第二节　资源综合利用　环境保护教学设计和教学实录

第二节

资源综合利用

环境保护

[学习目标定位]

1.能够认识化石燃料综合利用的意义。2.以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，认识化学对环境保护的意义。3.了解合成新物质对人类生活的影响，知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。

一

化石燃料的综合作用

1．煤的综合利用

(1)煤的组成

物质组成：有机物和少量无机物煤

元素组成：主要含碳元素、含少量氢、氧、氮、硫等元素

(2)综合利用

概念：将煤隔绝空气加强热使其分解的过程①干馏

主要产品：焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯、焦炉气

概念：将煤转化为可燃性气体的过程②气化

高温―→COg＋H2g主要反应：Cs＋H2Og―→液体燃料直接液化：煤＋H2―③液化

气化催化剂―→CO和H2――→甲醇间接液化：煤―2．天然气的综合利用

天然气的主要成分是甲烷，它是一种清洁的化石燃料，主要用于合成氨和生产甲醇等。

3．石油的综合利用

(1)石油的组成：石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，主要是多种烷烃、环烷烃和芳香烃等组成的，没有固定的沸点。

(2)石油的精炼

概念：利用原油中各组分沸点的不同进行分离的①分馏

过程成分：分馏可得到汽油、煤油、柴油等轻质油

目的：为了获得轻质油，特别是汽油的产量②裂化

催化剂原理：CH――→CH＋CH1226加热、加压614612目的：为了获得乙烯、丙烯、甲烷等化工原料催化剂原理：CH――→CH＋CH③裂解加热、加压催化剂――→CH＋CH

CH加热、加压4104364102426

④重新调整：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。

4．以煤、石油和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：由相对分子质量小的化合物生成相对分子质量很大的化合物(高分子化合物)的反应叫聚合反应。由不饱和的小分子相互加成的聚合反应，叫加成聚合反应，简称加聚反应。例如，乙烯可发生加聚反应生成聚乙烯。

聚合反应中的单体、链节和聚合度：

(3)缩聚反应：相对分子质量小的化合物在生成高分子化合物的同时有小分子化合物生成的反应，如聚酯纤维的合成：

[归纳总结]

[活学活用]

1．下列说法中错误的是(

) A．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油

B．含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油

C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物

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

答案

D 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。

理解感悟

本题涉及石油及煤的组成，煤的干馏，以及煤干馏得到的主要产物焦炭、煤焦油、焦炉气等的组成，考查石油的分馏、裂化等基本概念，要求了解石油及煤的综合利用的基础知识。

2．下列关于乙烯和聚乙烯的叙述正确的是(

) A．二者都能使溴水褪色，性质相似

B．二者互为同系物

C．二者最简式相同

D．二者相对分子质量相同

答案

C 解析

单体CH2===CH2与链节—CH2—CH2—的组成元素相同，二者的区别是CH2===CH2分子中有，而CH2—CH2分子中无，结构上不相似，所以性质不同，不是同系物，故正确答案为C。

二

环境保护和绿色化学

1．环境保护

(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。

(2)环境保护的科学理念：从源头上减少和消除污染。

2．绿色化学

(1)“绿色化学”可以诠释为环境友好化学，它的核心内涵是在反应过程和化工生产中，尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。它研究对环境没有任何副作用的化学试剂、化学制品和化学工艺。

(2)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造成的污染。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(即没有副反应，不生成副产物，更不能产生废弃物)，这时原子利用率为100%。

[归纳总结]

[活学活用]

3．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目标产物，即原子利用率为100%，下列反应类型中：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消去反应，⑦加聚反应，⑧缩聚反应。能体现这一原子经济原则的是(

) A．①②⑤

B．②⑤⑦

C．⑦⑧

D．只有⑦

答案

B 解析

原子利用率为100%，即生成物中各原子数目等于反应物中各原子数目，即不生成其他的小分子或副产品，满足这一原则的有化合反应、加成反应、加聚反应，这些反应的产物均只有一种。故选B。

当堂检测

1．下列说法正确的是(

) A．煤属于有机化合物

B．在物质变化类型上，煤的干馏包含了物理变化和化学变化

C．煤中含有大量的苯等芳香烃，煤是芳香烃的主要来源

D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后蒸馏的方法把它们分离出来

答案

B 解析

煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，但苯和甲苯是煤的干馏产物，并不是煤中本来就含有苯和甲苯，是煤干馏过程中发生化学反应生成的。

2．下列有关石油加工的叙述中，不正确的是(

) A．石油分馏所得的馏分都是混合物

B．石油裂化的原料是石油分馏产品，包括石油气

C．石油裂化的主要目的是获得更多汽油等轻质油

D．石油裂解的原料是石油分馏产品，包括石油气

答案

B 解析

石油分馏得到汽油、煤油、柴油、石油气等，每一种均为混合物；石油裂化的原料都是重油，裂解的原料是石油分馏产品，包括石油气。都是使长链烃变为短链烃，而石油气是C1～C4的烃，即短链烃。

