第二节　资源综合利用　环境保护教学设计实例

第四章 化学与自然资源的开发利用

第二节 资源综合利用

环境保护(第1课时) 三维目标

知识与技能 1．了解煤、石油和天然气的综合利用，特别是石油的利用。

2．了解石油的裂化和裂解，了解加聚反应化学方程式的书写。

过程与方法 通过化工案例的分析，了解石油化工对人类生活的重要性。

情感态度与价值观 了解我国石油化工、煤化工的发展状况，感受有机化工与现实生活和工农业生产的

密切联系。

教学重点 石油的裂化和裂解，加聚反应化学方程式的书写。

教学难点

石油裂化的原理。加聚反应化学方程式的书写。

教学方法 利用图片、资料、多媒体课件，讨论、归纳。

教学过程

【引课】工业生产需要大量的原料，消耗大量的能源。在得到所需的产品的同时产生了大量的废气、废水和废渣。处理不当就会污染环境。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

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(化石燃料)，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，是人类面临的重大挑战。

【过渡】下面我们就来学习有关煤、石油和天然气的综合利用的相关知识。

【板书】1、煤的组成及其综合利用

【讲解并板书】⑴煤的组成：煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素以及无机矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等元素）。

【讲解并板书】⑵煤的综合利用：煤的综合利用的主要途径是煤的干馏、煤的气化和液化，目的是获得洁净的燃料和多种化工原料。

【讲解并板书】①煤的干馏：是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。从煤干馏产物中可获得燃料及多种重要的化工原料。煤干馏的主要产品有焦炉煤气(焦炉气、粗氨水、粗苯)、煤焦油、焦炭。

【投影】表4-2 煤干馏的主要产品和用途

【特别提醒】将煤干馏的条件有两个：一是要隔绝空气，目的是防止煤在空气中燃烧；二是要加强热。在煤的干馏过程中发生了复杂的的物理、化学变化。

【讲解并板书】②煤的气化：煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程。主要反应是煤与水蒸气反应生成水煤气等，化学方程式为C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)。

【讲解并板书】③煤的液化：煤的液化可分为直接液化和间接液化。煤的直接液化就是使煤与氢气作用生

成液体燃料；煤的间接液化是先把煤转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂的作用下合成甲醇等液体燃料，催化剂其反应的化学方程式为CO＋2H2――→CH3OH。

【思考】煤的综合利用有什么重要意义？

【分析】①减少了煤燃烧产生的SO2、氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等污染物的排放。

②提高了煤燃烧的热效率。煤的气化、液化就是使煤变成清洁能源的有效途径，煤的燃烧效率也得以提高。③提取了煤中的化学原料。在加工煤炭以及使用煤作燃料的过程中，对产生的煤灰、煤渣、废气、废液等都加以合理的处理和利用，做到既消除污染又保护环境。

【板书】2、天然气的组成及其综合利用

⑴天然气的组成：天然气的主要成分是甲烷。

⑵天然气的综合利用：天然气是一种清洁的化石燃料。天然气更是一种重要的化工原料，主要用于合成氨、生产甲醇、合成多个碳原子的有机化合物等。

【阅读】资料卡片---甲烷水合物

甲烷水合物是由甲烷和水组成的固态化合物，可表示为CH4•nH2O，甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。其外观像冰，具有可燃性，故又被称为“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。

【思考】我国三峡工程所提供的清洁、廉价、强劲的可再生能源——水电，相当于每年燃烧3000万吨原煤的火力发电厂产生的电能，因此三峡工程有助于控制(

) ①温室效应

②形成酸雨

③空气中的固体颗粒浓度

④白色污染

A．只有①

B．只有①②

C．①②③

D．①③④

【板书】3、石油的组成及其综合利用

⑴石油的组成：石油主要是由多种碳氢化合物（各种烷烃、环烷烃和芳香烃）组成的混合物。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。

⑵石油的综合利用：

①石油的分馏：是利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程。石油通过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。

【讲述】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。

【过渡】石油通过分馏的方法获得的汽油、煤油和柴油等轻质油产量不高，仅占石油总质量的25％左右。为了提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量，在石油工业上采用了裂化的方法。

【讲解并板书】②石油的催化裂化：石油的催化裂化是指在催化剂的存在下将相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃，从而提高轻质油的产量和质量的过程。裂化所用的原料是重油。裂化过程中一分子的烷烃分解为一分子的烷烃和一分子的烯烃，得到的汽油称为裂化汽油。

