第35讲 化学与资源综合利用环境保护Word文档格式.docx

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（1）主要成分是甲烷，是一种清洁的化石燃料和重要的化工原料。

（2）合成NH3和CH3OH：

写出以甲烷、水和空气制NH3的方程式：

CH4＋2H2O

CO2＋4H2，N2＋3H2

2NH3。

4．三大合成材料

（1）三大合成材料指塑料、橡胶、合成纤维。

（2）聚合反应

合成聚乙烯的化学方程式为：

nCH2===CH2

，单体为CH2===CH2，链节为—CH2—CH2—，聚合度为n。

二、环境保护与绿色化学

1．环境保护

（1）三废污染指废液、废气、废渣。

（2）环保措施：

立法、综合治理。

2．绿色化学

（1）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。

（2）原子经济性：

反应物的原子全部转化为期望的最终产品，即原子利用率为100%。

网络构建

1.煤、石油、天然气的组成和综合利用

热点典例突破

热点考向

1.煤的综合利用：

包括煤的成分、煤的干馏及产物。

2．石油的炼制：

包括石油的分馏、裂化、裂解的原理及产物。

3．聚合反应的原理、应用以及高分子化合物的特征、性质。

4．绿色化学和环境保护的相关知识。

热点探究

热点1石油的加工

1.石油的组成

（1）石油所含的元素主要成分是碳和氢，此外还含有硫、氧、氮等。

（2）石油主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。

2．石油的加工

（1）分馏原理

①原理：

利用石油中各组成成分沸点的不同进行蒸馏，是物理方法；

由于进行多次蒸馏，故称分馏；

得到的不同沸点范围的产物称馏分，但仍是多种烃的混合物。

②实验室装置如上图所需仪器有：

酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、锥形瓶。

③按上图连接好装置→检查装置的气密性合格后→向蒸馏烧瓶中注入约100mL石油及碎瓷片→连接冷却水（下进上出）→给烧瓶加热→分别收集60℃～150℃和150℃～300℃的馏分→停止对烧瓶的加热并整理仪器。

在锥形瓶里收集到油状液体，在60℃～150℃的温度范围内收集到的液体有汽油味，在150℃～300℃的温度范围内收集到的液体有煤油味，同时烧瓶内的物质变成黑色粘稠状的液体。

④对石油进行加热使其温度逐渐升高，在60℃～150℃的温度范围内挥发出汽油，在150℃～300℃的温度范围内挥发出煤油，同时说明石油是一种复杂的混合物。

⑤注意事项：

a.石油及其分馏产品都易燃烧，实验中最好用隔火板将酒精灯和锥形瓶隔开，在锥形瓶的口部塞一团疏松的棉花，以防发生火灾。

b.连接好装置后，一定要检查装置的气密性，以防蒸气溢出，引起事故。

c.一定要垫石棉网才能对烧瓶加热，防止烧瓶炸裂引起火灾。

d.烧瓶中的石油量应占烧瓶容积的

～

。

e.冷凝管内的冷却水要从下口入上口出，这样会使馏分冷却效果最好。

f.汽油、煤油等对橡胶有较强的腐蚀性，实验中所用的橡胶塞要用锡箔包起来，防止被腐蚀。

g.温度计的最大量程不能低于300℃，温度计的水银球要置于蒸馏烧瓶的支管口处。

⑥工业设备：

主要是分馏塔。

分为常压分馏塔和减压分馏塔。

（2）直馏汽油和裂化汽油的比较

①直馏汽油

由原油直接分馏得到，以直链饱和烃为主，燃烧质量差，爆震性强，不能使溴水褪色。

②裂化汽油

由重油催化裂化得到，以支链烃、环烷烃为主（多含有不饱和键），燃烧质量好。

爆震性差，能使溴水褪色。

注意：

直馏汽油和裂化汽油的区别可以用溴水来鉴别，裂化汽油中含有不饱和键，可以使溴水褪色，不能用来萃取溴水中的溴。

【例1】　下列有关石油及石油加工的说法中，正确的是（　　）

A．石油是各种液态烃的混合物

B．常压分馏的原料是重油

C．由分馏塔分馏出的各馏分均是混合物

D．减压分馏的主要产品有汽油、润滑油、煤油和沥青

[解析]　石油主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物，石油的大部分是液态烃，同时在液态烃中溶有气态烃和固态烃，选项A说法不对；

