高中化學(xué) 第4章 第2節(jié) 資源綜合利用環(huán)境保護(hù)學(xué)案 新人教版必修21

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資源綜合利用環(huán)境保護(hù) 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．了解煤、石油、天然氣的組成及其綜合利用。 2．了解以煤、石油、天然氣為原料生產(chǎn)合成材料。 3．了解節(jié)約能源和防止污染的重要性。 4．了解綠色化學(xué)的含義并體會綠色化學(xué)在化工生產(chǎn)中的重要性。 【學(xué)習(xí)過程】 一、資源綜合利用 1．煤的綜合利用 我國不僅煤資源、煤產(chǎn)量都名列世界前茅，同時也發(fā)現(xiàn)煤和使用煤最早的國家。早在戰(zhàn)國時的《山海經(jīng)》已有煤的記載，西漢時期已經(jīng)使用煤來煉鐵，而英國人到了16世紀(jì)才會用煤煉鐵。當(dāng)前，我國工業(yè)燃料動力的80%依靠煤，化工原料的65%是煤。 (1)煤的組成：煤是由有機(jī)物和少量無機(jī)物組成的復(fù)雜混合物，主要含碳元素，還含有少量氫、氧、氮、硫等元素。 (2)煤的綜合利用： 2．天然氣的綜合利用 (1)組成：天然氣的主要成分是CH4。 (2)應(yīng)用：作為化工原料，主要應(yīng)用于合成氨和生產(chǎn)甲醇等。 3．石油的綜合利用 (1)組成：石油是由多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物。 (2)綜合利用： 4．以煤、石油、天然氣為原料生產(chǎn)合成材料 (1)三大合成材料：塑料、合成橡膠、合成纖維。 (2)加聚反應(yīng)(以乙烯制聚乙烯為例)：。 ①單體——聚合成高分子化合物的小分子，聚乙烯的單體是CH2===CH2。 ②鏈節(jié)——高分子化合物中的最小結(jié)構(gòu)單元，聚乙烯的鏈節(jié)是—CH2—CH2—。 ③聚合度——高分子化合物中所含鏈節(jié)的數(shù)目，聚乙烯的聚合度為n。 【歸納總結(jié)】 （1）“三餾”的比較 干餾 蒸餾 分餾 原理 隔絕空氣、高溫下使物質(zhì)分解 根據(jù)液態(tài)混合物中各組分沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離 與蒸餾原理相同 產(chǎn)物 產(chǎn)物為混合物 產(chǎn)物為單一組分的純凈物 產(chǎn)物為沸點(diǎn)相近的各組分組成的混合物 反應(yīng) 類型 化學(xué)變化 物理變化 物理變化 （2）“二裂”的比較 名稱 定義 目的 裂化 在一定條件下，把相對分子質(zhì)量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂為相對分子質(zhì)量小、沸點(diǎn)低的烴 提高輕質(zhì)油的產(chǎn)量，特別是提高汽車油產(chǎn)量 裂解 在高溫下，使具有長鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴 獲得短鏈不飽和烴 二、環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué) 1.環(huán)境問題的含義：是指人類不合理地開發(fā)和利用自然資源而造成的生態(tài)環(huán)境破壞，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活所造成的環(huán)境污染。 2.保護(hù)環(huán)境工作者當(dāng)前的任務(wù)：對環(huán)境情況的監(jiān)測；三廢（廢氣、廢水、廢渣）的治理；尋找源頭治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝要較好地完成這些任務(wù)，都離不開化學(xué)知識。 3.環(huán)境污染的分類： （1）按環(huán)境要素分：大氣污染、水體污染、土壤污染； （2）按人類活動分：工業(yè)環(huán)境污染、城市環(huán)境污染、農(nóng)業(yè)環(huán)境污染； （3）按造成污染的性質(zhì)分：化學(xué)污染、生物污染、物理污染、固體廢棄物污染、能源污染。 4.六大環(huán)境問題： 環(huán)境問題 主要污染物 主要危害 溫室效應(yīng) CO2 造成全球氣候變暖，水位上升，陸地面積減小等 酸雨 SO2、NOx 土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蝕等 臭氧層破壞 氟氯代烷、NOx 到達(dá)地球表面的紫外線明顯增多，給人類健康及生態(tài)環(huán)境帶來多方面危害 光化學(xué)煙霧 碳?xì)浠衔?