第四章 化学与可持续发展
Au
Fe
2016年8月4日星期四
第二节 化学与资源综合利用、环境保护
第一课时
三废:
废气、废水、废渣
煤、石油和天然气仍然是人类使用的主要能源，也是三种重要的化石燃料
优点: 提供能量、化工原料
缺点: 不可再生、环境污染
1、煤的种类与组成
一、煤的综合利用
(2)煤的元素组成：C、H、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
(1)煤的种类
组成元素:主要是碳元素；（还有少量的H、O、N、P、S、卤素等）

组成成分：是由多种有机物、无机物组成的复杂混合物。
煤的生成_标清.flv
煤的结构模型
无机物(少量)
有机物
C 元素—大量
H、O、N、S 等元素
—少量
无机盐等
污染环境
COx、NOx、 SO2 烟尘
煤的组成
1、煤的组成
煤的综合利用
煤的干馏
煤的气化
煤的液化
获得洁净的燃料和多种化工原料——物尽其用，保护环境
煤直接作燃料——利用率低并污染环境
煤的干馏实验装置图
实验装置1
实验装置2
2、煤的综合利用
（1）煤的干馏
①煤的干馏原理：
煤的干馏_标清.flv
(2)煤的干馏
煤干馏的产物有哪些？
把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。
表4-2 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：
将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。
中热值气
高热值气
煤气储气柜
煤碳煤气化炉
等离子体辅助煤汽化装置
(3)煤的液化
在一定条件下将煤转化为液体燃料——又称人造石油，可继续精制成汽油、柴油、液化石油气、甲醇。在石油资源日益减少的情况下，煤的液化具有十分诱人的前景。
将煤转化液体燃料的过程。
分为直接液化和间接液化。
（3）煤的液化：
如：
煤液化 装置
纳米级煤液化油
煤 液化烘干机
液化氣罐
煤氣灶
二、天然气的综合利用
天然气既是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料，作为化工原料，它主要用于合成 和生产 等。天然气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有机化合物。实现天然气的有效转化是一项具有挑战性的课题。
氨
甲醇
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•8H2O,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”。
甲烷水合物 :
柴达木盆地天然气储量突破3000亿立方米
珠海振戎公司已经与伊朗方面签署协议，同意在未来25年向伊朗购买200亿美元的液化天然气
亚洲最大的天然气处理厂
俄天然气管道通向中国
德国天然气汽车
天然气灶
液化天然气公交车
三、石油的综合利用
1、石油的组成元素:
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物。（还有水分、盐分等杂质）
石油的主要成分：
2、石油的炼制(除水脱盐后)
（1）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分离成简单混合物的过程。
实验室蒸馏石油的装置
温度计
蒸馏烧瓶
冷凝器
接受器（牛角管）
碎瓷片
石油分馏示意图
比较蒸馏、分馏、干馏
25%
产量提高
(2)石油的裂化
--------在一定的条件下，将相对分子质量大的烃（重油或石蜡油）断裂成相对分子质量小的烃的过程叫裂化.
含有不饱和烃,能使溴水褪色,不能用来萃取溴.
成分:
目的：
提高轻质油的产量和质量，获得石油裂化气。
[注意]汽油有直馏汽油和裂化汽油两种.直馏汽油是由石油直接分馏而得的汽油(不含烯烃)；裂化汽油是由重油经裂化而制得的汽油(含有烯烃)。两者成分不同.
原料：
石油分馏产品（重油）
裂解是深度的裂化.
(3)石油的裂解:
为了获得更多的短链的不饱和烃（如乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等），以进行三大合成
在更高的温度下，使长链烃（石油分馏产物）断裂成乙烯、丙烯等短链烃。
目的:
原理：
把链状烃转化成为环状烃的过程.如:苯或甲苯等.
