1、第二节 资源综合利用 环境保护 必备知识自主学习 一、煤、石油、天然气的综合利用 1.从煤、石油和天然气中获得基本化工原料(1)煤的组成与综合利用 煤的组成 煤的综合利用(2)天然气的组成与综合利用(3)石油的组成与综合利用 组成:石油是由多种_组成的混合物。综合利用 碳氢化合物 2.以煤、石油和天然气为原料生产合成材料(1)三大合成材料:_、_、_。(2)加聚反应:在适当温度、压强和催化剂存在的条件下,不饱和化合物发生自身 _反应,形成相对分子质量巨大的高分子化合物的反应。(3)实例:制取聚乙烯反应的化学方程式为 _。塑料 合成橡胶 合成纤维 加成 nCH2 CH2 (4)四个概念 【自主探
2、索】(1)石油是混合物,汽油、柴油都是纯净物。这种说法是否正确?提示:不正确。石油是混合物,汽油、柴油都含有多种烷烃,都属于混合物。(2)(知识关联)若从煤焦油中分离出芳香烃,应采用什么方法?提示:煤焦油是由各种芳香烃组成的液态混合物。可根据各种芳香烃的沸点不同利用蒸馏法进行分离。(3)直馏汽油与裂化汽油的主要成分有什么区别?提示:直馏汽油的主要成分是液态烷烃,裂化汽油的主要成分是液态烷烃和烯烃。(4)(教材二次开发)教材中描述“通过煤的干馏、煤的气化和液化而获得洁净的燃料和多种化工原料”。煤的干馏、煤的气化和液化是否与水的汽化、液化一样,均属于物理变化?提示:煤的干馏、煤的气化和液化均有新物
3、质产生,为化学变化。二、环境保护与绿色化学 1.环境问题 是指人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏,以及工农业生产和人类生活所 造成的环境污染。2.环境保护的任务(1)环境监测。对污染物的存在形态、含量等进行分析和鉴定,提供可靠的分析数据。(2)三废的治理。工业三废是指_、_、_,是主要的环境污染物。(3)从源头寻找治理环境污染的生产工艺。杜绝_的排放,能从根本上解决环境问题。废水 废气 废渣 污染物 3.绿色化学【自主探索】(1)CO2能引起温室效应,故CO2属于大气污染物之一,所以应最大限度地杜绝CO2的排放。这种观点对吗?提示:观点错误。CO2不属于大气污染物,大气污染物是
4、指大气中危害人类和环境的人为污染物和天然污染物。CO2参与光合作用,所以CO2还是有一定作用的。当然,为减少温室效应,可以适当减少CO2的排放。(2)(知识关联)造成酸雨的主要原因是什么?pH小于7的雨水都是酸雨吗?提示:二氧化硫和氮氧化合物的排放是造成酸雨的主要原因。pH小于5.6的雨水才属于酸雨。(3)(情境思考)汽车尾气(含有烃类、CO、SO2与NO等物质)是城市空气的污染源。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”。它的特点是使CO与NO反应,生成可参与大气生态环境循环的无毒气体,并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式。提示:2CO+2NO
5、 2CO2+N2。CO与NO反应,生成可参与大气生态循环的无毒气 体应为CO2和N2。这种尾气处理方法符合绿色化学的概念吗?提示:绿色化学的核心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。而此处理污染是被动地治理污染,不符合绿色化学的概念。(4)NOx能引起哪些大气污染?提示:NOx能引起酸雨、臭氧层破坏和光化学烟雾。关键能力合作学习 知识点一 化学中的“三馏”和“两裂”1.“三馏”比较 干馏蒸馏分馏原理隔绝空气加强热使物质分解根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离与蒸馏原理相同产物产物为混合物产物为单一组分的纯净物产物为沸点不同的各组分组成的混合物反应 类型化学变化物理变化物理变
6、化2.化学中“两裂”的比较 名称定义目的裂化在一定条件下,把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃提高轻质油的产量,特别是提高汽油的产量裂解在高温下,使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃获得短链不饱和烃 【合作探究】(1)煤的加工方法有哪些?(变化观念与平衡思想)提示:干馏、气化、液化。(2)(教材二次开发)教材讲述了煤的深加工方式干馏、石油的深加工方式分馏,干馏得到的是纯净物,分馏得到的是混合物,这种说法是否正确?(科学探究与创新意识)提示:不正确。干馏和分馏得到的产物都是混合物。(3)(思维升华)蒸馏与分馏的主要区别是什么?(变化观念与平衡思想)提示:它
7、们的原理相同,主要区别是蒸馏得到的是单一组分的纯净物,分馏得到的是沸点不同的多种物质的混合物。(4)从煤的干馏产物中可以分离出苯或甲苯,煤中含有苯、甲苯等物质吗?(变化观念与平衡思想)提示:煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物,本身不含有苯、甲苯等物质,在干馏时发生化学变化生成了这些物质。(5)石油裂化和裂解的目的是什么?(变化观念与平衡思想)提示:石油裂化的目的是提高轻质油(特别是汽油)的产量;石油裂解的目的是得到短链的不饱和烃(如乙烯)作化工原料。(6)(情境应用)裂化汽油,是石油重质馏分经裂化而得的汽油。含有烯烃、芳香烃和少量二烯烃。化学稳定性较差。能否用裂化汽油萃取溴水中的溴单质?