【板书】③石油的裂解：石油裂化的产品再经过进一步的裂解，可以获得很多重要的化工原料。

【讲述】在石油化工生产过程里，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，采用比裂化更高的温度（700～800℃，有时甚至高达1000℃以上），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。工业上把这种方法叫做石油的裂解。所以说裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成分的石油加工过程。

【投影】如以C16H34为例，裂化和裂解反应的化学方程式(以分子中碳原子平均断裂为例)：

催化剂C16H34加热、加压――――→C8H18＋C8H16

C8H18加热、加压――――→C4H10＋C4H8

催化剂

1

C4H10加热、加压――――→C2H6＋C2H4

或

C4H10――――→CH4＋C3H6

加热、加压【讲述】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。

【思考】石油的分馏、裂化、裂解都是化学变化吗？

【分析】石油的分馏是物理变化，石油的裂化、裂解是化学变化。

【思考与交流】什么叫裂化汽油和直馏汽油？怎样鉴别它们？

【分析】通过分馏得到的汽油叫直馏汽油，直馏汽油中没有不饱和烃。通过裂化得到的汽油叫裂化汽油，裂化汽油中含有不饱和烃。鉴别它们可以使用溴水，能使溴水褪色的为裂化汽油，不能使溴水褪色的为直馏汽油。

【思考与交流】蒸馏、分馏和干馏有什么区别和联系？

【分析】蒸馏：把液体加热到沸腾变为蒸气，再使蒸气冷凝成液体的过程。

分馏：对多组分混合物在控温下先后、连续进行的两次或多次蒸馏。

干馏：把固态混合物(如煤、木材)隔绝空气加强热使它分解的过程。

蒸馏与分馏同属物理变化，干馏过程往往发生复杂的物理、化学变化。

【板书】④石油的催化重整：在加热和催化剂作用下，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。

【投影】图4-6原油的分馏及裂化产品用途示意图。

【板书】4、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料

【板书】⑴三大合成材料：塑料、合成橡胶和合成纤维。

【讲解并板书】⑵加聚反应：由许多小分子经过加成合成高分子化合物的反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。聚乙烯的加聚反应方程式为：

催化剂催化剂CH2=CH2+CH2=CH2+CH2=CH2+……

→-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+……

→-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-……

【投影】图4-7聚乙烯颗粒。

【练习】请完成下列加聚反应的方程式：

⑴制备聚丙烯：

nCH2＝CHCH3――→

⑵制备聚2-丁烯(催化剂

)

催化剂n CH3CH＝CHCH3――→

【讲解并板书】⑶缩聚反应：由许多小分子经过缩合合成高分子化合物并同时生成许多小分子的反应称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。例如获得聚对苯二甲酸乙二酯：

＋nHO—CH2—CH2—OH――→

催化剂＋(2n－1)H2O 【讲解并板书】⑷高分子化合物中的几个化学用语(以聚乙烯为例)

2

①单体：聚合成高分子化合物的小分子化合物，如CH2＝CH2

②链节：高分子化合物中的最小重复单元，如—CH2—CH2—

③聚合度：高分子化合物中的链节数，如聚乙烯中的n。

【特别提醒】一般可从以下两个方面区别加聚反应和缩聚反应：①高分子的链节中链上全是碳原子，一般是加聚反应生成的；如果链上不全是碳原子，一般是缩聚反应生成的。②从反应的形式来看，在反应中只得到高分子的反应是加聚反应，而得到高分子的同时又生成了小分子的反应则是缩聚反应。

【讲述】高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等；也有人工合成的，如聚乙烯、聚丙烯等；塑料、合成橡胶和合成纤维是三大人工合成的高分子材料。

【投影】图4-8常用高分子化合物制品。

【讲述】聚乙烯及聚丙烯与白色污染的关系，提醒同学们爱护环境，不乱丢塑料垃圾。

【思考与交流】①回收利用废旧合成材料的途径有哪些？

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。

【投影】图4-9塑料制品的回收与利用。

【阅读】科学视野———壁虎的脚与胶黏剂

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，从而产生分子间力。据计算，一只大壁虎的4 只“脚”产生的总作用力压强相当于1.0MPa。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。

【课堂小结】本节课我们学习了煤、石油、天然气等资源,，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。化学知识可以帮助我们认识、了解世界，我们更可以用学过的化学知识进行发明、创造，造福人类。

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