2019-2020年高中化學 4.2《資源綜合利用 環(huán)境保護》教案 新人教版必修2.doc

第四章與自然資源的開發(fā)利用第2節(jié)資源綜合利用 環(huán)境保護（第1課時）【資料卡片】2019-2020年高中化學 4.2資源綜合利用 環(huán)境保護教案 新人教版必修2原油煤炭天然氣水電核能全世界36.8%27.2%23.7%6.2%6.1%中國22.3%69.0%2.5%5.4%0.8%【引入課題】從表中可以看出，煤、石油、天然氣是當今人類使用的主要能源，同時也是重要的化工原料，如乙烯和苯就是從石油和煤中提取出來的?；剂鲜遣豢稍偕茉?，其綜合利用越來越受人們的重視。這節(jié)課我們要學習探討如何實現(xiàn)化石燃料的綜合利用，提高利用率減少化石燃料燃燒所造成的環(huán)境污染，一. 煤、石油、天然氣的綜合利用：從煤、石油、天然氣獲得基本化工原料。1. 煤的綜合利用：(1)煤的成分：煤是又有機物和少量的無機物組成的復(fù)雜混合物。其組成以碳元素為主，還含有H、O、N、S 等元素。(2)煤的綜合利用途徑：通過煤的干餾、煤的氣化和液化獲得潔凈的燃料和多種化工原料。， 煤的干餾：將煤隔絕空氣加強熱使之分解的過程叫做沒得干餾，也叫煤的焦化。 氣體：焦爐氣：H2、CH4、C2H4、CO （燃料、化工原料） 粗氨水 ：氨、銨鹽 （化肥） 液體 粗 苯 ：苯、甲苯、二甲苯 （炸藥、染料、合成材料）煤干餾的主要產(chǎn)品 酚類、奈 （染料、農(nóng)藥、合成材料） 煤焦油 瀝青 （筑路材料、制碳素電極） 固體 ：焦炭 （冶金、合成氨造氣、電石、燃料） 煤的氣化：將煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體 過程。（主要反應(yīng)是碳和水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣等）高溫 主要反應(yīng)： C(s) H2O(g) CO(g) H2(g) 水煤氣 直接液化：煤 + H2 液體燃料催化劑煤的液化 間接液化：煤 H2 CO 甲醇（CH3OH） 第1頁（共13頁）2.天然氣的綜合利用（1）氣體燃料的優(yōu)點：氣體燃料與空氣混合充分，容易完全燃燒，與固體燃料相比有較高的利用率。氣體燃料便于管道運輸，使用方便（易點燃，易熄滅），且清潔衛(wèi)生。（2）天然氣是一種高效、清潔的燃料：隨著我國“西氣東輸”管線的全面貫通，越來越多的地區(qū)將使用天然氣。xx年7月4日前，北京將完成全部煤氣置換天然氣，成為全國第一個全部使用清潔能源的大型城市。廣州市也將在xx年全部完成天然氣的置換。一個“天更藍、水更清、樹更綠、花更艷”，生活更美好的天然氣時代即將到來。（3）天然氣是一種重要的化工原料，主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇以及合成分子內(nèi)含兩個或多個碳原子的其他有機化合物。3.石油的綜合利用：石油煉制后的產(chǎn)品絕大多數(shù)用作燃料使用，不到10%的石油轉(zhuǎn)化為化工原料。 I.石油的成分：石油是由多種碳氫化合物（烷烴、環(huán)烷烴及少量的芳香烴）組成的混合物。（沒有固定的沸點） 原油： 未經(jīng)加工的石油叫原油，是一種棕黑色粘稠液體，不能直接使用。.石油的煉制（1）石油的分餾（物理加工過程）： A.石油分餾的原理：利用各種烴的沸點不同，將石油不斷的加熱-汽化-冷凝-液化，把石油分離成不同 沸點范圍 的蒸餾產(chǎn)物（叫做餾分，仍然是混合物）的過程叫做石油的分餾。B.實驗室蒸餾石油的裝置（如下圖）： 儀器名稱： 溫度計 ； 蒸餾燒瓶 ； 冷凝器 ； 接收器 。 圖中：是 冷 水進口； 是 熱 水出口。 裝置中要加 碎瓷片 ，以防止 暴沸 。 石油氣 液化石油氣。C.石油分餾主要產(chǎn)品 汽油、煤油、柴油、重油 等。 第2頁（共13頁） （2）石油的裂化（化學加工過程）：在一定條件下，將相對分子質(zhì)量較 大、沸點較高 的烴斷裂為相對分子質(zhì)量較小 的烴的過程。 主要目的：提高輕質(zhì)油（汽油、煤油、柴油）的產(chǎn)量，同時得到石油裂化氣。 