第四章第二节资源综合利用环境保护.docx
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第四章第二节资源综合利用环境保护
第二节 资源综合利用 环境保护
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。
知识点一 煤、石油和天然气的综合利用[学生用书P70]
阅读教材P95～P100，思考并填空。
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
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。
（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，如聚乙烯的单体为CH2===CH2。
b．链节：
高分子化合物中的最小重复结构单元，如聚乙烯中的—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
1．判断正误
（1）煤的干馏可以得到焦炉气、煤焦油、焦炭等产品，该过程属于物理变化。
（ ）
（2）煤里主要含碳及少量的其他元素，但绝大多数都含硫，工业上大量燃烧含硫燃料会形成“酸雨”。
（ ）
（3）天然气主要用于合成氨和生产甲醇。
（ ）
（4）石油是多种烃的混合物。
（ ）
（5）石油的分馏、裂化、裂解都属于化学变化。
（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）√ （4）√ （5）×
2．工业上获得苯主要通过（ ）
A．煤的干馏 B．石油常压分馏
C．石油减压分馏 D．石油催化裂化
答案：
A
3．石油裂化的目的是获得（ ）
A．乙烯 B．丙烯
C．汽油 D．柴油
答案：
C
4．聚丙烯CH2CHCH3是一种合成塑料，由丙烯制备聚丙烯的化学方程式为
________________________________________________________________________，
聚丙烯单体的结构简式为________，链节为
________________________________________________________________________。
答案：
nCH2===CHCH3
CH2CHCH3
CH2===CHCH3 CH2CHCH3
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
煤、石油、天然气的综合利用
1．在石油工业中，将重油制成乙烯的方法是（ ）
A．裂化 B．裂解
C．干馏 D．分馏
解析：
选B。
将重油制成各种短链的气态不饱和烃，需要在比裂化更高的温度下进行才可以实现，即将重油制成乙烯的方法为裂解。
2．下列说法错误的是（ ）
A．石油中含有C5～C11的烃，可以通过石油的分馏得到汽油
B．通过催化裂化过程可以将重油裂化为汽油
C．煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物
D．煤中含有苯和甲苯，可以先用干馏后用分馏的方法把它们分离出来
解析：
选D。
D项中“煤中含有苯和甲苯”的说法是错误的，应该是“煤经过干馏后所得到的出炉煤气中含有苯和甲苯”。
3．将下列仪器组装为一套实验室蒸馏石油的装置，并进行分馏，可以得到汽油和煤油。
（三）
（一）
（五）
（二）
（六）
（四）
（1）A、B、C三种仪器的名称分别是________、________、________。
（2）将所列仪器按
（一）―→（六）顺序，用字母a，b，c等表示连接顺序：
e接（ ），（ ）接（ ），（ ）接（ ），（ ）接（ ），（ ）接（ ）。
（3）A仪器中c口是________，d口是________。
（填“进水口”或“出水口”）
（4）在B中注入原油后，加几片碎瓷片的目的是
________________________________________________________________________
______________________，给B加热，收集到沸点60～150℃间的馏分是________，收集到150～300℃间的馏分是________。
解析：
石油的蒸馏装置如图所示：
答案：
（1）冷凝管 蒸馏烧瓶 锥形瓶
（2）i h a k l b f g w （3）进水口 出水口 （4）防止暴沸 汽油 煤油
合成材料及其生产
4．下列有关乙烯和聚乙烯的叙述中正确的是（ ）
A．二者都能使溴水褪色，性质相似
B．二者互为同分异构体
C．二者最简式相同
D．相同质量的两种物质燃烧耗氧量不同
解析：
选C。
CH2===CH2分子中含有碳碳双键，而聚乙烯分子中无碳碳双键，二者结构不同，性质也不同，乙烯可使溴水褪色，聚乙烯不能，A项错误；二者分子式不同，不是同分异构体，B项错误；二者的最简式都可写成CH2，所以等质量的两种物质燃烧时耗氧量相同，C项正确、D项错误。
5．某高分子化合物
的单体是（ ）
解析：
选D。
该高分子化合物的链节为
，去掉两端的短线变为
，将链节主链上的单键变双键，双键变单键，变为
，断裂错误的双键
，可得到两种单体
。
6．由石油裂化和裂解得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯（CH2===CHCOOCH2CH3）的路线如下：
根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题：
