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1、第四章 化学与可持续发展 第二节化学与资源综合利用、环境保护 教学目标教学目标知识与能力知识与能力 了解化学在资源综合利用及环境保护方面的作用和意义。教学重点：教学重点： 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。教学难点：教学难点： 石油裂化的原理。背景知识回顾背景知识回顾一、化石燃料一、化石燃料煤、石油和天然气都是古代煤、石油和天然气都是古代 经过一经过一系列复杂变化而成的，它们是人们生活中经常使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用的主要燃料，因此人们常称它们为
2、燃燃料，是料，是 资源。资源。二、煤、石油燃烧对环境的影响二、煤、石油燃烧对环境的影响1、煤的燃烧对空气的影响、煤的燃烧对空气的影响煤燃烧时会排放出煤燃烧时会排放出 等气体和一些烟等气体和一些烟尘，它们都是大气的污染物。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、用石油作燃料，直接燃烧的是石油的加工产品品汽油、煤油、柴油等，它们燃烧时会排放汽油、煤油、柴油等，它们燃烧时会排放出出 、 、含、含 化合物、未燃烧化合物、未燃烧的的 化合物和烟尘等，它们都是大气的污化合物和烟尘等，它们都是大气的污染物。染物。动植物遗骸动植物遗骸化石化石不可再生不可再生SO2、NO2CO氮的
3、氧化物氮的氧化物铅铅碳氢碳氢 迄今为止，煤、石油、天然气仍是迄今为止，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，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。是人类面临的重大挑战。 能源能源国家国家石油石油（亿吨）（亿吨）天然气天然气（亿立方米）（亿立方米）煤炭煤炭（亿吨）（亿吨）中国中国产量产量1.461175.612.4消费量消费量1.627175.65.72美美国国产量产量3.8635320.
4、99.35消费量消费量8.0795924.14.92 19941994年中美三大能源产量与消费量比较表年中美三大能源产量与消费量比较表我国煤的分布图我国煤的分布图上京煤矿上京煤矿宁夏优质无煤宁夏优质无煤 太西煤露天采区太西煤露天采区 求知课堂互动求知课堂互动一、煤的综合利用一、煤的综合利用1、煤的组成、煤的组成 组成元素组成元素:主要是碳元素；（还有少主要是碳元素；（还有少量的量的H、O、N、P、S、卤素等）、卤素等）组成成分：是由多种有机物、无机组成成分：是由多种有机物、无机物组成的复杂混合物。物组成的复杂混合物。煤的结构模型煤的结构模型一、煤的综合利用：一、煤的综合利用： 2、煤的分类、煤
5、的分类腐泥煤腐泥煤腐植煤腐植煤褐褐 煤煤烟烟 煤煤泥泥 煤煤无烟煤无烟煤按按C%95%以上以上70%以上以上60%70%50%60%工业上工业上煤煤品质品质的检的检测指标：测指标：发热量、挥发分、固发热量、挥发分、固定碳、水分、灰分等定碳、水分、灰分等煤的干馏实验装置图煤的干馏实验装置图实验装置实验装置1实验装置实验装置2一、煤的综合利用一、煤的综合利用（1 1）煤的干馏）煤的干馏煤的干馏原理：煤的干馏原理：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。煤干馏的主要产品和用途煤干馏的主要产品和用途（2）煤的气化：）煤的气化： 将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。将煤
6、中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。 C(sC(s) + H) + H2 2O CO(gO CO(g) + H) + H2 2(g)(g)高温CO(gCO(g)+ 3H)+ 3H2 2 CH CH4 4(g) + H(g) + H2 2O(l)O(l)一定条件中热值气中热值气高热值气高热值气2CO(g)+ O2CO(g)+ O2 2 2CO 2CO2 2(g)(g)；H=-566KJ/mol2H2H2 2(g)+ O(g)+ O2 2 2H 2H2 2O(l)O(l)；H=-571KJ/molCHCH4 4(g)+ 2O(g)+ 2O2 2 CO CO2 2(g) + 2H(g) + 2H2
