第二节 资源综合利用 环境保护

2015-10-19 15:39:41   来源：   撰稿：董啸   摄影摄像：    ;  评论：0 点击：

第二节   资源综合利用  环境保护

【引言】工业需要大量的原料，同时会产生大量的污染物，所以发展工业和保护环境都非常重要。

一、煤、石油和天然气的综合利用

1、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料

（1）煤的综合利用

①煤的成分：煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

②煤的干馏：

煤干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程。得到焦炭、煤焦油、煤气。煤干馏过程中发生一系列复杂的化学反应，从煤干馏产物中可获得重要的化工原料，如氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、萘、酚类等。

③煤的气化：

将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应为：

C (s)+H₂O(g)  CO(g)+H₂(g)

④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。

（2）天然气

天然气是一种高效、清洁的化石燃料。

气体燃料与空气混合充分，容易完全燃烧，与固体燃料相比有较高的利用率。气体燃料便于运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。

天然气作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇。

（3）石油加工

①石油成分：石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。

②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，通过分馏可获得汽油、煤油、柴油等轻质油。

③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。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。

例如，

     C₁₆H₃₄  C₈H₁₈+C₈H₁₆ 

C₈H₁₈  C₄H₁₀+ C₄H₈

C₄H₁₀  C₂H₆+C₂H₄  

C₄H₁₀  CH₄+C₃H₈

④其它的石油加工

石油经过催化重整，可以使链状烃转化为环状烃，获得苯、甲苯等重要化工基本原料。

2、从煤、石油和天然气为原料生产合成材料

（1）合成材料：

塑料、合成橡胶和合成纤维三大人工合成的高分子材料，它们就是以石油、煤和天然气为原料生产的。

（2）聚合反应和高分子化合物

①高分子化合物：

相对分子质量很大的化合物（一般相对分子质量大于10000）叫做高分子化合物，简称高分子。

单体：生成高分子化合物的小分子称为单体。

链节：高分子化合物中的重复单元称为链节。

聚合度：高分子化合物中的链节数目称为聚合度。

②聚合反应：

由低分子（相对分子质量小）生成高分子化合物的反应叫做聚合反应。

例如，聚乙烯是由成千上万个乙烯分子在一定条件下发生聚合反应生成的相对分子质量巨大的高分子化合物。

③高分子化合物的基本特征：

相对分子质量巨大是高分子化合物的基本特征，也是它们与低分子化合物的根本区别。

高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等，也有人工合成的，如聚乙烯等。

④聚合反应的分类：

聚合反应分为加聚反应和缩聚反应。

加聚反应：具有加成反应特征的聚合反应叫做加聚反应。

缩聚反应：通过取代反应进行的聚合反应叫做缩聚反应。

二、环境保护与绿色化学

通常所说的环境问题，主要是指由于人类不合理的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。

1、工业三废：

（1）废气；（2）废水；（3）废渣。

2、化学在环境保护上的应用：

（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。

3、绿色化学

绿色化学的核心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。

按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这是原子利用率为100%。

【思考与交流】

以乙烯为原料生产环氧乙烷，经典的方法是氯代乙醇法，包括以下两步反应，试计算两种生产工艺的原子利用率分别是什么？

［例题1］绿色化学对于化学反应提出了“原子经济性”（原子节约）的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是（反应均在一定条件下进行）：

A．  ＋C₂H­₅Cl—→＋HCl

B．  ＋C₂H­₅OH—→＋H₂O

C．  ＋CH₂＝CH₂—→

D．  —→＋HBr；

＋H₂—→

［例题2］为了降低硫氧化物造成的污染，一种方法是在含硫燃料（如煤）中加入生石灰，这种方法称作“钙基固硫”。采用这种方法“固硫”的反应为：

A.2CaO+2S==2CaS+O₂         B.S+O₂===SO₂

C.CaO+SO₂===CaSO₃          D.2CaSO₃+O₂===2CaSO₄

〖活学活用〗

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？

2、回收利用废旧合成材料主要有哪些途径？

3、合成材料的生产和使用与环境保护、协调发展是一个社会问题，很多具体问题就现实地摆在我们面前，例如，是限制使用聚苯乙烯快餐盒，还是回收利用？

〖板书设计〗第二节   资源综合利用   环境保护

一、煤、石油和天然气的综合利用

1、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料

（1）煤的综合利用；（2）石油加工；（3）天然气

2、从煤、石油和天然气为原料生产合成材料

（1）合成材料；（2）聚合反应和高分子化合物

二、环境保护与绿色化学

1、工业三废；2、化学在环境保护上的应用；3、绿色化学

〖教后记〗 

【课堂练习】 1、工、农业及城市生活污水中含磷，家用洗涤剂是污水中磷的一个重要来源(洗涤剂中含有磷酸钠)，对于处理污水时要不要除去磷，下列说法中正确的是(    )

A.磷是生物的营养元素，不必除去

B.含磷的污水是很好的肥料，不必除去

C.含磷污水引起藻类增殖，使水变质，必须除去

D.磷对人无毒，除去与否都无关紧要

2、“绿色商品”是对环境无污染的商品，下列商品不能称为“绿色商品”的是：（   ）

A．无铅汽油B．无磷洗涤剂     C．无氟冰箱D．无碘食盐

3、发展绿色食品，提高人类生存质量，绿色食品是指：（）

A．绿颜色的营养食品          B．有叶绿素的营养食品

C．经济附加值高的营养食品D．安全、无公害的营养食品

4、“绿色化学”是人们最近提出的一个新概念，主要内容之一是指从技术、经济上设计可行的化学反应，尽可能减少对环境的负作用，下列化学反应符合绿色化学概念的是：

A． CuSO₄：Cu+2H₂SO₄(浓)=====CuSO₄+SO₂↑+2H₂O

B． CuSO₄：2Cu+O₂=====2CuO，CuO+H₂SO₄(稀)====CuSO₄+H₂O

C．制Cu(NO₃)₂： 3Cu+8HNO₃(稀)===3Cu(NO₃)₂+2NO+4H₂O

D．制Cu(NO₃)₂：Cu+4HNO₃(浓)====Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O