【高中化学必修2第四章】第二节 资源综合利用-环境保护

2020年2月25日星期二废气、废水、废渣煤、石油和天然气仍然是人类使用的主要能源，也是三种重要的化石燃料优点:提供能量、化工原料缺点:不可再生、环境污染1、煤的种类与组成一、煤的综合利用50～60％泥煤50～70％褐煤70～80％烟煤95％无烟煤含C的质量分数煤的种类(2)煤的元素组成：C、H、N、S等(3)煤的成分：多种有机物和无机物所组成的复杂混合物无烟煤泥煤褐煤(1)煤的种类组成元素:主要是碳元素；（还有少量的H、O、N、P、S、卤素等）组成成分：是由多种有机物、无机物组成的复杂混合物。煤的生成_标清.flv煤的结构模型无机物(少量)有机物C元素—大量H、O、N、S等元素—少量无机盐等污染环境COx、NOx、SO2烟尘煤的组成1、煤的组成煤的综合利用煤的干馏煤的气化煤的液化获得洁净的燃料和多种化工原料——物尽其用，保护环境煤直接作燃料——利用率低并污染环境煤的干馏实验装置图实验装置1实验装置22、煤的综合利用（1）煤的干馏①煤的干馏原理：(2)煤的干馏•煤干馏的产物有哪些？把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。表4-2煤干馏的主要产品和用途煤干馏的主要产品和用途【想一想1】从煤焦油中分离出芳香烃,应采用什么方法?答案: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,利用分馏法进行分离。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(3)煤的液化•在一定条件下将煤转化为液体燃料——又称人造石油，可继续精制成汽油、柴油、液化石油气、甲醇。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。将煤转化液体燃料的过程。分为直接液化和间接液化。（3）煤的液化：C(s)+H2OCO(g)+H2(g)高温CO+2H2CH3OH（甲醇）一定条件如：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天然气的组成及其综合利用天然气主要成分是甲烷。天然气是一种清洁燃料，可以直接用作燃料。天然气更是一种重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇及分子内含两个或两个以上碳原子的其他有机化合物。甲烷水合物是由甲烷和水在高压（100大气压或10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质，可表示为CH4•8H2O,甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。甲烷水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可以象酒精块一样被点燃，故也有人叫它“可燃冰”。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石油分馏示意图比较蒸馏、分馏、干馏蒸馏分馏干馏操作过程原理目的加热和冷凝加热和冷凝隔绝空气加强热物理变化物理变化复杂的物理变化和化学变化分离精炼加工煤25%产量提高聚氯乙烯塑料聚乙烯塑料聚丙烯塑料聚苯乙烯塑料合成纤维纤维天然纤维化学纤维棉花羊毛木材草类合成纤维：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：“六大纶”、碳纤维、光导纤维等）人造纤维：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如黏胶纤维等合成纤维橡胶天然橡胶合成橡胶通用橡胶特种橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶聚硫橡胶硅橡胶4、聚乙烯与高分子化合物（1）聚乙烯的生成CH2=CH2CH2=CH2CH2=CH2+++……[CH2—CH2]nnCH2=CH2[CH2—CH2]n聚乙烯（2）高分子化合物及其特征相对分子质量很大,是混合物,无固定的熔沸点。nCH2=CH2[CH2-CH2]n催化剂聚乙烯塑料nCH=CH2[CH-CH2]n催化剂CH3CH3聚丙烯塑料聚苯乙烯塑料[CH–CH2]nCH=CH2n催化剂(n为聚合度)（单体）练习：氯乙烯、2—丁烯的加聚反应方程式加聚反应•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。•此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。塑料、合成橡胶、合成纤维综合利用的意义：物尽其用、保护资源，创造出更多产品聚丙烯：单体：CH2＝CHCH3聚苯乙烯单体：CH2＝CHC6H5聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）单体：CH2＝CCH3COOCH3酚醛塑料单体：苯酚、甲醛聚四氟乙烯单体：CF2＝CF2科学视野：壁虎的脚与胶黏剂白色污染1.由于合成材料的广泛应用和发展，一些塑料制品带来的环境污染就是“白色污染”。2.白色污染的危害；3.白色污染的治理：（1）废弃塑料的再利用（如直接作为材料、制作单体和燃料油、制作气体等）；（2）制造易降解材料；（3）超市塑料袋有偿使用。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环境保护与绿色化学1、了解常见的环境污染问题及其危害。2、理解绿色化学的核心，掌握原子利用率的计算。没有被污染的环境多么赏心悦目！蓝绿绿绿这是多么撩人的自然美景！然而，如今的地球正在遭受着前所未有的灾难：被污染的小河乱扔导致的污染焚烧垃圾烟蹿15米工厂排放的烟尘河水污染导致大量鱼类死亡美人已远去，现代版的“沉鱼落雁闭月羞花”让我们看到了现实中环境的不堪，重重地敲响了环境保护的警钟！人类保护伞的洞——臭氧层被破坏空中死神——酸雨全球变暖——温室效应光化学烟雾无形杀手——居室污染（1）.大气污染PM2.5－雾霾大气污染光化学烟雾美国洛杉矶光化学烟雾事件130218早安江苏_标清.flv酸雨的危害雾霾臭氧层空洞思考与交流:P1011、硫氧化物和氮氧化物是形成酸雨的主要物质。工业上常利用它们与一些廉价易得的化学物质发生反应加以控制、消除或回收利用。