(共73张PPT)
第二节
资源综合利用、环境保护
(第一课时)
学习目标:
了解化学在资源综合利用及环境保护方面的作用和意义。
重点:
1、煤、石油、天然气的综合利用,特别是石油的利用。
2、通过环境保护和绿色化学的有关知识,使学生加强环保意识并培养绿色化学的理念。
一、煤、石油和天然气的综合利用
(一)从煤、石油和天然气中获得基本化工原料
1、煤的组成及其综合利用
无机物
有机物
C
元素—大量
H
、N、S、O等元素—
少量
Si
、Al、
Ca、
Fe
污染环境
COx
NOx
SO2
烟尘
煤的组成
(1)煤的组成
煤的成分
以煤为原料,通过哪些途径,可以获得洁净的燃料和多种化工原料,来实现煤的综合利用?
途径:煤的干馏
、煤的气化和液化
①煤的干馏
将煤隔绝空气加强热使其分解的过程,叫做煤的干馏
煤干馏的产物有哪些?
(2)煤的综合利用
焦炉煤气、煤焦油、焦炭、粗氨水
煤干馏的主要产品和用途
②煤的气化和液化
煤的气化原理
:
有机物转化为可燃气体,主要反应为
C(s)+H2O
(g)
CO(g)
+
H2
(g)
煤的液化原理:直接液化、间接液化。
如:CO+2H2
CH3OH(甲醇——常温下为液体,可以
燃烧,还可代替汽油作内燃的燃料。)
在石油资源日益减少的情况下,煤的液化具有十分诱人的前景。
直接液化:煤与氢气生成液体燃料
间接液化:煤----CO+H2-----甲醇
煤气储气柜
煤碳煤气化炉
宜昌煤制气厂
等离子体辅助煤汽化装置
煤液化
装置
纳米级煤液化油
煤
液化烘干机
液化氣罐
煤氣灶
2、天然气的组成及其综合利用
天然气主要成分:甲烷。
天然气的主要用途:化石燃料、化工原料。
作为化工原料:合成氨、生产甲醇、合成多个碳原子的有机化合物。
[阅读]课本P96
资料卡片——甲烷水合物
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
俄天然气管道通向中国
德国天然气汽车
天然气灶
液化天然气公交车
[例题]最近,新华社的一条消息中披露:我国南海海底发现巨大的“可燃冰”带,能源总量估计相当于中国石油总量的一半;而我国东海“可燃冰”的蕴藏量也很可观……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶体(CH4·H2O).请结合初中化学知识回答下列问题:
(1)下列说法中正确的是(填序号)________.
A.CH4·H2O晶体中水是溶剂?
B.CH4·H2O的组成元素有3种
C.CH4·H2O中CH4和H2O的质量比为1:1?
D.可燃冰能燃烧,说明水具有可燃性?
(2)可燃冰的发现为我国在新世纪使用高效新能源开辟了广阔的前景.你认为能开发利用
的新能源还有(至少填写二种)___________,_______________.