8、(证据推理与模型认知)提示:不能。裂化汽油为饱和烃和不饱和烃的混合物,不饱和烃可以与溴水发生加成反应,不能达到萃取溴的目的。【典例示范】【典例】如图是实验室干馏煤的装置图,根据图示回答下列问题。(1)指出图中仪器名称:b_;d_。(2)装置c的作用是_,d中的液体有_和_。煤焦油可以通过_的方法使其中的重要成分分离出来。(3)e处点燃的气体是_,火焰的颜色是_色。(4)下列叙述错误的是_。A.煤发生了化学变化 B.d中液体的pH7 C.d中液体只有一层 D.e处的气体可以还原氧化铜,可以使溴水褪色 【解题指南】解答本题应该注意以下两点:(1)煤干馏的产物有焦炭、煤焦油和出炉煤气。(2)分离有机
9、物液体混合物常用分馏的方法。【母题追问】(1)b中剩余的固体是什么?提示:焦炭。煤干馏后剩余的固体是焦炭。(2)点燃e处的气体之前,必须进行哪项操作?提示:检验气体的纯度。点燃气体之前应检验气体的纯度,防止爆炸。(3)煤干馏得到的气体与水煤气的成分是否相同?提示:不同。煤干馏得到的焦炉气的主要成分为H2、CH4、C2H4、CO,水煤气的主要成分为H2、CO。【规律方法】化学“六气”的主要成分 高炉 煤气 水煤气 天然气 液化 石油气 焦炉气 裂解气 主要 成分 CO、CO2 H2、CO CH4 C3H8、C4H10 C3H6 C4H8 H2、CH4、C2H4、CO C2H4、C3H6、C4H8
10、、CH4 【素养训练】某同学设计了如图所示装置进行石油分馏的实验,回答下列问题:(1)指出实验装置中仪器A、B、C、D的名称。提示:各仪器名称依次为蒸馏烧瓶、冷凝管、牛角管、锥形瓶。(2)该同学所设计的实验装置中有无错误,如有给予改正。提示:有错误。错误:冷凝水水流方向错误。改正:冷凝水应下口进,上口出。(3)实验装置改正后,应如何检查气密性?提示:连接好装置后,将牛角管换成导管,并将导管下端浸没在水中,对烧瓶加热,看到导管口有气泡冒出,冷却后,导管内倒吸一段水柱,水柱高度保持不变,证明装置气密性好。(4)分馏得到的汽油与裂化得到的汽油如何鉴别?提示:分馏获得的汽油主要成分是饱和烃,裂化获得的
11、汽油中含有不饱和烃,二者可用溴的四氯化碳溶液鉴别。知识点二 七大环境问题和绿色化学 1.七大环境问题 环境问题 主要污染物 主要危害 温室效应 CO2 造成全球气候变暖,水位上升,陆地面积减小等 酸雨 SO2、NOx 土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等 臭氧层 破坏 氟氯代烷、NOx 到达地球表面的紫外线明显增多,给人类健康及生态环境带来多方面危害 光化学 烟雾 碳氢化合物、NOx 刺激人体器官,特别是人的呼吸系统,使人生病甚至死亡 环境问题 主要污染物 主要危害 白色污染 废弃塑料制品 在土壤中影响农作物吸收水分和养分,导致农作物减产。混入生活垃圾中难处理、难回收。易被动物当作食物吞入,导致
12、动物死亡 赤潮和 水华 废水中含氮、磷元素的营养物质 使水体富营养化,导致水中藻类疯长,消耗水中溶解的氧,使水体变得浑浊、水质恶化 PM2.5 颗粒物 污染空气,形成雾霾天气,增加交通事故,危害人体健康 2.绿色化学对化学反应的要求【合作探究】(1)(思维升华)有哪些措施可以减少或消除酸雨?(科学态度与社会责任)提示:二氧化硫和氮氧化合物的排放是造成酸雨的主要原因,为减少或消除煤炭 燃烧产生的二氧化硫,人们向煤炭中加入石灰石或生石灰作为固硫剂制成型煤。反应的化学方程式为2CaCO3+2SO2+O2 2CaSO4+2CO2。为减少汽车尾气的排放,人们在汽车排气管上安装“催化转化器”,使尾气中的一