请举例说明这些方法的化学反应原理和类型。酸雨是指PH≤5.6的酸性降水，其主要成分是硫酸和硝酸，属于严重的大气污染现象，会区域性或随风漂移形成对土壤肥力、森林、水生动植物和建筑物等的大范围危害。酸雨主要是由化石燃料的燃烧、金属矿物的冶炼、生产和使用硫酸、硝酸的工厂等排放的硫氧化物和氮氧化物所造成的。利用化学方法可以控制硫和氮氧化物，进而控制酸雨等危害。例如：针对我国以煤炭为主、酸雨类型属于硫酸型的特点，主要采取燃料预脱煤、炉内脱硫和烟囱排气除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3、水等吸收脱硫。CaO+SO2====CaSO32CaSO3+O2====2CaSO4SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO3800℃800℃再如，机动车辆的尾气排放也同样需要控制，其中的氮氧化物还是光化学污染的主要成因，它比硫氧化物的消除难度大，一般采用CH4、H2、NH3等在Pt、Pd等催化作用下是氮氧化物还原，转化为N2、CO2、H2O等无害气体。CH4+4NO2======4NO+CO2+2H2OCH4+4NO======2N2+CO2+2H2OPt400~500℃Pt400~500℃（2）、水污染：来自工业废水、生活废水(无机物,重金属盐类,营养物有机物,洗涤剂,石油)·水体富营养化（N、P、K、S的化合物）·（生活污水、农田排水、化肥、合成洗涤剂、工业废水引起藻类、浮游生物暴发性繁殖——赤潮、水华）水污染海洋污染2、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”的次生代谢产物能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。思考与交流:P101水华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。返回思考与交流:P1012、含氮、磷的大量污水任意排向湖泊、水库和近海海域，会出现水华、赤潮等水体污染问题。你认为在农村和城市造成的这种水体污染各有什么特点，并请查阅资料了解有关的污染及治理情况。重金属污染：如汞、镉、铅、铬、砷猫自杀事件——水俣病（汞污染）骨骼畸形变脆——骨痛病（镉污染）智力发展隐性杀手——铅污染（3）、废渣污染来自工业垃圾、生活垃圾白色污染、废旧电池固体废弃物污染废电池对环境的危害•电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。“痛痛病”是因镉中毒引起的。•有关资料显示：•一粒钮扣电池能污染60万升水（这是一个人一生的用水量）。•一节一号电池埋在地里，能使１平方米的土地失去使用价值。•中国电池的年产量180多亿只，占世界电池总产量的30％以上，年消费量达70－80亿只，但回收率却不足２％。减少污染节约资源白色污染天通苑居民受垃圾烟困扰2004年4月7日—朝阳公园2006年4月17日北京海淀我为环保做什么？二、环境保护与绿色化学•当今化学工作者面临的重要任务：（1）对环境情况的检测二、环境保护与绿色化学•当今化学工作者面临的重要任务：（2）三废的治理（3）寻找源头治理环境的生产工艺要较好地完成这些任务，都离不开化学知识。废气（化学燃料燃烧及工厂废气）废水（工业废水、生活废水等）废渣（工业垃圾、生活垃圾等）二、环境保护与绿色化学（1）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。3、绿色化学（防治优于治理）[思考问题]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？提示：不符合。绿色化学的核心是从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，而不是产生污染再消除。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。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。从学科观点看：是化学基础内容的更新。（改变反应历程）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）二、环境保护与绿色化学（2）原子经济：反应物的原子全部转化为期望的最终产物，也就是原子利用率为100%。3、绿色化学理念（防治优于治理）应用无毒无害的催化剂反应过程反应物反应产物艺工产生的全安提高能源的利用率无毒无害原料可再生资源原子经济性反应高选择性反应环境友好产品（安全、能降解、可再利用）应用无毒无害的溶剂绿色化学示意图二、环境保护与绿色化学3、绿色化学理念（防治优于治理）（3）原子利用率=生成物的总质量期望产物的质量×100%=生成物的式量之和预期产物的式量×100%3、绿色化学乙烯生产环氧乙烷（1）试计算两种生产工艺的原子利用率各是多少？【方法一】原子利用率===m(C2H4O)m(C2H4O)＋m(CaCl2)＋m(H2O)×100%181114444×100%==25.4%【方法二】原子利用率===100%（2）举出其他原子利用率为100%的化学反应类型的实际例子例如：乙烯的水化反应制乙醇：CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH反应中，原子利用率==100%（3）原子利用率与产率相同吗？答：不相同。产率==产品的实际产量产品的理论产量×100%•保护环境从我做起“立此存照，过几年再来，希望水更干净清澈。”2015年新年，习近平在洱海考察。新华社记者鞠鹏摄十八大以来，习近平对绿色发展理念进行了系列阐述，升华了中国环保“思想观”、“实践观”、“系统观”、“全球观”。讨论：作为一名中学生，你能为环保做些什么？可点击从身边做起！行动起来，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。环境污染——人类的灾难_标清.flv1．“绿色化学”是指从技术、经济上设计出可行的化学反应，尽可能减少对环境的副作用。下列化学反应中不符合绿色化学理念的是()A．除硫酸厂尾气：SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3