第二节　资源综合利用　环境保护教案教学设计导入设计

第二节

资源综合利用

环境保护

高一年级人教版必修二

山西省翼城中学校

马二霞

【教材分析】在学习金属矿物的开发利用和海水资源的开发利用之后，本节教材从资源利用和环境保护这一视角，进一步阐明化学和人类可持续发展的关系，与上节内容相辅相成。纵观历史，从使用火到水、木材、煤、石油、天然气等资源,人类能源的来源全部都是从自然界中得到，其中的大多数资源属于不可再生的有限资源。仅仅注重资源开发是远远不够的，人类要实现可持续发展，就必须做到合理开发资源、最大限度地利用好资源，还要保护好环境。而化学不仅在资源开发上能发挥重要作用，在资源的综合利用以及环境保护方面同样大有用武之地。因此，这节内容，能使学生对化学与可持续发展有一个全面的认识。

【学情分析】学生在初中已经学习了化石燃料，知道了煤和石油的组成，又在上一章学习了甲烷和来自石油和煤的两种基本化工原料——乙烯和苯，对于化石燃料的利与弊有了一定程度的认识。而开发利用金属矿物和海水资源的学习，让学生对于化学在资源开发上的重要作用及化学与可持续发展的关系有了一定的了解。而人类为了实现可持续发展就不能无度地开发资源、浪费资源，而应该对资源合理利用，本节课在此基础上进一步研究化石燃料综合利用的方法和环境保护的知识。

【课标要求】

1．了解煤、石油、天然气的组成及其综合利用。

2、了解以煤、石油、天然气为原料生产合成材料

3、了解节约能源和防止污染的重要性

4、了解绿色化学的含义并体会绿色化学在化工生产中的重要性

【学习目标】

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、裂解反应的定义及应用。

4、了解加聚反应和缩聚反应，认识聚合反应、高分子化合物并了解高分子材料在生活等领域中的应用。

5、了解化工与环境保护的关系，了解环境污染及其治理、绿色化学的含义，树立环保意识。

过程与方法：

自主学习，培养学生自学能力

情感态度与价值观：

知道学好化学等科学知识，认识到关心科学、研究科学和探索科学的精神，

为保护环境，解决能源危机作出贡献

【教学重点】

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。

【教学难点】

化石燃料的综合利用，石油裂化的原理

【教学过程】

[引课]

工业生产需要大量原料，消耗大量能源，在得到产品的同时产生了大量废气、废水、废渣。处理不当就会造成环境污染。气候变暖、臭氧层破坏、酸雨和赤潮等全球性和区域性环境问题，正在威胁着人类的生存和发展，保护自然环境已成为实现人类社会可持续发展的重要课题。今天我们开始学习几种重要的能源和环境保护的有关内容。

[板书]

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

[讲述]迄今为止，煤、石油和天然气仍是人类使用的主要能源，同时也是重要的

化工原料。如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料所造成的环境污染，是人类面临的最大挑战。

[过渡]现在我们首先学习有关煤的综合利用的相关知识。

[板书]1、煤的综合利用

[投影] 煤的结构片段

[讲述]煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳元素，此外还含有少量的氢、氮、硫、

氧等元素以及无机矿物质。

[板书]（1）煤的组成：复杂的混合物；含有：碳、氢、氮、硫、氧等元素。

[讲述]煤的综合利用主要是通过煤的干馏、煤的液化和汽化获得洁净的燃料和化工原料。

[板书]（2）煤的综合利用：干馏、液化和汽化。

[讲述]煤的干馏是把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。在煤干馏的过程中，可以生成焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气等。其中焦炭是冶金工业的重要原料；煤焦油中含有各种烃的同系物和酚类，是重要的化工原料，焦炉气中含有甲烷、乙烯、一氧化碳等气体燃料，是重要的燃料；粗氨水可以生产化肥。这样，煤就可以得到综合利用。

[投影]干馏实验装置图

[投影]表4-2 煤干馏的主要产品和用途

[板书] 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。

[讲解]煤的气化原理：将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应为：



CO(g)+H2(g)这是一个吸热反应，所需热量一般都由同时C (s)+H2O(g) 进行的碳的燃烧反应来提供。 C＋O2 ===CO2+热

碳燃烧时可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气。即把中热值煤气里的CO和H2用催化剂合成甲烷。CO＋3H2

