必修2 第四章 第二節(jié) 資源綜合利用 環(huán)境保護(hù)

第四章化學(xué)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(hù)一、煤、石油和天然氣的綜合利用形成：古代動(dòng)植物經(jīng)過上一萬年的復(fù)雜變化形成的，屬不可再生資源煤、石油、天然氣是人類使用的主要能源，同時(shí)也是重要的化工原料。實(shí)現(xiàn)化石燃料的綜合利用，提高它們的利用率、減少化石燃料燃燒所造成的環(huán)境污染。無機(jī)物有機(jī)物C元素為主H、N、S、O等元素→少量SiAlCaFe燃燒產(chǎn)物污染環(huán)境氣體COx、NOx、SO2等。煤的組成1、從煤、石油和天然氣中獲得基本化工原料煤渣粉塵⑴煤煤的綜合利用①煤的干餾煤干餾原理：把煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使它分解的過程煤干餾的主要產(chǎn)品和用途干餾產(chǎn)品主要成分主要用途出爐煤氣煤焦油焦炭焦?fàn)t氣氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳?xì)怏w燃料、化工原料粗氨水氨、銨鹽粗苯苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯氮肥、炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料酚類、萘類染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料瀝青筑路材料、制碳素電極炭冶金、合成氨造氣、電石、燃料②煤的氣化在一定條件下把煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)高溫③煤的液化在一定條件下將煤轉(zhuǎn)化為液體燃料直接液化煤與氫氣作用生成液體燃料間接液化先轉(zhuǎn)化為CO和H2，再在催化劑作用合成甲醇C(s)+H2O（g）CO(g)+H2(g)高溫CO+2H2CH3OH（甲醇）一定條件⑵天然氣的利用天然氣的主要成分是甲烷綜合利用：A、燃料——清潔能源B、化工原料：合成氨、生產(chǎn)甲醇、合成兩碳或多碳有機(jī)化合物。液化天然氣公交車天然氣灶CH4＋H2OCO＋3H2催化劑高溫①石油的組成組成元素：主要是碳、氫元素組成成分：各種烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴組成的混合物②石油的分餾原理：利用原油中各組分沸點(diǎn)的不同，將復(fù)雜的混合物分離成較簡單和更有用的混合物的過程。⑶石油的綜合利用25%③石油的裂化在加熱和催化劑作用下，將含碳原子較多、沸點(diǎn)較高的長鏈烴斷裂為含碳原子較少、沸點(diǎn)較低的短鏈烴，從而得到汽油（裂化汽油）的過程。C16H34

C8H18+C8H16

催化劑加熱、加壓重油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油（如汽油）④石油的裂解用比裂化更高的溫度使長鏈的烴分子斷裂成碳原子數(shù)較少的短鏈不飽和烴，得到有機(jī)化工原料（乙烯、丙烯、1，3-丁二烯）。裂解是一種更深度的裂化。催化劑加熱、加壓CH４+C３H６

C４H１０C４H１０催化劑加熱、加壓C２H４+C２H６

催化劑加熱、加壓

C8H18C4H10+C4H8

⑤石油的重整：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、甲苯等芳香烴。石油的成分：烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴的混合物。分餾：常壓蒸餾：汽油、煤油和柴油等；減壓蒸餾：重油、瀝青等。裂化：原料:重油目的:提高輕質(zhì)液體燃料(汽油、煤油、柴油等)的產(chǎn)量，特別是提高汽油的產(chǎn)量。原料:

石油分餾產(chǎn)品(即輕質(zhì)油包括石油氣)目的：獲得工業(yè)上的“三烯二烷”（乙烯、丙烯，1，3-丁二烯）。在加熱和催化劑作用下，鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴。裂解：重整：歸納合成材料概況：隨著人類不斷的文明和進(jìn)步，人對(duì)天然材料的利用已不能滿足很多方面的需要，于是就發(fā)生了一場材料的革命－－人工合成材料；塑料、合成纖維、合成橡膠稱為三大合成材料；黏合劑、涂料也屬于合成材料。2、以煤、石油和天然氣為原料生產(chǎn)合成材料塑料的主要成分是合成樹脂，其中還添加了某些特定用途的添加劑（如提高塑性的增塑劑、防止老化的防老化劑）；有些熱塑性塑料（聚乙烯塑料），可以反復(fù)加工，多次使用；有些熱固性塑料（電木），一旦加工成型就不會(huì)受熱熔化。常見的塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）、聚四氟乙烯（塑料王）、酚醛塑料（電木）等。（聚乙烯）（單體）

