归纳与整理教学实录

第二节

资源综合利用

环境保护

[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。

1．煤的干馏、气化和液化，石油的裂化和裂解均为化学变化，石油的分馏属于物理变化。

2．水煤气的主要成分是CO和H2；焦炉气的主要成分是H2、CH4、C2H4、CO。

3．石油裂化的目的是提高轻质油的产量，石油裂解的目的是获得气态短链不饱和烃作化工原料。

4．绿色化学的核心是：杜绝污染源，实现零排放。原子利用率为100%的反应类型有：化合反应，加成反应，加聚反应。

煤、石油和天然气的综合利用

1．煤、天然气和石油的组成

化石燃料

煤

天然气

石油

组成

煤是有机物和少量无机物的混合物，主要含碳元素，另外有少量氢、氧、氮、硫等元素

主要成分是甲烷

由多种碳氢化合物组成的混合物

2.煤、天然气和石油的加工及利用

(1)煤的加工及利用

方法

原理和产品

干馏

原理：将煤隔绝空气加强热使之分解；

产品：焦炭、煤焦油和出炉煤气

原理：将煤转化为可燃性气体，主要反应的化学方程式为C(s)＋H2O(g)――→CO(g)

＋H2(g) 高温气化

液化

直接液化：煤与氢气作用生成液体燃料

间接液化：先转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂作用下合成甲醇等

(2)天然气的加工及利用

①日常生活用作燃料。

②化工生产主要用于合成氨和生产甲醇等。

(3)石油的加工利用

①石油的加工：

原理

分馏

产品

目的

方法

目的

产物

目的

产物

利用原油中各组分沸点的不同进行分离

常压

减压

裂化

石油气、汽油、煤油、柴油、重油

柴油、燃料油、石蜡、沥青、润滑油

提高轻质油的产量

热裂化和催化裂化

生产气态的有机化工原料

乙烯、丙烯、甲烷等

使链状烃转化为环状烃

苯或甲苯等化工原料

裂解

催化

重整

②裂解反应：

C16H34加热、加压――→C8H18＋C8H16

C8H18加热、加压――→C4H10＋C4H8

C4H10加热、加压――→CH4＋C3H6

C4H10加热、加压――→C2H6＋C2H4

3．以煤、石油、天然气为原料生产合成材料

(1)三大合成材料：是指塑料、合成橡胶、合成纤维，其生产原料主要是煤、石油、天然气。

(2)合成高分子的反应——加聚反应

①概念：在适当温度、压强和催化剂存在的条件下，不饱和化合物发生自身加成反应形成相对分子质量巨大的高分子化合物的反应。

催化剂催化剂催化剂催化剂

例如：聚乙烯的生成：

②三个相关概念：

[特别提醒]

(1)干馏和分馏是两个不同的概念，前者是化学变化，后者是物理变化；而煤的气化和液化均为化学变化。

(2)石油的分馏是物理变化，而石油的裂化和裂解都是化学变化。

1．从煤的干馏产物中可以分离出苯或甲苯，煤中含有苯、甲苯等物质吗？

提示：煤是有机物和少量无机物构成的复杂混合物，本身不含有苯、甲苯等物质，在干馏时发生化学变化生成了这些物质。

2．石油裂化和裂解的目的是什么？

提示：石油裂化的目的是提高轻质油(特别是汽油)的产量；石油裂解的目的是为了得到短链的不饱和烃(如乙烯)作化工原料。

3．能否用裂化汽油萃取溴水中的溴单质？

提示：不能。裂化汽油为饱和烃和不饱和烃的混合物，不饱和烃可以与溴水发生加成反应，不能达到萃取溴的目的。

1．化学中“三馏”

名称

原理

干馏

隔绝空气、高温下使物质分解

混合物

蒸馏

根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离

单一组分的纯净物

分馏

与蒸馏原理相同

沸点相近的各组分组成的混合物

物理变化

产物

变化

类型

化学变化

物理变化

2．化学中“两裂”