、NOx 刺激人體器官，特別是人的呼吸系統(tǒng)，使人生病甚至死亡 白色污染 廢棄塑料制品 ①在土壤中影響農(nóng)作物吸收水分和養(yǎng)分，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)；②混入生活垃圾中難處理、難回收；③易被動物當(dāng)作食物吞入，導(dǎo)致動物死亡 赤潮和水華 廢水中含N、P元素的營養(yǎng)物質(zhì) 使水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水中藻類瘋長，消耗水中溶解的氧，使水體變成渾濁綠色，水質(zhì)惡化 5.綠色化學(xué)：綠色化學(xué)可以詮釋為環(huán)境友好化學(xué)，它的核心內(nèi)涵是在反應(yīng)過程和化工生產(chǎn)中，盡量減少或徹底消除使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)。它研究對環(huán)境沒有任何副作用的化學(xué)試劑、化學(xué)制品和化學(xué)工藝。 （1）綠色化學(xué)的特點(diǎn)：開發(fā)綠色反應(yīng)，將原子利用率提高到100%；使用無毒、無害的原料、催化劑、溶劑；開發(fā)綠色工藝；開發(fā)和生產(chǎn)綠色產(chǎn)品。 （2）“原子經(jīng)濟(jì)”：“原子經(jīng)濟(jì)”要求反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)變成最終產(chǎn)物，原子利用率達(dá)到100%，也就是說在化學(xué)反應(yīng)過程中不產(chǎn)生任何廢物?；瘜W(xué)反應(yīng)的“原子經(jīng)濟(jì)”好壞用原子利用率來衡量：原子利用率＝100%。 【歸納總結(jié)】 （1）煤的干餾必須是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的，原因是煤在高溫下與空氣中的O2易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 （2）煤的干餾、氣化和液化,石油的裂化和裂解均為化學(xué)變化,石油的分餾屬于物理變化。 （3）煤的氣化、液化的目的是把煤轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵞茉?，提高煤的燃燒效率；石油分餾的目的是為了得到汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油；石油裂化的目的是為了提高輕質(zhì)油特別是汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量；石油裂解的目的是為了得到乙烯、丙烯、丁二烯等短鏈不飽和烴。 （4）綠色化學(xué)、白色污染與顏色無關(guān)：綠色化學(xué)不是被動地治理污染而是主動地防止環(huán)境污染，只有從根本上切斷污染源,才能真正的做到保護(hù)環(huán)境；白色污染是指生活、生產(chǎn)中廢棄的塑料制品而造成的污染。 【當(dāng)堂檢測】 1. 環(huán)境污染已成為人類社會面臨的重大威脅，下列各項中與環(huán)境污染無關(guān)的是(　　) ①溫室效應(yīng)?、诔喑薄、鬯嵊辍、芄饣瘜W(xué)污染?、莩粞蹩斩础、匏畟R病?、叱毕F(xiàn)象　⑧水華　⑨地方性甲狀腺腫大 A．⑥⑧　　　　　　B．④⑤ C．①②③ D．⑦⑨ 2.下列對有機(jī)高分子化合物的認(rèn)識不正確的是(　　) A．有機(jī)高分子化合物稱為聚合物或高聚物，是因?yàn)樗鼈兇蟛糠质怯尚》肿油ㄟ^聚合反應(yīng)而制得的 B．有機(jī)高分子化合物的相對分子質(zhì)量很大，但其結(jié)構(gòu)是若干鏈節(jié)的重復(fù) C．聚乙烯(CH2—CH2)是由乙烯加聚生成的純凈物 D．高分子材料可分為天然高分子材料和合成高分子材料兩大類 3.某混合氣體依次通過溴水(使其褪色)，通過灼熱的氧化銅(使其黑色變紅色)，通過無水CuSO4白色粉末(使其變藍(lán)色)，通過澄清石灰水(石灰水由清變渾再變清)，最后剩余氣體在空氣中點(diǎn)燃，火焰呈淡藍(lán)色，下列符合上述條件的混合氣體是(　　) A．水煤氣　　　　　　　B．焦?fàn)t氣 C．石油液化氣 D．