(4)催化重整:
原料：汽油
四、合成材料
1、原料：
。
2、合成材料基本特征：
。
3、合成材料的合成原理：
。
例如：乙烯合成聚乙烯
，
丙烯合成聚丙烯
。
石油、煤、天然气
相对分子质量很大，属于高分子化合物
加聚、缩聚
聚氯乙烯塑料
聚乙烯塑料
聚丙烯塑料
聚苯乙烯塑料
合
成
纤
维
合成材料概况：
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，于是就发生了一场材料的革命－－人工合成材料；
　　　合成材料的原料丰富、制造加工简单，性能千变万化；
　　　塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料；
　　　黏合剂、涂料也属于合成材料。
合
成
纤
维
4、聚乙烯与高分子化合物
（1）聚乙烯的生成
（2）高分子化合物及其特征
相对分子质量很大,是混合物,无固定的熔沸点。
(n 为聚合度)
（单体）
练习：氯乙烯、2—丁烯的加聚反应方程式
加聚反应
聚合反应：由相对分子质量小的化合物分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应。
此反应属于乙烯的加成反应，所以这种聚合反应又叫加成聚合反应，简称加聚反应。
三大合成材料:
塑料、合成橡胶、合成纤维
综合利用的意义：物尽其用、保护资源，
创造出更多产品
聚丙烯：
单体：
CH2＝CHCH3
聚苯乙烯
单体：
聚甲基丙烯酸甲酯
（有机玻璃）
单体：
酚醛塑料
单体：
苯酚、甲醛
聚四氟乙烯
单体：
CF2＝CF2
科学视野：壁虎的脚与胶黏剂
白色污染
1.由于合成材料的广泛应用和发展，一些塑料制品带来的环境污染就是“白色污染”。
2.白色污染的危害；
3.白色污染的治理：
（1）废弃塑料的再利用（如直接作为材料、制作单体和燃料油、制作气体等）；
（2）制造易降解材料；
（3）超市塑料袋有偿使用。
思考与交流：
1、目前，回收利用废旧合成材料有很多途径，请查阅资料了解有哪些途径？并试着从环境保护和经济成本等方面作出评价。
1、回收利用废旧合成材料主要有三种途径：一是通过熔融再生重新作成多种有用的材料；二是采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料；三是将废旧合成材料作为燃料使用。
正方观点举例：
1、生产和使用合成材料可以更加合理的开发和利用自然资源；
2、生产和使用合成材料可以使利用太阳能变的方便、经济和实用；
3、用合成材料替代木材、棉花、天然橡胶等，有利于生态环境的保护。
2、你认为应该限制生产、使用聚苯乙烯塑料快餐盒，
还是回收利用？请用必要资料和数据作为论据。
反方观点举例：
1、生产和使用合成材料等自然界原本没有的物质，超出环境的自然消化能力，这不是科技的进步，而是异化和倒退。
2、废旧合成材料的回收和利用并不容易，甚至有些材料的回收再生成本大大高于制造成本，经济上考虑根本不合算。
3、天然的东西是最好的，我们应该提倡“回归自然”的绿色生活方式，拒绝生产和使用合成材料。
你认为应该限制生产、使用聚苯乙烯塑料快餐盒，还是回收利用？
下列变化属于物理变化的是 （　 ）
Ａ. 煤的气化　　　Ｂ. 石油的分馏
Ｃ. 石油的裂解　　 Ｄ.煤的干馏
B
思考与交流：
练习
石油加工的主要目的是（ ）
将石油按其成分的沸点不同加以分离
将石油按饱和与不饱和烃加以分离
得到碳原子数多的烃类
将石油中烷烃、环烷烃和芳香烃分开
A
石油加工的主要目的是（ ）
将石油按其成分的沸点不同加以分离
将石油按饱和与不饱和烃加以分离
得到碳原子数多的烃类
将石油中烷烃、环烷烃和芳香烃分开
用重油制取丙烯的方法是（ ）
A.减压分馏 B.干馏 C.裂化 D.裂解
D
用重油制取丙烯的方法是（ ）
A.减压分馏 B.干馏 C.裂化 D.裂解
石油裂解的目的是（ ）
提高轻质液体燃料的产量
主要提高汽油的产量
获得短链不饱和烃
改善汽油的质量
C
石油裂解的目的是（ ）
提高轻质液体燃料的产量
主要提高汽油的产量
获得短链不饱和烃
改善汽油的质量
第二节 资源综合利用 环境保护第二课时
二、环境保护与绿色化学
第四章 化学与自然资源的开发利用

环境保护
与
绿色化学
1、了解常见的环境污染问题及其危害。
2、理解绿色化学的核心，掌握原子利用率的计算。
没有 被污染的环境多么赏心悦目！
蓝
清
绿
绿
绿
醉
