1、第四章第四章 第二节第二节化学与资源的综合利用化学与资源的综合利用 环境保护环境保护学习目标：学习目标：了解化学在资源综合利用及环境保护方面了解化学在资源综合利用及环境保护方面的作用和意义。的作用和意义。重点：重点：1、煤、石油、天然气的综合利用，特别、煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用。是石油的利用。2、通过环境保护和绿色化学的有关知识，、通过环境保护和绿色化学的有关知识，使学生加强环保意识并培养绿色化学的理使学生加强环保意识并培养绿色化学的理念。念。难点：石油裂化的原理。难点：石油裂化的原理。第一课时第一课时煤煤 、石油、天然气的综合利用、石油、天然气的综合利用 背景知识回顾背景
2、知识回顾一、化石燃料一、化石燃料煤、石油和天然气都是古代煤、石油和天然气都是古代 经过一经过一系列复杂变化而成的，它们是人们生活中经常使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用的主要燃料，因此人们常称它们为 燃燃料，是料，是 资源。资源。二、煤、石油燃烧对环境的影响二、煤、石油燃烧对环境的影响1、煤的燃烧对空气的影响、煤的燃烧对空气的影响煤燃烧时会排放出煤燃烧时会排放出 等气体和一些烟等气体和一些烟尘，它们都是大气的污染物。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、用石油作燃料，直接燃烧的是石油的加工产品品汽油、煤油、柴油等，它们
3、燃烧时会排放汽油、煤油、柴油等，它们燃烧时会排放出出 、 、含、含 化合物、未燃烧化合物、未燃烧的的 化合物和烟尘等，它们都是大气的污化合物和烟尘等，它们都是大气的污染物。染物。动植物遗骸动植物遗骸化石化石不可再生不可再生SO2、NO2CO氮的氧化物氮的氧化物铅铅碳氢碳氢迄今为止，煤、石油、天然气仍是迄今为止，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，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。是
4、人类面临的重大挑战。 能源能源国家国家石油石油（亿吨）（亿吨）天然气天然气（亿立方米）（亿立方米）煤炭煤炭（亿吨）（亿吨）中国中国产量产量1.461175.612.4消费量消费量1.627175.65.72美美国国产量产量3.8635320.99.35消费量消费量8.0795924.14.92 19941994年中美三大能源产量与消费量比较表年中美三大能源产量与消费量比较表我国煤的分布图我国煤的分布图上京煤矿上京煤矿宁夏优质无煤宁夏优质无煤 太西煤露天采区太西煤露天采区 求知课堂互动求知课堂互动一、煤的综合利用一、煤的综合利用1、煤的组成、煤的组成 组成元素组成元素:主要是碳元素；（还有少主要
5、是碳元素；（还有少量的量的H、O、N、P、S、卤素等）、卤素等）组成成分：是由多种有机物、无机组成成分：是由多种有机物、无机物组成的复杂混合物。物组成的复杂混合物。煤的结构模型煤的结构模型煤的组成煤的组成无机物无机物有机物有机物C 元素元素大量大量H 、N、S、O等元素等元素 少量少量Si 、Al、 Ca、 Fe 污染环境污染环境COx NOx SO2 烟尘烟尘煤的组成煤的组成一、煤的综合利用：一、煤的综合利用： 2、煤的分类、煤的分类腐泥煤腐泥煤腐植煤腐植煤褐褐 煤煤烟烟 煤煤泥泥 煤煤无烟煤无烟煤按按C%95%以上以上70%以上以上60%70%50%60%工业上煤工业上煤品质的检品质的检测
6、指标：测指标：发热量、挥发分、固发热量、挥发分、固定碳、水分、灰分等定碳、水分、灰分等煤的干馏实验装置图煤的干馏实验装置图实验装置实验装置1实验装置实验装置2一、煤的综合利用一、煤的综合利用（1 1）煤的干馏）煤的干馏煤的干馏原理：煤的干馏原理：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。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：）煤的气化： 将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。 C(s) + HC(s) + H2 2O CO(g) + HO CO(g) + H2 2(g)(g)高温CO(g)+ 3HCO
7、(g)+ 3H2 2 CH CH4 4(g) + H(g) + H2 2O(l)O(l)一定条件中热值气中热值气高热值气高热值气2CO(g)+ O2CO(g)+ O2 2 2CO 2CO2 2(g)(g)；H=-566KJ/mol2H2H2 2(g)+ O(g)+ O2 2 2H 2H2 2O(l)O(l)；H=-571KJ/molCHCH4 4(g)+ 2O(g)+ 2O2 2 CO CO2 2(g) + 2H(g) + 2H2 2O(l)O(l)H=-890.3KJ/mol煤气储气柜煤气储气柜煤碳煤气化炉煤碳煤气化炉宜昌煤制气厂宜昌煤制气厂等离子体辅助煤汽化装置等离子体辅助煤汽化装置 将煤
8、转化液体燃料的过程。将煤转化液体燃料的过程。 分为直接液化和间接液化。分为直接液化和间接液化。 一、煤的综合利用一、煤的综合利用（3）煤的液化：）煤的液化：C(s) + HC(s) + H2 2O CO(g) + HO CO(g) + H2 2(g)(g)高温 CO + 2HCO + 2H2 2 CH CH3 3OHOH（甲醇）（甲醇）一定条件如：如：小资料：小资料：最近，美、联邦德国、日三国正式签订协议最近，美、联邦德国、日三国正式签订协议合建一个日处理合建一个日处理6000吨煤的溶剂精炼煤吨煤的溶剂精炼煤(称称SRC方法方法)的液化示范工厂。用这个方法，的液化示范工厂。用这个方法，23t煤
9、可以产煤可以产1t汽油汽油(视煤种而异视煤种而异)，说明这，说明这项技术已发展到一定的成熟程度。项技术已发展到一定的成熟程度。 最近，美国某公司发表了用分子筛作催最近，美国某公司发表了用分子筛作催化剂把甲醇转化为汽油的专利。这种催化化剂把甲醇转化为汽油的专利。这种催化剂能够有效地控制产物的分子大小的形状，剂能够有效地控制产物的分子大小的形状，因此产品中因此产品中75直接可以用作高级汽油。直接可以用作高级汽油。比较比较分馏、蒸馏、干馏分馏、蒸馏、干馏蒸馏蒸馏 分馏分馏干馏干馏操作操作过程过程原理原理目的目的加热和冷加热和冷凝凝加热和冷加热和冷凝凝隔绝空气加强热隔绝空气加强热物理变化物理变化物理变
10、化物理变化复杂的物理变化和复杂的物理变化和化学变化化学变化分离分离精炼精炼加工煤加工煤二、石油的综合利用二、石油的综合利用1、石油的组成元素、石油的组成元素: 碳、氢含量为碳、氢含量为97%-98%是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。（还有水分、盐分等杂质）物。（还有水分、盐分等杂质）石油的主要成分：石油的主要成分：2、石油的炼制、石油的炼制(除水脱盐后除水脱盐后)（1）石油的分馏：）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。分离成简单混合物的过程。石油分馏示意图石油分馏示意图
11、3、石油的裂化和裂解、石油的裂化和裂解（1）裂化的目的：）裂化的目的：（2）裂化的原理：）裂化的原理：石油的裂化是石油的裂化是 。 在催化剂的作用下将含碳原子多的重在催化剂的作用下将含碳原子多的重油（烃）断裂成碳原子较少的烃的过程。油（烃）断裂成碳原子较少的烃的过程。提高轻质液体燃料的产量。提高轻质液体燃料的产量。(3)裂解裂解: 深度的裂化。深度的裂化。裂解的目的：裂解的目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。乙烯的产量是一个国家石化水平的标志乙烯的产量是一个国家石化水平的标志25%产量提高产量提高4、石油结构的重整、石油结构的重整石油在加热和催
12、化剂的作用下，可以通过结构石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，是链状烃转化为环状烃，如苯或的重新调整，是链状烃转化为环状烃，如苯或甲苯等，它们也是重要的化工基本原料。甲苯等，它们也是重要的化工基本原料。过程过程原理原理原料原料产品及用途产品及用途脱水脱水脱盐脱盐分馏分馏裂化裂化催化裂化催化裂化裂解裂解除去原油中的盐和水，减少对设除去原油中的盐和水，减少对设备的腐蚀。备的腐蚀。利用加热和冷凝，把石油分成利用加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围的产物。不同沸点范围的产物。石油气，汽油，煤油，石油气，汽油，煤油，柴油，石蜡油、润滑柴油，石蜡油、润滑油、重油。油、重油。轻质液体燃料轻质液
13、体燃料（裂化汽油）（裂化汽油）在一定条件下加热，把相对分子质量在一定条件下加热，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。较小、沸点较低的烃。轻质液体燃料轻质液体燃料（裂化汽油）（裂化汽油）在一定条件下使用催化剂并加热，把在一定条件下使用催化剂并加热，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。相对分子质量较小、沸点较低的烃。采用比裂化更高的温度，使其中采用比裂化更高的温度，使其中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等小的长链烃断裂成乙烯、丙烯等小分子分子乙烯、丙烯、丁乙烯、丙烯、丁二烯等（有机化
14、二烯等（有机化工的原料）工的原料）重油重油原油原油原油原油重油重油直链烷直链烷烃烃石油气石油气石油炼制中海油渤海石油平台中海油渤海石油平台三、天然气的综合利用三、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，它主种重要的化工原料，作为化工原料，它主要用于合成要用于合成 和生产和生产 等。天然气化等。天然气化工以含一个碳原子的甲烷为原料，通过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机化合物。实现天然气的有效转化是一项具
15、有挑战性的课题。具有挑战性的课题。氨氨甲醇甲醇柴达木盆地天然气储量突破柴达木盆地天然气储量突破3000亿立方米亿立方米珠海振戎公司已经珠海振戎公司已经与伊朗方面签署协与伊朗方面签署协议，同意在未来议，同意在未来25年向伊朗购买年向伊朗购买200亿亿美元的液化天然气美元的液化天然气亚洲最大的天亚洲最大的天然气处理厂然气处理厂阜阳市利用阜阳市利用“西气东输西气东输”工程天然气门站鸟瞰图工程天然气门站鸟瞰图俄天然气俄天然气管道通向管道通向中国中国德国天然气汽车德国天然气汽车天然气灶天然气灶液化天然液化天然气公交车气公交车四、合成材料四、合成材料1、原料：、原料： 。2、合成材料基本特征：、合成材料基