丙烯聚丙烯nCH2=CH2[CH2—CH2]n催化劑nCH2=CHCH3[CH2—CH]nCH3催化劑加成聚合反應(yīng)（即加聚反應(yīng)）方法：將雙鍵改為單鍵，雙鍵兩端的碳原子連短線并加中括號(hào)，將原來連在不飽和碳原子上的其它原子（或原子團(tuán)）寫在鏈節(jié)的上方或下方。聚乙烯塑料聚氯乙烯塑料聚丙烯塑料聚苯乙烯塑料聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）聚四氟乙烯縮合聚合反應(yīng)（縮聚反應(yīng)）

單體間（小分子）相互反應(yīng)而成高分子化合物，同時(shí)還生成小分子（如水、氨等分子）的反應(yīng)。OHn+nH-C-HOOHCHHn+n

H2O苯酚甲醛酚醛樹脂酚醛樹脂制品纖維天然纖維化學(xué)纖維棉花羊毛木材草類合成纖維：用石油、天然氣等為原料制成的單體，再經(jīng)聚合制成的纖維（如：“六大綸”、碳纖維、光導(dǎo)纖維等）人造纖維：用木材、草類的纖維經(jīng)化學(xué)加工制成。如黏膠纖維等催化劑nHOOC——COOH+nHOCH2CH2OH—C——C—OCH2CH2O—OOn+(2n-1)H2O聚酯纖維（滌綸）對(duì)苯二甲酸和乙二醇以縮聚反應(yīng)生成滌綸“神州”五號(hào)航天員穿的航天服,是用一種特殊的高強(qiáng)度滌綸制成的（頭盔和手套除外）橡膠天然橡膠合成橡膠通用橡膠特種橡膠丁苯橡膠順丁橡膠氯丁橡膠聚硫橡膠硅橡膠思考與交流1.你認(rèn)為應(yīng)該限制生產(chǎn)、使用聚苯乙烯塑料快餐盒，還是回收利用？請用必要資料和數(shù)據(jù)作為論據(jù)。2.目前，回收利用廢舊合成材料有很多途徑，請查閱資料了解有哪些途徑？并試著從環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)成本等方面作出評(píng)價(jià)。2、回收利用廢舊合成材料主要有三種途徑：一是通過熔融再生重新作成多種有用的材料；二是采用熱裂解或化學(xué)處理的方法使其分解，用于制備多種化工原料；三是將廢舊合成材料作為燃料使用。二、環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)環(huán)境問題：主要是指由于人類不合理開發(fā)和利用自然資源而造成生態(tài)環(huán)境的破壞，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活所造成的環(huán)境污染問題。環(huán)境污染：人類排放的污染物質(zhì)超過了環(huán)境的自凈能力，引起環(huán)境質(zhì)量發(fā)生不良變化從而危害人類健康和生存的現(xiàn)象。環(huán)境污染的分類按環(huán)境要素分：大氣污染、水體污染、土壤污染。按人類活動(dòng)分：工業(yè)環(huán)境污染、城市環(huán)境污染、農(nóng)業(yè)環(huán)境污染。按造成污染的性質(zhì)、來源分：化學(xué)污染、生物污染、物理污染（噪聲、放射性、熱、電磁波等）、固體廢物污染、能源污染。

