人教版学年同步备课一体资料之化学必修2讲义第四章 化学与自然资源的开发利用 第2节.docx

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人教版学年同步备课一体资料之化学必修2讲义第四章化学与自然资源的开发利用第2节

第二节　资源综合利用　环境保护

学习目标

核心素养建构

1.了解煤、石油、天然气的组成及其综合利用。

2．通过简单实例，了解常见高分子材料的合成，能举例说明高分子材料在生产、生活、科技等领域中的应用及发展。

3．认识化学对环境保护的意义。

4．了解绿色化学的含义，知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。

[知识梳理]

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）煤的组成和加工

①煤的组成

②煤的加工方法及产品

（2）天然气的组成和利用

（3）石油的组成和加工

【自主思考】

1．若从煤焦油中分离出芳香烃，应采用什么方法？

提示　煤焦油是由各种芳香烃组成的液态混合物。

可根据各种芳香烃的沸点不同利用蒸馏法进行分离。

2．石油的裂化和裂解有何区别和联系？

提示　裂化和裂解的原理相同，只是裂解选用的温度比裂化温度更高，因此裂解又称之为深度裂化。

2．以煤、石油、天然气为原料生产合成材料

（1）三大合成材料：

塑料、合成橡胶、合成纤维，这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。

（2）合成高分子化合物的常见反应类型

①加聚反应：

由相对分子质量小的化合物通过加成反应相互结合成相对分子质量很大的高分子化合物的反应。

如nCH2===CH2

CH2—CH2

注意　a．单体：

聚合成高分子化合物的小分子化合物，如CH2===CH2。

b．链节：

高分子化合物中的最小重复单元，如—CH2—CH2—。

c．聚合度：

高分子化合物中的链节数，如聚乙烯中的n。

②缩聚反应：

由相对分子质量小的化合物通过缩合反应结合成相对分子质量很大的高分子化合物，同时有小分子（如H2O等）生成的反应。

如：

二、环境保护与绿色化学

1．环境问题

主要是指由于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。

根治污染的最有效途径是控制污染源。

2．“三废”污染

“三废”主要指废气、废液和废渣，大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的废气及其携带的颗粒物；工业生产中的废水往往含有复杂的成分，任意排放会导致土壤、水源的污染，需要经过多步处理才能达到排放标准；废渣等固体废弃物的处理兼有减少环境污染和资源回收利用两个重要目的。

3．当今化学工作者面临的重要任务

（1）环境监测

（2）三废治理

（3）寻找源头治理环境污染的生产工艺等。

其中对环境情况的监测，就是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。

4．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。

“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为100%。

[效果自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）煤、石油和天然气是不可再生能源，也是新型清洁能源（　　）

（2）把煤加强热使之分解的过程叫煤的干馏（　　）

（3）化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一（　　）

（4）天然气的主要用途就是作燃料（　　）

（5）不能用裂化汽油萃取溴水中的溴（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）√

2．下列有关环境保护与绿色化学的叙述不正确的是（　　）

A．形成酸雨的主要物质是硫的氧化物和氮的氧化物

B．大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程产生的废气

C．绿色化学的核心就是如何对被污染的环境进行无毒无害的治理

D．水华、赤潮等水体污染主要是由含氮、磷的生活污水任意排放造成的

答案　C

3．下列反应最符合绿色化学原子经济性要求的是（　　）

①乙烷与氯气制备一氯乙烷

②乙烯聚合为聚乙烯高分子材料

③苯和硝酸反应制备硝基苯

④2CH2CH2＋O2

A．①④　　　　　　B．②④

C．①③D．②③

答案　B

探究一、煤、石油、天然气的综合利用

【合作交流】

1．煤的加工方法有哪些？

提示　干馏、气化、液化。

2．蒸馏与分馏的主要区别是什么？

提示　它们的原理相同，主要区别是蒸馏得到的是单一产品为纯净物，分馏得到的是沸点相近的多种物质的混合物。

【点拨提升】

1．“三馏”比较

干馏

蒸馏

分馏

原理

隔绝空气加强热使物质分解

根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离　

与蒸馏原理相同

产物

产物为混合物

产物为单一组分的纯净物

产物为沸点不同的各组分组成的混合物

反应类型

化学变化

物理变化

物理变化

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

获得短链不饱和烃

3.化学“六气”的主要成分

高炉

煤气

水煤气

天然气

液化

石油气

焦炉气

裂解气

主要

成分

CO、

CO2

H2、

CO

CH4

C3H8、

C4H10

H2、CH4、

C2H4、CO

C2H4、C3H6、

C4H8、CH4

【典题例证1】　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．在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料

