高中化學(xué)必修二 第四章第二節(jié)資源綜合利用 環(huán)境保護(hù)

1、第二節(jié)第二節(jié) 資源綜合利用資源綜合利用 環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù) 湖南桃源九中 高一年級(jí)第一學(xué)年第二學(xué)期 高一年級(jí)高一年級(jí) 化學(xué)化學(xué)2 第四章第四章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用 工業(yè)生產(chǎn)：工業(yè)生產(chǎn)： 大量原料大量原料 能源能源 產(chǎn)品產(chǎn)品 廢物廢物 污染環(huán)境污染環(huán)境 資源的綜合利用資源的綜合利用環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù) 知識(shí)回顧知識(shí)回顧 一、化石燃料一、化石燃料 煤、石油和天然氣都是古代煤、石油和天然氣都是古代 經(jīng)過一系列復(fù)雜經(jīng)過一系列復(fù)雜 變化而成的，它們是人們生活中經(jīng)常使用的主要燃料，因變化而成的，它們是人們生活中經(jīng)常使用的主要燃料，因 此人們常稱它們?yōu)榇巳藗兂７Q它們?yōu)?燃料，是燃料，

2、是 資源。資源。 二、煤、石油燃燒對(duì)環(huán)境的影響二、煤、石油燃燒對(duì)環(huán)境的影響 1、煤的燃燒對(duì)空氣的影響、煤的燃燒對(duì)空氣的影響 煤燃燒時(shí)會(huì)排放出煤燃燒時(shí)會(huì)排放出 等氣體和一些煙塵，它們等氣體和一些煙塵，它們 都是大氣的污染物。都是大氣的污染物。 2、用石油作燃料，直接燃燒的是石油的加工產(chǎn)品、用石油作燃料，直接燃燒的是石油的加工產(chǎn)品汽汽 油、煤油、柴油等，它們?nèi)紵龝r(shí)會(huì)排放油、煤油、柴油等，它們?nèi)紵龝r(shí)會(huì)排放 出出 、 、含、含 化合物、未燃燒的化合物、未燃燒的 化合物和煙塵等，它們都是大氣的污染物?；衔锖蜔焿m等，它們都是大氣的污染物。 動(dòng)植物遺骸動(dòng)植物遺骸 化石化石不可再生不可再生 SO2、NO2

3、CO 氮的氧化物氮的氧化物 鉛鉛碳?xì)涮細(xì)?迄今為止，迄今為止，煤、石油、天然氣煤、石油、天然氣仍是人仍是人 類使用的主要能源，同時(shí)它們也是重類使用的主要能源，同時(shí)它們也是重 要的要的化工原料化工原料。如何實(shí)現(xiàn)化石燃料的。如何實(shí)現(xiàn)化石燃料的 綜合利用，提高利用率，減少化石燃綜合利用，提高利用率，減少化石燃 料燃燒所造成的環(huán)境污染，是人類面料燃燒所造成的環(huán)境污染，是人類面 臨的重大挑戰(zhàn)。臨的重大挑戰(zhàn)。 一、煤、石油和天然氣的綜合利用一、煤、石油和天然氣的綜合利用 1 1、煤的種類與組成、煤的種類與組成 煤的種類 2 2煤的元素組成：煤的元素組成：C C、H H、O O、N N、S S等等 3 3煤

4、的成分：多種有機(jī)物和無機(jī)物所組成的復(fù)雜煤的成分：多種有機(jī)物和無機(jī)物所組成的復(fù)雜 混合物混合物 5060泥煤泥煤 5070褐煤褐煤 7080煙煤煙煤 95無煙煤無煙煤 含C的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 煤的種類煤的種類 ( (一一) ) 從煤、石油和天然氣中獲得基本化工原料從煤、石油和天然氣中獲得基本化工原料 4 4煤的綜合利用煤的綜合利用 煤的綜合利用主要是通過煤的煤的綜合利用主要是通過煤的干餾干餾、煤的液化和氣煤的液化和氣 化化，獲得，獲得潔凈的燃料潔凈的燃料和和多種化工原料多種化工原料。 （1 1）煤的干餾）煤的干餾 煤干餾的主要產(chǎn)品和用途煤干餾的主要產(chǎn)品和用途 干干 餾餾 產(chǎn)產(chǎn) 品品 主主 要要 成成 分

