高一化学人教版创新作业4.2 资源综合利用环境保护（含答案与解析）

第四章
化学与自然资源的开发利用
知识归纳
一、煤、石油和天然气的综合利用
1．煤的综合利用
煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。
（1）煤的干馏
煤干馏是指将煤隔绝空气加高温使之分解，得到焦炭、煤焦油、煤气。煤干馏过程中发生一系列复杂的化学反应，从煤干馏产物中可获得重要的化工原料，如氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、萘、酚类等。
（2）煤的气化
将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应为：C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)
（3）煤的液化
煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。
煤的间接液化：先将煤转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇等。
2．石油加工
石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。
（1）石油的分馏
石油分馏是利用原油中各组分沸点的不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程。石油分馏主要在分馏塔中进行，通过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。
（2）石油的催化裂化
石油的催化裂化是将含碳原子较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子较少、沸点较低的汽油的过程。石油裂化的产品再经过进一步裂解，可以获得很多重要的化工原料。例如：
C16H34
C8H18+C8H16
C8H18
C4H10+
C4H8
C4H10
C2H6+C2H4
C4H10
CH4+C3H8
乙烯、丙烯、甲烷等都是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。
（3）其它的石油加工
石油经过催化重整，可以使链状烃转化为环状烃，获得苯、甲苯等重要化工基本原料。
3．聚合反应和高分子化合物
由低分子（相对分子质量小）生成高分子化合物（相对分子质量巨大）的反应叫做聚合反应。例如，n
CH2=CH2
聚乙烯是由成千上万个乙烯分子在一定条件下发生聚合反应生成的相对分子质量巨大的高分子化合物。相对分子质量巨大是高分子化合物的基本特征，也是它们与低分子化合物的根本区别。高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等，也有人工合成的，如聚乙烯等。塑料、合成橡胶和合成纤维三大人工合成的高分子材料。
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。
4．化学与环境保护的关系
化学在环境保护上的应用主要有以下几个方面：
（1）对环境情况进行监测：对污染物的存在形态、含量进行分析和鉴定。
（2）治理三废：对生产过程中产生的废气、废水和废渣进行处理，减少环境污染，实现资源的回收利用。
（3）寻找源头治理环境污染的生产工艺，实施清洁生产——绿色化学
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。按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这是原子利用率为100%。
素养整合
一、单选题：
1．下列说法错误的是
(　　)
A．石油中含有C5—C11的烷烃，可通过石油的分馏得到汽油
B．含C18以上的烷烃经过催化裂化可以得到汽油
C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物
D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来
2．在石油工业中，将重油制成乙烯的方法是
(　　)
A．裂化
B．裂解
C．干馏
D．分馏
3．有关煤的叙述中不正确的是
(　　)
A．煤是工业上获得苯、甲苯、二甲苯等芳香烃的重要来源物质
B．煤是由多种有机物组成的混合物，内含煤焦油等成分
C．煤除了含有C元素外，还含有少量的N、H、S、O等元素
D．煤等化石燃料的储量有限，节能和开发新能源是人类实现可持续发展的关键
4．环境污染已成为人类社会面临的重大问题，各种污染数不胜数，下列词语与环境污染无关的是(　　)
①温室效应
②赤潮　③酸雨　④光化学污染　⑤臭氧空洞　⑥水俣病　⑦潮汐　⑧大脖子病　⑨水华
A．①③④⑨
B．⑦⑧
C．⑥⑦⑧
D．②⑤⑦
5．下列物质中，作为燃料燃烧时对空气无污染的是
(　　)
A．汽油
B．煤
C．沼气
D．氢气
6．下列环境问题与化石燃料无关的是
(　　)
A．酸雨
B．光化学烟雾
C．水华
D．温室效应
7．“预防污染”要求我们利用各种手段减少各种污染物的排放，提高资源和能源的利用效率，绿色化学是“预防污染”的基本手段，下列各项中属于绿色化学的是
(　　)
A．处理废弃物
B．治理污染点
C．减少有毒物排放
D．杜绝污染源
8．将煤块粉碎，经脱硫处理，在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是
(　　)
①使煤充分燃烧，提高煤的利用率　②减少SO2的产生，避免造成“酸雨”　③减少有毒的CO产生，避免污染空气
④减少CO2的产生，避免“温室效应”　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．①②③
B．②③④
C．①③④
D．①②④