原 料：石油分餾產(chǎn)品（重油） 反 應(yīng)：以十六烷的催化裂化反應(yīng)為例：加熱、加壓催化劑 C16H34 C8H18 C8H16 十六烷 辛烷 辛烯加熱、加壓催化劑 C8H18 C4H10 C4H8 辛烷 丁烷 丁烯加熱、加壓催化劑 C4H10 CH4 C3H6 丁烷 甲烷 丙烯加熱、加壓催化劑 C4H10 C2H6 C2H4 丁烷 乙烷 乙烯催化裂化 裂化氣 （含乙烯、丙烯、甲烷等） ;主要產(chǎn)品：重油 汽油、煤油、柴油 分餾所得汽油（直鎦汽油）：烷烴 汽油：C5C11的烴的混合物裂化所得汽油：烷烴和不飽和烴（具有烯烴的性質(zhì)）（3）石油的裂解（深度裂化化學加工過程）：采用比催化裂化更高的溫度，使碳碳鍵斷裂的更徹底，。主要目的得到氣態(tài)的不飽和烴。 原 料：汽油主要目的：制得石油裂解氣，進行三大合成。高溫裂解 主要產(chǎn)品： 汽油 石油裂解氣（含乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯） 第3頁（共13頁）（4）石油的催化重整：石油在加熱和催化劑的作用下，可以通過結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，使鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴（如苯或甲苯等） 圖46原油的分餾及裂化的產(chǎn)品和用途示意圖 煤 氣（主） ：CO 、H2 清潔燃料 天 然 氣（主） ：CH4 壓縮天然氣（主） ：甲醇 （CNG） 液化石油氣（主） ：烴類（丙烷）(LPG)第4頁（共13頁） 二、以煤、石油、天然氣為原料生成合成材料1. 三大合成材料（合成有機高分子） （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：合成樹脂+添加劑（增塑劑、防老化劑等） 熱塑性塑料：可以反復(fù)加工，多次使用（聚乙烯聚氯乙烯等）塑料的性能 熱固性塑料：一次加工成型，受熱不軟化（酚醛塑料） （2）合成纖維 植物纖維 ：棉花、木材、亞麻（成分：纖維素）天然纖維 動物纖維 ：羊毛、蠶絲（成分：蛋白質(zhì)）纖維 人造纖維：人造棉、人造絲、人造毛（成分：纖維素）化學纖維 合成纖維：六大綸（滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸） （是利用石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品為原料制成的）（3）合成橡膠： 順丁橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、硅橡膠等。2.合成有機高分子的反應(yīng)： 聚合反應(yīng)：在一定條件下，由小分子（單體）合成高分子（分子量巨大的化合物）的反應(yīng)。 聚合反應(yīng) 加成聚合（加聚反應(yīng)）：由單體生成高分子的反應(yīng)。 縮合聚合（縮聚反應(yīng)）：由單體生成高分子的同時還有小分子生成，CH3（1）加聚反應(yīng)：n由乙烯制聚乙烯：n CH2=CH2 CH2CH2 乙烯 聚乙烯 單 體： CH2=CH2 鏈 節(jié)： CH2CH2n 高聚物： CH2CH2 聚合度： n 第5頁（共13頁）n由丙烯制聚丙烯：n CH2=CHGH3 CH2CH 由甲基丙烯酸甲酯制聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃）：CH3CH3 nn CH2=CHCOOCH3 CH2CH COOCH3 （2）縮聚反應(yīng)：制滌綸、尼龍（錦綸）、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂 O O n HOC GOH + n HOCH2CH2OH （對苯二甲酸） （乙二醇） O On C GO CH2CH2O + （2n1）H2O 聚酯纖維（滌綸） 三、塑料制品的回收和利用 1.白色污染：聚乙烯等固體廢舊塑料很難以降解，隨意丟棄引起土壤和水體的污染。2.治理措施：（1） 使用、加強 。 （2）開發(fā) 的新型塑料：淀粉塑料、乳酸塑料、水溶塑料、光解塑料等。 【圖4-9】塑料制品的回收和利用 第6頁（共13頁）【隨堂練習】1.下列說法正確的是-（ C ） A煤、石油、天然氣是當今世界上最重要的三大礦物燃料，是取之不盡的B煤是由無機物和有機物所組成的復(fù)雜的混合物，主要含有碳和氫兩種元素C石油主要含有碳和氫兩種元素，同時還含有少量的硫、氧、氮等元素D煤和石油都是由古代植物遺體埋在地層下或在地殼中經(jīng)過一系列非常復(fù)雜的變化而形成的。2.從地下開采出的最主要的三種礦物燃料中，呈氣態(tài)的燃料是_天然氣_，主要成分的化學式為 CH4 ；呈液態(tài)的燃料是石油_，主要含碳_和_氫_元素；呈固態(tài)的燃料是_煤 ，主要含碳元素。3.下列變化是化學變化的是-（ BD）A石油蒸餾 B煤干餾 C干冰升華 D煤燃燒4.下列說法錯誤的是-( D )A、石油中含有C5一C11的烷烴，可以通過石油的分餾得到汽油B、用C18以上的烷烴的重油經(jīng)過催化裂化可以得到汽油C、煤是由有機物和無機物組成的復(fù)雜的混合物D、煤中含有苯和甲苯，可以先用干餾后用分餾的方法把它們分離出來3下列說法中正確的是-( B )A、將煤加強熱使它分解的過程叫干餾B、煤經(jīng)過干餾, 可生產(chǎn)出焦炭、煤焦油、粗氨水、焦爐氣等C、石油經(jīng)過減壓分餾, 可以得到更多的汽油D石油通過裂化, 可以獲得汽油、煤油、潤滑油、凡士林和石蠟等4石油催化裂化的目的是-( AD )A、把相對分子質(zhì)量大、沸點高的烴斷裂為相對分子質(zhì)量小、沸點低的烴B、把直鏈烴轉(zhuǎn)化為芳香烴 C、除去含碳雜質(zhì) D、提高汽油的質(zhì)量和產(chǎn)量 第7頁（共13頁）5有效地利用現(xiàn)有能源和開發(fā)新能源已受到各國的普遍重視。 （1）可用改進汽油組成的辦法來改善汽油的燃燒性能。例如，加入CH30C(CH3)3來生產(chǎn)“無鉛汽油”。 CH30C(CH3)。分子中必存在的原子間連接形式有 (填寫編號) （2）天然氣的燃燒產(chǎn)物無毒、熱值高，而且管道輸送方便，將成為我國西部開發(fā)的重點項目之一。天然氣常和石油伴生，其主要的成分是甲烷 。能說明它是正四面體而非正方形平面結(jié)構(gòu)的理由是 (填寫編號)。 其一氯取代物不存在同分異構(gòu)體 其二氯取代物不存在同分異構(gòu)體 它是非極性分子 它的鍵長和鍵角都相等 （3）1980年我國首次制得一輛燃燒氫氣的汽車，乘員12人，以50 km/h行駛了40km。為了有效開展民用氫能源，首先必須制得廉價的氫氣，下列可供開發(fā)又較經(jīng)濟的制氫方法是 (填寫編號)。 電解水鋅和稀硫酸反應(yīng)光解海水 其次，制得純氫氣后還需要解決的問題是 氫氣的輸送和貯存 (寫出其中一個)。6.分別寫出由氯乙烯、苯乙烯合成高分子的反應(yīng)：第8頁（共13頁） 第四章與自然資源的開發(fā)利用第二節(jié)資源綜合利用 環(huán)境保護（第2課時）一、環(huán)境保護與綠色化學1.環(huán)境保護：（1）環(huán)境問題：指不合理的開發(fā)和利用自然資源而造成的資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)破壞。（2）環(huán)境污染：包括大氣污染、水污染、土壤污染、食品污染和噪聲污染等。 污 染 源：主要來自化石燃料燃燒和工業(yè)生產(chǎn)的“三廢”（廢氣、廢水、廢渣）的排放。（3）環(huán)境問題的八大公害：酸雨：pH 小于 5.6 的雨水叫做酸雨。 主要成因：化石燃料燃燒排放到大氣中的SO2 NOX 。 防 治：改變能源結(jié)構(gòu)，硫酸廠的尾氣經(jīng)過處理后再排放。溫室效應(yīng)：大氣中的 CO2 含量增多引起地表面溫度升高 。 主要成因：含碳燃料燃燒產(chǎn)生的CO2 排放到大氣中。 防 治：改變能源結(jié)構(gòu)，植樹造林。臭氧空洞：大氣平流層中的臭氧層被破壞引起“臭氧空洞”。 主要成因：氟氯烴（氟里昂）、 NO2、NO 在破壞臭氧層中起催化劑作用。 防 治：逐步減少、禁止使用氟氯烴。 白色污染：一些塑料制品廢棄物對環(huán)境的污染。 主要成因： 聚乙烯 等固體廢舊塑料隨意丟棄引起土壤及水的污染。 