B
太阳能、生物能、风能、地热能、氢能源等
3、石油的组成及其综合利用
(1)石油的成分:
由多种碳氢化合物组成的混合物
按元素来看:碳、氢含量为97%——98%
按物质来看:烷烃、环烷烃、芳香烃的混
合物
渤海石油平台
⑵石油的炼制:
原油成分复杂,还含有水和氯化钙、氯化镁等盐类。原油必须先经过脱水、脱盐等处理过程,才能进行炼制。
经过脱水、脱盐的石油主要是烃类的混合物,因此没有固定的沸点。
分馏——利用原油中各成分沸点不同进行分离
的过程。
蒸馏装置
石油分馏主要在分馏塔中进行,通过分馏可以
获得
、
、
等轻质油。
汽油、煤油、柴油
裂化——在一定条件下,把分子量大、沸点高的
烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。
规律:生成等量的烷烃
与烯烃
。
裂化所用的原料:
;
裂化的产物:
等;
石油裂化的产品再经过进一步
,
可以获得很多重要的化工原料。
重油
轻质液体燃料
裂解
重整:在加热和催化剂作用下,可以通过结
构的重新调整,使链状烃转化为环状
烃。
图4-6原油的分馏及裂化产品用途示意图
石油的炼制(归纳)
总之,煤、天然气和石油的综合利用意义非常大,我们熟悉的塑料、合成橡胶、合成纤维这三大合成材料,都是以煤、天然气和石油为原料生产的。
[展示]
生活中常见的塑料和合成纤维的样品和图片:
(泡沫塑料)
(合成纤维)
(二)以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
聚乙烯是当今世界上产量最大的塑料产品,它有着广泛的应用。
图4—7
聚乙烯颗粒
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
CH3
COOCH3
酚醛塑料
单体:
苯酚、甲醛
聚四氟乙烯
单体:
CF2=CF2
1、聚乙烯的生成原理:
CH2
=CH2
CH2
=CH2
CH2
=CH2
+
+
+
……
—CH2—CH2—
+
—CH2—CH2—
+
—CH2—CH2—
+
……
[
CH2—CH2
]n
nCH2=CH2
[
CH2—CH2
]n
催化剂
(聚乙烯)
nCH2=CH2
[
CH2—CH2
]n
催化剂
聚合反应:由相对分子质量小的化合物分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应。
又该反应属于乙烯的加成反应,所以这种聚合反应又叫加成聚合反应,简称加聚反应。
2、高分子化合物及其特征:
在聚乙烯高分子化合物中,
为单体,重复结构单元
称为链节,n为
——表示高分子化合物中所含链节的数目。
乙烯
—CH2—CH2—
聚合度
问题:你还知道哪些高分子化合物是通过加聚
反应制得的?
见课本P98第二小段
了解聚合反应中的缩聚反应。
”
阅读课本P98
“资料卡片”
[思考]
前面学过的基本营养物质中,有
哪些是高分子化合物?
淀粉、纤维素和蛋白质。
(注意:油脂不属于高分子化合物)
从你对高分子化合物性质的了解,完成P99“思考与交流”所提出的问题。
图4-9塑料制品的回收与利用
聚乙烯及聚丙烯与白色污染有关系,同学们爱护环境,不乱丢塑料垃圾。
[总结]
化石燃料的使用既给予了人们方便,推动了人类的文明,同时也造成了环境的污染。我们应辨证地认识发展生产和治理环境的关系。化石燃料是不可再生的资源,寻找新的能源是有待解决的问题。
一美元石化原料加工到合成材料可增值8美元(塑料为
5美元,合成纤维为10美元),如加工到精细化学品和
消费品,则可增值106美元,如果再加上医药染料等其
他工业,其增值空间更大。
【典型例题】
1、下列说法中正确的是
(
)
A.煤属于有机化合物
B.在物质变化类型上,煤的干馏过程包含了物理变
化和化学变化
C.煤中含有大量的苯等芳香烃,煤是芳香烃的主要
来源
D.煤的气化和液化属于煤的综合利用
BD
2、下列关于石油加工的叙述中,不正确的是(
)
A.石油分馏所得的馏分是一种具有固定熔沸点的纯净物
B.石油裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量
C.石油裂解气通过溴水溶液,溴水褪色
D.石油在催化剂的作用下加热,可以使链状烃转化为环状烃(如苯、甲苯)
A
3、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(CNG),另一类是液化石油气(LPG)。这两类燃料的主要成分是
(
)
A.碳水化合物?
??????
B.碳氢化合物
??
?
C.氢气??
?
D.醇类
B
4、液化石油气燃料已普遍进入现代家庭的厨房中,它的主要成分是烷烃和烯烃系列混合物,现将各物在一个大气压下的沸点分别列表如下:
名
称
沸点
乙烷
丙烷
丁烷
戊烷
乙烯
丙烯
丁烯
戊烯
沸点(℃)
-161.7
-88.6
-42.2
-0.5
36.1
-102.4
-47.7
-6.5
30.1
请回答:(1)有人发现液化石油气用完后,残留在钢瓶内的液体能溶解油脂,就将它倒出来作洗涤剂,洗涤物件的油泥,这种废物利用的做法是否可取,为什么?