9．近几年来，冠以“绿色”的新概念不断产生，如绿色食品，绿色材料、绿色能源、绿色化学等，这里的“绿色”是对人类社会可持续发展战略的形象表达。“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，由单质镁制硝酸镁的下列四个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是
(　　)
A．MgMg(NO3)2
B．MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2
C．MgMgOMg(NO3)2
D．MgMgSO4Mg(NO3)2
10．绿色化学是日渐为人们所熟悉的社会概念，绿色食品的基本标准是(　　)
①香甜可口
②无污染
③表面呈绿色
④无化学添加剂
⑤有营养价值
A．①②③⑤
B．①③④⑤
C．②④⑤
D．全部
11．下列说法正确的是
(　　)
A．煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料，是取之不尽的
B．煤是由无机物和有机物组成的复杂的混合物，主要含有碳和氢两种元素
C．石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素
D．煤和石油都是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的
12．“绿色化学”是人们最近提出的一个新概念，主要内容之一是指从技术、经济上设计可行的化学反应，尽可能减少对环境的负作用。下列化学反应符合绿色化学概念的是
(　　)
A．制CuSO4：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
B．制CuSO4：2Cu＋O22CuO
CuO＋H2SO4(稀)===CuSO4＋H2O
C．制Cu(NO3)2：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
D．制Cu(NO3)2：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
13．最近，国际上提出的“绿色化学”是指化学工业生产中(　　)
A．对废水、废气、废渣进行严格处理
B．化学生产中不排放任何有害物质
C．化工厂及周围种草、种树、种花，使工厂成为花园式工厂
D．以绿色植物为原料，以生物催化剂实现化工生产过程的化学
14．煤是一种重要的能源，含有硫元素，燃烧时会生成SO2。下列说法正确的是
(　　)
A．煤是含硫化合物
B．煤是一种可再生能源
C．在水吸收SO2的过程中只发生物理变化
D．SO2是酸性氧化物，被云雾吸收后可转化成酸雨
15．绿色化学概念从一提出来，就明确了它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。下列化工生产中体现绿色化学内涵的是
(　　)
①减少“三废”排放量
②考虑有关原材料的再生利用
③出现污染问题再治理
④回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂
⑤拒绝使用无法替代、无法回收、无法再生和重复使用的有毒副作用、污染明显的原料　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．①③④
B．①②③⑤
C．①②④⑤
D．②③④⑤
16．下列说法中不正确的是(　　)
A．石油化学工业是以石油为原料，既生产石油产品又生产化学用品的石油加工业
B．石油裂化既能提高汽油产量，又能提高汽油的质量
C．石油的裂解和裂化都是化学变化，但二者的目的不一样
D．烷烃在裂解过程中既可发生断链裂解又可发生脱氢裂解
17．下列有关聚乙烯的说法正确的是(　　)
A．聚乙烯是通过加聚反应生成的
B．聚乙烯具有固定的元素组成，因而具有固定的熔、沸点
C．聚乙烯塑料袋因有毒，故不能装食品
D．聚乙烯因性质稳定，故不易造成污染
18．常见的污染物分为一次污染物和二次污染物。二次污染物是排入环境中的一次污染物在物理化学因素或微生物作用下，发生化学变化所生成的新污染物，如反应2NO＋O2===2NO2中，二氧化氮为二次污染物，下列三种物质：①硫化氢；②二氧化硫；③汽油，其中能生成二次污染物的是(　　)
A．①②
B．②③
C．①③
D．全部都是
19．下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是(　　)
A．CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体
B．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一
C．节能减排符合低碳经济的要求
D．合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)有助于缓解能源紧缺
20．下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列叙述错误的是
(　　)
A．上图实验中发生了化学变化
B．液体X的pH＞7，液体Y是黑色黏稠状的煤焦油
C．气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴水褪色
D．液体Y是一种纯净物
二、填空题：
21．由于我国煤储藏量相对比石油和天然气丰富，能源消费以煤为主。将原煤作为燃料燃烧，既严重污染环境，效率又不高，因而国家大力提倡煤的综合利用。实施“煤变油”，其原理之一是先将煤与水蒸气制得水煤气(CO和H2)，再催化合成甲醇或烃类等液态能源。
（1）用CO和H2合成甲醇的化学方程式是
。
（2）用CO和H2合成烃(CnHm)的化学方程式是
。
（3）气化和液化的优点是
。
22．下图是实验室干馏煤的装置图：
（1）指出图中仪器名称：a.
