高中化学必修二 第四章第二节资源综合利用 环境保护
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高一年级 第四章
化学2
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
湖南桃源九中 高一年级第一学年第二学期
工业生产：
大量原料
能源
产品
废物
污染环境
资源的综合利用
环境保护
知识回顾
一、化石燃料 煤、石油和天然气都是古代 动植物遗骸 经过一系列复杂 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 化石 燃料，是 不可再生 资源。 二、煤、石油燃烧对环境的影响 1、煤的燃烧对空气的影响 煤燃烧时会排放出 SO2、NO2 等气体和一些烟尘，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品——汽 油、煤油、柴油等，它们燃烧时会排放 出 CO 、氮的氧化物 、含铅 化合物、未燃烧的 碳氢 化合物和烟尘等，它们都是大气的污染物。
主要成分
主要用途
出 焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、 气体燃料、化工原料 一氧化碳 炉 氮肥 煤 粗氨水 氨、铵盐 气 粗苯 苯、甲苯、二甲苯 炸药、染料、医药、农药、
苯、甲苯、二甲苯 合成材料
煤焦油
酚类、萘类 沥青
染料、医药、农药、 合成材料
筑路材料、制碳素电极 冶金、合成氨造气、电石、 燃料
焦炭
炭
（2）煤的气化
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。
一、煤、石油和天然气的综合利用
(一) 从煤、石油和天然气中获得基本化工原料 1、煤的种类与组成
无烟煤 含C的质量分数 95％
绿色化学
绿色化学的核心之一：原子经济性 最理想的“原子经济”：反应物中原子全部转 化为期望的最终产物,实现”零排放”。即原子 利用率100%.
期望产物的总质量 原子利用率 100% 生成物总质量
绿色化学示意图
安全的生产工艺
反应物
反应物 无毒无害原料 可再生资源
反应过程
反应过程 原子经济性反应 高选择性反应
2、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（ 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 a 开发氢能源 b 使用电动车 c 植树造林 d 戴上呼吸面具
提高能源的利用率
反应产物
环境友好产品（安全、 能降解、可再利用）
应用无毒无害的催化剂
应用无毒无害的溶剂
绿色化学
思考与交流 请把左侧的化学物质与右侧的环境问题联系起来
SO2、NO2 氟利昂 洗涤剂 （生活污水） CO2 空气中铅、CO超标 塑料 汽油 温室效应 酸雨 臭氧层破坏 白色污染
Hale Waihona Puke Baidu
水体富营养化 （赤潮）
（3）石油的催化重整
①在加热和催化剂的作用下，使石油中的链状 烃发生结构的重新调整而转化为环状烃的过程 叫石油的催化重整。
②石油的催化重整的目的：
获取苯、甲苯等重要的基本化工原料，并提高 汽油品质。
产量提高
25%
(二) 以煤、石油和天然气为原料生产合成材料 由低分子（相对分子质量小）生成高分子化合 物（相对分子质量巨大）的反应叫做聚合反应。
[课堂练习] 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？ 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。
污染到处存在,世界已无净土
请看以下数据：
• 1．全世界每年消耗的化石燃料，２０世纪初 不足１５亿吨，７０年代初达７０－８０亿 吨． • ２．人类每年都在制造成千上万种新化学品， 有毒化学品已达４００万吨．
南极企鹅体内也检验出滴滴涕,北极附近冰 盖层,铅汞含量不断上升.