（1）由CH2===CH2制得有机物A的化学方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
反应类型是________。
（2）由A与B合成丙烯酸乙酯的化学方程式是
____________________________________________________，反应类型是________。
（3）由石油裂解产物乙烯合成聚乙烯塑料的化学方程式是
________________________________________________________________________。
解析：
类比制取乙酸乙酯的反应可知有机物A为CH3CH2OH、B为CH2===CHCOOH，故A为乙烯与H2O发生加成反应的产物。
聚乙烯是以乙烯为单体，通过加聚反应制得的，故合成聚乙烯塑料的化学方程式为
nCH2===CH2
CH2—CH2。
答案：
（1）CH2===CH2＋H2O
CH3CH2OH 加成反应
（2）CH2===CHCOOH＋CH3CH2OH
CH2===CHCOOCH2CH3＋H2O 取代反应（或酯化反应）
（3）nCH2===CH2
CH2—CH2
知识点二 环境保护与绿色化学[学生用书P72]
阅读教材P100～P102，思考并填空。
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（废液）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）环境情况的监测；
（2）三废的治理；
（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%。
环境污染及其治理
1．下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是（ ）
A．CO2、CH4、N2等均是造成“温室效应”的气体
B．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一
C．节能减排符合“低碳经济”的要求
D．合理开发利用“可燃冰”（固态甲烷水合物）有助于缓解能源紧缺
解析：
选A。
A项，N2不是造成“温室效应”的气体，A项不正确；B项，使用清洁能源，能减少SO2的排放，有效防止酸雨的形成；D项，“可燃冰”中储存有大量甲烷，因此合理开发利用“可燃冰”有助于缓解能源紧缺。
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：
选D。
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项错误；酸雨是pH小于5.6的降雨，B项错误；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项错误；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等其产生都和二氧化碳的排放有关系，D项正确。
3．工业上制取硫酸铜不是直接用浓硫酸与铜反应，而是将铜丝浸入稀硫酸中并不断地从容器底部吹入细小的空气泡，这样做的优点是（ ）
①节省能源 ②不产生污染大气的SO2 ③提高了H2SO4的利用率 ④提高了Cu的利用率
A．①② B．②③④
C．①②③ D．全部
解析：
选C。
铜与浓硫酸反应需要在加热条件下进行，且产生有毒气体SO2，对环境有污染，硫酸的利用率低[Cu＋2H2SO4（浓）
CuSO4＋SO2↑＋2H2O]；稀硫酸、铜及氧气三者反应不需加热，且不产生有毒气体，硫酸的利用率高[2Cu＋O2＋2H2SO4（稀）===2CuSO4＋2H2O]。
在这两种方案中，铜的利用率一样高。
绿色化学
4．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欲制得的产物，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⑥ D．只有⑥⑦
解析：
选A。
根据四种基本反应类型的定义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%。
5．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。
在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是（ ）
解析：
选D。
对比各选项可知，D项制备环氧乙烷的过程中，原子利用率达到100%，故本题选择D项。
6．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欲制得的产物，即原子利用率为100%。
在用CH3CCH合成CH2C（CH3）COOCH3COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要的其他反应物有（ ）
A．CO2和H2O B．CO和CH3OH
C．CH3OH和H2 D．H2和CO2
解析：
选B。
在绿色化学工艺中，理想状态为原子利用率为100%，故生成物CH2C（CH3）COOCH3与反应物的元素种类和原子数目都完全相同，即原子守恒。
生成物分子中各原子个数减去已知反应物分子中各原子个数得到所需的原子及个数为2C、4H、2O，对照给出的四个选项，只有B项符合。
重难易错提炼
1.煤的干馏、气化和液化，石油的裂化和裂解均为化学变化，石油的分馏属于物理变化。
