资源综合利用环境保护

第四章化学与可持续发展2/1/2023第二节资源综合利用、环境保护第一课时三废:废气、废水、废渣

煤、石油和天然气仍然是人类使用的主要能源，也是三种重要的化石燃料。优点:提供能量、化工原料缺点:不可再生、环境污染形成：古代动植物经过上一万年的复杂变化形成的，属不可再生资源。信息：《海洋石油》根据石油专家以往的推算,地球上石油只能使用40—50年，煤炭还有不到100年。结论：实现煤炭、石油的综合利用，提高他们的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1.煤的综合利用①煤的成分？②煤的综合利用有哪些途径，相应的产物又有哪些？③煤的干馏是物理变化还是化学变化？带着问题来学习无烟煤褐煤泥煤阅读P95-96煤炭的主要组成煤是由有机物和少量无机物组成的复杂的混合物，含有C、H、O、N、S等元素。一、煤、石油、天然气的综合利用1.煤的综合利用煤的组成无机物(少量)无机盐等

有机物C

元素—大量H、O、N、S

等元素

—少量污染环境COx、NOx、SO2

烟尘一、煤、石油、天然气的综合利用1.煤的综合利用煤直接作燃料——利用率低并污染环境（1）煤的干馏①煤的干馏原理：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程②煤的干馏产物：焦炉煤气、煤焦油、焦炭复杂物理、化学变化煤的干馏实验装置图一、煤、石油、天然气的综合利用1.煤的综合利用煤干馏的主要产品和用途一、煤、石油、天然气的综合利用1.煤的综合利用⑵煤的气化在一定条件下把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。主要反应是：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)高温⑶煤的液化在一定条件下将煤转化为液体燃料直接液化煤与氢气作用生成液体燃料间接液化先转化为CO和H2，再在催化剂作用合成甲醇

CO+2H2CH3OH（甲醇）一定条件一、煤、石油、天然气的综合利用2.天然气的利用天然气的主要成分是甲烷综合利用：A、燃料——清洁能源B、化工原料：合成氨、生产甲醇、合成两碳或多碳有机物、可燃冰CH4·nH2OCH4＋H2OCO＋3H2催化剂高温2CH4CH≡CH+3H2一定条件天然气灶液化天然气公交车一、煤、石油、天然气的综合利用3.石油的综合利用带着问题来学习（1）石油的组分主要有哪些？（3）石油分离的原理和方法是什么？（4）分馏与蒸馏区别是什么，是物理变化还是化学变化（5）石油分馏后馏分有哪些，每一种馏分是纯净物还是混合物（2）石油的综合利用有哪些途径？一、煤、石油、天然气的综合利用3.石油的综合利用（1）石油的组成组成元素：主要是碳、氢元素组成成分：各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物（2）石油的分馏原理：利用原油中各组分沸点的不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程。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。一、煤、石油、天然气的综合利用3.石油的综合利用25%一、煤、石油、天然气的综合利用3.石油的综合利用（3）石油的催化裂化

在催化剂作用下，将含碳原子较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子较少、沸点较低的汽油（裂化汽油）等。C16H34

C8H18+C8H16

催化剂加热、加压催化剂加热、加压

C8H18C4H10+C4H8

一、煤、石油、天然气的综合利用3.石油的综合利用（4）石油的裂解(深度裂化)

用比裂化更高的温度使长链的烃分子断裂成碳原子数较少的气态烃分子和少量的液态，获取有机化工原料，获得工业上的“三烯二烷”（乙烯、丙烯，1，3-丁二烯、甲烷、乙烷）催化剂加热、加压CH４+C３H６

C４H10C４H10催化剂加热、加压C２H４+C２H６

石油的裂化和裂解：石油的裂化和裂解都是将碳原子数较多、沸点较高的烃断裂为碳原子数较少、沸点较低的汽油的过程。裂化的目的:裂解(深度裂化)的目的:提高轻质液体燃料的产量获得乙烯、丙烯、丁烯、甲烷、乙烷等重要化工基本原料。C16H34→C8H18+C8H16C4H10→C2H4+C2H6C4H10→CH4+C3H6直馏汽油：饱和烷烃裂化汽油：含有不饱和烃⑶石油的催化重整：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。3、石油的组成及其综合利用分馏是分离提纯沸点相近的混合液体的一种方法，它实质上就是多次蒸馏。如石油的分馏。干馏、分馏和蒸馏的区别：干馏是固态物质隔绝空气加强热发生分解反应的过程，属于化学反应。如：煤的干馏。蒸馏是液态混合物在不需要隔绝空气情况下加热发生的液体气化再冷凝的过程。属于物理变化。方法：将双键改为单键，将原来连在不饱和碳原子上的其它原子（或原子团）写在链节的上方或下方。聚乙烯nCH2＝CH2[CH2－CH2]n

催化剂二、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料在聚乙烯中，n称为聚合度，表示高分子化合物中的数目，n有的相同，有的不同，所以它是混合物。单体为

CH2＝CH2

,链节为-CH2－CH2-

。

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的反应。此反应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。三大合成材料:塑料、合成橡胶、合成纤维综合利用的意义：物尽其用、保护资源，创造出更多产品聚氯乙烯塑料聚乙烯塑料聚丙烯塑料聚苯乙烯塑料聚四氟乙烯聚甲基丙烯酸甲酯——有机玻璃酚醛塑料合成纤维1.下列物质中，有固定熔沸点的是（）A．汽油B．煤C．苯D．煤焦油课堂练习C

2.下列说法错误的是（）A．石油是只含有的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油B．含以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油C．石油的分馏是一个化学过程D．石油裂解得到的裂解气中含不饱和的烯烃C“三废”污染及其防治（废气废水废渣）二、环境保护与绿色化学大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的废气及其携带的颗粒物。工业生产中的废水往往含有复杂的成分，任意排放会导致土壤、水源的污染，需要经过多步处理才能达到排放标准。废渣等固体废弃物的处理兼有减少环境污染和资源回收利用两个重要目的。绿色食品是指无污染、无公害的食品，白色污染是指塑料垃圾。P101思考与交流酸雨是指PH≤5.6的酸性降水，其主要成分是硫酸和硝酸，属于严重的大气污染现象，会区域性或随风漂移形成对土壤肥力、森林、水生动植物和建筑物等的大范围危害。酸雨主要是由化石燃料的燃烧、金属矿物的冶炼、生产和使用硫酸、硝酸的工厂等排放的硫氧化物和氮氧化物所造成的。“空中的死神”——酸雨酸雨是怎样形成的？SO2→H2SO3→H2SO4NO2→HNO3酸雨的危害有哪些？1.酸化土壤,使土壤养分流失并失去活性2.酸化水资源,使鱼类减少甚至灭绝3.侵蚀建筑物、桥梁等4.侵蚀国家保护文物防治酸雨,降低煤燃烧时向大气中排放二氧化硫,工业上将生石灰和硫煤混合燃烧,请写出此法“固硫”的化学方程式:SO2+CaO=CaSO32CaSO3+O2=2CaSO4再如，机动车辆的尾气排放也同样需要控制，其中的氮氧化物还是光化学污染的主要成因，它比硫氧化物的消除难度大，一般采用CH4、H2、NH3等在Pt、Pd等催化作用下是氮氧化物还原，转化为N2、CO2、H2O等无害气体。

CH4+4NO2======4NO+CO2+2H2O

CH4+4NO======2N2+CO2+2H2OPt400~500℃Pt400~500℃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，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。返回绿色化学

二、环境保护与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：反应物的原子全部转化为期望的最终产物，也就是原子利用率为100%。原子利用率＝（预期产物的分子量／全部生成物的分子量总和）×100％原子利用率=44g/（44g+111g+18g）=25.4%原子利用率=100%P101注释1绿色化学对于化学反应提出了“原子经济性”（原子节约）的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是（反应均在一定条件下进行）（）A

＋C2H5Cl→＋HClB

＋C2H5OH→＋H2OC

＋CH2＝CH2→→D

＋HBr

→

＋H2→C绿色化学特点P101绿色化学示意图

二、环境保护与绿色化学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，以减少向环境排放废物；3．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”；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。[课堂练习]某工厂利用铜屑制硝酸铜。你认为可以用哪些方法？哪种最好？A、铜与浓硝酸反应；B、铜与稀硝酸反应；C、铜与氧气反应后，再与硝酸反应。解析：从原子经济性的角度考虑，从最大限度地减少废物的排放的角度考虑，采用铜与氧气反应后，再与硝酸反应的方法是最好的。1998摩洛哥干旱羊上树

请看以下数据：1．全世界每年消耗的化石燃料，20世纪初不足15亿吨，70年代初达70－80亿吨２．人类每年都在制造成千上万种新化学品，有毒化学品已达400万吨南极企鹅体内也检验出滴滴涕，北极附近冰盖层,铅汞含量不断上升。污染到处存在,世界已无净土1986年4月,乌克兰基辅北部切尔诺贝利核电站4号反应堆爆炸,放射性物质大量外泻,造成31人死亡,237人受放射性伤害。沙尘暴:央视《东方时空》：毒患笼罩下的天津癌症村根据村民的不完全统计，自1999年以来，西堤头村和刘快庄村各种癌症患者有232人，平均年龄51岁，最小的才7岁，已经死亡172人，其中肺癌、肝癌和肠癌的患病比例最高。两个村的总人口大约是1.3万，癌症发病率达到了178/万，是全国癌症平均发病率7/万的25倍多。

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