16、本特征： 。3、合成材料的合成原理：、合成材料的合成原理： 。例如：乙烯合成聚乙烯例如：乙烯合成聚乙烯 ，丙烯合成聚丙烯丙烯合成聚丙烯 。石油、煤、天然气石油、煤、天然气相对分子质量很大，属于高分子化合物相对分子质量很大，属于高分子化合物加聚、缩聚加聚、缩聚合成材料概况：合成材料概况：随着人类不断的文明和进步，人对天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，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于是就发生了一场材料的革命人工合成材料；成材料；合成材料的原料丰富、制造加工简单，合成材料的原料丰富、制造加工简单，性能千变万化；性能千变万化
17、；塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料；合成材料；黏合剂、涂料也属于合成材料。黏合剂、涂料也属于合成材料。塑料塑料 塑料的主要成分是合成树脂，其中还添塑料的主要成分是合成树脂，其中还添加了某些特定用途的添加剂（如提高塑性加了某些特定用途的添加剂（如提高塑性的增塑剂、防止老化的防老化剂）；有些的增塑剂、防止老化的防老化剂）；有些热塑性塑料（聚乙烯塑料），可以反复加热塑性塑料（聚乙烯塑料），可以反复加工，多次使用；有些热固性塑料（电木），工，多次使用；有些热固性塑料（电木），一旦加工成型就不会受热熔化。一旦加工成型就不会受热熔化。 常见的塑料：聚丙烯、聚苯乙烯、
18、聚甲常见的塑料：聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、酚醛塑料基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、酚醛塑料（电木）、聚四氟乙烯（塑料王）等。（电木）、聚四氟乙烯（塑料王）等。聚丙烯：聚丙烯： 单体：单体：CH2CHCH3聚苯乙烯聚苯乙烯单体：单体：CH2CHC6H5聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 （有机玻璃）（有机玻璃）单体：单体：CH2CCH3COOCH3酚醛塑料酚醛塑料单体：单体：苯酚、甲醛苯酚、甲醛聚四氟乙烯聚四氟乙烯单体：单体：CF2CF2合成纤维合成纤维纤维纤维天然纤维天然纤维化学纤维化学纤维棉花棉花羊毛羊毛木材木材草类草类合成纤维：用石油、天然气等为原合成纤维：用石油、天然气等为
19、原料制成的单体，再经聚合制成的纤料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：维（如：“六大纶六大纶”、碳纤维、光、碳纤维、光导纤维等）导纤维等）人造纤维：用木材、草类的纤维经人造纤维：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如黏胶纤维等化学加工制成。如黏胶纤维等合成橡胶合成橡胶橡胶橡胶天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶通用橡胶通用橡胶特种橡胶特种橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶聚硫橡胶聚硫橡胶硅橡胶硅橡胶思考与交流：思考与交流：1、目前，回收利用废旧合成材料有很多途、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？并试着径，请查阅资料了解有哪些途径？并试着从环境保护和经济
20、成本等方面作出评价。从环境保护和经济成本等方面作出评价。2、你认为应该限制生产、使用聚苯乙烯塑、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？请用必要资料料快餐盒，还是回收利用？请用必要资料和数据作为论据。和数据作为论据。1、回收利用废旧合成材料主要有三种途径：一是通、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。工原料；三是将废旧合成材料作为燃料使用。正方观点举例：正方观
21、点举例：1、生产和使用合成材料可以更加合理的开发和利、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；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、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；便、经济和实用；3、用合成材料替代木材、棉花、天然橡胶等，有、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。利于生态环境的保护。反方观点举例：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，、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，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。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、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。上考虑根本不合算。3、天然的东西是最好的，我们应该提倡、天然的东西是最好的，我们应该提倡“回归自回归自然然”的绿色生活方式，拒绝生产和使用合成材料。的绿色生活方式，拒绝生产和使用合成材料。