→CH4＋H2O+热

利用焦炉煤气还是目前最便宜的生产煤气的方法。

高温

CO(g)+H2(g) [板书]煤的气化：C (s)+H2O(g) [讲解]煤的液化原理：直接液化、间接液化。

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。

[板书]

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

[复习] 初中有关石油的知识。

[讲述] 石油主要是由各种烷烃、环烷烃和环烷烃所组成的混合物。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。

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。石油的化学成分随产地不同而不同。

[板书]2、石油

（1）石油的成分：碳氢化合物混合物；元素碳、硫、氧、氮等。

[讲解] 石油的炼制：

原油成分复杂，还含有水和氯化钙、氯化镁等盐类。原油必须先经过脱水、脱盐等处理过程，才能进行炼制。经过脱水、脱盐的石油主要是烃类的混合物，因此没有固定的沸点。给石油加热时，低沸点的烃先气化，经过冷凝先分离出来。随着温度升高，较高沸点的烃再气化，经过冷凝也分离出来。这样继续加热和冷凝，就可以把石油分成不

同沸点范围的蒸馏产物。这种方法叫做石油的分馏。工业上分馏石油是在分馏塔中进行。

[板书]（2）石油的综合利用：

[讲解]1．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，通过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。

高温

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。

2、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。例如，

C16H34



CH8催化剂18+C8H16

加热、加压催化剂C8H18



CH410+ C4H8

加热、加压3、石油的裂解

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。

C4H10



CH+CH

2624催化剂加热、加压催化剂C4H10



CH+CH

438加热、加压乙烯、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。裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成分的石油加工过程。

4、石油的催化重整

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。

[板书]裂化：使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃，提高汽油的产量。

裂解：使具有短链分子的烃断裂成各种更短短链的气态烃和，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

[过渡]提问天然气主要成分？

[板书]3、天然气

[讲述]天然气的主要用途：化石燃料、化工原料。

[板书]（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。

甲烷水合物是由甲烷和水在高压（>100大气压或>10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质，可表示为CH4•H2O,甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。甲烷水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可以象酒精块一样被点燃，故也有人叫它“可燃冰”。

甲烷水合物被认为是21世纪新型洁净的能源。但是储量巨大的甲烷水合物的分解和释放，会诱发海底地质灾害，还会加重温室效应，会诱发海底地质灾害，还会加重温室效应。目前，甲烷水合物已经成为关注和研究的重要领域，并取得了多项进展。

[阅读]资料卡片---甲烷水合物

[例题］最近，新华社的一条消息中披露：我国南海海底发现巨大的“可燃冰”带，能源总量估计相当于中国石油总量的一半；而我国东海“可燃冰”的蕴藏量也很可观……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶体（CH4•H2O）．请结合初中化学知识回答下列问题：

（1）下列说法中正确的是（填序号）____________．

A．CH4•H2O晶体中水是溶剂

B．CH4•H2O的组成元素有3种

C．CH4•H2O中CH4和H2O的质量比为1：1 D．可燃冰能燃烧，说明水具有可燃性

（2）可燃冰的发现为我国在新世纪使用高效新能源开辟了广阔的前景．你认为能开发利用

的新能源还有（至少填写二种）__________________，__________________．

[讲解]三大合成材料与煤、石油、天然气的关系，聚乙烯塑料的合成及应用。

[讲解]聚乙烯的生成原理：在适当温度、压强和有催化剂存在的情况下，乙烯双键里的一个键会断裂，分子里的碳原子能互相结合成为很长的链。

CH2=CH2+CH2=CH2+CH2=CH2+……→-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+……→-C H2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-……

