第二节　资源综合利用　环境保护教案1

第十章 化学与自然资源的开发利用

第一课时 资源综合利用

环境保护

复习目标：

1、了解煤、石油的综合开发与利用。

2、了解环境保护相关的常识，能运用化学知识对环境保护做出贡献。

基础知识：

一、煤、石油、天然气的综合利用

1．煤的综合利用

煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有C元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

（1）煤的干馏

①原理：把煤隔绝空气加强热使其分解的过程。煤的干馏是一个复杂的物理、化学变化过程。

②煤的干馏产物来源:Z.xx.k.Com]

a．焦炉气，b．煤焦油，c．焦炭，d．粗氨水。

（2）煤的气化

将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气。高温化学方程式为C＋H2O(g)=====CO＋H2。

（3）煤的液化

①直接液化

高温、高压煤＋氢气——————→液体燃料

催化剂②间接液化

高温高温煤＋水————→水煤气————→甲醇等

催化剂2．天然气的综合利用

（1）天然气的主要成分是甲烷，它是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料。

（2）天然气与水蒸气反应制取H2 高温

原理：CH4＋H2O————→CO＋3H2。

催化剂3．石油的综合利用

（1）石油的成分

石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。所含元素以C、H为主，还有少量N、S、P、

O等。

（2）石油的分馏

利用原油中各组分沸点不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程叫做分馏。分馏是物理变化过程。其主要目的是得到汽油、煤油、柴油等轻质油。

（3）石油的裂化

①条件：催化剂催化、高温。

②过程：含碳原子数较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子数少，沸点低的烃，裂化是化学变化过程。

③主要目的：将重油转化为轻油。

（4）石油的裂解

①定义

石油在更高的温度下发生深度裂化，石油中的长链烃分子断裂成以乙烯、丙烯为主的短链烃。

②生产目的：生产乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。

【比较】

石油的分馏、裂化、裂解的比较

石油炼制的方法来源学_科_网Z_X_X_K]分馏

催化裂化常压

减压

在催化剂存在的条件下，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

重油

在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃或液态烃

含直链烷烃的石油分馏产品（含石油气）

来源:Z。xx。k.Com][来源:Zxxk.Com]

石油的裂解

用蒸发冷凝的方法把原理

石油分成不同沸点范围的蒸馏产物

主要

原料

原油

溶剂油、重油

润滑油、凡士林、石主要产品

汽油、煤抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等

乙烯、丙烯、1,3-丁二烯等

油、柴油、蜡、沥青、重油

煤焦油

直馏汽油和裂化汽油的区别

直馏汽油

获得方法

原油直接分馏，物理变化

主要化学成分

一般是C5～C11的烷烃及少量的芳香烃等，性质稳定

含有C5～C11的烷烃和烯烃，性质活泼

鉴别方法

能使溴的四氯化碳溶液褪色的是裂化汽油

裂化汽油

重油裂化，化学变化

各种工业厂气的主要成分

名称

高炉煤气

水煤气

炼厂气

裂解气

焦炉气

天然气

二、环境保护与绿色化学

1．环境问题

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。

“三废”的污染主要指：

（1）大气污染

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及其携带的颗粒物。

（2）水污染

工业废水，生活污水，农田过度施肥，喷洒农药都会对水源造成污染。

（3）固体废弃物污染，如白色污染。

当今环境污染存在以下几方面问题：

①酸雨——形成原因主要是SO2和氮氧化合物。

②光化学烟雾——主要是氮氧化合物、碳氢化合物造成的。

③臭氧空洞——主要是氮氧化合物、氟氯烃等的排放引起的。

④温室效应——主要是由于大气中CO2含量的不断增加造成的。

⑤白色污染——聚乙烯塑料的大量使用。

⑥赤潮——含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放。

2．环境保护的措施

（1）工业废气携带颗粒物的回收利用。

（2）工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用含磷洗涤剂。

（3）回收、限制废弃塑料，研制可降解塑料。

3．绿色化学

（1）原子经济

原子经济要求反应物的原子全部转为期望的最终产物，原子的利用率达到100%，也就是说在化学反应中不产生任何废物。

期望产物的总质量原子的利用率＝×100% 生成物的总质量（2）绿色化学

来源

炼铁高炉

水煤气炉

石油炼制厂

裂解炉

炼焦炉

天然气田、油田

主要成分

CO2、CO等

CO、H2等

低级烃

“三烯二烷”

CO、H2、CH4、C2H4等

甲烷

用途

燃料

燃料、化工原料

燃料、化工原料

石油化工原料

燃料、化工原料

燃料、化工原料

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的污染。

绿色化学又称环境无害化学，与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术。理想的绿色技术应采用具有一定转化率的高选择性化学反应来生产目的产品，不生成或很少生成副产品或废物，实现或接近废物的“零排放”过程。化学工艺过程中使用无毒无害原料、溶剂和催化剂。

关于“绿色化学”的具体要求见下图：

4．可持续发展

可持续发展是指既满足现代人的需求又不损害后代人满足其需求的能力的发展，需要经济、社会、资源和环境保护协调发展。可持续发展的要点是发展援助、环境保护、清洁水源、能源开发、绿色贸易。

可持续发展、环境保护与绿色化学三者的关系：

环境保护是可持续发展的一个重要方面，绿色化学能从根本上为环境保护和可持续发展提供一步到位、一劳永逸的技术支持。

例题精讲：

【例1】如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。

资料一：石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。

资料二：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。

某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图：实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化，试管Ⅱ中有少量液体凝结，试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管Ⅱ中液体气味，具有汽油的气味。

(1)该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为__________________________________，为保证实验成功，实验前必须进行的操作是__________________________________，装置中较长导

管的作用是______________；

(2)试管Ⅱ中有少量液体凝结说明了_____________；

(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了___________________；

(4)能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴，理由是_________________________________________。

(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式___________________________。

(6)石油裂化的重要意义是__________________。

〖答案〗

(1)从下往上，从左往右

检验装置的气密性

导气、冷凝气体

(2)裂化生成了含有5个碳原子以上的烃

(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃

(4)不能，因为裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应

(5)CAl2O320H42——△→C10H22＋C10H20

(6)可提高石油产品中轻质燃油特别是汽油的产量和质量