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第二节资源综合利用环境保护1.了解煤、石油、天然气的组成及其综合利用。2.了解以煤、石油、天然气为原料生产合成材料。3.了解节约能源和防止污染的重要性。4.了解绿色化学的含义并体会绿色化学在化工生产中的重要性。一、煤、石油和天然气的综合利用1.煤、石油和天然气的组成:化石燃料组成煤煤是_______和少量_______的混合物,主要含碳元素,另外有少量_______________等元素天然气主要成分是_____石油由多种___________组成的混合物有机物无机物氢、氧、氮、硫甲烷碳氢化合物2.煤、石油和天然气的加工及利用:空气分解焦炉气煤焦油可燃性气体C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)高温燃料合成氨沸点链状3.以煤、石油、天然气为原料生产合成材料:(1)三大合成材料:三大合成材料是指_____、_________、_________,其生产原料主要是煤、石油、天然气。(2)合成高分子的反应①——加聚反应:①概念: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。例如:聚乙烯的生成塑料合成橡胶合成纤维加成单体链节聚合度②三个相关概念:小分子化合物最小重复结构单元链节的数目二、环境保护与绿色化学②1.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_________破坏,以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。生态环境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)寻找源头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:(1)核心:利用_________从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。(2)最高目标:原子利用率是_____,即反应物中的原子全部转化为期望的最终产物。化学原理100%【思考辨析】1.判断正误:(1)煤、石油和天然气是不可再生能源,也是新型清洁能源。()分析:煤、石油和天然气是不可再生能源,是传统能源,煤和石油燃烧时会产生大量污染物,不会是清洁能源。(2)把煤加强热使之分解的过程叫煤的干馏。()分析:在空气中直接加热煤会燃烧,煤的干馏是在隔绝空气的条件下加强热使之分解的过程。××(3)化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一。()分析:二氧化碳是空气的组成成分,含量过大时会引起温室效应,但不属于大气污染物。(4)天然气的主要用途就是作燃料。()分析:天然气在日常生活中主要作燃料,但在工业上主要作化工原料,如合成氨、生成甲醇等。(5)不能用裂化汽油萃取溴水中的溴。()分析:裂化汽油中含不饱和的烯烃,能与溴水中的溴发生加成反应,因此不能作萃取剂。××√2.问题思考:(1)高分子化合物聚乙烯的单体和链节的组成和结构都相同吗?分析:高分子化合物的单体是形成高分子化合物的小分子,链节是高分子中的重复的结构单元。聚乙烯的单体是乙烯(CH2＝CH2)分子,链节是“—CH2—CH2—”,二者组成相同,结构不同。(2)加成反应和加聚反应符合绿色化学的思想,且原子利用率是100%,正确吗?分析:正确,加成反应和加聚反应只有目标产物,无副产物,故原子利用率是100%,符合绿色化学的思想。【知识链接】①合成高分子的反应相对分子质量小的化合物(单体)分子互相结合成高分子化合物的反应叫聚合反应,聚合反应包括加成聚合反应(加聚反应)和缩合聚合反应(缩聚反应)。加聚反应是小分子的不饱和烃及其取代衍生物在加热和催化剂作用下,通过加成反应结合成高分子化合物的反应。缩聚反应是一种或多种较简单的化合物通过共同缩去一些小分子(如水、氨、卤化氢等),而彼此结合成高分子化合物的反应。②绿色化学绿色化学是指环境友好化学,不使用或很少使用有毒有害物质,不产生污染物。一、化学中的“三馏”和“两裂”1.化学“三馏”的比较:(1)干馏:①原理:隔绝空气、高温下使物质分解的过程。②特点:属于化学变化,产物是混合物。(2)蒸馏:①原理:根据液态混合物中各组分沸点不同,加热使某一组分蒸发进行分离。②特点:属于物理变化,产物是单一组分的纯净物。(3)分馏:①原理:根据液态混合物中各组分的沸点不同进行分离。②特点:属于物理变化,产物是沸点相近的各组分组成的混合物。2.化学“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,属于深度裂化获得短链不饱和烃【知识备选】化学“六气”的主要成分高炉煤气:CO、CO2;水煤气:H2、CO;天然气:CH4;液化石油气:C3H8、C4H10;焦炉气:H2、CH4、C2H4、CO;裂解气:C2H4、C3H6、C4H8、CH4【学而后思】(1)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?提示:煤是有机物和少量无机物构成的复杂混合物,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。(2)把石油裂解气通入溴水或酸性KMnO4溶液有何现象?提示:溶液褪色,因为石油裂解气中含不饱和烃,能使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色。二、六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环境问题主要污染物主要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,使人生病甚至死亡白色污染废弃塑料制品①在土壤中影响农作物吸收水分和养分,导致农作物减产②混入生活垃圾中难处理、难回收③易被动物当作食物吞入,导致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【知识备选】绿色化学的特点和原子经济性1.