名称

原理

目的

在一定条件下，把相对分子质量大、沸裂化

点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃

裂解

在高温下，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

提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量

获得短链不饱和烃

3.注意事项

(1)煤干馏时一定要隔绝空气，目的是防止煤在空气中燃烧。

(2)由于石油中有些物质的沸点很接近，所以每种石油的馏分仍然是多种烃的混合物。

(3)直馏汽油和裂化汽油的成分不同，性质有明显的区别，直馏汽油的成分为饱和烃，裂化汽油为饱和烃和不饱和烃的混合物，故裂化汽油可以发生加成反应，可使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)煤是由有机物和少量无机物组成的化合物(×) (2)煤的干馏可以得到焦炉气、煤焦油、焦炭等产品，该过程属于物理变化(×) (3)煤里主要含碳及少量的其他元素，但绝大多数都含硫，工业上大量燃烧含硫燃料会形成“酸雨”(√) (4)石油是多种烃的混合物(√) (5)石油的分馏、裂化、裂解都属于化学变化(×) 2．聚丙烯

是一种合成塑料，由丙烯制备

聚丙烯的化学方程式为______________________________________________，

聚丙烯单体的结构简式________，链节________。

环境保护与绿色化学

1．环境保护

(1)环境问题：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。

(2)环境污染的来源：主要来自化石燃料的燃烧和工业三废，即：废气、废水、废渣的任意排放。

(3)化学工作者面临的重要任务

对环境情况的监测、三废的治理、寻找源头治理环境污染的生产工艺等。

2．绿色化学

核心

最高目标

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

原子利用率是100%，即反应物中的原子全部转化为期望的最终产物

1．造成酸雨的主要原因是什么？有哪些措施可以减少或消除酸雨？

提示：二氧化硫和氮氧化合物的排放是造成酸雨的主要原因。

为减少或消除煤炭燃烧产生的二氧化硫，人们向煤炭中加入石灰石或生石灰作为固硫剂制成型煤。反应的化学方程式为2CaCO3＋2SO2＋O2=====CaSO4＋2CO2。

为减少汽车尾气的排放，人们在汽车排气管上安装“催化转化器”，使尾气中的一氧化碳和一氧化氮(NO)转化为氮气和二氧化碳，反应的化学方程式为2NO＋2CO=====N2＋2CO2。

2．NOx能引起哪些大气污染？

提示：NOx能引起酸雨、臭氧层破坏和光化学烟雾。

3．防止环境污染，用化学方法处理“工业三废”是一种重要的手段。这种措施是否符合绿色化学的理念？

提示：不符合。绿色化学的核心是利用化学原理从源头上消除或减少对环境的污染，即不产生或少产生污染物，而不是产生污染后再治理。

1．环境问题及治理

环境问题

酸雨

光化学

烟雾

臭氧层

空洞

水体富

营养化

废旧电

污染物

SO2(主要)和NO2

汽车尾气(碳氢化合物、氮氧化合物) 治理办法

开发清洁能源，倡导清洁生产

控制运行的汽车数量，保持道路通畅，使用清洁能源等

减少并逐步禁止氟氯烃等消耗臭氟氯烃及NOx

氧层的物质的排放；积极研制新型的制冷系统

生活污水、工业废水等排放大量含氮、磷的物质

废旧电池中的汞、镉、铅等重金属控制污水排放量，实施污水处理达标后排放，使用无磷洗涤用品

回收利用；积极研制新型电池

催化剂高温

池污染

温室

效应

白色

污染

2.绿色化学

离子

CO2，另外甲烷等气体也能加剧温室效应

使用清洁能源；提高能源利用率；进行清洁生产；植树造林，绿化环境

回收利用；使用可降解的塑料制品

废弃的塑料制品

(1)绿色化学的核心：利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染，即防治优于治理。

(2)绿色化学对化学反应的要求：

1．将下列环境问题与成因用短线连接起来。

环境污染

主要成因

(1)温室效应

A．SO2和NOx的大量排放

(2)酸雨

B．汽车尾气

(3)臭氧空洞

C．废水中N、P元素含量的增大

(4)光化学烟雾

(5)赤潮

E．氯氟烃的大量排放

(6)白色污染

F．废弃的塑料制品

答案：(1)—D，(2)—A，(3)—E，(4)—B，(5)—C，(6)—F 2．“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是(

) A．Mg――→Mg(NO3)2

B．Mg――→MgCl2――→Mg(OH)2――→Mg(NO3)2

C．Mg――→MgO――→Mg(NO3)2

D．Mg――→MgSO4――→Mg(NO3)2

浓硫酸BaNO32溶液O2稀硝酸Cl2NaOH溶液稀硝酸HNO3

D．空气中CO2的含量浓度升高

解析：选C

A方案虽然步骤少，但反应过程中会产生大量氮氧化合物，污染空气，另外消耗原料也多，不符合“绿色化学”的要求；B方案步骤繁琐，原料种类多，不符合“绿色化学”的要求；C方案步骤较少，节约原料，无污染，符合“绿色化学”的要求；D方案消耗原料较多，在第一步还会产生大量的SO2气体，污染空气，不符合“绿色化学”的要求。