5、分 主主 要要 用用 途途 出出 爐爐 煤煤 氣氣 焦?fàn)t氣焦?fàn)t氣 氫氣、甲烷、乙烯、氫氣、甲烷、乙烯、 一氧化碳一氧化碳 氣體燃料、化工原料氣體燃料、化工原料 粗氨水粗氨水 氨、銨鹽氨、銨鹽 氮肥氮肥 粗苯粗苯 苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、 合成材料合成材料 煤煤 焦焦 油油 苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 酚類、萘類酚類、萘類 染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、 合成材料合成材料 瀝青瀝青 筑路材料、制碳素電極筑路材料、制碳素電極 焦焦 炭炭 炭炭 冶金、合成氨造氣、電石、冶金、合成氨造氣、電石、 燃料燃料 煤的汽化和液化就是使煤變成

6、清潔能源的有煤的汽化和液化就是使煤變成清潔能源的有 效途徑，與此同時(shí)煤的燃燒效率等也得到提高。效途徑，與此同時(shí)煤的燃燒效率等也得到提高。 （2 2）煤的氣化）煤的氣化 （3 3）煤的液化）煤的液化 煤的直接液化：使煤與氫氣作用生成液體燃料。煤的直接液化：使煤與氫氣作用生成液體燃料。 煤的間接液化：先將煤轉(zhuǎn)化為煤的間接液化：先將煤轉(zhuǎn)化為CO和和H2，再在催，再在催 化劑作用下合成甲醇等?；瘎┳饔孟潞铣杉状嫉取?高溫 C (s)+HC (s)+H2 2O(g)O(g) CO(g)+HCO(g)+H2 2(g)(g)高溫高溫 CO + 2HCO + 2H2 2 CH CH3 3OHOH（甲醇）（甲醇

7、） 一定 條件 5 5、天然氣的組成及其綜合利用、天然氣的組成及其綜合利用 天然氣主要成分是甲烷。天然氣是一種清潔天然氣主要成分是甲烷。天然氣是一種清潔 燃料，可以直接用作燃料。天然氣更是一種重要燃料，可以直接用作燃料。天然氣更是一種重要 的化工原料，主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇及分子的化工原料，主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇及分子 內(nèi)含兩個(gè)或兩個(gè)以上碳原子的其他有機(jī)化合物。內(nèi)含兩個(gè)或兩個(gè)以上碳原子的其他有機(jī)化合物。 甲烷水合物甲烷水合物 甲烷水合物是由甲烷和水在高壓（甲烷水合物是由甲烷和水在高壓（100100大氣壓或大氣壓或10MPa10MPa） 和低溫（和低溫（0 01010）條件下合成的一種固態(tài)結(jié)

8、晶物質(zhì)，可）條件下合成的一種固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)，可 表示為表示為CHCH4 4nHnH2 2O,O,甲烷分子處于由多個(gè)水分子形成的籠中。甲烷分子處于由多個(gè)水分子形成的籠中。 甲烷水合物多呈白色或淺灰色晶體，外貌類似冰雪，可甲烷水合物多呈白色或淺灰色晶體，外貌類似冰雪，可 以象酒精塊一樣被點(diǎn)燃，故也有人叫它以象酒精塊一樣被點(diǎn)燃，故也有人叫它“可燃冰可燃冰”。 6、石油的組成及其綜合利用、石油的組成及其綜合利用 (1)(1)石油的分餾石油的分餾 石油分餾是利用原油中各組分沸點(diǎn)的不同，石油分餾是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(jiǎn)單和更有用的混合將復(fù)雜的混合物分離成較簡(jiǎn)單和更有用的混合

9、物的過程。物的過程。 石油分餾主要在分餾塔中進(jìn)行，通過分餾可石油分餾主要在分餾塔中進(jìn)行，通過分餾可 以獲得汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油。以獲得汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油。 石油分餾示意圖石油分餾示意圖 分餾分餾是分離提純是分離提純沸點(diǎn)相近的混合液體沸點(diǎn)相近的混合液體的一種方的一種方 法，它實(shí)質(zhì)上就是法，它實(shí)質(zhì)上就是多次蒸餾多次蒸餾。如石油的分餾。如石油的分餾。 干餾、分餾和蒸餾的干餾、分餾和蒸餾的區(qū)別區(qū)別： 干餾干餾是固態(tài)物質(zhì)隔絕空氣加強(qiáng)熱發(fā)生分解反應(yīng)是固態(tài)物質(zhì)隔絕空氣加強(qiáng)熱發(fā)生分解反應(yīng) 的過程，屬于的過程，屬于化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)。如：煤的干餾。如：煤的干餾。 蒸餾蒸餾是液態(tài)混合物在不需要隔絕空氣情況

