第二节　资源综合利用　环境保护优秀教学设计范文

资源综合利用

环境保护

●化石燃料：煤、石油和天然气都是古代动植物遗骸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化石燃料，是不可再生资源。

●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SO2、NO2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CO、氮的氧化物、含铅化合物、未燃烧的碳氢化合物和烟尘等，它们都是大气的污染物。

●迄今为止，煤、石油、天然气仍是人类使用的主要能源，同时它们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，减少化石燃料燃烧所造成的环境污染，是人类面临的重大挑战。

一.煤、石油和天然气的综合利用

㈠从煤、石油和天然气中获得基本化工原料

1.煤的组成及其综合利用

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。

⑵煤的综合利用

①煤的干馏：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。(复杂的物理变化和化学变化) ●煤的干馏实验装置图

●从煤干馏产物中可获得重要的化工原料(P95 表4-2) 产品

主要成分

用途

出炉

焦炉气

氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳

气体燃料、化工原料

煤气

粗氨水

氨、铵盐

化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料

粗苯

苯、甲苯、二甲苯

苯、甲苯、二甲苯

煤焦油

酚类、萘

染料、医药、农药、合成材料

沥青

筑路材料、制碳素电极

焦炭

碳

冶金、合成氨造气、电石、燃料

②煤的气化(化学变化) 在一定条件下把煤及其干馏物转化为可燃性气体过程，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气（CO、H2) C(s) + H2O(g)

CO(g) + H2(g)

中热值气

CO(g)+ 3H2(g)CH4(g) + H2O(l)

高热值气

2CO(g)+ O2 == 2CO2(g)；△H=－566KJ/mol 2H2(g)+ O2 == 2H2O(l)；△H=－571KJ/mol CH4(g)+ 2O2 == CO2(g) + 2H2O(l)；△H=－890.3KJ/mol

③煤的液化(化学变化) 在一定条件下将煤转化为液体燃料——又称人造石油，可继续精制成汽油、柴油、液化石油气、甲醇。在石油资源日益减少的情况下，煤的液化具有十分诱人的前景。

●煤的液化分为直接液化和间接液化

a.煤的直接液化:使煤直接与氢气作用生成液体燃料

b.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。

C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)

CO + 2H2

CH3OH(甲醇) 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。

2.天然气的组成及其综合利用

⑴天然气的组成：主要成分是甲烷，天然气是一种清洁燃料，可以直接用作燃料。

⑵天然气的综合利用：天然气既是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料，作为化工原料，它主要用于合成氨和生产甲醇等。天然气化工以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化形成含两个或多个碳原子的其他有机化合物。实现天然气的有效转化是一项具有挑战性的课题。

3.石油的组成及其综合利用

⑴石油的成分：石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。

按元素来看：主要是碳、氢元素，碳、氢含量为97%--98% 按物质来看：烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物(还有水分、盐分等杂质)

⑵石油的炼制(除水脱盐后) ①石油的分馏(P96 图4-6) 利用原油中各组分的沸点不同将复杂的混合物分离成简单混合物的过程。(分馏即分温度段蒸馏，控制温度多次蒸馏) ●在常压下分馏(常压分馏)后得到的重油的成分很复杂，可以提炼多种产品，但重油的沸点较高，继续提高温度又会导致重油发生分解，所以一般采取降低压强再分馏(减压分馏)的方式，在降低沸点之后进行分离。

●比较蒸馏、分馏、干馏

操作过程

原理

目的

蒸馏

加热和冷凝

物理变化

分离

分馏

加热和冷凝

物理变化

精炼

干馏

隔绝空气加强热

复杂的物理变化和化学变化

加工煤

②石油的催化裂化

●裂化的目的：提高轻质液体燃料的产量。

●裂化的原理：在催化剂的作用下将含碳原子多的重油(烃)断裂成碳原子较少的烃的过程。

③石油裂解(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。

乙烯的产量是一个国家石油化工发展水平的标志。

C16H34

C8H18

+

C8H16

十六烷

辛烷

辛烯

C8H18

C4H10

+

C4H8

辛烷

丁烷

丁烯

C4H10

CH4

+

C3H6

丁烷

甲烷

丙烯

C4H10

C2H4

+

C2H6

丁烷

乙烯

乙烷

注：汽油可分为直馏汽油和裂化汽油，直馏汽油是从原油中直接分馏得到，基本上是烷烃；而裂化汽油是重油通过裂化得到，含有一部分烯烃。

④石油催化重整

石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃，如

苯或甲苯等，它们也是重要的化工基本原料。

㈡以煤、石油和天然气为原料生产合成材料

1.原料:

