高中化学必修2：4.2《资源综合利用 环境保护》教案（人教版新课标）

第四章与自然资源的开发利用第2节资源综合利用环境保护（第1课时）【资料卡片】2004年一次能源消费构成原油煤炭天然气水电核能全世界3682722376261中国223690255408【引入课题】从表中可以看出，煤、石油、天然气是当今人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料，如乙烯和苯就是从石油和煤中提取出来的。化石燃料是不可再生能源，其综合利用越来越受人们的重视。这节课我们要学习探讨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，一煤、石油、天然气的综合利用从煤、石油、天然气获得基本化工原料。1煤的综合利用1煤的成分煤是又有机物和少量的无机物组成的复杂混合物。其组成以碳元素为主，还含有H、O、N、S等元素。2煤的综合利用途径通过煤的干馏、煤的气化和液化获得洁净的燃料和多种化工原料。，煤的干馏将煤隔绝空气加强热使之分解的过程叫做没得干馏，也叫煤的焦化。气体焦炉气H2、CH4、C2H4、CO（燃料、化工原料）粗氨水氨、铵盐（化肥）液体粗苯苯、甲苯、二甲苯（炸药、染料、合成材料）煤干馏的主要产品酚类、奈（染料、农药、合成材料）煤焦油沥青（筑路材料、制碳素电极）固体焦炭（冶金、合成氨造气、电石、燃料）煤的气化将煤转化为可燃性气体过程。（主要反应是碳和水蒸气反应生成水煤气等）主要反应CSH2OGCOGH2G水煤气直接液化煤H2液体燃料高温煤的液化间接液化煤H2CO甲醇（CH3OH）第1页（共13页）2天然气的综合利用（1）气体燃料的优点气体燃料与空气混合充分，容易完全燃烧，与固体燃料相比有较高的利用率。气体燃料便于管道运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。（2）天然气是一种高效、清洁的燃料随着我国“西气东输”管线的全面贯通，越来越多的地区将使用天然气。2007年7月4日前，北京将完成全部煤气置换天然气，成为全国第一个全部使用清洁能源的大型城市。广州市也将在2010年全部完成天然气的置换。一个“天更蓝、水更清、树更绿、花更艳”，生活更美好的天然气时代即将到来。（3）天然气是一种重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇以及合成分子内含两个或多个碳原子的其他有机化合物。3石油的综合利用石油炼制后的产品绝大多数用作燃料使用，不到10的石油转化为化工原料。I石油的成分石油是由多种碳氢化合物（烷烃、环烷烃及少量的芳香烃）组成的混合物。（没有固定的沸点）原油未经加工的石油叫原油，是一种棕黑色粘稠液体，不能直接使用。石油的炼制（1）石油的分馏（物理加工过程）A石油分馏的原理利用各种烃的沸点不同，将石油不断的加热汽化冷凝液化，把石油分离成不同沸点范围的蒸馏产物（叫做馏分，仍然是混合物）的过程叫做石油的分餾。B实验室蒸馏石油的装置（如下图）仪器名称温度计；蒸馏烧瓶；冷凝器；接收器。图中是冷水进口；是热水出口。装置中要加碎瓷片，以防止暴沸。催化剂石油气液化石油气。C石油分馏主要产品汽油、煤油、柴油、重油等。第2页（共13页）（2）石油的裂化（化学加工过程）在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小的烃的过程。主要目的提高轻质油（汽油、煤油、柴油）的产量，同时得到石油裂化气。原料石油分馏产品（重油）反应以十六烷的催化裂化反应为例C16H34C8H18C8H16十六烷辛烷辛烯C8H18C4H10C4H8辛烷丁烷丁烯C4H10CH4C3H6丁烷甲烷丙烯C4H10C2H6C2H4丁烷乙烷乙烯裂化气（含乙烯、丙烯、甲烷等）主要产品重油汽油、煤油、柴油分馏所得汽油（直镏汽油）烷烃汽油C5C11的烃的混合物裂化所得汽油烷烃和不饱和烃（具有烯烃的性质）（3）石油的裂解（深度裂化化学加工过程）采用比催化裂化更高的温度，使碳碳键断裂的更彻底，。主要目的得到气态的不饱和烃。加热、加压催化剂加热、加压催化剂加热、加压催化剂加热、加压催化剂催化裂化原料汽油主要目的制得石油裂解气，进行三大合成。主要产品汽油石油裂解气（含乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯）第3页（共13页）（4）石油的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）图46原油的分馏及裂化的产品和用途示意图煤气（主）CO、H2高温裂解清洁燃料天然气（主）CH4压缩天然气（主）甲醇（CNG）液化石油气（主）烃类（丙烷）LPG第4页（共13页）二、以煤、石油、天然气为原料生成合成材料1三大合成材料（合成有机高分子）（1）合成塑料聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。塑料的主要成分合成树脂添加剂（增塑剂、防老化剂等）热塑性塑料可以反复加工，多次使用（聚乙烯聚氯乙烯等）塑料的性能热固性塑料一次加工成型，受热不软化（酚醛塑料）（2）合成纤维植物纤维棉花、木材、亚麻（成分纤维素）天然纤维动物纤维羊毛、蚕丝（成分蛋白质）纤维人造纤维人造棉、人造丝、人造毛（成分纤维素）化学纤维合成纤维六大纶（涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶）（是利用石油、天然气、煤和农副产品为原料制成的）（3）合成橡胶顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶等。2合成有机高分子的反应聚合反应在一定条件下，由小分子（单体）合成高分子（分子量巨大的化合物）的反应。聚合反应加成聚合（加聚反应）由单体生成高分子的反应。缩合聚合（缩聚反应）由单体生成高分子的同时还有小分子生成，（1）加聚反应由乙烯制聚乙烯NCH2CH2CH2CH2乙烯聚乙烯NCH3单体CH2CH2链节CH2CH2高聚物CH2CH2聚合度N第5页（共13页）由丙烯制聚丙烯NCH2CHGH3CH2CH由甲基丙烯酸甲酯制聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）NCH2CHCOOCH3CH2CH（2）缩聚反应制涤纶、尼龙（锦纶）、醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂NHOCGOHNHOCH2CH2OH（对苯二甲酸）（乙二醇）CGOCH2CH2O（2N1）H2O聚酯纤维（涤纶）三、塑料制品的回收和利用1白色污染聚乙烯等固体废旧塑料很难以降解，随意丢弃引起土壤和水体的污染。2治理措施（1）使用、加强。（2）开发的新型塑料淀粉塑料、乳酸塑料、水溶塑料、光解塑料等。NNCH3CH3COOCH3NOOOON【图49】塑料制品的回收和利用第6页（共13页）【随堂练习】1下列说法正确的是（C）A煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料，是取之不尽的B煤是由无机物和有机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳和氢两种元素C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D煤和石油都是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。2从地下开采出的最主要的三种矿物燃料中，呈气态的燃料是_天然气_，主要成分的化学式为CH4；呈液态的燃料是石油_，主要含碳_和_氢_元素；呈固态的燃料是_煤，主要含碳元素。3下列变化是化学变化的是（BD）A石油蒸馏B煤干馏C干冰升华D煤燃烧4下列说法错误的是DA、石油中含有C5一C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油B、用C18以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油C、煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物D、煤中含有苯和甲苯，可以先用干馏后用分馏的方法把它们分离出来3下列说法中正确的是BA、将煤加强热使它分解的过程叫干馏B、煤经过干馏,可生产出焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等C、石油经过减压分馏,可以得到更多的汽油D石油通过裂化,可以获得汽油、煤油、润滑油、凡士林和石蜡等4石油催化裂化的目的是ADA、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B、把直链烃转化为芳香烃C、除去含碳杂质D、提高汽油的质量和产量第7页（共13页）5有效地利用现有能源和开发新能源已受到各国的普遍重视。（1）可用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能。例如，加入CH30CCH33来生产“无铅汽油”。CH30CCH3。分子中必存在的原子间连接形式有填写编号（2）天然气的燃烧产物无毒、热值高，而且管道输送方便，将成为我国西部开发的重点项目之一。天然气常和石油伴生，其主要的成分是甲烷。能说明它是正四面体而非正方形平面结构的理由是填写编号。其一氯取代物不存在同分异构体其二氯取代物不存在同分异构体它是非极性分子它的键长和键角都相等（3）1980年我国首次制得一辆燃烧氢气的汽车，乘员12人，以50KM/H行驶了40KM。为了有效开展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济的制氢方法是填写编号。电解水锌和稀硫酸反应光解海水其次，制得纯氢气后还需要解决的问题是氢气的输送和贮存写出其中一个。6分别写出由氯乙烯、苯乙烯合成高分子的反应第8页（共13页）第四章与自然资源的开发利用第二节资源综合利用环境保护（第2课时）一、环境保护与绿色化学1环境保护（1）环境问题指不合理的开发和利用自然资源而造成的资源短缺、环境污染和生态破坏。（2）环境污染包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染和噪声污染等。污染源主要来自化石燃料燃烧和工业生产的“三废”（废气、废水、废渣）的排放。（3）环境问题的八大公害酸雨PH小于56的雨水叫做酸雨。主要成因化石燃料燃烧排放到大气中的SO2NOX。防治改变能源结构，硫酸厂的尾气经过处理后再排放。温室效应大气中的CO2含量增多引起地表面温度升高。主要成因含碳燃料燃烧产生的CO2排放到大气中。防治改变能源结构，植树造林。臭氧空洞大气平流层中的臭氧层被破坏引起“臭氧空洞”。主要成因氟氯烃（氟里昂）、NO2、NO在破坏臭氧层中起催化剂作用。防治逐步减少、禁止使用氟氯烃。白色污染一些塑料制品废弃物对环境的污染。主要成因聚乙烯等固体废旧塑料随意丢弃引起土壤及水的污染。治理减少使用加强回收塑料制品开发可降解塑料（淀粉塑料、水溶性塑料、光解塑料）光化学烟雾空气中的NO2在紫外线照射下，发生一系列的光化学反应产生一种有毒的烟雾。主要成因NO2主要来自石油产品和煤的燃烧产物、汽车尾气及硝酸厂的废气治理硝酸厂的废气经回收处理后再排放加强对汽车尾气的治理（汽车排气管上安装转化器）赤潮（水华）水体的富营养化污染（水中的藻类超常繁殖，覆盖在水表面）主要成因使用含磷洗衣粉的污水的排放。不合理的使用化肥。治理禁止生产使用含磷洗衣粉。城市大气的铅污染含铅化合物对大气的污染。主要成因使用含铅汽油（汽油中加入抗爆震剂四乙基铅）的汽车排放的尾气。治理禁止使用含铅汽油。环境的新公害废旧电池对水及土壤的污染。主要成因废旧电池中含有酸、碱、重金属盐（PB2、HG2、NI2、CD2）等污染物，废旧电池的随意丢弃引起的污染。治理设立废旧电池回收站。2绿色化学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。原子经济按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物。这时原子的利用率为100。（1）开发绿色反应，提高原子利用率第9页（共13页）原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义可表示为原子利用率100（2）经济性的反应有两个显著优点是最大限度地利用了原料；是最大限度地减少了废物的排放。以乙烯为原料生产环氧乙烷为例【方法一】经典方法氯代乙醇法，包括以下两步反应CH2CH2CL2H2OCLCH2CH2OHHCLOCLCH2CH2OHCL2CAOH2H2CCH2CACL22H2O总反应可表示为OCH2CH2CL2CAOH2H2CCH2CACL2H2O【方法二】现代石油化工采用银作催化剂，可以实现一步完成O2CH2CH2O22H2CCH2（1）试计算两种生产工艺的原子利用率各是多少【方法一】原子利用率100MC2H4OMC2H4OMCACL2MH2O期望产物的总质量生成物的总质量AG2543【方法二】原子利用率100（2）举出其他原子利用率为100的化学反应类型的实际例子例如乙烯的水化反应制乙醇CH2CH2H2OCH3CH2OH反应中，原子利用率100（3）原子利用率与产率相同吗答不相同。原子利用率100产率100第10页（共13页）二、化学与可持续发展化学在资源开发、资源利用、环境监测、环境保护和清洁生产等方面发挥着重要的作用。资源的开发和环境保护关系到人类可持续发展。经济可持续发展社会可持续发展可持续发展资源可持续发展环境可持续发展全球可持续发展【图411】大气环境和水环境监测期望产物的总质量生成物的总质量产品的实际产量（质量）产品的理论产量（质量）【图413】绿色化学示意图第11页（共13页）【课后作业】1阅读下文请回答20世纪90年代初，国际上提出了“预防污染”这一新概念。绿色化学是“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。下列各项属于“绿色化学”的是（CD）A处理废弃物B治理污染点C减少有毒物D杜绝污染源2下列有关污染的叙述，正确的是BD）A酸雨主要是空气中的NO，经氧化与水反应生成HNO3所形成B破坏臭氧层的主要物质是氟氯烃等物质C温室效应主要是因空气中CO浓度增高造成的D发电厂排放大量的废热入河、海中，会使流径的水域溶氧量减少。3环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数。下列名词与环境污染无关的是B温室效应；赤潮；酸雨；光化学污染；臭氧空洞；潮汐；大脖子病；富营养化。ABCD4工、农业及城市生活污水中含磷。家用洗涤剂是污水中磷的一个重要来源洗涤剂中含有磷酸钠。关于处理污水时要不要除去磷的说法正确的是CA磷是生物所需的营养元素，不必除去B含磷的污水是很好的肥料，不必除去C含磷污水排到自然水中引起藻类增殖，使水变质，必须除去D磷对人无毒，除去与否都无关紧要5当前我国环保急待解决的“白色污染”通常指的是CA金属冶炼厂的白色烟尘B石灰窑的白色粉尘C聚乙烯等塑料垃圾D白色建筑废料6“不粘锅”是在金属锅内壁涂上一层聚四氟乙烯而制成的。下列有关聚四氟乙烯的叙述正确的是ACA在聚四氟乙烯中不含有碳碳双键B聚四氟乙烯在高温时易燃烧第12页共13页C聚四氟乙烯分子的化学性质稳定，正常使用不发生化学反应D聚四氟乙烯分子内支链很多，且互相缠绕，不会污染食物7NO和CO都是汽车尾气里的有害物质，它们能缓慢反应，生成氮气和二