，d.
。
（2）仪器d的作用是
，c中液体有
和
，其中无机物里溶有
，可用
检验出来。有机物可以通过
的方法使其中的重要成分分离出来。
（3）e处点燃的气体主要成分有
，火焰的颜色是
。
23．为了防治酸雨，减少煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上采用生石灰和含硫的煤混合使用以“固硫”(避免硫的化合物进入大气)，最后生成石膏。试回答：
（1）整个“固硫”反应所涉及的反应类型包括：
①化合反应②分解反应　③置换反应　④复分解反应　⑤氧化还原反应　⑥非氧化还原反应　⑦离子反应　⑧非离子反应(分子反应)。其中正确的是
(　　)
A．①⑤⑥⑦
B．①②③⑤⑧
C．①⑤⑥⑧
D．②④⑤⑦
（2）第一步“固硫”反应的化学方程式中所需气态物质的化学计量数为
(　　)
A．1
B．2
C．3
D．4
（3）比较此法与石灰石粉末与含硫煤混合法哪个更好些
(A.生石灰　B．石灰石)，原因是
。
（4）你认为减少酸雨产生可采取的措施是
(　　)
①少用煤作燃料　②把工厂的烟囱造高　③先将燃料煤脱硫　④在土壤中加石灰防止酸化　⑤开发新能源，避免含S、N的氧化物大量排放
A．①②③
B．②③④⑤
C．①③⑤
D．①③④⑤
知识拓展
1．煤的结构模型
2．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），形成白色或浅兰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。
3．水华
水华是淡水中的一种自然生态现象，是由于水的富营养化引起藻类
（如蓝藻
、绿藻、硅藻等）的迅猛生长，水一般呈蓝色或绿色。淡水中“水华”造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。
4．赤潮
赤潮是由于海水中浮游藻类、原生动物或细菌异常增殖或聚集而引起海水变色的现象。实际上，赤潮并不一定都是红色的，它可因引发赤潮的生物种类和数量不同而呈现出不同颜色。
实验拓展
例1．如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。
资料一　石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。
资料二　石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。
某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图：实验过程中可观察到烧瓶中固体石蜡先熔化，试管Ⅱ中有少量液体凝结，试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管Ⅱ中液体气味，具有汽油的气味。
（1）该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为
，为保证实验成功，实验前必须进行的操作是
，装置中较长导管的作用是
。
（2）试管Ⅱ中少量液体凝结说明了
。
（3）试管Ⅲ中溶液褪色说明了
。
（4）能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴，理由是
。
（5）写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式
。
（6）石油裂化的重要意义是
。
例2．海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如下：
（1）请列举海水淡化的两种方法：
、
。
（2）步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的是
。
（3）步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是。
（4）某化学研究性学习小组为了了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料知：Br2的沸点为59