7、 2O(l)O(l)H=-890.3KJ/mol煤气储气柜煤气储气柜煤碳煤气化炉煤碳煤气化炉宜昌煤制气厂宜昌煤制气厂等离子体辅助煤汽化装置等离子体辅助煤汽化装置 将煤转化液体燃料的过程。将煤转化液体燃料的过程。 分为直接液化和间接液化。分为直接液化和间接液化。 一、煤的综合利用一、煤的综合利用（3）煤的液化：）煤的液化：C(sC(s) + H) + H2 2O CO(gO CO(g) + H) + H2 2(g)(g)高温 CO + 2HCO + 2H2 2 CH CH3 3OHOH（甲醇）（甲醇）一定条件如：如：小资料：小资料：最近，美、联邦德国、日三国正式签订协议合最近，美、联邦德国、日三
8、国正式签订协议合建一个日处理建一个日处理6000吨煤的溶剂精炼煤吨煤的溶剂精炼煤(称称SRC方法方法)的液化示范工厂。用这个方法，的液化示范工厂。用这个方法，23t煤煤可以产可以产1t汽油汽油(视煤种而异视煤种而异)，说明这项技术已发，说明这项技术已发展到一定的成熟程度。展到一定的成熟程度。 最近，美国某公司发表了用分子筛作催化剂最近，美国某公司发表了用分子筛作催化剂把甲醇转化为汽油的专利。这种催化剂能够把甲醇转化为汽油的专利。这种催化剂能够有效地控制产物的分子大小的形状，因此产有效地控制产物的分子大小的形状，因此产品中品中75直接可以用作高级汽油。直接可以用作高级汽油。煤液化煤液化 装置装置
9、纳米级煤液化油纳米级煤液化油煤煤 液化烘干机液化烘干机液化氣罐液化氣罐煤氣灶煤氣灶二、石油的综合利用二、石油的综合利用1、石油的组成元素、石油的组成元素: 主要是碳、氢元素主要是碳、氢元素是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。（还有水分、盐分等杂质）物。（还有水分、盐分等杂质）石油的主要成分：石油的主要成分：2、石油的炼制、石油的炼制(除水脱盐后除水脱盐后)（1）石油的分馏：）石油的分馏：利用原油中各组分的沸点不同将复杂的混合物利用原油中各组分的沸点不同将复杂的混合物分离成简单混合物的过程。分离成简单混合物的过程。石油分馏示意图石油分馏示意图3、石油的
10、裂化和裂解、石油的裂化和裂解（1）裂化的目的：）裂化的目的：（2）裂化的原理：）裂化的原理：石油的裂化是石油的裂化是 。 在催化剂的作用下将含碳原子多的重在催化剂的作用下将含碳原子多的重油（烃）断裂成碳原子较少的烃的过程。油（烃）断裂成碳原子较少的烃的过程。提高轻质液体燃料的产量。提高轻质液体燃料的产量。(3)裂解裂解: 深度的裂化。深度的裂化。裂解的目的：裂解的目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。乙烯的产量是一个国家石化水平的标志乙烯的产量是一个国家石化水平的标志25%产量提高产量提高4 4、石油结构的重整、石油结构的重整 石油在加热和催化剂
11、的作用下，可以石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，是链状烃转化为通过结构的重新调整，是链状烃转化为环状烃，如苯或甲苯等，它们也是重要环状烃，如苯或甲苯等，它们也是重要的化工基本原料。的化工基本原料。中海油渤海石油平台中海油渤海石油平台三、天然气的综合利用三、天然气的综合利用天然气既是一种清洁的化石燃料，更是一天然气既是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料，作为化工原料，它主种重要的化工原料，作为化工原料，它主要用于合成要用于合成 和生产和生产 等。天然气化等。天然气化工以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化工以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化形成含两个或多个碳原子的其他