[板书] 二、三大合成材料

1、原料：煤、石油、天然气

2、合成方法

方法一、加聚反应

[动手试一试]写出下列相关反应：

乙烯制聚乙烯：

丙烯制聚丙烯：

由苯乙烯制聚苯乙烯：

制聚甲基丙烯酸甲酯：

[归纳]：以上反应都由单体通过加成聚合反应生成高分子化合物，简称加聚反应。其中反应物叫单体，生成物重复出现的单元叫链节，n叫聚合度。

方法二、缩聚反应

请同学们阅读98页资料卡片，得出缩聚反应的定义，然后再区分加聚反应和缩聚反应。

加聚反应和缩聚反应相同之处：都生成高分子，不同点，加聚反应只生成高分子化合物，无小分子物质生成，而综合防治聚反应还有水等小分子化合物生成。

[投影]聚乙烯颗粒：

[讲述]聚乙烯及聚丙烯与白色污染关系，提醒同学们爱护环境，不乱丢塑料垃圾。

[投影]图4-8塑料制品的回收与利用

[思考与交流]1、回收利用废旧合成材料的途径？2、通过必要的数据论证限制生产使用聚苯乙烯快餐盒的意义。

[阅读]科学视野———壁虎的脚与胶粘剂

壁虎能在光滑的墙壁上行走自如，甚至能贴在天花板上。这表明，壁虎的“脚”底与物体表面之间必定存在很强的特殊黏着力，但这种力量究竟从何而来呢？

科学家对壁虎进行了研究，发现它的每只“脚”底部长着大约50万根极细的刚毛，而每根刚毛末端又有约400 ～1000根更细的分支。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近，从而产生“范德瓦尔斯力”。据计算，一只大壁虎的4 只“脚”产生的总作用力压强相当于10个大气压。而这种力的产生靠的是分子间的范德华力人们从壁虎脚的附着力得到的启示今后有可能派上用场，如用于研制爬墙机器人，或研制世界上第一种乾性粘合剂。

[过渡]：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。

[板书]三、绿色化学和环境问题

[讲述]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元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。

绿色化学示意图安全的生产工艺反应过程反应物无毒无害原料可再生资源原子经济性反应高选择性反应提高能源的利用率反应产物环境友好产品（安全、能降解、可再利用）应用无毒无害的催化剂应用无毒无害的溶剂[板书]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%.

原子利用率期望产物的总质量100%生成物总质量

[讲述]1、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；

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

2、介绍几类环境污染及其防治

①大气污染

对大气造成污染的污染物有：SO2、NO、NO2、H2S、CxHy、粒子状污染物、氟化物（F）、铅及其化合物（Pb）、挥发性有机物和放射性元素等。SO2、NO、NO2等物质主要来源于用煤、硝酸工业、硫酸工业、汽车尾气等。它们可以形成酸雨（酸雨是指pH≤5.6的酸性降水，其主要成分是硫酸和硝酸，属于严重的大气污染现象），使湖泊水质酸化，毒害水生物、植物，以及使土壤酸化，破坏农作物、森林等；氟化物（F）、氮氧化物可以破坏臭氧层。CO、NO能与人体血红蛋白结合，使动物因缺氧而死亡。NO、NO2、CO、CxHy等还参与光化学烟雾的形成。

②水体污染

水污染的来源：

水体污染主要来自工业废水、农业用水、生活污水。

水污染的危害：

水体污染影响工业生产、增大设备腐蚀、影响产品质量，甚至使生产不能进行下去。水的污染，又影响人民生活，破坏生态，直接危害人的健康，损害很大。水体被污染必将影响整个地球的环境，对人类产生严重的危害。

(1)危害人的健康：水污染后，通过饮水或食物链，污染物进入人体，使人急性或慢性中毒。砷、铬、铵类、苯并芘等，可诱发癌症。

(2)对工农业生产的危害

水质污染后，工业用水必须投入更多的处理费用，造成资源、能源的浪费，食品工业用水要求更为严格，水质不合格，会使生产停顿。农业使用污水，使作物减产，品质降低，甚至使人畜受害，大片农田遭受污染，降低土壤质量。海洋污染的后果也十分严重，如石油污染，造成海鸟和海洋生物死亡。

(3)水的富营养化的危害

在正常情况下，氧在水中有一定溶解度。溶解氧不仅是水生生物得以生存的条件，而且氧参加水中的各种氧化还原反应，促进污染物转化降解，是天然水体具有自净能力的重要原因。含有大量氮、磷、钾的生活污水的排放，大量有机物在水中降解放出营养元素，促进水中藻类丛生，植物疯长，使水体通气不良，溶解氧下降，甚至出现无氧层。以致使水生植物大量死亡，水面发黑，水体发臭形成“死湖”、“死河”、“死海”，进而变成沼泽。这种现象称为水的富营养化。富营养化的水臭味大、颜色深、细菌多，这种水的水质差，不能直接利用，水中断鱼大量死亡。