C．将煤变为煤饼作燃料

D．将石油裂解制得乙烯等化工原料

解析　煤的干馏和煤的液化属于煤的综合利用，而将煤变成煤饼作燃料是为了提高煤的利用率，不属于综合利用；石油裂解属于石油的综合利用。

答案　C

【学以致用1】　下列说法中错误的是（　　）

A．石油是混合物，石油分馏得到的汽油也是混合物

B．含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油

C．焦炭是煤干馏的一种重要产品

D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来

解析　石油通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料，但产量不高。

通常采用裂化的方法，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，提高汽油的产量。

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，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素，并不含苯和甲苯。

煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。

煤焦油是含有多种芳香族化合物的混合物，可以生产芳香族化合物苯和甲苯。

答案　D

探究二、环境保护和绿色化学

【合作交流】

1．我们学过的四种基本反应类型中，最符合绿色化学理念的是哪种？

在有机化学反应中有哪几种？

提示　最理想的“原子经济”是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，即原子利用率（期望产物总质量与生成物总质量之比）为100%。

4种基本反应类型中化合反应符合，有机化学反应中加成反应、加聚反应符合。

2．“绿色化学”的具体内容是什么？

提示　

（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。

【点拨提升】

1．六大环境问题

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

2.绿色化学

（1）绿色化学的含义：

绿色化学的目的在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物。

①从科学观点看，它是化学科学基础内容的更新。

②从环境观点看，它强调从源头上消除污染。

③从经济观点看，它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本。

（2）绿色化学的核心：

利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染，即预防污染优于治理污染。

（3）原子经济：

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，这时原子利用率为100%。

3．绿色化学对化学反应的要求

【典题例证2】　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错误；酸雨是pH小于5.6的降雨，B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正确。

答案　D

【学以致用2】　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期望的最终产物，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　⑦酯化反应

A．②⑤⑥　　　　　　B．②④⑤

C．只有⑥D．只有⑥⑦

解析　据四种基本反应类型的定义即判断出只有化合反应产物唯一。

在有机反应类型中，取代反应、酯化反应、水解反应的产物均不唯一，而加成产物、加聚产物唯一，反应物中的原子全部转化成期望的最终产物，即原子利用率为100%。

答案　A

1．下列说法不正确的是（　　）

A．煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠

B．煤可与水蒸气反应制成水煤气，水煤气的主要成分为CO和H2

C．汽油、煤油、柴油和植物油都是碳氢化合物

D．以石油、煤和天然气为原料，可生产塑料、合成橡胶和合成纤维

解析　植物油是由C、H、O三种元素构成的有机物，不属于碳氢化合物。

答案　C

2．下列有关环境问题的说法正确的是（　　）

A．燃煤中加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量

B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康

C．pH在5.6～7.0之间的降水通常称为酸雨

D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染

解析　石灰石在煤燃烧过程中分解为CaO，CaO和SO2结合为CaSO3，进一步转化为CaSO4，可减少SO2污染，A正确；B项，当空气中臭氧的含量超过10－5%（体积分数）时，就会对人体、动植物及暴露在空气中的物质造成危害；C项，pH小于5.6的雨水称为酸雨；D项，含磷合成洗涤剂易造成水体富营养化，形成“水华”“赤潮”等水体污染。

答案　A

3．以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。

下列做法违背发展低碳经济的是（　　）

A．发展氢能和太阳能

B．限制塑料制品的使用

C．提高原子利用率，发展绿色化学

D．尽量用纯液态有机物代替水作溶剂

解析　所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到社会经济发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。

发展氢能和太阳能、限制塑料的使用和发展绿色化学，都符合低碳经济。

答案　D

4．下列关于化石燃料的加工说法正确的是（　　）

A．石油裂化主要得到乙烯

B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油

C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气

D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径

解析　石油裂化主要得到更多的液态轻质油，A错误；石油的分馏是指在加热条件下将石油分成不同沸点范围的产物的过程属于物理变化，B错误；煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，其产物有焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气，C正确；由煤制取煤气的过程中，煤中的碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，两者的混合物被称为“水煤气”，这个过程发生的是化学变化，D错误。

答案　C

5．绿色化学是“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节中都实现净化和无污染。

（1）下列各项符合“绿色化学”要求的是__________。

A．处理废弃物　　B．治理污染点

C．减少有毒物D．杜绝污染源

（2）在我国西部大开发中，某地为筹建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你认为可行的是__________。

