高中化学必修二-第四章第二节资源综合利用-环境保护

第二节资源综合利用环境保护湖南桃源九中高一年级第一学年第二学期高一年级化学2第四章化学与自然资源的开发利用工业生产：大量原料能源产品废物污染环境资源的综合利用环境保护知识回顾一、化石燃料煤、石油和天然气都是古代经过一系列复杂变化而成的，它们是人们生活中经常使用的主要燃料，因此人们常称它们为燃料，是资源。二、煤、石油燃烧对环境的影响1、煤的燃烧对空气的影响煤燃烧时会排放出等气体和一些烟尘，它们都是大气的污染物。2、用石油作燃料，直接燃烧的是石油的加工产品——汽油、煤油、柴油等，它们燃烧时会排放出、、含化合物、未燃烧的化合物和烟尘等，它们都是大气的污染物。动植物遗骸化石不可再生SO2、NO2CO氮的氧化物铅碳氢迄今为止，煤、石油、天然气仍是人类使用的主要能源，同时它们也是重要的化工原料。如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料燃烧所造成的环境污染，是人类面临的重大挑战。一、煤、石油和天然气的综合利用1、煤的种类与组成煤的种类2．煤的元素组成：C、H、O、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(一)从煤、石油和天然气中获得基本化工原料4．煤的综合利用煤的综合利用主要是通过煤的干馏、煤的液化和气化，获得洁净的燃料和多种化工原料。（1）煤的干馏煤干馏的主要产品和用途干馏产品主要成分主要用途出炉煤气焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化工原料粗氨水氨、铵盐氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸药、染料、医药、农药、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚类、萘类染料、医药、农药、合成材料沥青筑路材料、制碳素电极焦炭炭冶金、合成氨造气、电石、燃料煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的有效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高。（2）煤的气化（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。高温C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)高温CO+2H2CH3OH（甲醇）一定条件5、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•nH2O,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”。你知道吗？6、石油的组成及其综合利用(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。石油分馏示意图分馏是分离提纯沸点相近的混合液体的一种方法，它实质上就是多次蒸馏。如石油的分馏。干馏、分馏和蒸馏的区别：干馏是固态物质隔绝空气加强热发生分解反应的过程，属于化学反应。如：煤的干馏。蒸馏是液态混合物在不需要隔绝空气情况下加热发生的液体气化再冷凝的过程。属于物理变化。（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。催化剂加热、加压催化剂加热、加压催化剂加热、加压乙烯、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。C16H34C8H18+C8H16催化剂加热加压C8H18C4H10+C4H8催化剂加热加压C4H10C2H6+C2H4催化剂加热加压C4H10CH4+C3H8催化剂加热加压（3）石油的催化重整①在加热和催化剂的作用下，使石油中的链状烃发生结构的重新调整而转化为环状烃的过程叫石油的催化重整。②石油的催化重整的目的：获取苯、甲苯等重要的基本化工原料，并提高汽油品质。25%产量提高(二)以煤、石油和天然气为原料生产合成材料由低分子（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。nCH3CH=CH2→〔CHCH2〕nCH3︱聚合反应加聚反应缩聚反应明确：单体、链节、聚合度单体聚合度链节nCH3CH=CH2→〔CHCH2〕nCH3︱OOnCH2OH-CH2OH+nHO─C─C─OH→O-CH2-CH2-O─C─C+2nH2OOOn二、环境保护与绿色化学当人类活动产生的污染物或某种能造成污染物质，进入环境的浓度或总量超越环境容量或环境自净的能力，从而导致环境质量下降及恶化的现象，就是环境污染。想一想：什么是环境污染呢？1998摩洛哥干旱羊上树沙尘暴:1986年4月,乌克兰基辅北部切尔诺贝利核电站4号反应堆爆炸,放射性物质大量外泻,造成31人死亡,237人受放射性伤害.根据村民的不完全统计，自1999年以来，西堤头村和刘快庄村各种癌症患者有232人，平均年龄51岁，最小的才7岁，已经死亡172人，其中肺癌、肝癌和肠癌的患病比例最高。两个村的总人口大约是1.3万，癌症发病率达到了178/万，是全国癌症平均发病率7/万的25倍多水华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。请看以下数据：•1．全世界每年消耗的化石燃料，２０世纪初不足１５亿吨，７０年代初达７０－８０亿吨．•２．人类每年都在制造成千上万种新化学品，有毒化学品已达４００万吨．南极企鹅体内也检验出滴滴涕,北极附近冰盖层,铅汞含量不断上升.污染到处存在,世界已无净土(一)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、来源分：化学污染、生物污染、物理污染（噪声、放射性、热、电磁波等）、固体废物污染、能源污染(二)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——绿色化学三、绿色化学与清洁生产绿色化学的核心是要利用化学原理从源头消除污染。绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，实现“零排放”。不仅充分利用资源，而且不产生污染；并采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂，生产有利于环境保护、社区安全和人身健康的环境友好产品。绿色化学化工的目标是寻找充分利用原材料和能源，且在各个环节都洁净和无污染的反应途径和工艺。对生产过程来说，绿色化学包括：节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，在生产过程排放废物之前减降废物的数量和毒性；对产品来说，绿色化学旨在减少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。%100生成物总质量期望产物的总质量原子利用率绿色化学绿色化学的核心之一：原子经济性最理想的“原子经济”：反应物中原子全部转化为期望的最终产物,实现”零排放”。即原子利用率100%.反应物反应产物反应过程绿色化学应用无毒无害的催化剂反应过程反应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请把左侧的化学物质与右侧的环境问题联系起来SO2、NO2氟利昂洗涤剂（生活污水）CO2温室效应水体富营养化（赤潮）酸雨臭氧层破坏白色污染塑料汽油空气中铅、CO超标思考与交流[课堂练习]1、某工厂利用铜屑制硝酸铜。你认为可以用哪些方法？哪种最好？利用铜屑制硝酸铜可以采用以下三种方法：铜与浓硝酸反应；铜与稀硝酸反应；铜与氧气反应后，再与硝酸反应。从原子经济性的角度考虑，从最大限度地减少废物的排放的角度考虑，采用铜与氧气反应后，再与硝酸反应的方法是最好的。2、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”（用铂、钯合金作催化剂）。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。（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式：（2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因（）（3）控制城市空气污染源的方法可以有a开发氢能源b使用电动车c植树造林d戴上呼吸面具abSO2转化为SO3，产生硫酸酸雾