煤、石油、天然气

2.合成材料基本特征：

相对分子质量很大，属于高分子化合物，是混合物，没有固定熔沸点

3.合成材料的合成原理：加聚反应、缩聚反应

例如：乙烯合成聚乙烯；丙烯合成聚丙烯

①加聚反应

●聚合反应：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(分子量一万以上)的反应。

●加成聚合反应：适当条件下(温度、压强、催化剂)，通过加成反应的方式，生成高分子化合物的反应，简称加聚反应。

单体：生成高分子化合物的小分子，CH2=CH2；

链节：在高分子化合物中重复出现的结构单元，－CH2－CH2－；

聚合度：高分子化合物中链节的重复出现次数，即n值

②缩聚反应(缩合聚合反应) ●单体间(小分子)通过缩合的方式相互反应而成高分子化合物，同时还生成小分子(如水、氨等分子)的反应。

涤纶、尼龙(锦纶)、醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂(也称电木)等合成高分子化合物都是由缩聚反应制得的。

4.合成材料概况：

随着人类文明的不断进步，人类对天然材料的利用已不能满足很多方面的需要，于是就发生了一场材料的革命

—

人工合成材料;合成材料的原料丰富、制造加工简单,性能千变万化;塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料。

黏合剂、涂料也属于合成材料。

塑料的主要成分是合成树脂，其中还添加了某些特定用途的添加剂(如提高塑性的增塑剂、防止老化的防老化剂)；有些热塑性塑料(聚乙烯塑料)，可以反复加工，多次使用；有些热固性塑料(电木)，一旦加工成型就不会受热熔化。

常见的塑料：聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、酚醛塑料(电木)、聚四氟乙烯(塑料王)等。

●合成纤维

●合成橡胶

5.合成材料的回收利用

回收利用废旧合成材料主要有三种途径：

①通过熔融再生重新生成多种有用的材料；

②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；

③将废旧合成材料作为燃料使用。

二.环境保护与绿色化学

1.环境问题与环境污染

●环境问题：主要指由于人类不合理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。

●环境污染：是指生活与生产活动中，排放的有毒、有害物质的含量超过了环境的自净能力，使环境质量发生恶化，危及人类健康和生存的现象。

2.环境污染的类别

⑴按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染

⑵按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染。

⑶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。

①大气污染：来自化石燃料的燃烧,矿石冶炼,工业废气，汽车尾气，生活废气（硫与氮的氧化物，碳氧化物，碳氢化物，卤素化合物，放射性元素）

主要有：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

●臭氧层被破坏、酸雨、温室效应、光化学烟雾、装修居室污染均与大气污染有关。

●大气污染物一氧化氮、二氧化氮和某些碳氢化合物在太阳光紫外线的照射下，在低空大气中发生复杂的光化学反应（大气中的氧气也参加了反应），形成白色或浅兰色有特殊气味的光化学烟雾。光化学烟雾中主要含二次污染物如醛类、酮类、臭氧、过氧硝酸、乙酰酯等。光化学烟雾严重危害人体健康，损害植物及橡胶制品等。

●酸雨：分硫酸型和硝酸型

2SO2+O2

2SO3

2SO3+H2O == H2SO4

SO2+H2O

H2SO3

H2SO3+O2 ==H2SO4

NO →

NO2

→

HNO3

2NO + O2 == 2NO2

3NO2 + H2O == 2HNO3 + NO

②水体污染：由于人类活动排放的污染物，使水的物理、化学性质发生变化或生物群落组成发生变化，从而降低了使用价值的现象叫做水体污染。

●水污染的来源：工业废水、农业用水、生活污水(无机物, 重金属盐类,营养物有机物, 洗涤剂, 石油) ●水污染的危害：

a.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。

b.对工农业生产的危害

c.水的富营养化的危害

水体富营养化（N、P、K、S的化合物）

（生活污水、农田排水、化肥、合成洗

涤剂、工业废水引起藻类、浮游生物暴发性繁殖——

赤潮、水华）

●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。淡水中“水华”造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。

●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土壤污染：来自工业垃圾、生活垃圾、废水、化肥、农药残留(Cl、P、S)、放射物质残留导致的土壤功能变化。

土壤污染主要来自固体废弃物和废水排放。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。

3.环境保护

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(废气、废水、废渣)：

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。废气、废水应净化后再排放，废渣应采取卫生填埋、堆肥和回收利用等方法处理。

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

4.绿色化学(防治优于治理)(P101 图4-13) 绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。

它的主要特点是：

1．充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；

2．在无毒、无害的条件下进行反应,以减少废物向环境排放；

3．原子经济性：提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，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

4．生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。

●例如：以乙烯为原料生产环氧乙烷，有两个途径

前者原子利用率为25.4%，后者为100%