常压分馏的原料是石油，减压分馏的原料是重油，选项B说法也不对；

常压分馏的主要产品有汽油、柴油、煤油等，减压分馏的主要产品是润滑油、石蜡、燃料油、沥青等，选项D说法也不对；

无论是常压分馏还是减压分溜，由分馏塔出来的各馏分都是不同沸点范围的蒸馏产物，每一种馏分仍然是多种烃的混合物，因此只有选项C说法正确。

[答案]　C

变式1　如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。

资料一：

石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。

资料二：

石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。

某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图：

实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化，试管Ⅱ中有少量液体凝结，试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管Ⅱ中液体气味，具有汽油的气味。

（1）该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为________。

为保证实验成功，实验前必须进行的操作是________。

装置中较长导管的作用是____________________。

（2）试管Ⅱ中少量液体凝结说明了________________。

（3）试管Ⅲ中溶液褪色说明了______________________________________________。

（4）能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴，理由是______________________________________________。

（5）写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式_____________________________________________________________________。

（6）石油裂化的重要意义是____________________。

解析：

仪器连接的顺序应遵循从下往上，从左到右的原则，装入药品之前要检验装置的气密性。

依据石油分馏工业的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，兼起冷凝气体的作用；

依据催化裂化原理，下列反应皆有可能发生：

a．C20H42

C10H20＋C10H22

b．C10H22

C5H12＋C5H10

c．C5H12

C2H4＋C3H8

d．C5H12

CH4＋C4H8。

试管Ⅱ中有液体生成，说明生成5个碳原子数以上的烃，因为常温常压下，5个碳原子数以上的烃大都呈液体，试管Ⅲ中KMnO4溶液褪色说明生成常温常压下呈气态的5个碳原子数以下的烯烃；

由于裂化产物中有烯烃生成，易与溴发生加成反应，所以不能用来萃取卤素单质：

从以上变化可以看出，石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃油，特别是汽油的产量和质量。

答案：

（1）从下往上，从左往右　检验装置的气密性　导气、冷凝气体

（2）裂化生成了5个碳原子数以上的烃

（3）裂化生成了碳原子数小于5的烯烃

（4）不能，因为裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应

（5）C20H42

C10H22＋C10H20

（6）可提高石油产品中轻质燃油特别是汽油的产量和质量

点评：

解答本题要注意以下三点：

（1）连接好仪器后，需先检验气密性。

（2）石蜡裂解的产物中含有不饱和烃。

（3）不饱和烃易与溴水发生加成反应。

热点2煤的综合利用

1.煤的干馏（煤的焦化）：

把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，叫煤的干馏。

煤高温干馏获得焦炭、焦炉气、粗氨水和粗苯等，它们均是重要的化工原料。

2．煤的气化和液化

煤的气化和液化是使煤变成清洁能源的有效途径。

煤的气化是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。

煤气化的主要反应是碳和水蒸气的反应：

C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g），煤的液化是把煤转化成液体燃料的过程，我国是世界上最大的耗煤国家，但占总量70%的煤直接被烧掉，既浪费了资源，又污染了环境。

因此，积极开展煤的综合利用是十分重要的。

【例2】　下图是实验室干馏煤的装置图：

（1）指出图中仪器名称：

c__________，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__________，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处放出的应是焦炉气。