1.大氣污染的來源、危害、治理主要污染物:碳氧化物氮氧化物碳?xì)浠镲h塵煤塵放射性物質(zhì)等來源:煤、石油的燃燒,礦石冶煉,汽車尾氣,工業(yè)廢氣等。2.危害:危害人類健康，影響植物生長，破壞建筑材料，改變地球氣候。3.治理：①調(diào)整資源結(jié)構(gòu)，開發(fā)新能源（太陽能、氫能、風(fēng)能、地?zé)岬龋瑴p少使用煤、石油、天然氣等化石燃料，減少工業(yè)廢氣排放，對(duì)廢氣進(jìn)行回收凈化再利用等。②大力植樹造林嚴(yán)禁亂砍濫伐。③政府部門合理規(guī)劃、制定標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)監(jiān)測。思考與交流1、硫氧化物和氮氧化物是形成酸雨的主要物質(zhì)。工業(yè)上常利用它們與一些廉價(jià)易得的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)加以控制、消除或回收利用。請舉例說明這些方法的化學(xué)反應(yīng)原理和類型。酸雨是指PH≤5.6的酸性降水，其主要成分是硫酸和硝酸，屬于嚴(yán)重的大氣污染現(xiàn)象，會(huì)區(qū)域性隨風(fēng)漂移形成對(duì)土壤肥力、森林、水生動(dòng)植物和建筑物等的大范圍危害。酸雨主要是由化石燃料的燃燒、金屬礦物的冶煉、生產(chǎn)和使用硫酸、硝酸的工廠等排放的硫氧化物和氮氧化物所造成的。SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO3利用化學(xué)方法可以控制硫和氮氧化物，進(jìn)而控制酸雨等危害。例如：針對(duì)我國以煤炭為主、酸雨類型屬于硫酸型的特點(diǎn)，主要采取燃料預(yù)脫煤、爐內(nèi)脫硫和煙囪排氣除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3、水等吸收脫硫。800℃CaO+SO2====CaSO3800℃2CaSO3+O2====2CaSO4再如，機(jī)動(dòng)車輛的尾氣排放也同樣需要控制，其中的氮氧化物還是光化學(xué)污染的主要成因，它比硫氧化物的消除難度大，一般采用CH4、H2、NH3等在Pt、Pd等催化作用下是氮氧化物還原，轉(zhuǎn)化為N2、CO2、H2O等無害氣體。Pt400~500℃CH4+4NO2======4NO+CO2+2H2OPt400~500℃CH4+4NO======2N2+CO2+2H2O大氣污染物一氧化氮、二氧化氮和某些碳?xì)浠衔镌谔柟庾贤饩€的照射下，在低空大氣中發(fā)生復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)（大氣中的氧氣也參加了反應(yīng)），形成白色或淺蘭色有特殊氣味的光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧中主要含醛類、酮類、臭氧、過氧硝酸、乙酰酯等，嚴(yán)重危害人體健康，損害植物及橡膠制品等。光化學(xué)煙霧水華就是淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生態(tài)現(xiàn)象，是水體富營養(yǎng)化的一種特征，主要由于生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含有大量氮、磷的廢污水進(jìn)入水體后，藍(lán)藻（嚴(yán)格意義上應(yīng)稱為藍(lán)細(xì)菌）、綠藻、硅藻等藻類成為水體中的優(yōu)勢種群，大量繁殖后使水體呈現(xiàn)藍(lán)色或綠色的一種現(xiàn)象。淡水中“水華”造成的最大危害是：飲用水源受到威脅，藻毒素通過食物鏈影響人類的健康，藍(lán)藻“水華”的次生代謝產(chǎn)物MCRST能損害肝臟，具有促癌效應(yīng)，直接威脅人類的健康和生存。水華赤潮是由于海水中浮游藻類、原生動(dòng)物或細(xì)菌異常增殖或聚集而引起海水變色的現(xiàn)象。實(shí)際上，赤潮并不一定都是紅色的，它可因引發(fā)赤潮的生物種類和數(shù)量不同而呈現(xiàn)出不同顏色。赤潮綠色化學(xué)理念核心：利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染。又稱為“環(huán)境無害化學(xué)”、“環(huán)境友好化學(xué)”、“清潔化學(xué)”。從學(xué)科觀點(diǎn)看：是化學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的更新。（改變反應(yīng)歷程）從環(huán)境觀點(diǎn)看：強(qiáng)調(diào)從源頭上消除污染。（從一開始就避免污染物的產(chǎn)生）從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看：它提倡合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)成本。（盡可能提高原子利用率）熱點(diǎn)：原子經(jīng)濟(jì)性——反應(yīng)物原子全部轉(zhuǎn)化為最終的期望產(chǎn)物，原子利用率為100%

原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)高選擇性反應(yīng)無毒無害原料可再生資源安全的生產(chǎn)工藝提高能源的利用率應(yīng)用無毒無害的溶劑應(yīng)用無毒無害的催化劑綠色化學(xué)示意圖環(huán)境友好產(chǎn)品（安全、能降解、可再利用）思考與交流乙烯生產(chǎn)環(huán)氧乙烷①CH2=CH2＋Cl2＋H2O→ClCH2CH2OH＋HCl以乙烯為原料生產(chǎn)環(huán)氧乙烷。經(jīng)典的方法是氯代乙醇法，包括以下兩步反應(yīng)。H2C－CH2O②ClCH2CH2OH＋HCl＋Ca(OH)2→＋CaCl2＋2H2O總的反應(yīng)為：CH2=CH2＋Cl2＋Ca(OH)2→＋CaCl2＋H2OH2C－CH2O原子利用率