12、有学变化形成含两个或多个碳原子的其他有机化合物。实现天然气的有效转化是一项机化合物。实现天然气的有效转化是一项具有挑战性的课题。具有挑战性的课题。氨氨甲醇甲醇柴达木盆地天然气储量突破柴达木盆地天然气储量突破3000亿立方米亿立方米珠海振戎公司已经珠海振戎公司已经与伊朗方面签署协与伊朗方面签署协议，同意在未来议，同意在未来25年向伊朗购买年向伊朗购买200亿亿美元的液化天然气美元的液化天然气亚洲最大的天亚洲最大的天然气处理厂然气处理厂阜阳市利用阜阳市利用“西气东输西气东输”工程天然气门站鸟瞰图工程天然气门站鸟瞰图俄天然气俄天然气管道通向管道通向中国中国德国天然气汽车德国天然气汽车天然气灶天然气灶
13、液化天然液化天然气公交车气公交车四、合成材料四、合成材料1、原料：、原料： 。2、合成材料基本特征：、合成材料基本特征： 。3、合成材料的合成原理：、合成材料的合成原理： 。例如：乙烯合成聚乙烯例如：乙烯合成聚乙烯 ，丙烯合成聚丙烯丙烯合成聚丙烯 。石油、煤、天然气石油、煤、天然气相对分子质量很大，属于高分子化合物相对分子质量很大，属于高分子化合物加聚、缩聚加聚、缩聚合成材料概况：合成材料概况：随着人类不断的文明和进步，人对天随着人类不断的文明和进步，人对天然材料的利用已不能满足很多方面的需要，然材料的利用已不能满足很多方面的需要，于是就发生了一场材料的革命人工合于是就发生了一场材料的革命人工
14、合成材料；成材料；合成材料的原料丰富、制造加工简单，合成材料的原料丰富、制造加工简单，性能千变万化；性能千变万化；塑料、合成纤维、合成橡胶塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大称为三大合成材料；合成材料；黏合剂、涂料也属于合成材料。黏合剂、涂料也属于合成材料。塑料塑料 塑料的主要成分是合成树脂，其中还添塑料的主要成分是合成树脂，其中还添加了某些特定用途的添加剂（如提高塑性加了某些特定用途的添加剂（如提高塑性的增塑剂、防止老化的防老化剂）；有些的增塑剂、防止老化的防老化剂）；有些热塑性塑料（聚乙烯塑料），热塑性塑料（聚乙烯塑料），可以反复加可以反复加工，多次使用；有些工，多次使用；有些热固性塑料（电木
15、），热固性塑料（电木），一旦加工成型就不会受热熔化。一旦加工成型就不会受热熔化。 常见的塑料：聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲常见的塑料：聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、酚醛塑料基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、酚醛塑料（电木）、聚四氟乙烯（塑料王）等。（电木）、聚四氟乙烯（塑料王）等。聚丙烯：聚丙烯： 单体：单体：CH2CHCH3聚苯乙烯聚苯乙烯单体：单体：CH2CHC6H5聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 （有机玻璃）（有机玻璃）单体：单体：CH2CCH3COOCH3酚醛塑料酚醛塑料单体：单体：苯酚、甲醛苯酚、甲醛聚四氟乙烯聚四氟乙烯单体：单体：CF2CF2合成纤维合成纤维纤维纤维天然纤维天
16、然纤维化学纤维化学纤维棉花棉花羊毛羊毛木材木材草类草类合成纤维合成纤维：用石油、天然气等为原：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：维（如：“六大纶六大纶”、碳纤维、光、碳纤维、光导纤维等）导纤维等）人造纤维人造纤维：用木材、草类的纤维经：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如黏胶纤维等化学加工制成。如黏胶纤维等合成橡胶合成橡胶橡胶橡胶天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶通用橡胶通用橡胶特种橡胶特种橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶聚硫橡胶聚硫橡胶硅橡胶硅橡胶第二课时第二课时第二课时4.2.24.2.2环境保护与环境保护与绿色化学绿