A．建在西部干旱区可以脱贫致富

B．应建在水资源丰富和交通方便且远离城市的郊区

C．企业有权自主选择厂址

D．不宜建在人口稠密的居民区

（3）某化工厂排放的污水中含有Mg2＋、Fe3＋、Cu2＋、Hg2＋四种离子。

某同学设计了从该污水中回收纯净的金属铜的方案。

在能制得纯铜的方案中，哪一步操作会导致环境污染？

__________。

应增加哪些措施防止污染________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析　

（1）根据题干描述：

绿色化学是“预防污染”的根本手段，因此应从“源头”上杜绝。

（2）化工基地的筹建首先不宜建在人口稠密的居民区，同时要考虑水资源和交通问题。

（3）第③步由于汞的沸点低、易挥发、有毒，因此会造成环境污染。

答案　

（1）D　

（2）BD　（3）第③步　增加冷凝回收装置

课时作业

1．有关煤的叙述中不正确的是（　　）

A．煤是工业上获得苯、甲苯、二甲苯等芳香烃的重要来源物质

B．煤是由多种有机物组成的混合物，内含煤焦油等成分

C．煤除了含有C元素外，还含有少量的N、H、S、O等元素

D．煤等化石燃料的储量有限，节能和开发新能源是人类实现可持续发展的关键

解析　该题主要考查煤的成分及利用，煤是有机物和少量无机物组成的混合物，煤焦油是煤干馏的产物之一，不属于煤本身的成分，故选B项。

答案　B

2．下列石油的炼制和加工过程，属于物理变化的是（　　）

A．分馏　　　　　　　　B．重整

C．裂化D．裂解

答案　A

3．下列化学工艺属于最理想的绿色化学工艺的是（　　）

①氯乙烯在一定条件下制聚氯乙烯塑料　②铜在空气中灼烧生成氧化铜，氧化铜溶于稀硫酸制硫酸铜　③乙烯与溴反应制1,2二溴乙烷　④乙烷在光照条件下与氯气反应制1,2二氯乙烷　⑤工业煅烧石灰石制CaO　⑥工业利用氢气在氯气中燃烧制盐酸

A．①②④B．②③⑤

C．①④⑥D．①③⑥

解析　最理想的绿色化学工艺，是指原子利用率为100%的化学工艺。

①产物只有一种，原子利用率为100%；②产物有硫酸铜和水，是比较好的方法，但是原子利用率小于100%；③产物只有一种，原子利用率为100%；④副产物有氯化氢、一氯代物或三氯代物等，原子利用率小于100%；⑤有副产物二氧化碳；⑥产物只有一种，原子利用率为100%。