℃，微溶于水，有毒并有强腐蚀性。他们参观生产过程后，画了如下装置简图：
请你参与分析讨论：
①图中仪器B的名称是
。
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是
。
③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件？
。
④C中液体颜色为
。为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是
。
第二节
资源综合利用
环境保护参考答案与解析
素养整合
题序
答案
解析
1
D
煤经干馏得煤焦油等物质，而煤焦油是含多种芳香族化合物的复杂混合物，分馏时可生成并分馏得到苯、甲苯等，但煤本身不含有苯、甲苯。
2
B
将重油制成气态不饱和烃，应采取比裂化更高的温度才可以实现，即采用裂解的方法。
3
B
该题主要考查煤的成分及利用，煤是有机物和少量无机物组成的混合物，煤焦油是煤干馏的产物之一，不属于煤本身的成分，故选B项。
4
B
⑦潮汐是由地球自转引起的自然现象，⑧大脖子病是人体缺碘引起的，它们与环境污染无关。
5
D
总的看来，汽油、煤、沼气燃烧都会生成CO2、CO、C等物质，汽油不完全燃烧还能造成光化学烟雾，煤燃烧排出的SO2、NOx还能造成酸雨等。沼气燃烧主要是产生CO2，造成温室效应，污染较轻，因而属于较清洁能源。而氢气燃烧生成水，对空气无污染。
6
C
化石燃料燃烧排放到空气中的SO2是形成酸雨的主要原因。汽车尾气中产生的NOx、烃类可以导致光化学烟雾的形成。水华是水体富营养化的结果。温室效应主要是由于空气中CO2含量增多造成的，也与化石燃料的燃烧有关。
7
D
“绿色化学”力求副产品的“零排放”采用的是“预防污染”的手段，杜绝污染源。
8
A
将煤块粉碎，目的是使煤充分燃烧，提高煤的利用率；对煤进行脱硫处理，目的是减少煤燃烧过程中产生过多的SO2；将煤在适当过量的空气中燃烧，是使煤充分燃烧，减少CO的产生，减轻空气污染，但不会减少CO2的产生，无法避免“温室效应”。
9
C
“绿色化学”要求从经济、环保和技术三个方面设计可行的化学反应。从经济角度考虑，B项最不合算，除Mg外还用了三种试剂；D项不合算，用了两种较贵的试剂。从环保角度考虑，A、D两项分别产生了污染环境的氮的氧化物和SO2，B项也使用了会对环境造成污染的Cl2。从技术角度看，D项中Ba(NO3)2溶液的加入量较难控制。综上所述，可知只有C项符合“绿色化学”的要求。
10
C
绿色食品并不是指外观颜色为绿色的食品，根据这一点就可以排除③这一项，而在答案中不含③的，只有C选项。
11
C
煤、石油、天然气三大矿物燃料在地球上的蕴藏量是有限的，不是取之不尽的，A选项错误；煤主要含有碳元素，而不是碳和氢两种元素，B选项错误，C正确；石油是由古代动植物遗体在地壳中经过非常复杂的变化形成的，D中只说是由古代植物遗体形成，还有动物遗体，D选项错误。
12
B
思考时注意反应物和产物的物理、化学性质，考虑其是否会带来污染、是否额外消耗能量、是否有腐蚀性、毒性、爆炸危险以及成本等，注意采用对比的方法。在选项A、C、D的产物中有二氧化硫和氮氧化物，有毒且污染环境，硫酸和硝酸的利用率低。而B选项没有气体产物，无污染物排放，硫酸的利用率高。
13
B
绿色化学的研究重点有四个：一是选用对人类健康和环境危害小的、淘汰有毒的反应起始物(原材料)；二是选择最佳的反应(生产)条件，以实现最大限度地节能和零排放；三是研究最佳的转换反应和良性的试剂(含催化剂)；四是合成对人类健康和环境更安全的目标化合物(最终产品)。
14
D
煤是由多种无机物和有机物组成的复杂的混合物，是一种不可再生的化石燃料，A、B选项错误。SO2是一种酸性氧化物，其溶于水中的部分SO2和H2O发生反应生成H2SO3，也可被云雾吸收形成酸雨，C选项错误。
15
C
对出现的污染问题及时治理属于环境治理的范畴，不能体现绿色化学的内涵。
16
A
石油化学工业的原料是石油和天然气，A项错误；石油裂化既能提高汽油的产量又能提高汽油的质量，裂解是深度裂化，以获取化工原料乙烯、丙烯、丁烯为生产目的，B、C项均正确；烷烃裂解方式有两种，即断链和脱氢，D选项正确。