13、氧化碳和一氧化氮(NO)转化为氮气和二氧化碳,反应的化学方程式为2NO+2CO N2+2CO2。(2)防止环境污染,用化学方法处理“工业三废”是一种重要的手段。这种措施是否符合绿色化学的理念?(科学态度与社会责任)提示:不符合。绿色化学的核心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,即不产生或少产生污染物,而不是产生污染后再治理。(3)(知识关联)我们学过的四种基本反应类型中,最符合绿色化学理念的是哪种?在有机化学反应中有哪几种?(科学态度与社会责任)提示:最理想的“原子经济”是反应物的原子全部转化为期望的最终产物,即原子利用率(期望产物总质量与生成物总质量之比)为100%。四种基
14、本反应类型中化合反应符合,有机化学反应中加成反应、加聚反应符合。(4)(教材二次开发)教材中描述“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”,“绿色化学”的具体内容是什么?(科学态度与社会责任)提示:开发绿色反应,将原子利用率提高到100%。使用无毒、无害的原料、催化剂、溶剂。开发绿色工艺。开发和生产绿色产品。(5)(情境思考)以乙烯合成环氧乙烷有以下两种方法:a.方法一的原子利用率为多少?写出计算式。(科学探究与创新意识)提示:原子利用率=100%25.4%。b.方法二的原子利用率为多少?提示:100%。12 2 1 4 16287174写出工业制取乙醇,原子利用
15、率为100%的反应方程式。(宏观辨识与微观探析)提示:CH2 CH2+H2O CH3CH2OH。【典例示范】【典例】化学与生产、生活密切相关。下列说法不正确的是()A.向煤中加入适量生石灰,可减少SO2对大气的污染 B.用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料,减少白色污染 C.光化学烟雾、硝酸型酸雨的形成都与氮氧化合物有关 D.人造纤维、合成纤维和光导纤维都属于有机高分子化合物【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)明确常见污染物及其产生的原因。(2)明确光导纤维的成分。【母题追问】(1)写出A项加入生石灰发生反应的化学方程式。提示:CaO+SO2 CaSO3。在加热条件下生石灰与二氧化硫反应生成
16、亚硫酸钙。(2)写出C项形成硝酸型酸雨的有关化学方程式。提示:2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO。空气中的NO被O2氧化为NO2,NO2与 雨水反应生成硝酸,造成酸雨。(3)A、B项符合绿色化学的思想。下列化学工艺属于最理想的绿色化学工艺的有哪些?氯乙烯在一定条件下制聚氯乙烯塑料 铜在空气中灼烧生成氧化铜,氧化铜溶于稀硫酸制硫酸铜 乙烯与溴反应制1,2-二溴乙烷 乙烷在光照条件下与氯气反应制1,2-二氯乙烷 工业煅烧石灰石制CaO 工业利用氢气在氯气中燃烧制盐酸。提示:。理想的绿色化学工艺,是指原子利用率为100%的化学工艺。产物只有一种,原子利用率为100%;产物有硫
17、酸铜和水,是比较好的方法,但是原子利用率小于100%;产物只有一种,原子利用率为100%;副产物有氯化氢、一氯代物或三氯代物等,原子利用率小于100%;有副产物二氧化碳;产物只有一种,原子利用率为100%。【规律方法】绿色化学的“三角度”理解(1)核心: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。(2)从环境上:强调从源头上消除污染,从一开始就避免污染物的产生。(3)从经济上:提倡合理利用资源和能源,尽可能提高原子利用率,最高目标是原子利用率为100%,即反应物原子全部转化为期望产物。【素养训练】近几年,由于自然资源的无序开发,造成了严重的环境污染,主要有白色污染、光 化学烟雾、酸雨、