这是多么撩人的自然美景！然而，如今的地球正在遭受着前所未有的灾难：
被污染的小河
乱扔导致的污染
焚烧垃圾烟蹿15米
工厂排放的烟尘
河水污染导致大量鱼类死亡
沉鱼
落雁
闭月
羞花
美人已远去，现代版的“沉鱼落雁闭月羞花”让我们看到了现实中环境的不堪，重重地敲响了环境保护的警钟！
第二课时
课本P100
二、环境保护与绿色化学
1、 环境问题的含义
生态环境破坏
环境污染
2、环境污染：人类排放的污染物质超过了环境的自净能力，引起环境质量发生不良变化从而危害人类健康和生存的现象。
人类保护伞的洞——臭氧层被破坏
空中死神——酸雨
全球变暖——温室效应
光化学烟雾
无形杀手——居室污染
（1）.大气污染
PM2.5－雾霾
大气污染
光化学烟雾
美国洛杉矶光化学烟雾事件 130218 早安江苏_标清.flv
酸雨的危害
雾霾
臭氧层空洞
思考与交流:P101
1、硫氧化物和氮氧化物是形成酸雨的主要
物质 。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。请举例
说明这些方法的化学反应原理和类型。
酸雨是指PH≤5.6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。
（2）、水污染：来自工业废水、生活废水(无
机物, 重金属盐类,营养物有机物, 洗
涤剂, 石油)
·水体富营养化（N、P、K、S的化合物）
·（生活污水、农田排水、化肥、合成洗涤剂、工业废水引起藻类、浮游生物暴发性繁殖—— 赤潮、水华）
水污染
海洋污染
2、水华是淡水中的一种自然生态现象，是由于水的富营养化引起藻类 （如蓝藻 、绿藻、硅藻等）的迅猛生长，
水一般呈蓝色或绿色。
淡水中“水华”造成的最大危害是：饮用水源受到威胁，
藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次
生代谢产物能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁
人类的健康和生存。
思考与交流:P101
水华
赤潮是由于海水中浮游藻类、原生动物或细菌异常增殖或
聚集而引起海水变色的现象。实际上，赤潮并不一定都是
红色的，它可因引发赤潮的生物种类和数量不同而呈现出
不同颜色。
返回
思考与交流:P101
2、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。
重金属污染：
如 汞、镉、铅、铬、砷
猫自杀事件——水俣病（汞污染）
骨骼畸形变脆——骨痛病（镉污染）
智力发展隐性杀手——铅污染
（3）、废渣污染
来自工业垃圾、生活垃圾
白色污染、废旧电池
固体废弃物污染
废电池对环境的危害
电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。
上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。
“痛痛病”是因镉中毒引起的。
有关资料显示：
一粒钮扣电池能污染60万升水（这是一个人一生的用水量）。
一节一号电池埋在地里，能使１平方米的土地失去使用价值 。
中国电池的年产量180多亿只，占世界电池总产量的30％以上，年消费量达70－80亿只，但回收率却不足２％。
减 少 污 染 节 约 资 源
白色污染
天通苑居民受垃圾烟困扰
环境问题就在我们的身边！
2004年4月7日—朝阳公园
2006年4月17日北京海淀
我为环保做什么？
二、环境保护与绿色化学
当今化学工作者面临的重要任务：
（1）对环境情况的检测
二、环境保护与绿色化学
当今化学工作者面临的重要任务：

（2）三废的治理
（3）寻找源头治理环境的生产工艺
要较好地完成这些任务，都离不开化学知识。
废气（化学燃料燃烧及工厂废气）
废水（工业废水、生活废水等）
废渣（工业垃圾、生活垃圾等）
二、环境保护与绿色化学
（1）绿色化学的核心就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。
3、绿色化学（防治优于治理）
核心：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“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。
从学科观点看：是化学基础内容的更新。（改变反应历程）
从环境观点看：强调从源头上消除污染。（从一开始就避免污染物的产生）
从经济观点看：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）
二、环境保护与绿色化学
（2）原子经济：反应物的原子全部转化为期望的最终产物，也就是原子利用率为100%。
3、绿色化学理念（防治优于治理）
二、环境保护与绿色化学
3、绿色化学理念（防治优于治理）
（3）原子利用率=
×100%
=
×100%
3、绿色化学
思考与交流P102
乙烯生产环氧乙烷
（1）试计算两种生产工艺的原子利用率各是多少？
【方法一】原子利用率===
m (C2H4O)
m (C2H4O)＋m(CaCl2)＋m(H2O)
×100%
×100%
=
=25.4%
【方法二】原子利用率=== 100%
（2）举出其他原子利用率为100%的化学反应类型的实际例子
例如：乙烯的水化反应制乙醇：
CH2===CH2 ＋ H2O CH3CH2OH
反应中，原子利用率== 100%
（3）原子利用率与产率相同吗？
答：不相同。
产 率 ==
产品的实际产量
产品的理论产量
×100%
保护环境 从我做起
“立此存照，过几年再来，希望水更干净清澈。”2015年新年，习近平在洱海考察。新华社记者 鞠鹏 摄
十八大以来，习近平对绿色发展理念进行了系列阐述，升华了中国环保“思想观”、“实践观”、“系统观”、“全球观”。
讨论：
作为一名中学生，你能为环保做些什么？
为了我们的生存环境，
我们还可以做很多……
可点击
从身边做起！
行动起来，
地球人的行动：
1、开发“绿色资源”是当今世界上工业化国家
开源节流、化害为利和保护环境的重要措施。
2、兴建“绿色建筑”是人们崇尚自然、回归自
然的一种潮流。
3、吃“环境餐”，以间接保护自然环境而且有
益于身体健康。
增强全球的环境意识，保护和合理
利用土地、矿藏、森林、水等自然
资源，努力改善生态环境。
小结：
环境污染——人类的灾难_标清.flv
2、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）
（ ）
→
C
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。
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，其原因是（ ）
SO2转化为SO3，产生硫酸酸雾
（3）控制城市空气污染源的方法可以有 （多选扣分）
a 开发氢能源 b 使用电动车
c 植树造林 d 戴上呼吸面具
ab
（1）.大气污染的来源、危害、治理
主要污染物:
二氧化物 碳氧化物 氮氧化物 碳 氢化物 飘尘 煤尘 放射性物质等
.来源:
煤 石油的燃烧,矿石冶炼,汽车尾气,
工业废气等
.危害:
危害人类健康
影响植物生长
破坏建筑材料
改变地球气候
讨论：
“温室效应”与全球变暖
事例一、“伦敦烟雾事件”
④治理：
调整资源结构，开发新能源（太阳能、氢能、风能、地热等），减少使用煤、石油、天然气等化石燃料，减少工业废气排放，对废气进行回收净化再利用等。
大力植树造林严禁乱砍滥伐。政府部门合理规划、制定标准、加强监测。
（2）.水污染的来源、危害、治理
来源：
.危害：
污染水源，改变水质，加剧水源
危害。造成水体富营养化，破坏
海滨风景区。
石油炼制、工业废水、生活废水、
使用过农药、化肥的农田排水、
降水淋洗大气污染物和地面淋洗
固体垃圾等。
事例二、“日本水俉病事件”
治理：
控制污水任意排放，对污水进行净化处理，改善用水制度，研究无污染新工业，合理、科学地施用化肥、农药。
（3）.居室污染的来源、危害及防治措施
煤、石油、液化气、天然气等的燃烧，煎、炒、烘、烤等高温烹调加工中产生的烟雾，烟草的燃烧，电器发出的电磁波，地毯中的螨虫，建筑装潢材料产生的甲醛、放射性稀有气体氡，化妆品，日用化学品，家宠等。
.来源：
.危害：
引起人体呼吸道、消化道等疾病，导致各种癌症、
皮肤病、传染病，影响婴幼儿智力和发育等。
CO2
CO
SO2
NOX
NH3
酚类、烟雾、烟尘、放射性稀有气体氡、电磁波、螨虫、细菌、病毒等
主要污染物：
保持室内清洁通风
对电器辐射采取防护措施,并保持距离
厨房要有通风换气设施
宠物要经常洗浴,养成良好的排便习惯,并注意及时清除.
女性朋友要慎用化妆品和日常化学用品
建议男士少抽烟或不抽烟
④、防治措施: