是(

) A．石油是混合物，石油分馏得到的汽油也是混合物

B．含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油

C．焦炭是煤干馏的一种重要产品

D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来

解析

石油通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料，但产量不高。通常采用裂化的方法，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，提高汽油的产量。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，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素，并不含苯和甲苯。煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。煤焦油是含有多种芳香族化合物的混合物，可以生产芳香族化合物苯和甲苯。

答案

D 探究二、环境保护和绿色化学

【合作交流】

1．我们学过的四种基本反应类型中，最符合绿色化学理念的是哪种？在有机化学反应中有哪几种？

提示

最理想的“原子经济”是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，即原子利用率(期望产物总质量与生成物总质量之比)为100%。4种基本反应类型中化合反应符合，有机化学反应中加成反应、加聚反应符合。

2．“绿色化学”的具体内容是什么？

提示

(1)开发绿色反应，将原子利用率提高到100%。

(2)使用无毒、无害的原料、催化剂、溶剂。

(3)开发绿色工艺。

(4)开发和生产绿色产品。

1．六大环境问题

环境问题

温室效应

酸雨

臭氧层

破坏

光化学

烟雾

白色污染

主要污染物

CO2

SO2、NOx

氟氯代烷、

NOx

碳氢化合物、

NOx

废弃塑料制品

主要危害

造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小等

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

刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡

①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减

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

2.绿色化学

(1)绿色化学的含义：绿色化学的目的在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物。

①从科学观点看，它是化学科学基础内容的更新。②从环境观点看，它强调从源头上消除污染。③从经济观点看，它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本。

(2)绿色化学的核心：利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染，即预防污染优于治理污染。

(3)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，这时原子利用率为100%。

3．绿色化学对化学反应的要求

废水中含氮、

磷元素的营

养物质

使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊、水质恶化

【典题例证2】

化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是(

) A．CO2属于大气污染物

B．酸雨是pH小于7的雨水

C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成

D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧

解析

常见的大气污染物有：颗粒物、二氧化硫、三氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、碳氢化合物等。二氧化碳不属于大气污染物，A错误；酸雨是pH小于5.6的降雨，B错误；酸雨是由氮的氧化物和硫的氧化物引起的，二氧化碳不会引起酸雨，C错误；全球气温变暖的温室效应，城市中的热岛效应，还有海洋中的厄尔尼诺现象和拉尼娜现象等其产生都和二氧化碳的排放有关系，D正确。

答案

D 【学以致用2】

在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为期望的最终产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是(

) ①置换反应

②化合反应

③分解反应

④取代反应

⑤加成反应

⑥加聚反应

⑦酯化反应

A．②⑤⑥

B．②④⑤

C．只有⑥

D．只有⑥⑦

解析

据四种基本反应类型的定义即判断出只有化合反应产物唯一。在有机反应类型中，取代反应、酯化反应、水解反应的产物均不唯一，而加成产物、加聚产物唯一，反应物中的原子全部转化成期望的最终产物，即原子利用率为100%。

答案

A

1．下列说法不正确的是(

) A．煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠

B．煤可与水蒸气反应制成水煤气，水煤气的主要成分为CO和H2

C．汽油、煤油、柴油和植物油都是碳氢化合物

D．以石油、煤和天然气为原料，可生产塑料、合成橡胶和合成纤维

解析

植物油是由C、H、O三种元素构成的有机物，不属于碳氢化合物。

答案

C 2．下列有关环境问题的说法正确的是(

) A．燃煤中加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量

B．臭氧的体积分数超过104%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

解析

石灰石在煤燃烧过程中分解为CaO，CaO和SO2结合为CaSO3，进一步转化为CaSO4，可减少SO2污染，A正确；B项，当空气中臭氧的含量超过105%(体积分数)时，－就会对人体、动植物及暴露在空气中的物质造成危害；C项，pH小于5.6的雨水称为酸雨；D项，含磷合成洗涤剂易造成水体富营养化，形成“水华”“赤潮”等水体污染。

答案

A 3．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．限制塑料制品的使用

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

解析

所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到社会经济发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展氢能和太阳能、限制塑料的使用和发展绿色化学，都符合低碳经济。

答案

D 4．下列关于化石燃料的加工说法正确的是(

) A．石油裂化主要得到乙烯

B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油

C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气

D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径

解析

石油裂化主要得到更多的液态轻质油，A错误；石油的分馏是指在加热条件下将石油分成不同沸点范围的产物的过程属于物理变化，B错误；煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，其产物有焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气，C正确；由煤制取煤气的过程中，煤中的碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，两者的混合物被称为“水煤气”，这个过程发生的是化学变化，D错误。

答案

C 5．绿色化学是“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节中都实现净化和无污染。

(1)下列各项符合“绿色化学”要求的是__________。

A．处理废弃物

C．减少有毒物

B．治理污染点

D．杜绝污染源

(2)在我国西部大开发中，某地为筹建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你认为可行的是__________。

A．建在西部干旱区可以脱贫致富

B．应建在水资源丰富和交通方便且远离城市的郊区

C．企业有权自主选择厂址

D．不宜建在人口稠密的居民区

(3)某化工厂排放的污水中含有Mg2、Fe3、Cu2、Hg2四种离子。某同学设计了从该＋＋＋＋污水中回收纯净的金属铜的方案。

在能制得纯铜的方案中，哪一步操作会导致环境污染？__________。应增加哪些措施防止污染________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

解析

(1)根据题干描述：绿色化学是“预防污染”的根本手段，因此应从“源头”上杜绝。

(2)化工基地的筹建首先不宜建在人口稠密的居民区，同时要考虑水资源和交通问题。

(3)第③步由于汞的沸点低、易挥发、有毒，因此会造成环境污染。

答案

(1)D

(2)BD

(3)第③步

增加冷凝回收装置