答:不可取。从表中可知,在常温下未能汽化的残液主要是沸点相对较高的戊烷和戊烯。此两物在空气中较易挥发成气体,当这些气体在室内达到一定比例后,如遇明火,就会发生火灾。
5、(2006年广东)利用合成气(H2+CO)生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化,合成气也可转化成醛、酸、酯等多种产物。下列表述正确的是
(
)
①以合成气为原料的反应都是化合反应
②改变合成气中CO与H2的体积比,可以得到不同产物
③合成气的转化反应需在适当的温度和压强下通过催化完成
④从合成气出发生成液态烃或醇类有机物是实现“煤变油”的有效途径
⑤以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水
A.①②④
B.②③④
C.②④⑤
D.③④⑤
B
第二节
资源综合利用、环境保护
(第二课时)
二、环境保护与绿色化学
优美的环境
工厂排放的有害气体
被污染的小河
知识回顾
1、通常所说的三废是指
、
和
。
2、绿色食品是指
的食品。
3、白色污染是指
。
是人们对难降解的塑料垃圾污染环境的一种形象称谓。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品使用后被弃置成为固体废物,由于随意乱丢乱扔,难于降解处理,以致造成城市环境严重污染的现象。
所以现在提倡不用或少用难降解的塑料包装物,购买东西时最好自备工具,减少它的使用。
二、环境保护与绿色化学
1、环境问题的含义:
工农业生产和人类活动排放的物质超过了
环境的自净能力,环境质量就发生不良变化,
危害人类健康和生存。
2、保护环境工作者当前的任务:
(1)对环境情况的监测
(2)三废的治理
(3)寻找源头治理环境污染的生产工艺等
3、环境污染的分类
:
(1)按环境要素分:大气污染、水体污染、
土壤污染;
(2)按人类活动分:工业环境污染、城市环境
污染、农业环境污染;
(3)按造成污染的性质分:化学污染、生物污
染、物理污染、固体废弃物污染、能源污染。
请同学们阅读本节(第二课时)教学案中有关:
[4——6]大气、水、居室污染的来源、危害
及治理(或防治措施)内容。
完成P101
7、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
8.绿色化学理念(预防优于治理)
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,实施清洁生产。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。
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%
绿色化学又称环境无害化学,环境友好化学,清洁化学。
它要求任何一个化学有关的活动(包括化学原料的使用、
化学和化学工程以及最终产品)对人类健康和环境应该是
友好的。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质,
不再产生废物。从科学观点看,绿色化学是化学科学基础
内容的更新;从环境观点看,它强调从源头上消除污染;
从经济观点看,它提倡合理利用资源和能源,降低生产
成本,这是符合可持续发展要求的。
绿色化学:
1、防治污染的产生优于治理产生的污染
2、原子经济性(设计的合成方法应将反应过程中所用的
材料,尽可能全部地转化到最终产品中)
3、只要可行,应尽量采用对人类和环境低毒或无毒的合成
路线
4、应尽可能避免使用辅助物质(如溶剂、分离试剂),如
使用也应是无毒的
5、设计的化学品应能保留其功效,降低其毒性
6、应考虑到能源消耗对环境和经济影响。并应尽量少地
使用能源(在常温、常压下进行)
7、只要技术和经济上可行,原料应是可再生的,而不是
即将耗竭的
8、尽量避免不必要的衍生步骤(阻断基团、保护和
脱保剂等)
9、催化剂(尽可能好的选择性)优于化学剂量性试剂
10、化工产品在完成其使命后,应能降解为无害的物质,
而不应残留在环境中
11、应进一步发展分析方法,使有害物质在生成前能够进
行即时在线跟踪和控制
12、在化学转换过程中,所选用的物质和物质的形态尽
可能地降低发生化学事故的可能性(包括泄露、爆炸、火灾)
乙烯生产环氧乙烷
100%
25.4%
地球人的行动:
1、开发“绿色资源”是当今世界上工业化国家
开源节流、化害为利和保护环境的重要措施。
2、兴建“绿色建筑”是人们崇尚自然、回归自
然的一种潮流。
3、吃“环境餐”,以间接保护自然环境而且有
益于身体健康。
增强全球的环境意识,保护和合理
利用土地、矿藏、森林、水等自然
资源,努力改善生态环境。
2月02日:国际湿地日
3月22日:世界水日
4月22日:地球日
5月31日:世界无烟日
6月05日:世界环境日
6月17日:世界防治荒漠化和干旱日
7月11日:世界人口日
9月16日:国际保护臭氧层日
10月4日:世界动物日
10月16日:世界粮食日
12月29日:国际生物多样性日
世
界
环
境
日
把保护生态环境看成自己的神圣使命,正成为世界上越来越多人的共识。请看
---
6月5日世界环境日-世界环境日主题:
1998年“为了地球上的生命—拯救我们的海洋
”
1999年为了地球上的生命—拯救地球就是拯救未来
2000年“2000环境千年—行动起来吧”
2001年“世间万物,生命之网”
2002年“让地球充满生机”
2003年“水—20亿人生命之所系”
2004年
“海洋兴亡、匹夫有责”
2005年
“营造绿色城市,呵护地球家园”
2006年
“莫使旱地变荒漠”
?
?
保护环境
从我做起
杀人雾
空气污染最典型的事件是50年代伦敦的冬季烟雾污染,4天夺走4000多条人命。过后的两个月中,又陆续有8000多人死亡。
时至1952年,伦敦仍用煤发电,距市中心不远有许多工厂,居民家庭用煤取暖,蒸汽机车拖着列车穿梭于伦敦和各大城市之间,对卡车和小汽车尾气污染也不加控制。这些污染源产生大量的碳、硫化物以及其它的化学烟雾漂浮在空气中。12月5日一场浓雾笼罩着伦敦,空气中的污染物与雾混合在一起,彼此产生化学反应。4天后污染浓度增强了10倍,毒性加强。
12月7日市中心能见度降低到5米以下,因而被称为“黑暗的星期日”,汽车无法行驶,泰晤士河上的船也无法航行。烟雾进入了莎士比亚剧场,舞台无法看清,因此正在上演的歌剧《茶花女》演到第一幕结束就被迫中止。
12月10日大雾散去,4000人死亡,其中大部分是老人,感染支气管炎和有关肺部疾病的患者达数千人。
日本水俣病事件:
从1949年起,位于日本熊本县水俣镇的日本氮肥公司开始制造氯乙烯和醋酸乙烯。由于制造过程要使用含汞(Hg)的催化剂,大量的汞便随着工厂未经处理的废水被排放到了水俣湾。1954年,水俣湾开始出现一种病因不明的怪病,叫"水俣病",患病的是猫和人,症状是步态不稳、抽搐、手足变形、神经失常、身体弯弓高叫,直至死亡。经过近十年的分析,科学家才确认:工厂排放的废水中的汞是"水俣病"的起因。汞被水生生物食用后在体内被转化成甲基汞(CH3HCl),这种物质通过鱼虾进入人体和动物体内后,会侵害脑部和身体的其他部位,引起脑萎缩、小脑平衡系统被破坏等多种危害,毒性极大。在日本,食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼虾人数达数十万。
1、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
【典型例题】
C
2、下列制取乙醇的反应中,符合绿色化学观念,原子经济性最强的是
(
)
A、CH2=CH2
+
H2O→CH3CH2OH
B、CH3COOC2H5
+
H2O→CH3COOH
+
CH3CH2OH
C、CH3CH2Br
+
H2O→CH3CH2OH
+
HBr
A