3．引起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和CO2都会导致酸雨的形成

D．CO2的大量排放会造成温室效应的加剧

答案

C 解析

C项中的CO2不会导致酸雨的形成。

4．苯乙烯的结构简式为(1)与溴水反应：

________________________________________________________________________。

(2)在Ni作用下与足量H2加成：

________________________________________________________________________。

(3)自身加成生成聚苯乙烯：

________________________________________________________________________。

，试写出苯乙烯发生下列反应的化学方程式：

5．20世纪90年代初，国际上提出了“预防污染”这一新概念。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)下列各项属于“绿色化学”要求的是________(填字母序号，下同)。

A．处理废弃物

B．治理污染点

C．减少有毒物

D．杜绝污染源

(2)在我国西部大开发中，某省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。甲、乙、丙三位学＋＋＋＋生分别设计了从该污染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？________。

答案

(1)D

(2)BD

(3)丙方案的第③步

增加冷凝回收装置

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。(3)丙方案第③步中，由于汞的沸点低、易挥发、有毒，因此会造成环境污染。

40分钟课时作业

[基础过关]

一、煤的组成及应用

1．有关煤的叙述中不正确的是(

) A．煤是工业上获得苯、甲苯、二甲苯等芳香烃的重要来源物质

B．煤是由多种有机物组成的混合物，内含煤焦油等成分

C．煤除了含有C元素外，还含有少量的N、H、S、O等元素

D．煤等化石燃料的储量有限，节能和开发新能源是人类实现可持续发展的关键

答案

B 解析

该题主要考查煤的成分及利用，煤是有机物和少量无机物组成的混合物，煤焦油是煤干馏的产物之一，不属于煤本身的成分，故选B项。

2.

右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

答案

D 解析

煤的干馏是化学变化，A项正确；所得产物有焦炉气(含有CH4、H2、C2H4、CO等)、煤焦油(不溶于水的一种多成分混合物)、粗氨水、焦炭等，焦炉气中的H2、CO可还原氧化铜，且易燃，C项正确；氨水的pH>7，煤焦油居于水层以下，粗苯密度小于水，在上层，故B项正确；煤焦油中含有多种物质，属混合物，D项错误。

二、石油化学工业

3．下列关于石油的说法不正确的是(

) A．石油主要含C、H两种元素

B．石油通过催化重整可得到环状烃

C．石油裂化是物理变化

D．石油分馏得到的汽油是混合物

答案

C 解析

石油裂化是化学变化。

4．石油裂解的目的主要是(

) A．提高轻质液体燃料的产量

B．提高汽油的产量

C．改善汽油的质量

D．获得短链不饱和烃

答案

D 解析

石油裂解的主要目的是获得乙烯、丙烯等工业原料。

5．近期我国冀东渤海湾发现储量达10亿吨的大型油田。下列有关说法正确的是(

) ①石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油

②石油的分馏是化学变化

③石油的分馏实验中，温度计水银球插入液面以下，因为它测的是混合液的温度

④石油分馏得到的汽油仍是混合物

A．①③

B．②④

C．①④

D．②③

答案

C 解析

石油的分馏是依据各物质的沸点不同经加热汽化和冷凝而分离的操作，故为物理变化，②错；石油分馏实验中，温度计水银球应放在蒸馏烧瓶支管口处，以测量馏出蒸气的温度，故③错。

三、低碳经济

6．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

答案

D 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。

7．我国拥有较丰富的地热资源，其开发利用前景广阔。下列关于地热能说法正确的是(

) ①可以用于洗浴、发电以及供暖等方面

②与煤炭、石油、天然气一样都是化石能源

③主要源于地球内部放射性元素衰变产生的能量

④与地下水结合可形成热水型地热，释放形式之一是温泉

A．①②③

B．①②④

C．①③④

D．②③④

答案

C 解析

地热能的用途有采暖、发电、种植、养殖、医疗等多个方面；地热能是来自地球内部的能量，不属于化石能源，是地球内部放射性元素衰变释放的能量；地热能与地下水结合就变成地下热水或蒸气，这些地下热水沿着断层或裂隙上升到地表，就形成温泉等。

四、绿色化学

8．下列说法中不正确的是(

) A．与煤、柴油相比较，天然气是一种比较清洁的化石燃料

B．乙醇是一种可再生能源，作为燃料的优点是完全燃烧的产物不污染环境

C．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源能有效改善空气质量

D．煤转化为水煤气再燃烧放出的热量不再增加，因此煤的气化毫无意义

答案

D

解析

A项，天然气的主要成分是CH4，完全燃烧生成CO2和H2O，对环境无污染，而煤或柴油燃烧能产生污染环境的SO2、NOx等气体；B项，C2H5OH完全燃烧生成CO2和水，对环境无污染；C项，太阳能、风能、氢能均为绿色能源；D项，煤的气化能提高煤的燃烧效率。