答案　D

4．下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置。

下列叙述错误的是（　　）

A．上图实验中发生了化学变化

B．液体X的pH＞7，液体Y是黑色黏稠状的煤焦油

C．气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴水褪色

D．液体Y是一种纯净物

解析　煤的干馏产物有NH3，易溶于水而呈碱性，pH>7，同时还生成了煤焦油，它的主要化学成分为芳香族化合物，是难溶于水的黏稠液体。

煤干馏的气体产物中的氢气、一氧化碳具有还原性，可以还原CuO，气体产物中的C2H4可使溴水褪色。

答案　D

5．环境污染已成为人类社会面临的重大问题，各种污染数不胜数，下列词语与环境污染无关的是（　　）

①温室效应　②赤潮　③酸雨　④光化学污染　⑤臭氧空洞　⑥水俣病　⑦潮汐　⑧大脖子病　⑨水华

A．①③④⑨B．⑦⑧

C．⑥⑦⑧D．②⑤⑦

解析　⑦潮汐是由地球自转引起的自然现象，⑧大脖子病是人体缺碘引起的，它们与环境污染无关。

答案　B

6．空气是人类生存所必需的重要资源。

为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。

下列措施不利于“蓝天工程”建设的是（　　）

A．推广使用燃煤脱硫技术，防治污染

B．实施绿化工程，防治扬尘污染

C．研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染

D．加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应速度

解析　以环保为主题，是一道融合多个考点的综合题。

联系题给的信息“蓝天工程”，再结合选项中的“污染物质”，很容易得出正确结论。

需要注意的是，学生往往忽略“不利于”三个字，而选错答案。

答案　D

7．近几年来，冠以“绿色”的新概念不断产生，如绿色食品、绿色材料、绿色能源、绿色化学等，这里的“绿色”是对人类社会可持续发展战略的形象表达。

“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。

据此，由单质镁制硝酸镁的下列四个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是（　　）

A．Mg

Mg（NO3）2

B．Mg

MgCl2

Mg（OH）2

Mg（NO3）2

C．Mg

MgO

Mg（NO3）2

D．Mg

MgSO4

Mg（NO3）2

解析　据题意，“绿色化学”要求从经济、环保和技术三个方面设计可行的化学反应。

从经济角度考虑，B项最不符合，除Mg外还用了三种试剂；D项不符合，用了两种较贵的试剂浓硫酸和Ba（NO3）2。

从环保角度考虑，A、D两项分别产生了污染环境的氮氧化物和SO2，B项也使用了会对环境造成污染的Cl2。

从技术角度看，D项中Ba（NO3）2溶液的加入量较难控制。

综上所述，可知只有C项符合“绿色化学”的要求。

答案　C

8．“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．制CuSO4：

Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

B．制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

解析　思考时注意反应物和产物的物理、化学性质，考虑其是否会带来污染、是否额外消耗能量、是否有腐蚀性、毒性、爆炸危险以及成本等，注意采用对比的方法。

在选项A、C、D的产物中有二氧化硫和氮氧化物，有毒且污染环境，硫酸和硝酸的利用率低。

而B选项没有气体产物，无污染物排放，硫酸的利用率高。

答案　B

9．能源“非石油化”是战略目标，发展以CH4、CO2等为原料的“C1化学”成为当今化工生产的必然趋势。

通常天然气中含有H2S等有毒气体，下面为天然气合成氨的工艺流程。

（1）合成氨的原料之一为氮气，该流程中为合成氨提供氮气的物质是__________。

（2）①处加入Fe2O3·H2O的目的是_________________________________________。

（3）②处CH4与H2O（g）反应生成CO2、H2，反应的化学方程式是______________。

（4）③处一般加入K2CO3溶液以吸收CO2，K2CO3溶液与CO2反应生成碳酸氢钾（KHCO3），该反应的化学方程式是___________________________________________。

（5）该流程中参与循环的物质是__________。

解析　

（1）从流程图可看出，为合成氨提供氮气的物质是空气。

（2）天然气中含有的H2S气体是有毒的气体，不能排放到大气中，通过加入Fe2O3·H2O生成硫化亚铁除去。

（3）CH4与H2O（气）反应生成CO2、H2，根据质量守恒定律，反应的化学方程式是：

CH4＋2H2O（g）===CO2＋4H2。

（4）K2CO3溶液与CO2反应生成碳酸氢钾（KHCO3），根据质量守恒定律，反应的化学方程式是：

K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3。

（5）在该流程中加入了Fe2O3·H2O，最后又生成了Fe2O3·H2O，所以该流程中参与循环的物质是Fe2O3·H2O。

答案　

（1）空气　

（2）除去H2S　（3）CH4＋2H2O（g）===CO2＋4H2　（4）K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3　

（5）Fe2O3·H2O

10．下图是实验室干馏煤的装置图：

（1）指出图中仪器名称：

a.________，d.________。

（2）仪器d的作用是____________________________________________________，

c中液体有________和________，其中无机物里溶有________，可用________检验出来。

有机物可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。

（3）e处点燃的气体主要成分有___________________________________（填化学式），

火焰的颜色是________。

解析　本题是关于煤干馏的实验，根据煤干馏的主要产品，b中得到的应是焦炭，c中得到的应是粗氨水和煤焦油，e处点燃的应是焦炉气。

其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞溶液等检验；煤焦油主要是苯、甲苯、二甲苯的混合物，应用分馏的方法分离；焦炉气的主要成分有CH4、CO、H2、CH2===CH2，燃烧时呈淡蓝色火焰。

答案　

（1）酒精喷灯　烧杯

（2）盛装冷水对蒸气进行冷却　粗氨水　煤焦油　氨　酚酞溶液（答案合理即可）　分馏

（3）H2、CH4、CH2===CH2、CO　淡蓝色

11．酸雨形成的原理之一可简示如下：

请回答下列问题：

（1）A物质的化学式为______________，B物质的化学式为__________。

（2）三个反应中，不属于氧化还原反应的是__________（填序号）。

（3）SO2中硫元素显＋4价，它可以降低到0价，利用这一性质可在工厂的烟道气中通入合适的________（填“氧化剂”或“还原剂”）除去SO2，达到减少污染的目的。

（4）雨水的pH<5.6时，就判断为酸雨。

已知pH＝－lgc（H＋），经测定某雨水中只含硫酸，且其浓度为5×10－5mol·L－1，则这次降雨__________（填“是”或“不是”）酸雨。

（5）火力发电厂燃烧的煤中含有大量的硫，其排出的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。

为了除去有害的SO2气体，在英国已进行了一个研究，结果表明：

高烟囱可以有效降低地面SO2的浓度，在20世纪60年代到70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于高烟囱的建造，地面SO2浓度降低了30%之多。

①你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是___________________________。

A．少用煤作燃料

B．把工厂的烟囱造高

C．燃料脱硫

D．把工厂迁移到农村

E．开发新能源

②请从全球环境保护的角度，分析