高爐煤氣 4. “綠色化學(xué)”要求從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上設(shè)計出可行的化學(xué)反應(yīng)，盡可能減少對環(huán)境的副作用。下列化學(xué)反應(yīng)中，你認(rèn)為最不符合綠色化學(xué)概念的是(　　) A．用氨水吸收硫酸廠的尾氣：SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3 B．除去硝酸工業(yè)尾氣中的氮氧化物：NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O C制硫酸銅：Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O D．制硫酸銅：2Cu＋O22CuO，CuO＋H2SO4(稀)===CuSO4＋H2O 5. 為制取硝酸銅，某同學(xué)設(shè)計了如下四種方法：(Ⅰ)銅與濃硝酸反應(yīng)制取硝酸銅(Ⅱ)銅與稀硝酸反應(yīng)制取硝酸銅(Ⅲ)銅先在空氣中灼燒生成氧化銅，再跟硝酸反應(yīng)制取硝酸銅(Ⅳ)銅與硝酸銀溶液反應(yīng)制取硝酸銅 (1)方法(Ⅱ)中被氧化的Cu與被還原的硝酸的物質(zhì)的量之比是________。 (2)“綠色化學(xué)”是當(dāng)今社會人們提出的一個新概念。在“綠色化學(xué)工藝”中，杜絕污染源，提高原子利用率是綠色化學(xué)的重要衡量指標(biāo)。試從“綠色化學(xué)”和經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，大量制取硝酸銅宜采用以上第________種方法，原因是______________________。 答案與解析 題號 答案 解析 1 D ②赤潮與⑧水華均屬水體富營養(yǎng)化引起的水體污染現(xiàn)象；①溫室效應(yīng)指大量CO2的排放引起的大氣變暖現(xiàn)象；④光化學(xué)煙霧則是由汽車尾氣大量排放有害氣體所導(dǎo)致的一種空氣污染現(xiàn)象；③酸雨是化石燃料的燃燒等引起的污染現(xiàn)象；⑨地方性甲狀腺腫大是缺碘引起的癥狀，與環(huán)境污染無關(guān)；⑤臭氧層空洞，則是由釋放的氟氯烴等物質(zhì)導(dǎo)致臭氧層被破壞的大氣污染現(xiàn)象；⑥水俁病是由于含鎘、汞污水的排放被魚吸收，人吃魚后引起的有毒物質(zhì)在人體內(nèi)富集而導(dǎo)致的，與環(huán)境污染有關(guān)；⑦潮汐是一種自然現(xiàn)象 2 C 有機(jī)高分子化合物分為天然高分子化合物和合成高分子化合物兩大類，合成高分子化合物是由小分子發(fā)生聚合反應(yīng)制備，盡管相對分子質(zhì)量很大，但結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，它們的結(jié)構(gòu)均是由若干個鏈節(jié)組成的，但由于聚合度不等，因此高分子化合物都是混合物 3 B 水煤氣的主要成分是CO和H2；焦?fàn)t氣的主要成分是H2、CH4、C2H4和CO等；石油液化氣的成分是C2～C3的烷烴；高爐煤氣的成分是CO、CO2和N2等。能符合題給實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的氣體只有焦?fàn)t氣 4 C 由題中信息可知，“綠色化學(xué)”是盡可能減少對環(huán)境的副作用，C項中產(chǎn)生污染大氣的有毒氣體SO2，不符合要求 5 (1)3∶2 (2)Ⅲ　每生成1 mol Cu(NO3)2方法(Ⅰ)、(Ⅱ)中有大氣污染物NO2和NO產(chǎn)生，且原子利用率低；方法(Ⅲ)無污染物產(chǎn)生，且原子利用率高，符合綠色化學(xué)的要求；方法(Ⅳ)要消耗較貴的硝酸銀，經(jīng)濟(jì)效益差 從綠色化學(xué)角度評價上述三個實(shí)驗(yàn)方案要考慮兩點(diǎn)：①節(jié)約原料；②副產(chǎn)品對環(huán)境污染小。四種實(shí)驗(yàn)方法所發(fā)生的反應(yīng)分別如下(Ⅰ)Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(Ⅱ)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(Ⅲ)2Cu＋O22CuO、CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O (Ⅳ)Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag