第二节　资源综合利用　环境保护优秀导入

第四章与自然资源的开发利用

第2节资源综合利用 环境保护（第1课时）

知识与技能

1、知道化石燃料是重要的自然资源。

2、了解化石燃料燃烧对环境的影响，懂得选择对环境污染较小的燃料。

3、认识化石燃料综合利用和开发新能源的重要意义。

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、课堂中，通过观看放录像，了解化石燃料的存在和利用。

3、自主学习，培养学生自学能力。

4、通过设计对化石燃料燃烧产物成分分析的定性定量实验，使学生学会解决物质（气体）检验的一般方法。

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。

教学重点

化石燃料综合利用和开发新能源的重要意义。了解一些燃料燃烧对环境有不良影响，充分认识保护环境的重要意义。

教学难点

化石燃料的综合利用，开发使用不污染环境或对环境污染小的燃料

教具准备

多媒体、投影仪

课时安排

1 课时

教学过程

【资料卡片】

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% 【引入课题】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。这节课我们要学习探讨如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率减少化石燃料燃烧所造成的环境污染，

1

【知识回顾】

一、化石燃料

煤、石油和天然气都是古代

经过一系列复杂变化而成的，它们是人们生活中经常使用的主要燃料，因此人们常称它们为

燃料，是

资源。

二、煤、石油燃烧对环境的影响

1、煤的燃烧对空气的影响

煤燃烧时会排放出

等气体和一些烟尘，它们都是大气的污染物。

2、用石油作燃料，直接燃烧的是石油的加工产品——汽油、煤油、柴油等，它们燃烧时会排放出

、

、含

化合物、未燃烧的

化合物和烟尘等，它们都是大气的污染物。

一.

煤、石油、天然气的综合利用：

（一）从煤、石油、天然气获得基本化工原料。

1.

煤的综合利用：

(1)煤的种类：无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤。

煤的组成：含有H、O、N、S 等元素。

煤的成分：煤是又有机物和少量的无机物组成的复杂混合物。

(2)煤的综合利用途径：通过煤的干馏、煤的气化和液化获得洁净的燃料和多种化工原料。，

①煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程叫做没得干馏，也叫煤的焦化。

气体：焦炉气：H2、CH4、C2H4、CO

（燃料、化工原料）

粗氨水

：氨、铵盐

（化肥）

液体

粗

苯

：苯、甲苯、二甲苯

（炸药、染料、合成材料）

煤干馏的主要产品

酚类、奈

（染料、农药、合成材料）

煤焦油

沥青

（筑路材料、制碳素电极）

固体

：焦炭

（冶金、合成氨造气、电石、燃料）

②煤的气化：将煤转化为可燃性气体

过程。（主要反应是碳和水蒸气反应生成水煤气等）

高温

主要反应：

C(s) ＋

H2O(g)

CO(g) ＋

H2(g)

水煤气

直接液化：煤

+ H2

液体燃料

③煤的液化

催化剂

间接液化：煤

H2

＋

CO

甲醇（CH3OH）

2.天然气的综合利用

2

（1）气体燃料的优点：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。气体燃料便于管道运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。

（2）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。2007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。一个“天更蓝、水更清、树更绿、花更艳”，生活更美好的天然气时代即将到来。

（3）天然气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。

3.石油的综合利用：石油炼制后的产品绝大多数用作燃料使用，不到10%的石油转化为化工原料。

（1）石油的成分：石油是由多种碳氢化合物（烷烃、环烷烃及少量的芳香烃）组成的混合物。（没有固定的沸点）

原油：

未经加工的石油叫原油，是一种棕黑色粘稠液体，不能直接使用。

（2）石油的分馏（物理加工过程）：

石油分馏的原理：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，通过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。 石油气 液化石油气。

石油分馏主要产品

汽油、煤油、柴油、重油

等。

干馏、分馏和蒸馏的区别：

干馏是固态物质隔绝空气加强热发生分解反应的过程，属于化学反应。如：煤的干馏。

蒸馏是液态混合物在不需要隔绝空气情况下加热发生的液体气化再冷凝的过程。属于物理变化

分馏是分离提纯沸点相近的混合液体的一种方法，它实质上就是多次蒸馏。如石油的分馏。

（3）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。

反 应：以十六烷的催化裂化反应为例：

催化剂

加热、加压

十六烷 辛烷 辛烯

C16H34 C8H18

＋ C8H16 催化剂

C8H18 C4H10 ＋ C4H8 加热、加压

3

辛烷 丁烷 丁烯

催化剂

C4H10 CH4 ＋ C3H6

加热、加压

丁烷

甲烷

丙烯

C4H10

C2H6

＋

C2H4

催化剂

加热、加压

丁烷

乙烷

乙烯

催化裂化

裂化气

（含乙烯、丙烯、甲烷等）

主要产品：重油

汽油、煤油、柴油

（4）石油的催化重整：在加热和催化剂的作用下，使石油中的链状烃发生结构的重新调整而转化为环状烃的过程叫石油的催化重整。其目的是获取苯、甲苯等重要的基本化工原料，并提高汽油品质。

图4—6原油的分馏及裂化的产品和用途示意图

煤

气（主）

：CO 、H2

4

清洁燃料

天

然

气（主）

：CH4

压缩天然气（主）

：甲醇

（CNG）

液化石油气（主）

：烃类（丙烷）(LPG)

（二）以煤、石油、天然气为原料生成合成材料

1. 三大合成材料（合成有机高分子）

（1）合成塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。

（2）合成纤维：分为天然纤维（棉花、木材、亚麻、羊毛、蚕丝）和化学纤维（涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶、人造棉、人造丝、人造毛）

（3）合成橡胶：

顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶等。

2.合成有机高分子的反应：

聚合反应：在一定条件下，由小分子（单体）合成高分子（分子量巨大的化合物）的反应。

聚合反应

加成聚合（加聚反应）：由单体生成高分子的反应。

缩合聚合（缩聚反应）：由单体生成高分子的同时还有小分子生成，

（1）加聚反应：

CH3

由乙烯制聚乙烯：n CH2错误！未找到引用源。CH2

n [

CH2－CH2

]

乙烯

聚乙烯

单

体：

CH2错误！未找到引用源。CH2

链

节：

－CH2－CH2－

高聚物：

[

CH2－CH2

] n

聚合度：

n

CH3

（2）缩聚反应：制涤纶、尼龙（锦纶）、醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂

二、环境保护与绿色化学

(一)环境污染的分类：

1．按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染

2．按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染

5

3．按造成污染的性质、来源分：化学污染、生物污染、物理污染（噪声、放射性、热、电磁波

等）、固体废物污染、

能源污染

(二)化学在环境保护上的应用主要有以下几个方面：

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

(三)绿色化学与清洁生产

绿色化学的核心是要利用化学原理从源头消除污染。绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，实现“零排放”。不仅充分利用资源，而且不产生污染；并采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂，生产有利于环境保护、社区安全和人身健康的环境友好产品。绿色化学化工的目标是寻找充分利用原材料和能源，且在各个环节都洁净和无污染的反应途径和工艺。对生产过程来说，绿色化学包括：节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，在生产过程排放废物之前减降废物的数量和毒性；对产品来说，绿色化学旨在减少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。

绿色化学的核心之一：原子经济性

最理想的“原子经济”：反应物中原子全部转化为期望的最终产物,实现”零排放”。即原子利用率100%.

期望产物的总质量原子利用率100%

生成物总质量

[课堂练习] 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？

利用铜屑制硝酸铜可以采用以下三种方法：

铜与浓硝酸反应；

铜与稀硝酸反应；

6

铜与氧气反应后，再与硝酸反应。

从原子经济性的角度考虑，从最大限度地减少废

物的排放的角度考虑，采用铜与氧气反应后，再

与硝酸反应的方法是最好的。

2、汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源。治理的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环境循环的无毒气体，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空气的酸度，其原因（

）

（3）控制城市空气污染源的方法可以有

a

开发氢能源

b

使用电动车

c 植树造林

d

戴上呼吸面具

【课后练习】

1.下列说法正确的是----------------------------------------------------------（ C ） A．煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料，是取之不尽的

B．煤是由无机物和有机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳和氢两种元素

C．石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素

D．煤和石油都是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。

2.从地下开采出的最主要的三种矿物燃料中，呈气态的燃料是_天然气_，主要成分的化学式为

CH4 ；呈液态的燃料是石油_，主要含碳_和_氢_元素；呈固态的燃料是_煤 ，主要含碳元素。

3.下列变化是化学变化的是---------------------------------------------------（ BD）

A．石油蒸馏 B．煤干馏 C．干冰升华 D．煤燃烧

4.下列说法错误的是----------------------------------------------------------( D ) A、石油中含有C5一C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油

B、用C18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，可以先用干馏后用分馏的方法把它们分离出来

7

3．下列说法中正确的是-------------------------------------------------------( B ) A、将煤加强热使它分解的过程叫干馏

B、煤经过干馏, 可生产出焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等

C、石油经过减压分馏, 可以得到更多的汽油

D石油通过裂化, 可以获得汽油、煤油、润滑油、凡士林和石蜡等

4．石油催化裂化的目的是-----------------------------------------------------( AD ) A、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

B、把直链烃转化为芳香烃

C、除去含碳杂质

D、提高汽油的质量和产量

5..阅读下文请回答：

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，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。下列各项属于“绿色化学”的是-----------（CD）

A．处理废弃物 B．治理污染点 C．减少有毒物 D．杜绝污染源

6.下列有关污染的叙述，正确的是---------------------------------------------- ( BD） A．酸雨主要是空气中的NO，经氧化与水反应生成HNO3所形成