[三级训练·节节过关]

1．合理利用燃料、减少污染符合绿色化学的理念。下列关于燃料的说法中正确的是(

) A．“可燃冰”是将水变为油的新型燃料

B．氢气作为燃料具有热值高、无污染等优点

C．乙醇是比汽油更环保、不可再生的燃料

D．石油和煤是工厂经常使用的可再生的化石燃料

解析：选B

可燃冰的主要成分是甲烷，A错；氢气燃烧的产物只有水，B正确；乙醇是可再生燃料而化石燃料不能再生，C、D错。

2．入冬以来，雾霾天气已经严重影响了我国多数人的正常出行和生活节奏。为改善空气质量而启动“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是(

) A．加高工厂的烟囱，使烟尘和废气远离地表

B．推广使用燃煤脱硫技术，防止SO2污染

C．研制新型高效可充电电池，发展纯电动汽车

D．开发利用绿色能源(例如太阳能)替代化石燃料

解析：选A

A项，加高工厂的烟囱，并不能减少有害气体的排放，也不可能使烟尘和废气远离地表，错误；推广使用燃煤脱硫技术，防止SO2污染；研制新型高效可充电电池，发展纯电动汽车，可以减少化石燃料的使用；开发利用绿色能源(例如太阳能)替代化石燃料，可以减少化石燃料的使用，均有利于“蓝天工程”建设，B、C、D正确。

3．“环境问题”是当今全球共同关注的焦点，在哥本哈根气候大会上中国发挥了重要的作用。下列对环境造成危害的一组首要污染物是(

) A．CO2、SO2、O2

B．SO2、NO2、可吸入颗粒物

C．CO2、N2、O2

D．NO2、N2、可吸入颗粒物

解析：选B

凡是属于空气成分的均不属于大气污染物。A项，CO2和O2不属于污染

物，错误；B项，SO2、NO2、可吸入颗粒物均为大气污染物，正确；C项，CO2、N2、O2均不属于大气污染物，错误；D项，N2不属于大气污染物，错误。

4．绿色化学的核心是反应过程的绿色化，即要求原料物质中的所有原子完全被利用且全部转入期望的产品中，下列过程不符合这一思想的是(

) A．甲烷与氯气反应制氯仿：CH4＋3Cl2――→CHCl3＋3HCl B．烯烃与水煤气发生的羰基合成反应：RCH===CH2＋CO＋H2――→RCH2CH2CHO C．甲烷、CO合成乙酸乙酯：2CH4＋2CO――→CH3COOCH2CH3

D．乙烯合成聚乙烯：nCH2===CH2――→CH2—CH2

解析：选A

A项，甲烷与氯气反应制得氯仿的同时还有氯化氢生成，不符合绿色化学思想，错误；烯烃与水煤气发生的羰基合成反应中，生成物只有一种；甲烷、CO合成乙酸乙酯的反应中，生成物只有一种；乙烯合成聚乙烯的反应中，生成物只有一种，均符合绿色化学思想，B、C、D正确。

5．请回答实验室分馏石油的有关问题：

(1)实验室分馏石油的正确操作顺序是

E→____→____→A→____→____→G。

A．连接接液管

B．装入碎瓷片和石油，塞上带温度计的塞子

C．检查装置气密性

D．连接冷凝管及进出水管

E．在铁架台上放酒精灯，固定好铁圈，放上石棉网

F．固定好蒸馏烧瓶

G．加热

(2)以下是石油分馏的装置图，试指出有关仪器的名称：A________；B________。

催化剂催化剂催化剂光照

(3)分馏石油得到的各个馏分都是________(填“混合物”或“纯净物”)。

解析：(1)按组装仪器的顺序从下到上，从左到右，连接好装置后，先检验装置气密性，再装入碎瓷片和石油并加热，即顺序为E→F→D→A→C→B→G。

(2)A为蒸馏烧瓶，B为冷凝管。

(3)石油分馏得到的各个馏分为烃类物质的混合物。

答案：(1)F

D

C

B

(2)蒸馏烧瓶

冷凝管

(3)混合物