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第二节 化学与资源综合利用、环境保护


当前地球正面临的严重问题:
? 化石能源越来越少

? 环境问题越来越严重
? 保护环境已成为实现人类社会

可持续发展的重要课题

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 废气、废水、废渣
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br /> 一、煤、石油和天然气的综合利用
(一)、煤的组成及其综合利用 煤 的 组 成
无机物(少量) 无机盐等 污 染 环 境

有机物

C 元素—大量

H、O、N、S 等元素 —少量
COx、NOx、 SO2 烟尘

无烟煤

褐煤

泥煤

?煤直接作燃料——利用率低并污染环境

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

1、煤的干馏

将煤隔绝空气加强热使之分解的过程, 叫做煤的干馏。 煤干馏的产物有哪些?
焦炉煤气、煤焦油、焦炭

表4-2 煤干馏的主要产品和用途

2、煤的气化 在一定条件下把煤中的有机物转化为可燃 性气体的过程。

主要反应是:C(s)+H2O(g)

高温

CO(g)+H2(g)

3、煤的液化 在一定条件下将煤转化为液体燃料

直接液化 煤与氢气作用生成液体燃料 间接液化 先转化为CO和H2,再在催化剂
作用下合成甲醇 CO+2H2
催化剂

CH3OH

(二)、天然气的组成及其综合利用
我国的天然气资源很丰富,但分布很不均匀,为 了改善我国东部的能源结构,制定了什么计划? 天然气的主要成分是甲烷。 综合利用: A、燃料——清洁能源 B、化工原料:合成氨、生产甲醇、合成两碳 或多碳有机物

(三)、石油的组成及其综合利用
石油主要是多种碳氢化合物组成的混合 物。(黑色或深棕色粘稠液体,比水稍轻,不 溶于水,有特殊气味,无固定沸点。) 按元素:碳、氢含量为 97% ~ 98% 按物质:烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。 (一般石油不含烯烃) 按组成状态:固态、液态、气态。大部分是液 态烃,同时在液态烃里溶有气态烃和固态烃。

石油炼制
过程 脱水 脱盐 分馏 原理 除去原油中的盐和水,减少能耗 及对设备的腐蚀。 原料
原油

产品及用途

利用加热和冷凝,把石油分成 不同沸点范围的产物。

原油

石油气,汽油,煤油, 柴油,石蜡油、润滑 油、重油等。 轻质液体燃料 (裂化汽油)

注: 在一定条件下使用催化剂并加热,把
催化裂化 相对分子质量大、沸点高的烃断裂为 石油的分馏是物 相对分子质量较小、沸点较低的烃。

重油

理变化,催化裂 采用比裂化更高的温度,使其中 的长链烃断裂成乙烯、丙烯等小 裂解 化、裂解、催化 分子 重整是化学变化。
催化重整 在加热和催化剂作用下,对直链 烷烃的结构进行重新调整,使其 转化成带支链的烷烃或环状烃。

燃料油、 乙烯、丙烯、丁 润滑油 二烯等(有机化

工的原料)
燃料油、 苯的同系物及其 润滑油 它芳香烃

1.石油的分馏: 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。 石油的常压蒸馏产品: 石油气C4以下 汽油C5-C8 煤油C11-C16 柴油C15-C18 重油C20以上
你了解直馏汽油吗?

轻质油

重油的减压蒸馏产品: 燃料油、柴油、润滑油、石蜡、沥青

2.石油的催化裂化
在催化剂作用下,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 汽油等。 催化剂

C16H34

加热、加压 催化剂 加热、加压

C8H18+C8H16

C8H18

C4H10+ C4H8
你了解裂化汽油吗?

3.石油的裂解
用比裂化更高的温度使长链的烃分子断裂 成碳原子数较少的气态烃分子和少量的液态, 获取有机化工原料,如乙烯等 催化剂

C4H10

加热、加压 催化剂 加热、加压

CH4+ C3H6

C4H10

C2H4+ C2H6

4.石油的催化重整:
在加热和催化剂的作用下,可以通过结构的 重新调整,使链状烃转化为环状烃,如苯

比较蒸馏、分馏、干馏
蒸馏 分馏 干馏 加热和 加热和 隔绝空气 冷凝 冷凝 加强热 物理 物理 复杂的物理变 变化 变化 化和化学变化 分离 精炼 加工煤

操作 过程 原理 目的

(四)聚乙烯与高分子化合物
1、聚乙烯的生成 CH2=CH2 + CH2=CH2 + CH2=CH2 + …… [ CH2—CH2 ]n

nCH2=CH2

[ CH2—CH2 ]n
聚乙烯

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。

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。

?