治 理：減少使用加強回收塑料制品開發(fā)可降解塑料（淀粉塑料、水溶性塑料、光解塑料）光化學煙霧：空氣中的 NO2 在紫外線照射下，發(fā)生一系列的 光化學 反應(yīng)產(chǎn)生一種有毒的煙霧。 主要成因：NO2主要來自石油產(chǎn)品和煤的燃燒產(chǎn)物、汽車尾氣及硝酸廠的廢氣 治 理：硝酸廠的廢氣經(jīng)回收處理后再排放 加強對汽車尾氣的治理（汽車排氣管上安裝轉(zhuǎn)化器）赤潮（水華）：水體的富營養(yǎng)化污染（水中的藻類超常繁殖，覆蓋在水表面） 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：禁止生產(chǎn)使用含 磷 洗衣粉。城市大氣的鉛污染：含鉛化合物對大氣的污染。 主要成因：使用含 鉛 汽油（汽油中加入抗爆震劑四乙基鉛）的汽車排放的尾氣。 治 理：禁止使用含鉛汽油。環(huán)境的新公害：廢舊電池對 水 及 土壤 的污染。 主要成因：廢舊電池中含有酸、堿、重金屬鹽（Pb2+ 、Hg2、Ni2+、cd2+） 等污染物，廢舊電池的隨意丟棄引起的污染。 治 理：設(shè)立廢舊電池回收站。2.綠色化學：綠色化學的核心就是利用化學原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。 原子經(jīng)濟：按照綠色化學的原則，最理想的“原子經(jīng)濟”就是反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物。這時原子的利用率為100% 。（1）開發(fā)綠色反應(yīng)，提高原子利用率 第9頁（共13頁）原子經(jīng)濟性可用原子利用率來衡量，其定義可表示為： 期望產(chǎn)物的總質(zhì)量 生成物的總質(zhì)量原子利用率 = 100%（2）經(jīng)濟性的反應(yīng)有兩個顯著優(yōu)點：是最大限度地利用了原料；是最大限度地減少了廢物的排放。以乙烯為原料生產(chǎn)環(huán)氧乙烷為例：【方法一】經(jīng)典方法氯代乙醇法，包括以下兩步反應(yīng)： CH2=CH2 Cl2 H2O ClCH2CH2OH HCl O ClCH2CH2OH + Cl2 +Ca(OH)2 H2C CH2 CaCl2 2H2O 總反應(yīng)可表示為： OCH2=CH2 Cl2 + Ca(OH)2 H2C CH2 CaCl2 H2O【方法二】現(xiàn)代石油化工：采用銀作催化劑，可以實現(xiàn)一步完成： O Ag 2CH2=CH2 O2 2H2C CH2（1）試計算兩種生產(chǎn)工藝的原子利用率各是多少？ m (C2H4O) m (C2H4O)m(CaCl2)m(H2O) 【方法一】原子利用率= 100% = 25.43%【方法二】原子利用率= 100%（2）舉出其他原子利用率為100%的化學反應(yīng)類型的實際例子：例如：乙烯的水化反應(yīng)制乙醇： CH2=CH2 H2O CH3CH2OH反應(yīng)中，原子利用率= 100%（3）原子利用率與產(chǎn)率相同嗎？ 期望產(chǎn)物的總質(zhì)量 生成物的總質(zhì)量 答：不相同。 原子利用率 = 100% 產(chǎn)品的實際產(chǎn)量（質(zhì)量） 產(chǎn)品的理論產(chǎn)量（質(zhì)量）產(chǎn) 率 = 100%第10頁（共13頁）二、化學與可持續(xù)發(fā)展：化學在資源開發(fā)、資源利用、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境保護和清潔生產(chǎn)等方面發(fā)揮著重要的作用。資源的開發(fā)和環(huán)境保護關(guān)系到人類可持續(xù)發(fā)展。 經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展 社會可持續(xù)發(fā)展 可持續(xù)發(fā)展 資源可持續(xù)發(fā)展 環(huán)境可持續(xù)發(fā)展 全球可持續(xù)發(fā)展 【圖411】 大氣環(huán)境和水環(huán)境監(jiān)測 【圖413】綠色化學示意圖第11頁（共13頁） 【課后作業(yè)】1.