10、下加是液態(tài)混合物在不需要隔絕空氣情況下加 熱發(fā)生的液體氣化再冷凝的過程。屬于熱發(fā)生的液體氣化再冷凝的過程。屬于物理變化物理變化。 （2 2）石油的催化裂化）石油的催化裂化 石油的催化裂化是將含碳原子較多、沸點(diǎn)較高的烴斷石油的催化裂化是將含碳原子較多、沸點(diǎn)較高的烴斷 裂為含碳原子較少、沸點(diǎn)較低的汽油的過程。石油裂裂為含碳原子較少、沸點(diǎn)較低的汽油的過程。石油裂 化的產(chǎn)品再經(jīng)過進(jìn)一步裂解，可以獲得很多重要的化化的產(chǎn)品再經(jīng)過進(jìn)一步裂解，可以獲得很多重要的化 工原料。工原料。 催化劑 加熱、加壓 催化劑 加熱、加壓 催化劑 加熱、加壓 乙烯、丙烯、甲烷等都是通過石油裂化和裂解得到的乙烯、丙烯、甲烷等都是

11、通過石油裂化和裂解得到的 重要化工原料。重要化工原料。 C C16 16H H3434 C8H18+C8H16 催化劑 加熱加壓 C C8 8H H18 18 C C4 4H H10 10+ C + C4 4H H8 8催化劑 加熱加壓 C C4 4H H10 10 C C2 2H H6 6+C+C2 2H H4 4 催化劑 加熱加壓 C C4 4H H10 10 CHCH4 4+C+C3 3H H8 8 催化劑 加熱加壓 （3 3）石油的催化重整）石油的催化重整 在加熱和催化劑的作用下，使石油中的在加熱和催化劑的作用下，使石油中的鏈狀鏈狀 烴烴發(fā)生結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整而轉(zhuǎn)化為發(fā)生結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整而轉(zhuǎn)

12、化為環(huán)狀烴環(huán)狀烴的過程的過程 叫叫石油的催化重整。石油的催化重整。 石油的催化重整的目的：石油的催化重整的目的： 獲取苯、甲苯等重要的基本化工原料，并提高獲取苯、甲苯等重要的基本化工原料，并提高 汽油品質(zhì)。汽油品質(zhì)。 25% 產(chǎn)量提高產(chǎn)量提高 ( (二二) ) 以煤、石油和天然氣為原料生產(chǎn)合成材料以煤、石油和天然氣為原料生產(chǎn)合成材料 由低分子（相對(duì)分子質(zhì)量?。┥筛叻肿踊嫌傻头肿樱ㄏ鄬?duì)分子質(zhì)量小）生成高分子化合 物（相對(duì)分子質(zhì)量巨大）的反應(yīng)叫做聚合反應(yīng)。物（相對(duì)分子質(zhì)量巨大）的反應(yīng)叫做聚合反應(yīng)。 nCH3CH=CH2CHCH2n CH3 聚合反應(yīng)聚合反應(yīng) 加聚反應(yīng)加聚反應(yīng) 縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)

13、明確：?jiǎn)误w、鏈節(jié)、聚合度明確：?jiǎn)误w、鏈節(jié)、聚合度 單體單體聚合度聚合度鏈節(jié)鏈節(jié) nCH3CH=CH2CHCH2n CH3 OO nCH2OH-CH2OH + nHOC COH O-CH2-CH2-OCC +2nH2O OO n 二、環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)二、環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué) 當(dāng)人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物或某種能造成污染物質(zhì)，進(jìn)當(dāng)人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物或某種能造成污染物質(zhì)，進(jìn) 入環(huán)境的濃度或總量超越環(huán)境容量或環(huán)境自凈的能力，入環(huán)境的濃度或總量超越環(huán)境容量或環(huán)境自凈的能力， 從而導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量下降及惡化的現(xiàn)象，就是環(huán)境污染。從而導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量下降及惡化的現(xiàn)象，就是環(huán)境污染。 想一想：想一想：什么是環(huán)境污染呢？什

14、么是環(huán)境污染呢？ 1998摩洛哥干旱羊上樹 沙塵暴: 1986年4月,烏克蘭基輔北部切爾諾貝利核電站4號(hào)反應(yīng) 堆爆炸,放射性物質(zhì)大量外瀉,造成31人死亡,237人受放 射性傷害. 根據(jù)村民的不完全統(tǒng)計(jì)，自根據(jù)村民的不完全統(tǒng)計(jì)，自1999年以來，西堤頭村和劉年以來，西堤頭村和劉 快莊村各種癌癥患者有快莊村各種癌癥患者有232人，平均年齡人，平均年齡51歲，最小的歲，最小的 才才7歲，已經(jīng)死亡歲，已經(jīng)死亡172人，其中肺癌、肝癌和腸癌的患病人，其中肺癌、肝癌和腸癌的患病 比例最高。兩個(gè)村的總?cè)丝诖蠹s是比例最高。兩個(gè)村的總?cè)丝诖蠹s是1.3萬，癌癥發(fā)病率達(dá)萬，癌癥發(fā)病率達(dá) 到了到了178/萬，是全國癌