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

二、环境保护与绿色化学
生态环境破坏 1、环境问题的含义 环境污染

2、保护环境工作者当前的任务: (1)对环境情况的监测 (2)三废的治理 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)
(3)寻找源头治理环境污染的生产工艺 要较好地完成这些任务,都离不开化学知识。

绿色化学
核心: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,实施清洁生产。 1、满足人们的物质需要生产出优质产品 2、合理使用自然资源,能物尽其用,原料尽 可能100%成为产品。 3、生产整个过程不污染环境,尽可能使用过 的产品可回收利用。 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%。

安全的生产工艺

提高能源的利用率

无毒无害原料 可再生资源

原子经济性 反应高选择 性反应

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

绿色化学示意图

保护环境
大量燃烧煤燃料,会造成CO2、SO2等污染 —— 掺入氧化钙
煤作为化工原料又会引出“三废”——废 水、废气、废渣 —— 合理处理并重复利用各种产物 煤在运输和使用过程中的煤灰 —— 湿化

环境保护与绿色化学
? ? ? ?

?
? ? ?

将下列环境问题所对应的原因(A~F)填在相 应的空格中) 环境问题 产生原因 (1)酸雨 C A.CO2浓度不断上升 (2)水土流失 E B.大量使用塑料包装带 (3)温室效应 A C.工业上大量排放SO2 (4)臭氧层被破坏 F D.大量使用农药和化肥 (5)白色污染 B E.乱砍乱伐森林 (6)土壤污染 D F.大量使用氟里昂制品

常见的环境污染及危害
1.酸雨: ? 起因:空气中的SO2、NO2转化为 H2SO4,HNO3 危害:陆地、水域、建筑物和植物等带 来严重的危害
?

2.光化学烟雾:
起因:氮氧化物和碳氢化合物在大气环境 中受到强烈的太阳紫外线照射后,生成新 的二次污染物. ? 来源:汽车行驶排出的废气 ? 危害:光化学烟雾氧化性很强,能使橡胶 开裂,并刺激眼睛和黏膜,使呼吸困难并 诱发其他的病症.
?

3.臭氧空洞
起因:氮的氧化物、氯氟烃(CF2Cl2)排, 放到空气中,使平流层的臭氧层变薄 ? 危害:使地面紫外线辐射增强的危害,皮 肤病(癌)和其他疾病的发病率将急剧上 升.
?

4.白色污染
起因:废弃塑料制品垃圾难于被生物降解, 如一次性使用聚苯乙烯杯、盒等所带来 的污染. ? 危害:此材料可破坏土壤结构,影响市容 卫生,且焚烧时产生一级致癌物二垩英.
? ?

目前一次性塑料制品逐步被”绿色制 品” ——聚乳酸代替,这种物质可60天自 行降解为CO2和H2O

5.水体富营养化
?

起因:大量使用氮肥、磷肥、含磷洗涤剂, 生活污水中常含有过量的N、P等营养物 质.这些物质流入湖泊、海湾,使海水中 富集N、P等植物营养物质.
危害:引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖.这些 生物集中在水层表面进行光合作用释放O2,使 表层海水溶解氧达饱和,从而阻止了大气中的 O2溶入海水,而大量死亡的海藻在分解时却要 消耗水中的O2,使水中含氧量急剧减少,使鱼类 死亡

?

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2月02日:国际湿地日 3月22日:世界水日 4月22日:地球日

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5月31日:世界无烟日
6月05日:世界环境日 6月17日:世界防治荒漠化和干旱日 7月11日:世界人口日 9月16日:国际保护臭氧层日

?

10月4日:世界动物日

?10月16日:世界粮食日 ?12月29日:国际生物多样性日

世 界 环 境 日

来的 越神 多 圣把 人 使保 的 命护 共 ,生 识 正态 。 成环 请 为境 看 世看 界成 上自 越己 ---

练 习
1、汽油燃烧产生的汽车尾气中,所 含的大气污染物主要是 ( C )

A、碳的氧化物 C、氮的氧化物

B、硫的氧化物 D、磷的氧化物

2、1moL 某直链烷烃A可以直接裂解成1moL 气
态烷烃 B 和 1moL气态烯烃 C,经测定,裂解后

混合气体的密度是同温同压下氢气的 14.5倍,试
回答:

(1)A的式量为 58 ,结构简式为 CH3CH2CH2CH3 .
(2)B可能是 甲烷或乙烷 ,C可能是 丙烯或乙烯 . (3)如果将1moL B完全燃烧需要 2moL 氧气,则 C 就是 丙烯 。该烯烃发生加聚反应的化学方程 式为
nCH2=CHCH3
催化剂

[ CH2 CH ]n CH3




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