17、色化学 背景知识回顾背景知识回顾1、通常所说的三废是指、通常所说的三废是指 、 和和 。2、绿色食品是指、绿色食品是指 的食品，的食品，白色污染是指白色污染是指 。废渣废渣废气废气废水废水塑料垃圾塑料垃圾无污染、无公害无污染、无公害求知课堂互动求知课堂互动一、环境保护一、环境保护1、在环境问题面前，化学工作者所面临的重要问题、在环境问题面前，化学工作者所面临的重要问题在环境问题日益突出的今天，化学工作者所面临的重在环境问题日益突出的今天，化学工作者所面临的重要任务是对要任务是对 的检测、的检测、 的治理、寻找从的治理、寻找从源头上治理源头上治理 的生产工艺。的生产工艺。2、化学在三废治理过程中
18、的重要作用、化学在三废治理过程中的重要作用环境情况环境情况三废三废环境污染环境污染二、环境保护与绿色化学二、环境保护与绿色化学1、环境：主要是指人类的生存环境。、环境：主要是指人类的生存环境。2、环境问题：主要是指由于人类不合理、环境问题：主要是指由于人类不合理开发和利用自然资源而造成生态环境的开发和利用自然资源而造成生态环境的破坏，以及工农业生产和人类生活所造破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染问题。成的环境污染问题。3、环境污染：人类排放的污染物质超过、环境污染：人类排放的污染物质超过了环境的自净能力，引起环境质量发生了环境的自净能力，引起环境质量发生不良变化从而危害人类健康和生
19、存的现不良变化从而危害人类健康和生存的现象。象。 因此，要随时进行环境监测！因此，要随时进行环境监测！ 如：水华、赤潮、酸雨、光化学烟如：水华、赤潮、酸雨、光化学烟雾雾水华水华 目前目前, 全球有三大块酸雨地区：全球有三大块酸雨地区：西西欧欧, 北美和东南亚。我国长江以南也存北美和东南亚。我国长江以南也存在连片的酸雨区域。在酸雨区域内在连片的酸雨区域。在酸雨区域内, 湖湖泊酸化泊酸化, 渔业减产渔业减产, 森林衰退森林衰退, 土壤贫脊土壤贫脊, 粮菜减产粮菜减产, 建筑物腐蚀建筑物腐蚀, 文物面目皆非。文物面目皆非。 光化学烟雾光化学烟雾大气污染物大气污染物一氧化氮、二氧化氮和某一氧化氮、二氧
20、化氮和某些碳氢化合物在太阳光紫外线的照射下，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），气中的氧气也参加了反应），形成白色或形成白色或浅兰色有特殊气味的光化学烟雾。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。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，损害植物光化学烟雾严重危害人体健康，损害植物及橡胶制品等。及橡胶制品等。环境污染的分类：环境污染的分类： 按环境要素按环境要素：分大气污染、水体污染、分
21、大气污染、水体污染、土壤污染。土壤污染。 按人类活动分按人类活动分：工业环境污染、城市环：工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染。境污染、农业环境污染。 按造成污染的性质、来源分按造成污染的性质、来源分：化学污染、：化学污染、生物污染、物理污染（噪声、放射性、生物污染、物理污染（噪声、放射性、热、电磁波等）、固体废物污染、能源热、电磁波等）、固体废物污染、能源污染。污染。 思考与交流思考与交流:1、硫氧化物和氮氧化物是形成酸雨的主要、硫氧化物和氮氧化物是形成酸雨的主要物质物质 。工业上常利用它们与一些廉价易得的化学。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
22、举例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。说明这些方法的化学反应原理和类型。酸雨是指酸雨是指PH5.6的酸性降水，其主要成分是硫酸的酸性降水，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。酸的工厂等排放的硫氧化