水华是淡水中的一种自然生态现象，是由于水的富营养化引起藻类

（如蓝藻

、绿藻、硅藻等）的迅猛生长，水一般呈蓝色或绿色。

赤潮是由于海水中浮游藻类、原生动物或细菌异常增殖或聚集而引起海水变色的现象。实际上，赤潮并不一定都是红色

的，它可因引发赤潮的生物种类和数量不同而呈现出不同颜色。

③固体废弃物污染及其治理

（1）固体废弃物污染

固体废弃物是指人类在生产和生活中丢弃的固体和泥状物，如采矿业的废石、尾矿、煤矸石；工业生产中的高炉渣、钢渣；农业生产中的秸秆、人畜粪便；核工业及某些医疗单位的放射性废料；城市垃圾等等。若不及时清除，必然会对大气、土壤、水体造成严重污染，导致蚊蝇孳生、细菌繁殖，使疾病迅速传播，

危害人体健康。

（2）处理固体废弃物的方法：

目前世界上生活垃圾处理主要是卫生填埋、堆肥和回收利用三种方式。

回收利用废旧合成材料主要有三种途径，一是通过熔融再生重新做成多种有用的材料；二是采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料；三是将废旧合成材料作为燃料使用。

[投影]常见污染问题

[投影]绿色生活方式“5R原则”

•

“Reduce”

节约资源，减少污染；

•

“Reevaluate”

绿色生活，环保选购；

•

“Reuse”

重复使用，多次利用；

•

“Recycle”

分类回收，循环再生；

•

“Rescue”

保护自然，万物共存

我们只有一个地球，爱护地球！保护环境，人人有责！！！

【课堂小结】

【课堂练习】

1、下列关于煤的叙述中不正确的是（

）

A．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源

B．煤的干馏过程属于化学变化

C．煤是由多种有机物组成的混合物

D．煤除了主要含有碳元素外，还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素。

2、下列说法正确的是（

）

A．煤的气化和液化是使煤变成清洁能源的有效途径

B．煤的干馏过程属于物理变化，通过干馏可以得到焦炉气、煤焦油、焦炭等产品

C．煤里主要含有碳及少量的其它元素，工业上大量燃烧含硫燃料是形成“酸雨”的主要原因

D．煤是由非常复杂的无机物和有机物组成的化合物

3、按照绿色化学原则，下列反应符合最理想原子经济性的是（

）

A．乙烯与氧气在银催化作用下生成环氧乙烷

B．乙烷与氯气反应制备氯乙烷

C．苯与乙醇在一定条件下生产乙苯

D．乙醇与浓硫酸共热制备乙烯

4、石油的分馏和煤的干馏两种变化，本质上的不同是（

）

A．加热的温度二者不同

B．获得的产品二者不同

C．前者是物理变化，后者是化学变化

D．前者不需要隔绝空气，后者需隔绝空气

【布置作业】课后练习题和同步练习题

【课后针对练习】

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

B

＋C2H5Cl→＋C2H5OH→＋HCl ＋H2O

C

D

＋CH2＝CH2→→

＋HBr；＋H2→

2、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？

3、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

4、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

5、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，其原因是

（3）控制城市空气污染源的方法可以有

（多选扣分）

a

开发氢能源

b

使用电动车

c 植树造林

d

戴上呼吸面具

【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）煤的成分：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。

煤的气化：C（s）+H2O（g）

CO（g ）+H2（g）

煤的液化：直接液化和间接液化

2、石油

（1）石油的成分：碳氢化合物混合物；元素碳、硫、氧、氮等。

（2）石油的综合利用：

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。

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。

催化重整：在加热和催化剂作用下，链状烃转化为环状烃。

3、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。

二、三大合成材料

1、合成原料：煤、石油、天然气

2、合成方法：加聚反应和缩聚反应

三、环境问题和绿色化学

1、绿色化学的核心是要利用化学原理从源头消除污染。

2、绿色化学的核心之一：原子经济性

【教学反思】

本节课采用多种教学方法，如：多媒体教学图片、视频演示等，应用资料丰富，学生对此兴趣浓厚，使学生在课堂上自始至终保持较高的热情，在教学中是非常重要的。课堂上师生共同解决重点、难点、疑点，通过课堂检测进行知识延伸，已达到提高课堂效率的目的。