18、汽车尾气污染、PM2.5、土壤污染、水的富营养化引起的水污 染等。为了控制环境污染,提出了“绿色化学”的新理念,即从源头上清除污染,实现原子利用率100%,零排放废弃物。思考:(1)制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的方法是什么?提示:原子经济性高,即理论上原子的利用率尽可能达到100%,没有副产物,化学方 程式为CH2 CH2+HCl CH3CH2Cl。(2)“低碳”是指采用含碳量低的烃类作为燃料吗?提示:“低碳”主要是指控制二氧化碳的排放量,而不是指采用含碳量低的烃类物质作为燃料。(3)有毒物质的无害化处理也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂,它可将废水中少量的CN-等
19、有毒的酸根离子氧化而除去。该方法的优点是什么?提示:该反应的离子方程式为2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl-,产物为无毒无害的Cl-、CO2和N2。(4)某饮用水厂用天然水制备纯净水(去离子水)的工艺流程示意图如下:活性炭的作用是什么?O3消毒的优点是什么?提示:活性炭吸附水中的色素和异味,臭氧消毒的优点是其产物为无毒无害的O2。【课堂小结】三言两语话重点 (1)煤的干馏、气化和液化,石油的裂化和裂解均为化学变化,石油的分馏属于物理变化。(2)水煤气的主要成分是CO和H2;焦炉气的主要成分是H2、CH4、C2H4、CO。(3)石油裂化的目的是提高轻质油的产量,石油裂解的目的是获得气态
20、短链不饱和烃作化工原料。(4)绿色化学的核心:杜绝污染源,实现零排放。原子利用率为100%的反应类型有化合反应、加成反应、加聚反应。课堂检测素养达标 1.生活密切相关。下列说法错误的是()A.PM2.5是指粒径不大于2.5 m的可吸入悬浮颗粒物 B.绿色化学要求从源头上消除或减少生产活动对环境的污染 C.燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放 D.天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料【加固训练】1.化学与环境保护、工业生产、生活等密切相关。下列说法不正确的是()A.PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物。PM2.5比胶体粒子小,因其比表面积大,故可吸附含有铅
21、、镉、铬、钒、砷等对人体有害的重金属离子,入肺后对人体产生很大的危害 B.富含氮、磷的生活污水不能排放到河中,也不能直接用于农田的灌溉 C.大力实施矿物燃料“脱硫、脱硝技术”,可以减少硫的氧化物和氮的氧化物对环境的污染 D.大气中CO2的含量增加会导致温室效应加剧 2.绿色化学是我国践行绿色发展的重要保证。下列实验或叙述不符合绿色化学理念的是()A.制CuSO4时先将Cu氧化成CuO后再与稀硫酸反应 B.采用银作催化剂,乙烯和氧气制取环氧乙烷,原子利用率100%C.用乙醇代替汽油作汽车燃料 D.用稀硝酸和铜制取Cu(NO3)2【解析】选D。A中CuCuOCuSO4中Cu利用率为100%且没有有
22、害气体产生;B中亦如此;C中乙醇为使用价值比较高的洁净能源物质;D中Cu的利用率100%,但是产生NO有毒气体,不符合绿色化学理念,而且N的利用率低。2.下列说法中错误的是()A.石油是混合物,石油分馏得到的汽油也是混合物 B.含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油 C.焦炭是煤干馏的一种重要产品 D.用乙烯制取聚乙烯不符合绿色化学观念【解析】选D。石油及其分馏得到的汽油都属于混合物。通常采用裂化的方法,把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃,提高汽油的产量。煤干馏得到焦炭、煤焦油、出炉煤气等。用乙烯制取聚乙烯原子利用率为100%,符合绿色化学观念。3.(教材二
23、次开发教材习题改编)我国积极启动的“蓝天工程”和“绿水工程”是保护生态环境、提高全体人民生活质量的重要举措。下列措施不利于以上工程实施的是()A.推广使用燃煤脱硫技术防治SO2污染,减少重金属、农药和难分解有机物的排放 B.实施绿色化学,即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 C.加大石油、煤炭的开采速度,增加化石燃料的供应量 D.开发新能源和新制冷剂,减少CO2和氟氯烃等物质的大量排放 4.(2020南昌高一检测)对煤干馏并检验其中部分产物,装置(夹持装置已略)如图所示。下列说法不正确的是()A.煤的干馏过程发生复杂的物理、化学变化 B.向b装置的水层中滴入紫色石蕊溶液,溶液变
24、蓝 C.c装置可检验产生的气体中一定含有H2S D.e装置中产生的现象是固体由黑色变为红色【解析】选C。煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程,发生复杂的物理、化学变化,得到焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油、焦炭等,故A正确;煤的干馏得到产物中含有NH3,氨水显碱性,能使紫色石蕊溶液变蓝,故B正确;焦炉气中含有乙烯,乙烯也能使酸性KMnO4溶液褪色,故C错误;焦炉气中含有H2、CH4、CO都能还原CuO,使黑色变为红色,故D正确。【加固训练】下列有关煤的说法正确的是()A.煤中含有苯、二甲苯、焦炉气 B.煤的干馏是物理变化 C.煤由有机物和少量无机物组成,煤的干馏是化学变化 D.煤主要含有碳
25、和氢两种元素,同时还含有少量的硫、氧、氮等元素【解析】选C。煤主要含有碳元素,同时还含有少量的氢、硫、氧、氮等元素,煤由有机物和少量无机物组成,煤的干馏可获得苯、二甲苯、焦炉气等,所以是化学变化。5.“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2,其基本过程如图所示(部分条件及物质未标出)。下列有关该方法的叙述中正确的是()能耗小是该方法的一大优点 整个过程中,有两种物质可以循环利用“反应分离”环节中,分离物质的基本操作是过滤、蒸发、结晶 该方法可减少碳排放,捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品 A.B.C.D.【加固训练】如图是某
26、煤发电厂处理废气的装置示意图。下列说法错误的是()A.使用此废气处理装置可减少酸雨的形成 B.装置内发生的反应有化合、分解、置换和氧 化还原反应 C.整个过程的反应可表示为2SO2+2CaCO3+O2=2CaSO4+2CO2 D.可用酸性高锰酸钾溶液检验废气处理是否达标 【素养新思维】6.汽车的发明与使用,是人类智慧的杰出体现,它为人们的生活和生产带来了极大的方便,同时由此引发的环境污染问题也越来越引起人们的关注。(1)汽车排放的尾气中因含有氮的氧化物而污染大气,产生氮的氧化物的主要原因是_。a.燃烧含氮化合物燃料引起的 b.燃烧含铅汽油引起的 c.是由于汽油燃烧不充分引起的 d.是汽缸中的N
27、2被氧化生成的(2)下列有关城市各项污染源与其造成的恶果对应关系正确的是_。a.汽车尾气光化学烟雾;工业废气酸雨;工业废水“公害病”b.汽车尾气酸雨;工业废气“公害病”;工业废水光化学烟雾 c.汽车尾气“公害病”;工业废气酸雨;工业废水光化学烟雾 d.汽车尾气光化学烟雾;工业废气“公害病”;工业废水酸雨(3)新型环保出租车采用LPG+汽油的双燃料系统,其尾气中的有毒气体成分较普通车型下降80%左右,缓解了汽车尾气排放给城市环境造成的污染问题。下列物质中不属于上述有害气体的是_。a.CO2和 b.NO2和NO c.CO和 d.炭粒和含铅化合物 2H2SO(4)为了减少大气污染,许多城市推广汽车使用清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类:一类是压缩天然气,另一类是液化石油气。这两类燃料的主要成分都是_。a.碳水化合物 b.碳氢化合物 c.氢气 d.醇类