其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞试剂检测；

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）U形管　烧杯

（2）盛装冷水对蒸气进行冷却　粗氨水　煤焦油　氨　酚酞试剂　分馏

（3）H2、CH4、CH2===CH2、CO　淡蓝色

变式2　煤的气化所得气体可用于城市家用燃气。

下列选项中的气体均属于家用燃气有效成分的是（　　）

A．CO、H2、N2　　　B．CO、CH4、H2

C．CO、CH4、CO2D．CH4、H2、O2

CO和H2为煤气的主要成分；

CH4是天然气的主要成分，B项正确。

B

热点3环境污染与保护

1.大气污染

（1）定义：

当大气中某些有毒、有害物质的含量超过正常值或大气的自净能力时，就发生了大气污染。

（2）污染物：

主要有颗粒物、硫化物、氮化物、碳的氧化物、碳氢化合物，以及含卤素化合物和放射性物质等。

（3）主要危害：

危害人体健康，影响动、植物生长，破坏建筑物和建筑材料；

改变世界的气候。

（4）防治的方法和措施：

立法，综合治理。

2．水污染

排放的污染物使水和水体的物理、化学性质发生变化，或使生物群落发生变化，从而降低了水体的使用价值。

（2）污染物的种类：

重金属、酸、碱、盐等无机化合物；

耗氧物质、石油和难降解的有机物以及洗涤剂等。

（3）防止和治理：

控制污水的任意排放，用物理、化学、生物等方法综合治理。

3．土壤污染

进入土壤中的污染物的数量超过了土壤的自净能力，就会引起土壤质量下降，这种现象就称为土壤污染。

城市污水、工业废水、生活垃圾及工矿业固体废弃物，化肥、农药，大气沉降物、牲畜的排泄物、生物残体等。

（3）防治的措施：

控制和减少污染物的排放，加强工矿企业固体废弃物及城市垃圾的处理和利用。

【例3】　（2010·

江苏）化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。

下列说法正确的是（　　）

A．为提高农作物的产量和质量，应大量使用化肥和农药

B．绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理

C．实现化石燃料清洁利用，就无需开发新能源

D．垃圾是放错地方的资源，应分类回收利用

[解析]　本题考查化学与环境保护的知识。

A项，大量使用化肥会破坏土壤结构，大量使用农药会污染环境，故不正确；

B项，绿色化学的核心是从源头上阻止环境污染，而不是出现污染后去治理，故不正确；

C项，化石能源是有限的，仍需开发新能源，故不正确；

D项，正确。

[答案]　D

变式3　保护环境已成为人类的共识。

人类应以可持续发展的方式使用资源，以合理的方式对废物进行处理并循环使用。

下列做法不利于环境保护的是（　　）

A．发电厂的煤经脱硫处理

B．将煤转化为水煤气作燃料

C．回收并合理处理聚乙烯塑料废物

D．电镀废液经中和后直接排放

将煤脱硫、转化为水煤气燃烧，可以防止造成污染环境的SO2气体生成，A、B均正确；

废物回收有利于环保，C正确；

工业生产上常用氰化物配制电镀液，由于CN－有剧毒，中和后直接排放会污染环境。

D

热点4绿色化学

1.绿色化学的含义

（1）绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。

（2）绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物。

①从科学观点看，绿色化学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，这是符合可持续发展要求的。

2．绿色化学的基本原则

（1）防治污染的产生优于治理产生的污染。

（2）原子经济性（设计的合成方法应将反应过程中所用的材料，尽可能全部转化到最终产品中）。

（3）应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源（在常温、常压下进行）。

【例4】　（2010·

天津理综）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]　本题考查资源的合理利用，意在考查考生知识的运用能力。

氢能和太阳能都属于清洁能源，能够起到节能减排作用，A项正确。

塑料制品是石油化工产品，消耗大量的化石燃料，限制其使用可以实现社会的可持续发展，B项正确。

绿色化学的目标是达到100%的原子利用率，实现零排放，C项正确。

纯液态有机物作为溶剂，不仅浪费资源，而且容易造成环境污染，D项不正确。

变式4　下列符合化学实验“绿色化学”的有

①在萃取操作的演示实验中，将CCl4萃取溴水改为CCl4萃取碘水；

②在铜与浓硫酸反应的实验中，将铜片改为可调节高度的铜丝；

③将实验室的废酸液与废碱液中和后再排放

A．①②B．①③

C．②③D．①②③

因为溴易挥发，所以在萃取操作的演示实验中，将CCl4萃取溴水改为CCl4萃取碘水。

在铜与浓硫酸反应的实验中为避免生成过量的SO2污染空气，将铜片改为可调节高度的铜丝。

将实验室的废酸液与废碱液中和后再排放，可减少水体污染。

方法规律技巧

与化学相关的环境问题

与化学相关的环境污染问题主要包括如下几个方面。

一是大气污染问题：

这是指由空气中的颗粒物、硫的氧化物（SO2、SO3）、氮的氧化物（NO、NO2等）、CO、碳氢化合物、氟氯代烃等造成的污染（其中SO2、NOx主要来源于化石类燃料的大量使用）。

大气污染的具体表现主要有：

形成酸雨、酸雾；

臭氧层空洞；

光化学烟雾；

室内空气污染（指家用燃料的燃烧、烹调、吸烟产生的CO、CO2、NO、NO2、SO2等，各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染等，其中CO与血红蛋白作用会使血液失去输氧能力，导致CO中毒）。

二是水体污染：

这是指过量有害物质进入水中造成的污染。

导致水体污染的物质主要有两大类，一类是重金属污染，如重金属汞、镉、铅、铬等进入水中形成的污染，这些重金属主要来自于化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水。