绿色化学的特点:(1)开发绿色反应,将原子利用率提高到100%。(2)使用无毒、无害、可再生的原料、催化剂、溶剂。(3)开发绿色工艺。(4)开发和生产绿色产品。2.原子经济:原子经济要求反应物的原子全部转变成期望的最终产物,原子利用率达到100%,也就是说在化学反应过程中不产生任何废物。化学反应的原子经济好坏用原子利用率来衡量。原子利用率=100%期望产物的总质量生成物的总质量【学而后思】(1)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。(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?提示:不符合。绿色化学的核心是利用化学原理从源头上消除或减少对环境的污染,即不产生或少产生污染物,而不是产生污染后再治理。类型一煤、石油和天然气的综合利用【典例】下列转化不属于煤或石油的综合利用的是()A.将煤干馏制得煤焦油和焦炭B.在一定条件下将煤转化为液体燃料C.将煤制成蜂窝煤作燃料D.将石油裂解制得乙烯等化工原料【解题指南】解答本题要注意以下两点:(1)煤的综合利用包括煤的干馏、液化和气化。(2)石油的综合利用包括石油的分馏、裂化和裂解。【解析】选C。A项煤的干馏和B项煤的液化属于煤的综合利用,而将煤制成蜂窝煤作燃料是为了使煤燃烧更充分,不属于综合利用,D项石油裂解属石油的综合利用,故选C。【误区警示】对煤气化和液化的理解煤的气化和液化不同于一般的物质的气化(物质由液态变为气态)和液化(物质由气态变为液态),煤的气化和液化发生了化学变化:(1)煤的气化是指煤在高温下与水蒸气发生反应生成一氧化碳和氢气的过程。(2)煤的液化是指煤与氢气在一定条件下反应生成甲醇的过程。【变式训练】下列关于化石燃料及其使用的一些说法中不正确的是()A.煤的气化是指将固态煤粉碎后高温下变为气态,以使煤燃烧时能与氧气充分接触而完全燃烧B.天然气除可用作清洁能源外,也可用于合成氨和生产甲醇等C.石油分馏得到的汽油和石油催化裂化得到的汽油其成分不相同D.化石燃料也是重要的化工原料,乙烯和苯就是分别来自于石油和煤的基本化工原料【解析】选A。煤的气化是将固态煤转化为可燃性气体的过程,主要反应化学方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),A项错误;天然气、煤和石油都是重要的化工原料,B、D项正确;直馏汽油的成分是烷烃,裂化汽油中含有不饱和烃,C项正确。高温【变式备选】下列说法正确的是()A.石油分馏获得的汽油是纯净物B.石油的裂化是物理变化C.煤干馏后可以得到粗苯D.石油的裂解可以得到氯乙烯【解析】选C。分馏是利用物质沸点不同来分离液体物质的方法,石油分馏时得到的每一种馏分仍为混合物,A错误;石油裂化是指在一定条件下将含碳原子数较多,相对分子质量较大的烃断裂为含碳原子数较少,相对分子质量较小的烃的过程,属化学变化,B错误;煤干馏可以得到粗苯、煤焦油等物质,C正确;石油是烃类物质的混合物,裂解产物仍然为烃,不会生成氯乙烯,D错误。类型二环境保护和绿色化学【典例】(2012·海南高考)化学与环境密切相关,下列有关说法正确的是()A.CO2属于大气污染物B.酸雨是pH小于7的雨水C.CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成D.大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧【解题指南】解答本题要注意以下两点:(1)二氧化碳不是大气污染物,但是却可以引起环境问题。(2)酸雨的成因与NO2或SO2有关。【解析】选D。常见的大气污染物有:颗粒物、二氧化硫、三氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、碳氢化合物等。二氧化碳不属于大气污染物,A项错误;酸雨是pH小于5.6的降雨,B项错误;酸雨是由氮的氧化物和硫的氧化物引起的,二氧化碳不会引起酸雨,C项错误;全球气温变暖的温室效应,城市中的热岛效应,还有海洋中的厄尔尼诺现象和拉尼娜现象等其产生都和二氧化碳的排放有关系,D项正确。【名师点评】讲解本题时应强调以下3点:(1)掌握引起常见环境污染的成因。(2)了解正常的雨水实际是碳酸的饱和溶液。(3)掌握常见酸雨的类型。【方法规律】酸雨形成的化学反应(1)酸雨形成多数由于化石燃料的燃烧:①含有硫的煤燃烧生成二氧化硫:S+O2SO2;②二氧化硫和水作用生成亚硫酸:SO2+H2O====H2SO3;③亚硫酸在空气中可氧化成硫酸:2H2SO3+O2====2H2SO4。点燃====(2)氮氧化物溶于水形成酸:雷雨闪电时,大气中常有少量的二氧化氮产生。①闪电时氮气与氧气化合生成一氧化氮:N2+O22NO;②一氧化氮不稳定,在空气中氧化成二氧化氮:2NO+O2====2NO2;③二氧化氮和水作用生成硝酸:3NO2+H2O====2HNO3+NO充电====【变式训练】在“绿色化学工艺”中,理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物,即原子利用率为100%。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是()①置换反应②化合反应③分解反应④取代反应⑤加成反应⑥加聚反应A.①②⑤B.②⑤⑥C.①④⑤D.②④⑥【解析】选B。化合反应、加成反应和加聚反应均只有一种产物,即反应物原子全部转化为欲制得产物,符合“绿色化学工艺”的要求,其他各反应反应物中的原子部分转化为欲制得的产物。【变式备选】下列做法中不符合“绿色化学”思想的是()A.以水性涂料代替油性涂料B.以无磷洗涤剂代替含磷洗涤剂C.实验后的有毒有害物质应分类收集、统一处理D.在通风橱中制氯气时不用NaOH溶液吸收尾气【解析】选D。油性涂料中含有有机溶剂,其挥发会造成大气污染。磷元素是营养元素,大量使用含磷洗涤剂会造成赤潮等水污染。有毒有害物质分类收集、统一处理,能够减少污染。在通风橱中制取Cl2,尾气不用NaOH溶液处理,会逸散到大气中造成大气污染。1.(双选)绿色能源是指使用时不会对环境造成污染和破坏的能源,下列属于绿色能源的是()A.煤、石油B.太阳能C.木材D.氢气【解析】选B、D。