(一)环境污染的分类：
1．按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染
根据村民的不完全统计，自1999年以来，西堤头村和刘 快庄村各种癌症患者有232人，平均年龄51岁，最小的 才7岁，已经死亡172人，其中肺癌、肝癌和肠癌的患病 比例最高。两个村的总人口大约是1.3万，癌症发病率达 到了178/万，是全国癌症平均发病率7/万的25倍多
水华
光化学烟雾
大气污染物一氧化氮、二氧化氮和某些碳氢 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（大气中的氧气也参加了 反应），形成白色或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，损害植物及橡胶制品等。
煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的有 效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高。
C (s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
高温 高温
（3）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。
CO + 2H2
一定 条件
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
三、绿色化学与清洁生产
绿色化学的核心是要利用化学原理从源头消除污染 。绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性”为基 本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反 应的每个原料原子，实现“零排放”。不仅充分利用资 源，而且不产生污染；并采用无毒、无害的溶剂、助剂 和催化剂，生产有利于环境保护、社区安全和人身健康 的环境友好产品。绿色化学化工的目标是寻找充分利用 原材料和能源，且在各个环节都洁净和无污染的反应途 径和工艺。对生产过程来说，绿色化学包括：节约原材 料和能源，淘汰有毒原材料，在生产过程排放废物之前 减降废物的数量和毒性；对产品来说，绿色化学旨在减 少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。
2．按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、 农业环境污染 3．按造成污染的性质、来源分：化学污染、生物污 染、物理污染（噪声、放射性、 热、电磁波等）、固体废物污染、 能源污染
(二)化学在环境保护上的应用主要有 以下几个方面：
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。
CH3OH（甲醇）
5、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
你知道吗？
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•nH2O,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”。
煤的种类 煤的种类
烟煤
褐煤 泥煤
70～80％
50～70％ 50～60％
2．煤的元素组成：C、H、O、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
4．煤的综合利用
煤的综合利用主要是通过煤的干馏、煤的液化和气 化，获得洁净的燃料和多种化工原料。
（1）煤的干馏
煤干馏的主要产品和用途
干馏产 品
ab
蒸馏是液态混合物在不需要隔绝空气情况下加 热发生的液体气化再冷凝的过程。属于物理变化。
分馏是分离提纯沸点相近的混合液体的一种方 法，它实质上就是多次蒸馏。如石油的分馏。
（2）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。 催化剂
想一想：什么是环境污染呢？
当人类活动产生的污染物或某种能造成污染物质，进 入环境的浓度或总量超越环境容量或环境自净的能力， 从而导致环境质量下降及恶化的现象，就是环境污染。
1998摩洛哥干旱羊上树
沙尘暴:
1986年4月,乌克兰基辅北部切尔诺贝利核电站4号反应 堆爆炸,放射性物质大量外泻,造成31人死亡,237人受放 射性伤害.
6、石油的组成及其综合利用
(1)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 以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。
石 油 分 馏 示 意 图
干馏、分馏和蒸馏的区别：
干馏是固态物质隔绝空气加强热发生分解反应 的过程，属于化学反应。如：煤的干馏。
nCH3CH=CH2→〔CHCH2〕n
︱
CH3
聚合反应
加聚反应
缩聚反应
O O nCH2OH-CH2OH + nHO─C ─C─OH → O O O-CH2-CH2-O─C─C +2nH2O
n
明确：单体、链节、聚合度 nCH3CH=CH2→〔CHCH2〕n
︱
单体
CH3 链节 聚合度
二、环境保护与绿色化学
C16H34
C8H18
C8H 18+C8H16 加热加压
催化剂
加热、加压
催化剂 加热加压 催化剂 加热加压 催化剂 加热加压
C4H10+ C4H8
加热、加压
催化剂
催化剂
C4H10
C4H10
C2H62H4 +C
加热、加压
CH4+C3H8
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。
化学2
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
湖南桃源九中 高一年级第一学年第二学期
工业生产：
大量原料
能源
产品
废物
污染环境
资源的综合利用
环境保护
知识回顾
一、化石燃料 煤、石油和天然气都是古代 动植物遗骸 经过一系列复杂 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 化石 燃料，是 不可再生 资源。 二、煤、石油燃烧对环境的影响 1、煤的燃烧对空气的影响 煤燃烧时会排放出 SO2、NO2 等气体和一些烟尘，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品——汽 油、煤油、柴油等，它们燃烧时会排放 出 CO 、氮的氧化物 、含铅 化合物、未燃烧的 碳氢 化合物和烟尘等，它们都是大气的污染物。
主要成分
主要用途
出 焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、 气体燃料、化工原料 一氧化碳 炉 氮肥 煤 粗氨水 氨、铵盐 气 粗苯 苯、甲苯、二甲苯 炸药、染料、医药、农药、
苯、甲苯、二甲苯 合成材料
煤焦油
酚类、萘类 沥青
染料、医药、农药、 合成材料
筑路材料、制碳素电极 冶金、合成氨造气、电石、 燃料
焦炭
炭
（2）煤的气化
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。
一、煤、石油和天然气的综合利用
(一) 从煤、石油和天然气中获得基本化工原料 1、煤的种类与组成
无烟煤 含C的质量分数 95％
绿色化学
绿色化学的核心之一：原子经济性 最理想的“原子经济”：反应物中原子全部转 化为期望的最终产物,实现”零排放”。即原子 利用率100%.
期望产物的总质量 原子利用率 100% 生成物总质量
绿色化学示意图
安全的生产工艺
反应物
反应物 无毒无害原料 可再生资源
反应过程
反应过程 原子经济性反应 高选择性反应
2、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（ 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 a 开发氢能源 b 使用电动车 c 植树造林 d 戴上呼吸面具
提高能源的利用率
反应产物
环境友好产品（安全、 能降解、可再利用）
应用无毒无害的催化剂
应用无毒无害的溶剂
绿色化学
思考与交流 请把左侧的化学物质与右侧的环境问题联系起来
SO2、NO2 氟利昂 洗涤剂 （生活污水） CO2 空气中铅、CO超标 塑料 汽油 温室效应 酸雨 臭氧层破坏 白色污染
Hale Waihona Puke Baidu
水体富营养化 （赤潮）
（3）石油的催化重整
①在加热和催化剂的作用下，使石油中的链状 烃发生结构的重新调整而转化为环状烃的过程 叫石油的催化重整。
②石油的催化重整的目的：
获取苯、甲苯等重要的基本化工原料，并提高 汽油品质。
产量提高
25%
(二) 以煤、石油和天然气为原料生产合成材料 由低分子（相对分子质量小）生成高分子化合 物（相对分子质量巨大）的反应叫做聚合反应。
[课堂练习] 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？ 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。
污染到处存在,世界已无净土
请看以下数据：
• 1．全世界每年消耗的化石燃料，２０世纪初 不足１５亿吨，７０年代初达７０－８０亿 吨． • ２．人类每年都在制造成千上万种新化学品， 有毒化学品已达４００万吨．
南极企鹅体内也检验出滴滴涕,北极附近冰 盖层,铅汞含量不断上升.
(一)环境污染的分类：
1．按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染
根据村民的不完全统计，自1999年以来，西堤头村和刘 快庄村各种癌症患者有232人，平均年龄51岁，最小的 才7岁，已经死亡172人，其中肺癌、肝癌和肠癌的患病 比例最高。两个村的总人口大约是1.3万，癌症发病率达 到了178/万，是全国癌症平均发病率7/万的25倍多
水华
光化学烟雾
大气污染物一氧化氮、二氧化氮和某些碳氢 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（大气中的氧气也参加了 反应），形成白色或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，损害植物及橡胶制品等。
煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的有 效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高。
C (s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
高温 高温
（3）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。
CO + 2H2
一定 条件
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
三、绿色化学与清洁生产
绿色化学的核心是要利用化学原理从源头消除污染 。绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性”为基 本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反 应的每个原料原子，实现“零排放”。不仅充分利用资 源，而且不产生污染；并采用无毒、无害的溶剂、助剂 和催化剂，生产有利于环境保护、社区安全和人身健康 的环境友好产品。绿色化学化工的目标是寻找充分利用 原材料和能源，且在各个环节都洁净和无污染的反应途 径和工艺。对生产过程来说，绿色化学包括：节约原材 料和能源，淘汰有毒原材料，在生产过程排放废物之前 减降废物的数量和毒性；对产品来说，绿色化学旨在减 少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。
2．按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、 农业环境污染 3．按造成污染的性质、来源分：化学污染、生物污 染、物理污染（噪声、放射性、 热、电磁波等）、固体废物污染、 能源污染
(二)化学在环境保护上的应用主要有 以下几个方面：
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。
CH3OH（甲醇）
5、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
你知道吗？
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•nH2O,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”。
煤的种类 煤的种类
烟煤
褐煤 泥煤
70～80％
50～70％ 50～60％
2．煤的元素组成：C、H、O、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
4．煤的综合利用
煤的综合利用主要是通过煤的干馏、煤的液化和气 化，获得洁净的燃料和多种化工原料。
（1）煤的干馏
煤干馏的主要产品和用途
干馏产 品
ab
蒸馏是液态混合物在不需要隔绝空气情况下加 热发生的液体气化再冷凝的过程。属于物理变化。
分馏是分离提纯沸点相近的混合液体的一种方 法，它实质上就是多次蒸馏。如石油的分馏。
（2）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。 催化剂
想一想：什么是环境污染呢？
当人类活动产生的污染物或某种能造成污染物质，进 入环境的浓度或总量超越环境容量或环境自净的能力， 从而导致环境质量下降及恶化的现象，就是环境污染。
1998摩洛哥干旱羊上树
沙尘暴:
1986年4月,乌克兰基辅北部切尔诺贝利核电站4号反应 堆爆炸,放射性物质大量外泻,造成31人死亡,237人受放 射性伤害.
6、石油的组成及其综合利用
(1)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 以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。
石 油 分 馏 示 意 图
干馏、分馏和蒸馏的区别：
干馏是固态物质隔绝空气加强热发生分解反应 的过程，属于化学反应。如：煤的干馏。
nCH3CH=CH2→〔CHCH2〕n
︱
CH3
聚合反应
加聚反应
缩聚反应
O O nCH2OH-CH2OH + nHO─C ─C─OH → O O O-CH2-CH2-O─C─C +2nH2O
n
明确：单体、链节、聚合度 nCH3CH=CH2→〔CHCH2〕n
︱
单体
CH3 链节 聚合度
二、环境保护与绿色化学
C16H34
C8H18
C8H 18+C8H16 加热加压
催化剂
加热、加压
催化剂 加热加压 催化剂 加热加压 催化剂 加热加压
C4H10+ C4H8
加热、加压
催化剂
催化剂
C4H10
C4H10
C2H62H4 +C
加热、加压
CH4+C3H8
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。