15、癥平均發(fā)病率萬，是全國癌癥平均發(fā)病率7/萬的萬的25倍多倍多 水華水華 光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧 大氣污染物大氣污染物一氧化氮、二氧化氮一氧化氮、二氧化氮和某些和某些碳?xì)涮細(xì)?化合物化合物在太陽光紫外線的照射下，在低空大氣中在太陽光紫外線的照射下，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)反應(yīng)），形成白色或淺蘭色有特殊氣味的光化學(xué) 煙霧。煙霧。 光化學(xué)煙霧中主要含二次污染物如醛類、酮光化學(xué)煙霧中主要含二次污染物如醛類、酮 類、臭氧、過氧硝酸、乙酰酯等。光化學(xué)煙霧嚴(yán)類、臭氧、過氧硝酸、乙酰酯等。光化學(xué)

16、煙霧嚴(yán) 重危害人體健康，損害植物及橡膠制品等。重危害人體健康，損害植物及橡膠制品等。 請(qǐng)看以下數(shù)據(jù)： 1全世界每年消耗的化石燃料，世紀(jì)初 不足億噸，年代初達(dá)億 噸 人類每年都在制造成千上萬種新化學(xué)品， 有毒化學(xué)品已達(dá)萬噸 南極企鵝體內(nèi)也檢驗(yàn)出滴滴涕南極企鵝體內(nèi)也檢驗(yàn)出滴滴涕,北極附近冰北極附近冰 蓋層蓋層,鉛汞含量不斷上升鉛汞含量不斷上升. 污染到處存在污染到處存在,世界已無凈土世界已無凈土 ( (一一) )環(huán)境污染的分類：環(huán)境污染的分類： 1 1按環(huán)境要素分：大氣污染、水體污染、土壤污染按環(huán)境要素分：大氣污染、水體污染、土壤污染 2 2按人類活動(dòng)分：工業(yè)環(huán)境污染、城市環(huán)境污染、按人類活動(dòng)分：

17、工業(yè)環(huán)境污染、城市環(huán)境污染、 農(nóng)業(yè)環(huán)境污染農(nóng)業(yè)環(huán)境污染 3 3按造成污染的性質(zhì)、來源分：化學(xué)污染、生物污按造成污染的性質(zhì)、來源分：化學(xué)污染、生物污 染、物理污染（噪聲、放射性、染、物理污染（噪聲、放射性、 熱、電磁波等）、固體廢物污染、熱、電磁波等）、固體廢物污染、 能源污染能源污染 ( (二二) )化學(xué)在環(huán)境保護(hù)上的應(yīng)用主要有化學(xué)在環(huán)境保護(hù)上的應(yīng)用主要有 以下幾個(gè)方面：以下幾個(gè)方面： 1 1對(duì)環(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)：對(duì)污染物的存在對(duì)環(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)：對(duì)污染物的存在 形態(tài)、形態(tài)、 含量進(jìn)行分析和鑒定。含量進(jìn)行分析和鑒定。 2 2治理三廢：對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、治理三廢：對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、 廢

18、水和廢渣進(jìn)行處理，減少環(huán)境污染，實(shí)廢水和廢渣進(jìn)行處理，減少環(huán)境污染，實(shí) 現(xiàn)資源的回收利用。現(xiàn)資源的回收利用。 3 3尋找源頭治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝，實(shí)尋找源頭治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝，實(shí) 施清潔生產(chǎn)施清潔生產(chǎn)綠色化學(xué)綠色化學(xué) 三、綠色化學(xué)與清潔生產(chǎn)三、綠色化學(xué)與清潔生產(chǎn) 綠色化學(xué)的綠色化學(xué)的核心核心是要利用化學(xué)原理從源頭消除污染是要利用化學(xué)原理從源頭消除污染 。綠色化學(xué)是指化學(xué)反應(yīng)和過程以。綠色化學(xué)是指化學(xué)反應(yīng)和過程以“原子經(jīng)濟(jì)性原子經(jīng)濟(jì)性”為基為基 本原則，即在獲取新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)中充分利用參與反本原則，即在獲取新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)中充分利用參與反 應(yīng)的每個(gè)原料原子，應(yīng)的每個(gè)原料原子，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“零

19、排放零排放”。不僅充分利用資。不僅充分利用資 源，而且不產(chǎn)生污染；并采用無毒、無害的溶劑、助劑源，而且不產(chǎn)生污染；并采用無毒、無害的溶劑、助劑 和催化劑，生產(chǎn)有利于環(huán)境保護(hù)、社區(qū)安全和人身健康和催化劑，生產(chǎn)有利于環(huán)境保護(hù)、社區(qū)安全和人身健康 的環(huán)境友好產(chǎn)品。綠色化學(xué)化工的目標(biāo)是尋找充分利用的環(huán)境友好產(chǎn)品。綠色化學(xué)化工的目標(biāo)是尋找充分利用 原材料和能源，且在各個(gè)環(huán)節(jié)都潔凈和無污染的反應(yīng)途原材料和能源，且在各個(gè)環(huán)節(jié)都潔凈和無污染的反應(yīng)途 徑和工藝。對(duì)生產(chǎn)過程來說，徑和工藝。對(duì)生產(chǎn)過程來說，綠色化學(xué)包括綠色化學(xué)包括：節(jié)約原材：節(jié)約原材 料和能源，淘汰有毒原材料，在生產(chǎn)過程排放廢物之前料和能源，淘汰有

20、毒原材料，在生產(chǎn)過程排放廢物之前 減降廢物的數(shù)量和毒性；對(duì)產(chǎn)品來說，綠色化學(xué)旨在減減降廢物的數(shù)量和毒性；對(duì)產(chǎn)品來說，綠色化學(xué)旨在減 少從原料的加工到產(chǎn)品的最終處置的全周期的不利影響。少從原料的加工到產(chǎn)品的最終處置的全周期的不利影響。 %100 生成物總質(zhì)量生成物總質(zhì)量 期望產(chǎn)物的總質(zhì)量期望產(chǎn)物的總質(zhì)量 原子利用率原子利用率 綠色化學(xué)綠色化學(xué) 綠色化學(xué)的核心之一：原子經(jīng)濟(jì)性綠色化學(xué)的核心之一：原子經(jīng)濟(jì)性 最理想的最理想的“原子經(jīng)濟(jì)原子經(jīng)濟(jì)”：反應(yīng)物中原子全部轉(zhuǎn)：反應(yīng)物中原子全部轉(zhuǎn) 化為期望的最終產(chǎn)物化為期望的最終產(chǎn)物,實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)”零排放零排放”。即原子。即原子 利用率利用率100%. 反應(yīng)物反應(yīng)物

21、 反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)產(chǎn)物 反應(yīng)過程反應(yīng)過程 綠色化學(xué)綠色化學(xué) 應(yīng)用無毒無害的催化劑應(yīng)用無毒無害的催化劑 反應(yīng)過程反應(yīng)過程 反應(yīng)物反應(yīng)物 藝藝工工產(chǎn)產(chǎn)生生的的全全安安 提高能源的利用率提高能源的利用率 無毒無害原料無毒無害原料 可再生資源可再生資源 原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng) 高選擇性反應(yīng)高選擇性反應(yīng) 環(huán)境友好產(chǎn)品（安全、環(huán)境友好產(chǎn)品（安全、 能降解、可再利用）能降解、可再利用） 應(yīng)用無毒無害的溶劑應(yīng)用無毒無害的溶劑 綠色化學(xué)示意圖綠色化學(xué)示意圖 請(qǐng)把左側(cè)的化學(xué)物質(zhì)與右側(cè)的環(huán)境問題聯(lián)系起來請(qǐng)把左側(cè)的化學(xué)物質(zhì)與右側(cè)的環(huán)境問題聯(lián)系起來 SOSO2 2、NONO2 2 氟利昂氟利昂 洗滌劑洗滌劑 （生活污水）（生活污水） COCO2 2 溫室效應(yīng)溫室效應(yīng) 水體富營(yíng)養(yǎng)化水體富營(yíng)養(yǎng)化 （赤潮）（赤潮） 酸雨酸雨 臭氧層破壞臭氧層破壞 白色污染白色污染 塑料塑料 汽油汽油 空氣中鉛、空氣中鉛、COCO超標(biāo)超標(biāo) 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 1 1、某工廠利用銅屑制硝酸銅。你認(rèn)為可以用哪、某工廠利用銅屑制硝酸銅。你認(rèn)為可以用哪 些方法？哪種最好？些方法？哪種最