另一类是植物营养物质污染：

水中高浓度的N、P等植物营养物质，导致水体富营养化而形成的污染。

它主要是由进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用的磷肥造成的。

三是固体废弃物造成的污染：

主要是指生活垃圾、工业废料随意堆放造成的污染，目前最引人注意的是由塑料制品造成的白色污染及废旧电池造成的重金属污染。

垃圾污染范围广泛，对环境及生物的不良影响途径多样。

对垃圾可采取分类回收利用、卫生填埋法、堆肥和焚烧法；

使用可降解塑料，回收再利用废旧塑料制品以防止白色污染。

【考例】　广州于2010年承办第16届亚运会。

下列措施有利于节能减排、改善环境质量的有（　　）

①在大亚湾核电站已完全运行多年的基础上，广东将继续发展核电，以减少火力发电带来的二氧化硫和二氧化碳排放问题

②积极推行“限塑令”，加快研发利用二氧化碳合成的聚碳酸酯类可降解塑料

③加速建设地铁、轻轨等轨道交通，促进珠三角城市一体化发展，减少汽车尾气排放

④发展低碳经济、循环经济，推广可利用太阳能、风能的城市照明系统

⑤使用生物酶降解生活废水中的有机物，使用填埋法处理未经分类的生活垃圾

A．①②③④　B．①②⑤

C．①②④⑤D．③④⑤

[解析]　本题主要考查考生对一些常见的社会活动对环境产生影响的评价能力。

核电站使用的是核材料而不是化石类燃料，故可减少污染物如SO2等的排放，有利于改善环境质量，①正确，则可排除D选项；

地铁的运营可减少使用汽车的数量，从而减少尾气排放，有利于改善环境，③正确，则排除B、C选项（常用塑料如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料等由于难以降解，它们的大量使用会严重污染环境；

直接填埋生活垃圾会造成土壤与水质污染）。

[答案]　A

变式　（2010·

北京市崇文区期末）2009年11月25日，我国提出了控制温室气体排放的措施和近期指标，充分体现了“善待地球，科学发展”的主题。

下列不符合这一主题的是（　　）

A．发展循环经济，构建资源节约型社会

B．加高工厂的烟囱，使烟尘和废气远离地表，减少污染

C．减少或不使用对大气臭氧层起破坏作用的氟氯烃

D．采用“绿色化学”工艺，建立环境友好型化工体系

B项，加高工厂的烟囱，不能消除烟尘和废气，烟尘和废气仍在大气中，故不符合“善待地球，科学发展”这一主题。

备选习题

1.下列说法错误的是（　　）

A．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油

B．含C18以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油

C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物

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

煤经过干馏发生复杂的物理、化学变化后得到煤焦油等物质。

煤焦油是含有多种芳香族化合物的复杂混合物。

煤焦油在170℃以下蒸馏出来的馏出物中主要含有苯、甲苯、二甲苯和其他苯的同系物等。

所以并不是煤中含有苯和甲苯。

2．含有5个原子的烷烃，催化裂化可生成的烯烃最多有（　　）

A．4种　B．5种

C．6种D．2种

先理解清楚烷烃裂化成小分子的烷烃和烯烃的规律，再应用同分异构体的知识即可解题。

C5H12断链的方式可能有下列三种：

C5H12

CH4＋C4H8

C2H6＋C3H6

C3H8＋C2H4

其中C2H4代表乙烯，C3H6只代表丙烯，而C4H8的烯烃同分异构体有3种：

因此，即使考虑C4H8的裂解，生成的烯烃也最多有5种。

3．《中华人民共和国食品安全法》于2009年6月1日起实施。

下列做法不利于食品安全的是（　　）

A．用聚氯乙烯塑料袋包装食品

B．在食用盐中添加适量的碘酸钾

C．在食品加工中科学使用食品添加剂

D．研发高效低毒的农药，降低蔬菜的农药残留量

本题考查化学知识在生活中的应用，意在考查考生化学与生活常识。

A项，聚氯乙烯塑料袋有毒，不能用于食品包装。

A

4．下列措施不符合节能减排的是（　　）

A．大力发展火力发电，解决广东电力紧张问题

B．在屋顶安装太阳能热水器为居民提供生活用热水

C．用石灰对煤燃烧后形成的烟气脱硫，并回收石膏

D．用杂草、生活垃圾等有机废弃物在沼气池中发酵产生沼气，作家庭燃气

5．工业废水中常含有不同类型的污染物，可采用不同的方法处理。

以下处理措施和方法类别都正确的是（　　）

选项

污染物

处理措施

方法类别

废酸

加生石灰水中和

物理法

Cu2＋等重金属离子

加硫酸盐沉降

化学法

C

含苯废水

用活性炭吸附

含纯碱的废水

加石灰水反应

6．化工生产需要遵循“绿色化学”思想，我们的生活习惯也应该遵循这种思想。

下面的做法与“绿色化学”思想一致的是（　　）

①侯氏制碱法中使用了合成氨生产中的二氧化碳

②利用海水制取蒸馏水后的富卤海水提取溴、镁

③及时地将生活污水稀释排放到江河湖海中

A．①②　B．②③

C．①③D．①②③

侯氏制碱法中使用了合成氨的废气二氧化碳，使原料得到充分利用；

富卤海水中溴、镁浓度高，可以更有效地提取这些元素；

生活污水富含氮、磷，排入江河湖海容易导致水体富营养化。