閱讀下文請回答：20世紀90年代初，國際上提出了“預(yù)防污染”這一新概念。綠色化學是“預(yù)防污染”的根本手段，它的目標是研究和尋找能充分利用的無毒害原材料，最大限度地節(jié)約能源，在化工生產(chǎn)各環(huán)節(jié)都實現(xiàn)凈化和無污染的反應(yīng)途徑。下列各項屬于“綠色化學”的是-（CD） A處理廢棄物 B治理污染點 C減少有毒物 D杜絕污染源2.下列有關(guān)污染的敘述，正確的是- ( BD） A酸雨主要是空氣中的NO，經(jīng)氧化與水反應(yīng)生成HNO3所形成B破壞臭氧層的主要物質(zhì)是氟氯烴等物質(zhì)C溫室效應(yīng)主要是因空氣中CO濃度增高造成的D發(fā)電廠排放大量的廢熱入河、海中，會使流徑的水域溶氧量減少。3.環(huán)境污染已成為人類社會面臨的重大威脅，各種污染數(shù)不勝數(shù)。下列名詞與環(huán)境污染無關(guān)的是-( B )溫室效應(yīng)； 赤潮； 酸雨； 光化學污染；臭氧空洞； 潮汐； 大脖子??； 富營養(yǎng)化。A B C D4.工、農(nóng)業(yè)及城市生活污水中含磷。家用洗滌劑是污水中磷的一個重要來源(洗滌劑中含有磷酸鈉)。關(guān)于處理污水時要不要除去磷的說法正確的是-( C )A磷是生物所需的營養(yǎng)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類增殖，使水變質(zhì)，必須除去D磷對人無毒，除去與否都無關(guān)緊要5. 當前我國環(huán)保急待解決的“白色污染”通常指的是-( C ) A金屬冶煉廠的白色煙塵B石灰窯的白色粉塵 C聚乙烯等塑料垃圾 D白色建筑廢料6“不粘鍋”是在金屬鍋內(nèi)壁涂上一層聚四氟乙烯而制成的。下列有關(guān)聚四氟乙烯的敘述正確的是-(AC)A. 在聚四氟乙烯中不含有碳碳雙鍵 B. 聚四氟乙烯在高溫時易燃燒 第12頁(共13頁)C.聚四氟乙烯分子的化學性質(zhì)穩(wěn)定，正常使用不發(fā)生化學反應(yīng)D. 聚四氟乙烯分子內(nèi)支鏈很多，且互相纏繞，不會污染食物7NO和CO都是汽車尾氣里的有害物質(zhì)，它們能緩慢反應(yīng)，生成氮氣和二氧化碳。對此反應(yīng)，下列敘述正確的是-（CD）A使用催化劑不改變反應(yīng)速率B改變溫度對反應(yīng)速率無影響C升高溫度能加快反應(yīng)速率 D使用催化劑能加快反應(yīng)速率8綠色化學提倡化工生產(chǎn)應(yīng)提高原子利用率。原子利用率表示目標產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比。在下列制備環(huán)氧乙烷的反應(yīng)中，原子利用率最高的是-( C )9為了防治水的污染，環(huán)境監(jiān)測站需要經(jīng)常測定水中的溶氧情況。主要方法是；量取amL水樣，迅速加入固定劑MnSO4和堿性KI（含KOH），完全反應(yīng)后加入硫酸使之生成I2，再用bmolL-1Na2S2O3溶液滴定，消耗VmL（以淀粉為指示劑）。有關(guān)的離子方程式為： 2Mn2+ + O2 + 4OH- = 2MnO（OH）2； MnO（OH）2 + 2I- + 4H+ = Mn2+ + I2 + 3H2O； I2 + 2S2O32- = 2I- + S4O62-。（1）上述反應(yīng)的氧化劑分別是：中： O2 ；中：MnO（OH）2 。 中： I2 。（2）水中溶氧的計算式表示為_8bv/ a g / L。 O2 2MnO（OH）2 2I2 4 S2O32- 32g 4mol m (O2) 103 bVmol m (O2) = 8103 bV g水中溶氧的計算式表示為：8103 bV / 103 a = 8bv/ a g / L。（3）如果取50mL水樣進行測定，消耗了0.004 mol/L的Na2S2O3溶液10mL。求出每升水中溶解氧的質(zhì)量是多少克？_0.064 g 。 8 bV /a g / L1L = 80.0041050 = 0.064g 答：每升水中溶解氧氣的質(zhì)量是0.064g .第13頁（共13頁）