B．破坏臭氧层的主要物质是氟氯烃等物质

C．温室效应主要是因空气中CO浓度增高造成的

D．发电厂排放大量的废热入河、海中，会使流径的水域溶氧量减少。

7.环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数。下列名词与环境污染无关的

是--------------------------------------------------------------------------( B ) ①温室效应；

②赤潮；

③酸雨；

④光化学污染；⑤臭氧空洞；

⑥潮汐；

⑦大脖子病；

⑧富营养化。

A．②⑥ B．⑥⑦ C．①③⑤ D．④⑤⑧

8.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

8

钠)。关于处理污水时要不要除去磷的说法正确的是-------------------------------( C ) A．磷是生物所需的营养元素，不必除去

B．含磷的污水是很好的肥料，不必除去

C．含磷污水排到自然水中引起藻类增殖，使水变质，必须除去

D．磷对人无毒，除去与否都无关紧要

9. 当前我国环保急待解决的“白色污染”通常指的是------------------------------( C ) A．金属冶炼厂的白色烟尘

B．石灰窑的白色粉尘 C．聚乙烯等塑料垃圾

D．白色建筑废料

10．“不粘锅”是在金属锅内壁涂上一层聚四氟乙烯而制成的。下列有关聚四氟乙烯的叙述正确的是------------------------------------------------------------------------------------------------------------(AC) A. 在聚四氟乙烯中不含有碳碳双键

B. 聚四氟乙烯在高温时易燃烧

第12页(共13页) C. 聚四氟乙烯分子的化学性质稳定，正常使用不发生化学反应

D. 聚四氟乙烯分子内支链很多，且互相缠绕，不会污染食物

11．NO和CO都是汽车尾气里的有害物质，它们能缓慢反应，生成氮气和二氧化碳。对此反应，下列叙述正确的是---------------------------------------------------------------------------------------（CD）

A．使用催化剂不改变反应速率

B．改变温度对反应速率无影响

C．升高温度能加快反应速率

D．使用催化剂能加快反应速率

12．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是-----------------------------------( C ) A. CH2 CH2 + CH3 C O OH（过氧乙酸） CH2 CH2 + CH3COOH OOB. CH2 CH2 + Cl2 + Ca(OH)2 CH2 CH2 + CaCl2 + H2O OC. 2CH2 CH2 + O2 2 CH2 CH2 OD. 3CH2 CH2 + O2 CH2 CH2

＋ HOCH2CH2 O CH2CH2OH + 2H2O OHOHO

13．为了防治水的污染，环境监测站需要经常测定水中的溶氧情况。主要方法是；量取amL水样，迅速加入固定剂MnSO4和碱性KI（含KOH），完全反应后加入硫酸使之生成I2，再用bmol·L-1Na2S2O3溶液滴定，消耗VmL（以淀粉为指示剂）。

有关的离子方程式为：

①

2Mn2+ + O2 + 4OH- = 2MnO（OH）2；

②

MnO（OH）2 + 2I- + 4H+ = Mn2+ + I2 + 3H2O；

③

I2 + 2S2O32- = 2I- + S4O62-。

（1）上述反应的氧化剂分别是：①中：

O2

；②中：MnO（OH）2

。

9

③中：

I2

。

（2）水中溶氧的计算式表示为_8bv/ a

g / L。

O2

～2MnO（OH）2

～

2I2

～

4 S2O32-

32g

4mol

m (O2)

103 bVmol

m (O2) == 8×103 bV g －－水中溶氧的计算式表示为：8×103 bV / 10－－3 a == 8bv/ a

g / L。

（3）如果取50mL水样进行测定，消耗了0.004 mol/L的Na2S2O3溶液10mL。求出每升水中溶解氧的质量是多少克？_0.064 g 。

8×

bV /a g / L×1L

== 8×0.004×10÷50 == 0.064g

答：每升水中溶解氧气的质量是0.064g

14．有效地利用现有能源和开发新能源已受到各国的普遍重视。

（1）可用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能。例如，加入CH30C(CH3)3来生产“无铅汽油”。

CH30C(CH3)。分子中必存在的原子间连接形式有

③

(填写编号)

①

②

③

④

（2）天然气的燃烧产物无毒、热值高，而且管道输送方便，将成为我国西部开发的重点项目之一。天然气常和石油伴生，其主要的成分是甲烷

。能说明它是正四面体而非正方形平面结构的理由是

②

(填写编号)。

①其一氯取代物不存在同分异构体

②其二氯取代物不存在同分异构体

③它是非极性分子

④它的键长和键角都相等

（3）1980年我国首次制得一辆燃烧氢气的汽车，乘员12人，以50 km/h行驶了40km。为了有效开展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济的制氢方法是

③

(填写编号)。

①电解水②锌和稀硫酸反应③光解海水

其次，制得纯氢气后还需要解决的问题是

氢气的输送和贮存

(写出其中一个)。

10

6.分别写出由氯乙烯、苯乙烯合成高分子的反应：

11