2.水煤气的主要成分是CO和H2；焦炉气的主要成分是H2、CH4、C2H4、CO。
3.石油裂化的目的是提高轻质油的产量，石油裂解的目的是获得气态短链不饱和烃作化工原料。
4.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。
原子利用率为100%的反应类型有化合反应、加成反应、加聚反应。
5.六大环境问题：
温室效应、酸雨、臭氧空洞、光化学烟雾、白色污染、赤潮和水华。
课后达标检测[学生用书P124（独立成册）]
[基础巩固]
1．下列环境污染与其产生的原因不相关的是（ ）
选项
A
B
C
D
环境
污染
白色污染
雾霾
臭氧空洞
酸雨
产生
原因
生活污水
的排放
汽车尾气
的排放
氟利昂的
使用
煤的直
接燃烧
解析：
选A。
白色污染是大量塑料制品（主要是塑料袋）废弃形成的污染。
2．关于裂解和裂化的叙述中，不正确的是（ ）
A．裂解和裂化的产物都含有不饱和烃
B．裂解和裂化都是为了得到气态烃
C．裂解和裂化的原料都是石油分馏产品
D．裂解与裂化都是使相对分子质量大的烃断裂为相对分子质量小的烃的过程
解析：
选B。
裂化就是在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。
裂化的目的是提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量；裂解是采用更高的温度，使长链烃断裂为短链的不饱和烃的过程。
裂解气的主要成分是乙烯、丙烯等。
3．下列说法不正确的是（ ）
A．绿色化学的核心就是在生产过程中减少污染
B．形成酸雨的主要物质是硫氧化物和氮氧化物（NOx）
C．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
D．水华、赤潮等水体污染现象是由大量含氮、磷的污水的任意排放造成的
解析：
选A。
A项，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；B项，SO2、NOx是形成酸雨的主要物质；C项，化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的废气中含有CO、NOx、SO2等大气污染物；D项，大量含氮、磷的污水的任意排放易造成水体富营养化，从而产生水华、赤潮现象。
4．如图是石油分馏塔的示意图，a、b、c三种馏分中（ ）
A．a的沸点最高
B．b的沸点最低
C．c的平均相对分子质量最大
D．每一种馏分都是纯净物
解析：
选C。
石油分馏得到的每一种馏分都是混合物，沸点最低的最先蒸出，故a、b、c三种馏分中，a馏分的沸点最低，c馏分的沸点最高，沸点最高的馏分含碳原子数最多，即平均相对分子质量最大。
5．下列生产工艺能体现“绿色化学”或节能环保思想的是（ ）
A．工业制氢气：
用天然气发电再电解水制得
B．工业制硫酸：
提高尾气排放的烟囱高度
C．工业制胆矾：
向稀硫酸中吹空气并加热溶解铜
D．降低PM2.5：
用油改煤技术，推广优质煤的使用范围
解析：
选C。
用天然气发电再电解水制氢气，会造成能量的损耗，故A错误；提高尾气排放的烟囱高度不能减少有害气体的排放，故B错误；加热铜使之生成氧化铜，再与稀硫酸反应生成硫酸铜，硫酸利用率高，无污染，故C正确；推广优质煤的使用范围，不会降低PM2.5，故D错误。
6．从经济效益和环境保护角度考虑，大量制取硝酸铜最宜采用的方法是（ ）
A．Cu＋AgNO3―→Cu（NO3）2
B．Cu＋HNO3（稀）―→Cu（NO3）2
C．Cu＋HNO3（浓）―→Cu（NO3）2
D．Cu
CuO
Cu（NO3）2
解析：
选D。
A项，用AgNO3作反应物不经济；B项和C项中既浪费原料（HNO3），又产生大气污染物（NO、NO2）；D项符合题目要求。
7．下列说法错误的是（ ）
石油
分馏产品
乙烯
CH2BrCH2Br
A．石油主要是由烃组成的混合物
B．①主要发生物理变化
C．②包括裂化、裂解等过程
D．③是加成反应，产物名称是二溴乙烷
解析：
选D。
石油是由多种烷烃、环烷烃组成的混合物，故A正确；分馏是物理变化，故B正确；由分馏产品得到乙烯发生了裂化、裂解，故C正确；乙烯与溴发生加成反应得到1，2－二溴乙烷，故D错误。
8．煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。
最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气”新技术，使煤变成合成气（一氧化碳及氢气总含量≥90%），把煤“吃干榨尽”。
下列有关说法正确的是（ ）
①煤粉加压气化制备合成气的过程涉及化学变化和物理变化 ②煤粉加压气化制备合成气的过程涉及化学变化但没有物理变化 ③该技术实现了煤的清洁利用 ④该技术实现了煤的高效利用
A．①②③ B．①②④
C．①③④ D．②③④
解析：
选C。
煤粉加压气化涉及复杂的物理、化学变化，该技术能将煤部分转化为清洁能源，并提高其利用率。
9．汽油不仅是最重要的燃料，而且是重要的化工原料，它既可以在催化剂作用下裂解得到气态化工原料如乙烯等，还可以在催化剂作用下改变分子结构，使链烃变成芳香烃，如使己烷变成苯，庚烷变成甲苯，这种变化叫异构化。
请根据以汽油为原料的下列衍变关系，回答下列问题。
（1）反应①的化学方程式为______________________。
（2）含有CC键的化合物与CH2===CH2的性质相似，在一定条件下可聚合为高分子化合物。
①广泛用作农用薄膜的聚氯乙烯塑料，是由CH2CHCl聚合得到的，其化学方程式为