17
A
聚乙烯是混合物，没有固定的熔、沸点，B选项错误；聚乙烯塑料袋没有毒，能装食品，C选项错误；聚乙烯会造成白色污染，D选项错误。
18
A
由2H2S＋3O22SO2＋2H2O，产生二次污染物SO2；SO2是形成酸雨的主要物质；汽油不是污染物，汽油燃烧生成CO等，是一次污染物，故答案为A。
19
A
由于N2不是造成温室效应的气体，所以A选项错误。
20
D
煤的干馏产物有NH3，易溶于水而呈碱性，pH>7，同时还生成了煤焦油，它的主要化学成分为芳香族化合物，是难溶于水的黏稠液体。煤干馏的气体产物中的氢气、一氧化碳具有还原性，可以还原CuO，气体产物中的C2H4可使溴水褪色。
21
（1）CO＋2H2CH3OH（2）nCO＋（3）使煤变成清洁能源，提高煤的燃烧效率
根据题目中的信息，结合化学反应前后原子守恒写出方程式；优点是清洁和高效。
22
（1）酒精喷灯　烧杯（2）盛装冷水对蒸气进行冷却　粗氨水　煤焦油　氨　酚酞溶液　分馏（3）H2、CH4、CH2==CH2、CO　淡蓝
本题是关于煤干馏的实验，根据煤干馏的主要产品，b中得到的应是焦炭，c中得到的应是粗氨水和煤焦油，e处点燃的应是焦炉气。其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞溶液等检验；煤焦油主要是苯、甲苯、二甲苯的混合物，应用分馏的方法分离；焦炉气的主要成分有CH4、CO、H2、CH2===CH2，燃烧时呈淡蓝色火焰。
23
（1）C　（2）A　（3）A　此法节约煤，成本低　（4）C
（1）在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反应是CaO＋SO2===CaSO3、2CaSO3＋O2===2CaSO4，可见所涉及到的反应类型有化合反应、氧化还原反应、非氧化还原反应和非离子反应。（2）易错选B。主要是不清楚哪一个反应是第一步“固硫”反应。（3）有的学生误答石灰石粉末与含硫煤混合法更好。忽略了石灰石分解为CaO需消耗很高能量，浪费煤，使生产成本提高。（4）易错选A、B或D。错误的原因是不能正确应用已有知识来全面分析具体问题。把烟囱造高不能减少SO2的排放量；在土壤中施加石灰虽可中和酸雨造成的酸性，但不属于减少酸雨而采取的措施。
实验拓展
例1．
答案：
（1）从下往上，从左往右　检查装置的气密性　导气和冷凝气体
（2）裂化生成了碳原子数大于4的烃
（3）裂化生成了碳原子数小于5的烯烃
（4）不能，因为裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应
（5）C20H42C10H22＋C10H20
（6）可提高石油产品中轻质燃油，特别是汽油的产量和质量
例2．
解析：橡胶中含有碳碳双键，可以与溴发生加成反应而被腐蚀。
答案：
（1）蒸馏法　电渗析法　离子交换法及其他合理答案中的任意两种
（2）富集溴元素
（3）Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋SO＋2Br－　强酸对设备的严重腐蚀
（4）①冷凝管　②Br2腐蚀橡胶　③控制温度计b的温度，并收集59
℃的馏分　④深红棕色　分液(或蒸馏)
解析：仪器连接的顺序应遵循从下往上，从左到右的原则，装入药品之前要检查装置的气密性。依据石油分馏工业的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，兼起冷凝气体的作用；试管Ⅱ中有液体生成，说明生成4个碳原子数以上的烃，因为常温、常压下，4个碳原子数以上的烃大都呈液态，试管
Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色说明生成常温、常压下呈气态的5个碳原子数以下的烯烃；由于裂化产物中有烯烃生成，易与溴发生加成反应，所以不能用来萃取卤素单质；从以上变化可以看出，石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃油，特别是提高汽油的产量和质量。