9．最近，国际上提出的“绿色化学”是指化学工业生产中(

) A．对废水、废气、废渣进行严格处理

B．化学生产中不排放任何有害物质

C．化工厂及周围种草、种树、种花，使工厂成为花园式工厂

D．以绿色植物为原料，以生物催化剂实现化工生产过程的化学

答案

B 解析

绿色化学的研究重点有四个：一是选用对人类健康和环境危害小的、淘汰有毒的反应起始物(原材料)；二是选择最佳的反应(生产)条件，以实现最大限度地节能和零排放；三是研究最佳的转换反应和良性的试剂(含催化剂)；四是合成对人类健康和环境更安全的目标化合物(最终产品)。

[能力提升]

10．下列对合成材料的认识不正确的是(

) A．有机高分子化合物称为聚合物或高聚物，是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应而制得的

B．

C．聚乙烯(CH2—CH2)是由乙烯加聚生成的纯净物

的单体是与

D．高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类

答案

C 解析

有机高分子化合物分为天然高分子化合物和合成高分子化合物两大类，合成高分子化合物主要由加聚、缩聚两类反应制备，加聚和缩聚是聚合反应的两种类型。对于高分子化合物来说，尽管相对分子质量很大，却没有一个准确的相对分子质量，只有一个范围，但它们的结构均是由若干链节组成的。

11．人造象牙的主要成分结构是CH2—O牙的单体是(

) A．(CH3)2O

B．HCHO ，它是通过加聚反应制得的，则合成人造象C．CH3CHO

答案

B 解析

题目中给出的高聚物是由单体经加聚反应制得的，由高聚物的链节组成和单体组成相同可知，单体应为CH2O。

12．石油裂化和裂解过程得到的CH2===CH2，在一定条件下可以聚合成高分子化合物。含有结构的化合物与CH2===CH2一样，可在一定条件下聚合成高分子化合物。

聚合成的，其化学方程式是(1)广泛用作农用薄膜的聚氯乙烯塑料，是由________________________________________________________________________。

(2)电器包装中大量使用的泡沫塑料的主要成分是聚苯乙烯(__________(写结构简式)聚合而成的。

)，它是由

解析

加聚反应方程式的书写：a.反应物分子前面要写上n，表示n个分子参加反应；b.生成物就是把反应物分子中的双键打开一个，在双键两端的碳原子上各伸出一条短线，然后用

[

]

括起来，最后在右下角写上n；c.一定要注意加聚时只是双键碳反应，写聚合物时原来的主链不一定是链节上的主链。

13．下图是实验室干馏煤的装置图：

(1)指出图中仪器名称：a.________，d.________。

(2)仪器d的作用是________，c中液体有________和________，其中无机物里溶有________，可用________检验出来。有机物可以通过________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________。

答案

(1)酒精喷灯

烧杯

(2)盛装冷水对蒸气进行冷却

粗氨水

煤焦油

氨

酚酞溶液

分馏

(3)H2、CH4、CH2===CH2、CO

淡蓝色

解析

本题是关于煤干馏的实验，根据煤干馏的主要产品，b中得到的应是焦炭，c中得到的应是粗氨水和煤焦油，e处点燃的应是焦炉气。其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞溶液等检验；煤焦油主要是苯、甲苯、二甲苯的混合物，应用分馏的方法分离；焦炉气的主要成分有CH4、CO、H2、CH2===CH2，燃烧时呈淡蓝色火焰。

[拓展探究]

14.

(1)如图是石油分馏塔的示意图。a、b、c三种馏分中________(填字母序号)。

A．a的沸点最高

B．b的熔点最低

C．c的平均相对分子质量最大

D．每一种馏分都是纯净物

(2)裂化汽油中除含有C5～C11的烷烃外，还含有C5～C11的烯烃及甲苯、二甲苯等苯的同系物。已知甲苯、二甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色。要用化学方法检验某裂化汽油样品中含有烯烃及苯的同系物，实验步骤为

①先逐滴加入________，振荡，如果看到________，则证明有________存在；

②继续逐滴加入________至________为止，静置，用分液漏斗分出________(填“上”或“下”)层的裂化汽油样品，再加入________振荡，如果看到________，则证明裂化汽油中有________存在。

答案

(1)C

(2)①溴水

褪色

烯烃

②溴水

不褪色

上

酸性KMnO4溶液

溶液褪色

苯的同系物

解析

(1)由题图可知，a先分馏出来，c较a、b最后分馏出来，故熔沸点高低顺序为a＜b＜c，熔沸点越高，烃中含碳原子数越多，其相对分子质量越大。

(2)因为烯烃可使溴水、酸性KMnO4溶液褐色，而苯的同系物只能使酸性KMnO4溶液褪色，根据这一性质差异，则先用溴水检验烯烃的存在，再用酸性KMnO4溶液检验苯的同系物的存在。①向样品中逐滴加入溴水，振荡，如看到溴水褪色，则证明有烯烃存在。②继续逐滴加溴水至不再褪色为止，用分液漏斗分出上层的裂化汽油样品，因为加足量溴水后，生成的卤代烷及水的密度均比烷烃和苯的同系物大，所以上层应是烷烃和苯的同系物的混合物。向分出的上层样品中加入酸性KMnO4溶液，如果紫色褪去，则证明有苯的同系物存在。