【优化方案】2016版高中化学 第四章 化学与自然资源的开发利用 第二节 资源综合利用 环境保护学案

1第二节资源综合利用环境保护[学习目标]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。知识点一煤、石油和天然气的综合利用►自主探究自主学习探究归纳阅读教材P95～P100，思考并填空1．煤、石油和天然气的组成化石燃料组成煤有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，另外有少量氢、氧、氮、硫等元素天然气主要成分是甲烷石油由多种碳氢化合物组成的混合物2.煤、石油和天然气的加工及利用23．以煤、石油、天然气为原料生产合成材料(1)三大合成材料：①塑料；②合成橡胶；③合成纤维。(2)合成高分子的反应——加聚反应①定义：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加成反应，形成相对分子质量巨大的高分子化合物的反应。②相关概念单体——生成高分子化合物的小分子化合物。链节——高分子化合物中的最小重复结构单元。聚合度——高分子化合物中所含的链节的数目。例如：聚乙烯的生成自我测评►———————————————————(做一做)1．判断正误：(1)石油的分馏、裂化、裂解都属于化学变化。(×)分析：石油的分馏属于物理变化，利用的原理是物质的沸点不同，其他为化学变化。(2)石油的裂化是根据石油中各组分的沸点的不同进行分离，从而获得裂化汽油。(×)分析：石油的裂化是将含碳原子数较多，沸点较高的烃断裂为含碳原子数较少，沸点较低的烃的过程。(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。2．思考：(1)高分子化合物聚乙烯2—CH2的单体和链节的组成和结构都相同吗？提示：不同。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)能否用裂化汽油萃取溴水中的溴单质？提示：不能。裂化汽油为饱和烃和不饱和烃的混合物，不饱和烃可以与溴水发生加成反应，无法达到萃取溴的目的。[认知总结]化学中的“三馏”和“两裂”1．化学中“三馏”的比较名称原理特点干馏隔绝空气、高温下使物质分解的过程属于化学变化，产物为混合物蒸馏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属于物理变化，产物为单一组分的纯净物分馏根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离属于物理变化，产物为沸点相近的各组分组成的混合物2.化学中“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特别提醒(1)煤干馏时一定要隔绝空气，目的是防止煤在空气中燃烧。3(2)由于石油中有些物质的沸点很接近，所以每种石油的馏分仍然是多种烃的混合物。(3)因为裂解气中含有烯烃，因此把裂解气通入溴水或酸性KMnO4溶液中，二者均会褪色。(4)直馏汽油和裂化汽油的成分不同，性质有明显的区别，直馏汽油的成分为饱和烃，裂化汽油为饱和烃和不饱和烃的混合物，故裂化汽油可以发生加成反应，可使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色。►讲练互动典例剖析题组训练[典例剖析]下列有关石油和煤的利用叙述不正确的是()A．煤的干馏就是将煤隔绝空气在高温条件下使之分解，得到焦炭、煤焦油等物质的过程B．煤的液化就是将煤转化成甲醇等液态物质的过程C．煤的气化就是将煤在高温条件下由固态转化为气态的物理变化过程D．石油通过催化裂化或裂解，可以获得碳原子数较少的轻质油[解析]A项，煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，煤的干馏产品有焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等；B项，煤的液化是将煤转化为液体燃料(如甲醇等)的过程；C项，煤的气化是将煤转化为气体燃料(如CO、H2)的过程，为化学变化；D项，石油的催化裂化与裂解原理相同，都是将相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃的过程，从而获得轻质油。[答案]C[题组训练]题组一煤的干馏与石油的分馏1.对如图所示的变化叙述错误的是()A．右图所示实验中发生了化学变化B．液体X的pH7，Y是一种黑色黏稠状液体C．气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴的四氯化碳溶液褪色D．液体Y是一种纯净物解析：选D。煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，它发生了复杂的物理、化学变化，A项正确；煤的干馏产物中有气体(焦炉气)、液体(煤焦油、粗氨水)、固体(焦炭)，B项正确；焦炉气的主要成分有氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳等气体，C项正确；煤焦油是含有许多芳香族化合物的复杂混合物，D项错误。2．下图是石油分馏塔的示意图，a、b、c三种馏分中()A．a的沸点最高B．b的沸点最低C．c的平均相对分子质量最大4D．每一种馏分都是纯净物解析：选C。石油分馏得到的每一种馏分都是混合物，沸点最低的最先蒸出，故a、b、c三种馏分中，a馏分的沸点最低，c馏分的沸点最高，沸点最高的馏分含碳原子数最多，即平均相对分子质量最大。题组二石油、煤的综合利用3．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。知识点二环境保护与绿色化学►自主探究自主学习探究归纳阅读教材P100～P102，思考并填空1．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生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。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：工业三废是指废水、废气、废渣，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：杜绝污染物的排放，能从根本上解决环境问题。3．绿色化学(1)核心：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。(2)最高目标：原子利用率是100%，即反应物中的原子全部转化为期望的最终产物。自我测评►———————————————————(做一做)1．判断正误：(1)绿色化学的含义是对污染物进行治理。(×)分析：绿色化学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，而不仅是对污染物进行冶理。(2)加成反应和取代反应中，反应物原子利用率均达到100%。(×)分析：加成反应和加聚反应只有目标产物，无副产物，故原子利用率为100%，符合绿色化学的思想；但取代反应副反应多，有副产物，反应物的原子利用率达不到100%。2．思考：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。[认知总结]1.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”5“原子经济”要求反应物的原子全部转变成最终产物，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＝期望产物的总质量生成物的总质量×100%。特别提醒绿色化学提出的目标和任务不是被动地治理环境污染，而是主动地防止环境污染。只有从根本上切断污染源，才能真正做到保护环境。2．六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►讲练互动典例剖析题组训练[典例剖析]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[解析]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。[答案]D[规律方法]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＋O2=====点燃SO2；②二氧化硫和水作用生成亚硫酸：SO2＋H2OH2SO3；③亚硫酸在空气中可氧化成硫酸：2H2SO3＋O22H2SO4。(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：6N2＋O2=====放电2NO；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[题组训练]题组一环境保护1．化学与环境保护、工业生产、生活等密切相关。下列说法不正确的是()A．PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物。PM2.5比胶体粒子小，因其比表面积大，故可吸附含有铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的重金属离子，入肺后对人体产生很大的危害B．富含氮、磷的生活污水不能排放到河中，也不能直接用于农田的灌溉C．大力实施矿物燃料“脱硫、脱硝技术”，可以减少硫的氧化物和氮的氧化物对环境的污染D．14C可用于文物的年代鉴定，14C和12C互为同位素解析：选A。A.砷是非金属，A不正确；B.富含氮、磷的生活污水容易形成赤潮或水华，所以不能排放到河中，也不能直接用于农田的灌溉，B正确；C.大力实施矿物燃料“脱硫、脱硝技术”，可以减少硫的氧化物和氮的氧化物对环境的污染，C正确；D.14C可用于文物的年代鉴定，14C和12C的质子数相同，而中子数不同，二者互为同位素，D正确。2．某校高一研究性学习小组将造成我省某市空气污染的主要原因分为以下四种：A．燃烧农作物秸秆B．燃烧含硫煤C．粉尘污染D．机动车尾气污染并就造成该市空气污染的最主要原因调查了该市100名市民和100位环保部门人士。调查结果如下图所示：(1)调查结果显示：该市市民认为造成空气污染的最主要原因是__________(填序号，下同)，环保人士认为造成该市空气污染的最主要原因是________________。(2)调查结果说明市民对造成空气污染的最主要原因认识不足。该最主要原因造成的大气污染的主要有害成分是______________，空气中该成分含量较高时，在空气中的氧气和水的共同作用下，会形成酸雾，其化学反应方程式为______________________________________________________________________