第二节　资源综合利用　环境保护国家获奖教案

资源综合利用

环境保护

第一课时

教学目标: 1.认识煤、石油和天然气等化石燃料综合利用的意义。

2.以聚乙烯为例，了解高分子材料在生活等领域中的应用及可能带来的环境问题。

教学重点：

煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用。

教学难点：

石油裂化的原理。

教学过程: [投影]2013年到2018年各年全国低碳日时间及主题

[引课] 我们都知道，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。我国也从很早开始就关注环境保护问题，比如从2013年开始将全国节能宣传周的第三天设立为“全国低碳日”，至今举行低碳环保活动已有5年。尤其是2017年低碳日主题“工业低碳发展”，这与我们今天学习的几种重要的能源之间的关系息息相关，希望能引起大家的注意与思考。

[板书]第一节 煤、石油和天然气的综合利用

[提问]我们前面学习甲烷知识的时候有介绍过化石能源的内容，大家还记得三大化石燃料是什么吗？

[回答]煤、石油、天然气。

[讲述]很好，没错。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]一、煤的综合利用

[投影]

[提问]通过观察，大家来说一下煤主要含有那些元素？

[回答]煤主要含有碳元素，还有氢、氮、硫、氧等。

[讲述]没错。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- 1 -

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：

[讲述]煤一般是拿来直接燃烧提供热量，但是煤直接作燃料利用率低并污染环境。因此科学家们对煤的综合利用进行了研究。目前煤的主要综合利用的方法有三个，分别是煤的干馏、煤的液化和煤的气化。 [板书]2、煤的综合利用的方法：干馏、液化和气化。

[板书]（1）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。

[投影]表4-2 煤干馏的主要产品和用途

[讲述]在煤干馏的过程中，生成了焦炭、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。

[讲述]煤的气化是将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。

[板书]（2）煤的汽化：C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）

[讲解]煤的液化是将固态的煤转化为液体燃料的过程，它包括煤的直接液化和间接液化。

[板书]（3）煤的液化：

①

直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。

②

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。

C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）

催化剂

CO（g）+H2（g） CH3OH （g）

[讲述]甲醇常温下为液体,可以燃烧,还可代替汽油作内燃机的燃料。

[提问]通过学***家来说一下煤的三种综合利用方法中哪些属于化学变化，- 2 -

哪些属于物理变化？

[回答]三种都属于化学变化。

【练一练】

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。

[过渡]天然气主要成分是什么？

[板书]二、天然气的综合利用

1、主要成分：CH4 2、综合利用：

（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。

【超链接】视频：可喜可贺，我国首次可燃冰试采成功！

[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。的化学成分随产地不同而不同。

[板书]三、石油的综合利用

1、石油的成分：主要是多种碳氢化合物形成的混合物；

按元素来看：碳、氢含量为97%--98% 按物质来看：烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。（一般不含烯烃） [讲解] 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、石油综合利用的方法：

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[来源:学科网]

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

a．石油的分馏---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。

[讲述]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，仅占石油总质量的25％左右。为了提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量，在石油工业上采用了裂化的方法。裂化就是在一定条件下，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。

[板书]b.石油的催化裂化

（1）裂化的目的：

提高轻质液体燃料的产量。

（2）裂化的原理：

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。

[投影] 催化剂

C16H34 C8H18+C8H16

加温

加压

[讲解] 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。

[板书]c.石油的裂解（深度裂化）：

裂解的目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。

[投影] 催化剂

C8H18 C4H10+C4H8

加热

加压

催化剂

C4H10 CH4+C3H6

加热

加压

催化剂

C4H10 C2H6+C2H4

加热

加压

[投影]图4-6原油的分馏及裂化产品用途示意图

[板书]d.石油的催化重整：在加热和催化剂作用下，使链状烃转化为环状烃。

[提问]以上石油的综合利用方法中，哪些属于物理变化，哪些属于物理变化？

[回答]属于物理变化的是石油的分馏，属于化学变化的是石油的催化裂化、石油的裂解以及石油的催化重整。

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【练一练】

1、石油加工的主要目的是（ ）

A.

B.

C.

D.

将石油按其成分的沸点不同加以分离

将石油按饱和与不饱和烃加以分离

得到碳原子数多的烃类

将石油中烷烃、环烷烃和芳香烃分开

2、用重油制取丙烯的方法是（ ）

A.减压分馏 B.干馏 C.裂化 D.裂解

3、下列石油分馏产物中沸点范围最高的是（

）

A．汽油 B．煤油 C．柴油 D．燃料油

4、下列说法正确的是（

）

A.石油的炼制过程都是化学变化。

B.石油分馏的目的是将含有碳原子数较多的烃先气化，经冷凝而分离。

C.石油经过常、减压分馏及裂化等工序炼制后即能得到纯净物。

D.石油分馏出来的各馏分仍是多种烃的混合物。

xk.Com][投影] 各种合成材料图片。

[板书] 四、合成材料

[讲述]聚乙烯是我们生活中经常使用到的合成材料，其生成原理是在适当温度、压强和有催化剂存在的情况下，乙烯双键里的一个键发生断裂，分子里的碳原子相互结合形成很长的链。

[板书]CH2=CH2+CH2=CH2+CH2=CH2+……→-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+……→-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-……

形成过程简化为：

单体：CH2=CH2 链结：-CH2-CH2- 聚合度：n [讲述]以上是由相对分子质量小的化合物分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应。该反应又属于乙烯的加成反应，所以这种聚合反应又叫加成聚合反应，简称加聚反应。通过加聚反应可以形成很多种有机高分子材料，塑料、合成纤维和合成橡胶是常见的三大有机合成材料。它们在我们的生活中的运用很是广泛。

还有另外一种常见的有机反应----缩合聚合反应，简称缩聚反应。它指的是单体间相互反应而成高分子化合物，同时还生成小分子（水、氨等分子）的反应。比如苯酚和甲醛缩合聚合生成酚醛树脂的反应。

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这些合成材料如果使用后处理不当，很容易造成环境的污染。比如聚乙烯形成的塑料袋，即平时常说的白色污染，使用后如果随意抛弃，很容易造成环境的污染。还有其他的一些环境污染问题及解决方法，我们将在下节课里进行学习了解，希望大家做好课前预习。

【练一练】

写出下列反应的化学方程式：

1、丙烯合成聚丙烯

2、苯乙烯合成聚苯乙烯

[总结]本节课我们学***化石燃料---煤、石油及天然气的综合利用方法。了解了煤的干馏、气化、液化，以及石油的分馏、裂化、裂解、催化重整的过程，还对多种合成材料进行了学习，其实这些化石燃料的综合利用，也是我国发展低碳工业低碳生活活动的一部分。同学们在自己的日常生活中，也可以通过自身的行动成为参与低碳活动一员。比如平时骑自行车或步行上学，比如离开教室前随手关灯，比如夏天在家使用空调时把空调调高一度，等等，这些都是低碳生活的一部分，也是大家力所能及的。如果全国13亿多人都能有这种低碳意识，我相信未来我们的国家环境会更美好，我们的祖国会更加繁荣昌盛。

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