化学②必修4.2《资源综合利用,环境保护》

一、环境保护 1、在环境问题面前，化学工作者所面临的重要问题 在环境问题日益突出的今天，化学工作者所面临的 重要任务是对 环境情况 的检测、 三废 的治理、寻 找从源头上治理 环境污染 的生产工艺。 2、化学在三废治理过程中的重要作用
二、环境保护与绿色化学
1、环境：主要是指人类的生存环境。 2、环境问题：主要是指由于人类不合理开发 和利用自然资源而造成生态环境的破坏，以 及工农业生产和人类生活所造成的环境污染 问题。 3、环境污染：人类排放的污染物质超过了环 境的自净能力，引起环境质量发生不良变化从 而危害人类健康和生存的现象。 因此，要随时进行环境监测！！！ 如：水华、赤潮、酸雨、光化学烟雾……
光化学烟雾 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l蓝色有 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。
资源综合利用 环境保护
第一课时 煤 、石油和天然气的综合利用
背景知识回顾
一、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。 二、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。
塑料
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。
4、石油结构的重整 石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构 的重新调整，是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。
中海油渤海石油平台
三、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。
利用化学方法可以控制硫和氮氧化物，进而控制 酸雨等危害。例如：针对我国以煤炭为主、酸雨类型 属于硫酸型的特点，主要采取燃料预脱煤、炉内脱硫 和烟囱排气除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、 NH3、水等吸收脱硫。
CaO+SO2====CaSO3
2CaSO3+O2====2CaSO4 SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO3
煤炭 （亿吨） 12.4
5.72 9.35 4.92
产量
中 国 美 国 消费量 产量 消费量
175.6
175.6 5320.9 5924.1
我国煤的分布图
一、煤的综合利用 1、煤的组成
组成元素:主要是碳元素；（还有少 量的H、O、N、P、S、卤素等） 组成成分：是由多种有机物、无机 物组成的复杂混合物。
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 3、合成材料的合成原理： 加聚、缩聚 。 例如：乙烯合成聚乙烯 ， 丙烯合成聚丙烯 。
合成材料概况：
随着人类不断的文明和进步，人对天 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、涂料也属于径：一是通过 熔融再生重新作成多种有用的材料；二是采用热裂 解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工 原料；三是将废旧合成材料作为燃料使用。
第二课时
背景知识回顾 1、通常所说的三废是指 废渣 、废气 和 废水 。 2、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 。
环境污染的分类：
• 按环境要素：分大气污染、水体污染、土壤 污染。 • 按人类活动分：工业环境污染、城市环境污 染、农业环境污染。 • 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。
思考与交流:
1、硫氧化物和氮氧化物是形成酸雨的主要 物质 。工业上常利用它们与一些廉价易得的化学 物质发生反应加以控制、消除或回收利用。请举例 说明这些方法的化学反应原理和类型。 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。
2、石油的炼制(除水脱盐后)
（1）石油的分馏：
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。
石 油 分 馏 示 意 图
3、石油的裂化和裂解 （1）裂化的目的： （2）裂化的原理： 提高轻质液体燃料的产量。 石油的裂化是 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）裂解: 深度的裂化。 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化水平的标志
聚丙烯： 单体： CH2＝CHCH3
聚苯乙烯 单体：
CH2＝CH C6H5
聚甲基丙烯酸甲酯 （有机玻璃） 单体： CH2＝C COOCH3
CH3
聚四氟乙烯
单体：
CF2＝CF2
合成纤维
棉花 天 然 纤 维
化 学 纤 维 羊毛 木材 草类 合成纤维：用石油、天然气等为原 料制成的单体，再经聚合制成的纤 维（如：“六大纶”、碳纤维、光 导纤维等） 人造纤维：用木材、草类的纤维经 化学加工制成。如黏胶纤维等
△H=-890.3KJ/mol
一、煤的综合利用 （3）煤的液化：
将煤转化液体燃料的过程。
分为直接液化和间接液化。 如： C(s) + H2O CO + 2H2
高温
CO(g) + H2(g)
一定 条件
CH3OH（甲醇）
二、石油的综合利用
1、石油的组成元素: 主要是碳、氢元素 石油的主要成分： 是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。 （还有水分、盐分等杂质）
煤的结构模型
一、煤的综合利用：
腐植煤 2、煤的分类 腐泥煤
按C%
无烟煤 95%以上 烟 煤 70%以上 褐 煤 60%~70% 泥 煤 50%~60%
工业上煤 品质的检 测指标：
发热量、挥发分、固 定碳、水分、灰分等
一、煤的综合利用 （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。
绿色化学理念（防治优于治理）
核心：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”。 从学科观点看：是化学基础内容的更新。（改变 反应历程） 从环境观点看：强调从源头上消除污染。（从一 开始就避免污染物的产生） 从经济观点看：它提倡合理利用资源和能源，降 低生产成本。（尽可能提高原子利用率） 热点：原子经济性——反应物原子全部转化为最 终的期望产物，原子利用率为100%
煤的干馏实验装置图
实验装置1
实验装置2
（2）煤的气化：
将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。
C(s) + H2O(g)
高温
CO(g) + H2(g)
中热值气
CO(g)+ 3H2 2CO(g)+ O2
2H2(g)+ O2 CH4(g)+ 2O2
一定 条件
CH4(g) + H2O(l)
高热值气 2CO2(g)；△H=-566KJ/mol ；△H=-571KJ/mol 2H2O(l) CO2(g) + 2H2O(l)
纤 维
合成橡胶
天然橡胶 橡 胶 合成橡胶
通 用 橡 胶 特 种 橡 胶
丁苯橡胶
顺丁橡胶 氯丁橡胶 聚硫橡胶 硅橡胶
思考与交流：
1、目前，回收利用废旧合成材料有很多途 径，请查阅资料了解有哪些途径？并试着 从环境保护和经济成本等方面作出评价。 2、你认为应该限制生产、使用聚苯乙烯塑 料快餐盒，还是回收利用？请用必要资料 和数据作为论据。
800 ℃
800 ℃
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。
Pt CH4+4NO2======4NO+CO2+2H2O
• 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。
1994年中美三大能源产量与消费量比较表
能源
国家
石油 天然气 （亿吨） （亿立方米） 1.461
1.627 3.863 8.079
柴达木盆地天然气储量突破3000亿立方米
珠海振戎公司已经 与伊朗方面签署协 议，同意在未来25 年向伊朗购买200亿 美元的液化天然气
亚洲最大的天 然气处理厂
阜阳市利用“西气东输”工程天然气门站鸟瞰图