23、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，用和烟囱排气除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3、水等吸收脱硫。、水等吸收脱硫。 CaO+SO2=CaSO3 2CaSO3+O2=2CaSO4 SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3800 800 再如，机动车辆的尾气排放也同样需要控制，再如，机动车辆的尾气排
24、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，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，一般采用它比硫氧化物的消除难度大，一般采用CH4、H2、NH3等在等在Pt、Pd等催化作用下是氮氧化物还原，等催化作用下是氮氧化物还原，转化为转化为N2、CO2、H2O等无害气体。等无害气体。CH4+4NO2=4NO+CO2+2H2OCH4+4NO=2N2+CO2+2H2OPt400500 Pt4005002、含氮、磷的大量污水任意排向湖泊、水库和近海、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。你认为海域，会出现水华、赤潮等水体污染问
25、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，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。并请查阅资料了解有关的污染及治理情况。工业废水和污水的不适当排放、化肥的不合理工业废水和污水的不适当排放、化肥的不合理使用以及生活污水的任意排放会造成严重水体使用以及生活污水的任意排放会造成严重水体和水源污染。例如，含有大量氮、磷的污水排和水源污染。例如，含有大量氮、磷的污水排向湖泊、水库和近海海域，造成了水体的富营向湖泊、水库和近海海域，造成了水体的富营养化，出现藻类大量繁殖形成赤潮、水华等严养化，出现藻类大量繁殖形成赤潮、水华等严重污染问题。我们日常使用的
26、合成洗涤剂常用重污染问题。我们日常使用的合成洗涤剂常用多聚磷酸盐作为助洗剂，在水体中经藻类的微多聚磷酸盐作为助洗剂，在水体中经藻类的微生物催化后，容易水解为磷酸盐，成为引起水生物催化后，容易水解为磷酸盐，成为引起水体富营养化的污染物。体富营养化的污染物。绿色化学理念绿色化学理念（防治优于治理）（防治优于治理）核心：核心：利用化学原理从源头上减少和消除工业生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。又称为产对环境造成的污染。又称为“环境无害化环境无害化学学”、“环境友好化学环境友好化学”、“清洁化学清洁化学”。从学科观点看：从学科观点看：是化学基础内容的更新。（改变是化学基础内容的
27、更新。（改变反应历程）反应历程）从环境观点看：从环境观点看：强调从源头上消除污染。（从一强调从源头上消除污染。（从一开始就避免污染物的产生）开始就避免污染物的产生）从经济观点看：从经济观点看：它提倡合理利用资源和能源，降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）低生产成本。（尽可能提高原子利用率）热点：热点：原子经济性原子经济性反应物原子全部转化为最反应物原子全部转化为最终的期望产物，原子利用率为终的期望产物，原子利用率为100%91页原子经济原子经济性反应性反应高选择性高选择性反应反应无毒无害无毒无害原料原料可再生资源可再生资源环境友好产品环境友好产品（安全、能降解（安
28、全、能降解可再生利用）可再生利用）1、安全的生产工艺2、应用无毒无害的催化剂3、应用无毒无害的溶剂4、提高能源的利用率原子利用原子利用率率100%原子利用率原子利用率=25.4%原子利用率原子利用率=100%目录目录这是目录内容这是目录内容这是目录内容这是目录内容这是目录内容这是目录内容这是目录内容这是目录内容您可以复制、发行、展览、表演、放映、广播或通过信息网络传播本作品您可以复制、发行、展览、表演、放映、广播或通过信息网络传播本作品 您可以您可以创作演绎作品创作演绎作品 您必须按照作者或者许可人指定的方式对作品进行署名您必须按照作者或者许可人指定的方式对作品进行署名 您不得将本作品用于商业目的您不得将本作品用于商业目的 添加标题添加标题感谢关注！感谢关注！