________________________________________________________________________。
②四氟乙烯（CF2===CF2）在一定条件下发生加聚反应，生成的聚四氟乙烯可作“不粘锅”炊具的内涂层。
下列叙述中正确的是________。
A．聚四氟乙烯中不含碳碳双键，在高温时易燃烧
B．聚四氟乙烯是高分子化合物
C．聚四氟乙烯的化学性质很稳定
D．由于氟是最活泼的非金属元素，故四氟乙烯不能发生任何化学反应
解析：
（2）②聚四氟乙烯能作锅的内涂层，说明其能耐高温且性质稳定，A项错误，C项正确；CF2===CF2通过加聚反应生成CF2—CF2，故聚四氟乙烯是高分子化合物，B项正确；四氟乙烯能发生加聚反应生成聚四氟乙烯，D项错误。
10．已知煤的结构模型如图所示。
回答下列问题：
（1）从煤的结构模型来看，煤是工业上________的重要来源。
（2）我国大约70%的煤是直接用于燃烧的。
从煤的结构模型来看，在提供热量的同时产生大量的__________、________等气体物质，造成严重的大气污染。
（3）“型煤”技术不仅可以减少87%的废气排放量，烟尘排放量也可减少80%，致癌物苯并[a]芘的排放量也减少，同时节煤20%～30%。
“型煤”技术的原理是利用固硫剂在燃烧过程中生成稳定的硫酸盐。
某“型煤”生产厂利用石灰石作固硫剂，试用化学方程式表示其固硫过程：
________________________、______________________。
（4）为了解决煤燃烧所造成的污染问题和提高煤的利用价值，煤资源的综合利用方法有__________、________、________等。
解析：
从煤的结构模型图可以看出，它是工业上芳香烃的重要来源；直接燃烧会产生大量的SO2及氮氧化物而污染大气；石灰石固硫实际上是利用CaCO3分解产生的CaO结合SO2，在煤燃烧时生成CaSO4；煤的干馏、气化、液化等是对煤进行综合利用的重要方法。
答案：
（1）芳香烃
（2）SO2 氮氧化物
（3）CaCO3
CaO＋CO2↑ 2CaO＋2SO2＋O2
2CaSO4
（4）干馏 气化 液化
[能力提升]
11．对如图所示的变化叙述错误的是（ ）
A．如图所示实验中发生了化学变化
B．液体X的pH>7，Y是一种黑色黏稠状液体
C．气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴的四氯化碳溶液褪色
D．液体Y是一种纯净物
解析：
选D。
煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，它发生了复杂的物理、化学变化，A项正确；煤的干馏产物中有气体（焦炉气）、液体（煤焦油、粗氨水）、固体（焦炭），B项正确；焦炉气的主要成分有氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳等气体，C项正确；煤焦油是含有许多芳香族化合物的复杂混合物，D项错误。
12．“绿色化学”是21世纪化学发展的主要方向。
“绿色化学”要求从根本上消除污染，是一门能防止污染的科学。
它包括“原料的绿色化”“化学反应的绿色化”“产物的绿色化”等内容。
其中“化学反应的绿色化”最理想的要求是反应物中所有的原子完全被利用且全部转入期望的产物中。
下列各项不符合“绿色化学”理念的是（ ）
A．消除硫酸厂尾气中的SO2：
SO2＋2NH3＋H2O===（NH4）2SO3
B．消除硝酸工业尾气中的氮氧化物：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
C．制CuSO4：
Cu＋2H2SO4（浓）
CuSO4＋SO2↑＋2H2O
D．制CuSO4：
2Cu＋O2
2CuO，CuO＋H2SO4（稀）===CuSO4＋H2O
解析：
选C。
C项中产生的SO2是环境污染物，浓H2SO4没有被完全利用，不符合绿色化学的理念。
13．细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工业上的一种新工艺。
它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，最大限度地利用矿藏的目的。
下列有关细菌冶金的说法不正确的是（ ）
A．细菌冶金能充分利用资源和废物，能耗低
B．细菌冶金不产生二氧化硫等有毒气体，环境污染小
C．细菌冶金温度越高，化学反应速率越快，采矿效率越高
D．推广细菌冶金工艺体现了绿色化学理念，有利于经济可持续发展
解析：
选C。
细菌中含有大量蛋白质，对环境的适应性差，超出一定的温度范围，细菌就难以存活，故C不正确。
14．汽车尾气污染已成为一大公害。
汽车内燃机中，汽油汽化后与空气按一定比例混合进入汽缸，引擎用电火花引燃。
汽油燃烧使气缸内温度迅速升高，气体体积急剧膨胀，产生压力推动活塞。
燃烧时产生的有害气体通过尾气排出会污染大气。
为简化讨论，假设汽油的成分全部为辛烷（C8H18），并假设空气中氧气的体积分数为20%，其余为氮气。
请回答下列问题：
（1）设辛烷气体与空气的体积比为a，要使辛烷完全燃烧，则a的最大值为________。
（2）若辛烷气体与空气的体积比大于a的最大值时，则尾气中所含污染大气的气体增多的是______________________________________________________
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