1、 第四章 化学与可持续发展 第二讲 化学与资源综合利用、环境保护 复习重点：煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用；通过环境保护和绿色 化学的有关知识，加强环保意识并培养绿色化学的理念。 复习难点：石油裂化的原理。 知识梳理 一、的综合利用 煤是由组成的复杂混合物，主要含元素，还含有少量 、 等元素。 1、煤的干馏 煤干馏是指将。煤干馏过程中发生一系列复 杂的化学反应，从煤干馏产物中可获得重要的化工原料，如 、甲苯、二甲苯、萘、酚类等。 2、煤的气化 将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应为： 。 该反应需要的热量可由碳的燃烧来提供:C (g)+O2(g) CO2(g) 说明:碳
2、燃烧时可用空气或 O2,但得到的煤气的成分、热值及用途都不同. 3、煤的液化 煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。 煤的间接液化：先将煤转化为 CO 和 H2，再在催化剂作用下合成甲醇等。 如:CO+2H 2 CH3OH(甲醇-常温下为液体,可以燃烧,还可代替汽油作内燃的 燃料。) 二、石油加工 石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。 1、石油的分馏 石油分馏是 过程。 石油分馏主要在分馏塔中进行，通过分馏可以获得油、油、油等轻质油。 说明： (1)两种或多种沸点相差较大且互溶的液体混合物，要进行分离时，常用蒸馏或分馏的 分离方法。 (2)分馏（蒸馏）实验所需的主要仪器：铁架台(铁圈、
3、铁夹)、石棉网、蒸馏烧瓶、带 温度计的单孔橡皮塞、冷凝管、牛角管、锥形瓶。 (3)蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的作用是：_ 。 (4)温度计的位置：_。 (5)冷凝管中进、出水的原则：蒸气在冷凝管内管中的流动方向与冷水在外管中的流动 方向相反，此时的冷凝效果最好。 2、石油的催化裂化 石油的催化裂化是的过程。裂化 所用的原料：_；裂化的产物:_等；裂化的方式: _和_。 石油裂化的产品再经过进一步，可以获得很多重要的化工原料。例如， C16H34 + C8H18 + C4H10 + C4H10 + 乙烯、丙烯、甲烷等都是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。 3、其它的石油加工 石油经过，可以使链状烃
4、转化为环状烃，获得苯、甲苯等重要化工基本原 料。 三、聚合反应和高分子化合物 由生成的反应叫做聚合反应。例如， n CH2=CH2 聚乙烯是由成千上万个乙烯分子在一定条件下发生聚合反应生成的相对分子质量巨大 的高分子化合物。相对分子质量巨大是高分子化合物的基本特征，也是它们与低分子化合 物的根本区别。高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等，也有人工合成的， 如聚乙烯等。塑料、合成橡胶和合成纤维三大人工合成的高分子材料。 四、化学与环境保护的关系 化学在环境保护上的应用主要有以下几个方面： 1、对环境情况进行监测：对污染物的存在形态、含量进行分析和鉴定。 2、治理三废：对生产过程中产生的
5、废气、废水和废渣进行处理，减少环境污染，实现 资源的回收利用。 3、寻找源头治理环境污染的生产工艺，实施清洁生产绿色化学 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。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 是原子利用率为 100%。 CH2CH 2 n 疑难点拨 一、石油炼制原理及产品： 方 法 原 理 原 料 目 的 主要产品 常 压 原 油 溶剂油、汽油、 煤油、柴油、 重油 分 馏 减 压 利用加热和冷凝，把石 油分成不同沸点范围的 蒸馏产物 重 油 得到不同 沸点范围 的蒸馏产 品 润滑油、凡士林、 石蜡、沥青、石
6、 油焦 热 裂 化 裂 化 催 化 裂 化 在一定条件下，把分子 量大、沸点高的烃断裂 为分子量小，沸点低的 烃 重 油 提高汽油 的产量 汽油和甲烷、乙 烷、乙烯和丙烯 裂 解 （深度裂化） 在高温下，把长链分子 的烃断裂为各种短链的 气态烃和液态烃 含直链 烷烃的 石油分 馏产品 获得短链 不饱和烃 乙烯、丙烯、丁 二烯 二、如何鉴别：直馏汽油和裂化汽油？ 直馏汽油中含有烷烃、环烷烃、少量芳香烃，裂化汽油中含有烯烃。所以可以采用溴 水作为试剂。注意：不能用酸性 KMnO4溶液，因为在直馏汽油中含有苯的同系物，也能使 酸性 KMnO4溶液褪色。实验：分别取少量的两种样品分别加入溴水，溴水褪色
7、的是裂化汽 油，不褪色的为直馏汽油。 三、如何证明裂化汽油中是否含有芳香烃？ 芳香烃不能使溴水褪色，但能使酸性 KMnO4溶液褪色，所以可以选用作为证明汽油中 是否含有芳香的试剂。但是，裂化汽油中还含有较多的烯烃，烯烃也能酸性 KMnO4溶液褪 色，干扰了该证明实验。所以在加入酸性 KMnO4溶液之前必须加入溴水将烯烃除尽。 实验：向裂化汽油中加入足量的溴水直到不再褪色为止然后向该溶液中滴加酸性 KMnO4 溶液，观察是否褪色。如果不褪色，说明不含芳香烃，如果能褪色，说明含有芳香烃。 四、干馏的主要产品和用途 干 馏 产 品 主 要 成 分 主 要 用 途 焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳
8、气体燃料、化工原料 粗氨水 氨、铵盐 氮肥出炉煤气 粗苯 苯、甲苯、二甲苯 苯、甲苯、二甲苯 炸药、染料、医药、农药、 合成材料 酚类、萘类 染料、医药、农药、合成材料 煤 焦 油 沥青 筑路材料、制碳素电极 焦 炭 炭 冶金、合成氨造气、电石、 燃料 典例剖析 【例 1】丁烷裂解时可有两种方式断裂，生成两种烷烃和两种烯烃。如果丁烷裂解率为 90%，又知裂解生成的两种烯烃的质量相等，那么裂解后所得到的混合气体中，分子量最小 的气体占有的体积为分数为（ ） A、19% B、25% C、36% D、40% 解析：丁烷的两种断裂方式为： C 4H10 CH 4+C3H6（丙烯） C 4H10 C 2
9、H6+C2H4（乙烯） 设 丁烷为 1mol，则裂解的物质的量为 0.9mol，反应后混合气体的总物质的量为 0.92+0.1=1.9mol。其中分子量最小的烃为 CH4，求其物质的量是其关键。答案：A 【例 2】液化石油气燃料已普遍进入现代家庭的厨房中，它的主要成分是烷烃和烯烃 系列混合物，现将各物在一个大气压下的沸点分别列表如下： 请回答：（1）有人发现液化 石油气用完后，残留在钢瓶内的液体能溶解油脂，就将 它倒出来作洗涤剂，洗涤物件的油泥，这种废物利用的做法是否可取，为什么？ 解析：本题以生活中的实际模型作为考试的北景材料，试题的教育功能是要求学生注意 安全、科学生活并能关注日常生活中的
10、一些自然现象和社会现象。本题综合了物理和化学 知识。 答案：不可取。从表中可知，在常温下未能汽化的残液主要是沸点相对较高的戊烷和戊 烯。此两物在空气中较易挥发成气体，当这些气体在室内达到一定比例后，如遇明火，就 会发生火灾。 【例 3】观察右图，下列叙述中错误的是（ ） A.图示实验中发生了化学变化 B.液体 X 的 pH7，液体 Y 是一种黑色粘稠状液体 C.气体 Z 易燃，可还原 CuO D.液体 Y 是一种纯净物 解析：煤杂强热条件下，可分解得到多种物质，这个过程叫煤的干馏，属于化学变化， A 项正确；所得产物中有气体（焦炉气） ，有液体（煤焦油） ，有固体（焦炭） ，此外，还有 粗氨水
11、，B 项正确；焦炉气的主要成分有氢气、甲烷，另有少量的 CO、CO 2、C 2H4、N 2等气 名 称 沸点 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 乙烯 丙烯 丁烯 戊烯 沸点 （） 161.7 88.6 42.2 0.5 36.1 102.4 47.7 6.5 30.1 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。 知能训练 一选择题 1.（2001 全国）为了减少大气污染，许多城市推广汽车使用清洁燃料。目前使用的清 洁燃料主要有两类，一类是压缩天然气（CNG） ，另一类是液化石油气（LPG） 。这两类燃料 的主要成分是 A.碳水化合物 B.碳氢化合物 C.氢气 D.醇类 2下列
12、全球性和区域性的环境问题主要是因为向大气中过量排放二氧化碳和甲烷造成 的是 （ ） A气候变暖 B臭氧层破坏 C酸雨 D赤潮和水华 3煤的综合利用可以获得洁净的燃料及多种化工原料。下列不属于煤的综合利用的是 （ ） A煤干馏 B煤液化 C煤气化 D煤燃烧 4下列关于石油加工的叙述中，不正确的是 （ ） A石油分馏所得的馏分是一种具有固定熔沸点的纯净物 B石油裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量 C石油裂解的原料是石油分馏产物，包括石油气 D石油在驯悍记的作用下加热，可以使链状烃转化为环状烃（如苯、甲苯） 5下列属于高分子化合物且在自然界中原来并不存在的是 （ ） A淀粉 B纤维素 C聚乙烯
13、D蛋白质 6下列物质中，作为燃料时对空气没有污染的是 （ ） A天然气 B氢气 C汽油 D煤 7下面所叙述的情况中，能够引起环境污染的是 （ ） 生活污水的任意排放；农业生产中化肥农药的过度使用； 燃放鞭炮；海上油轮中石油的泄漏 A B C D 8 下列变化属于化学变化，且产物中兼有气体、液体、固体的是 （ ） A石油分馏 B石油裂解 C煤的干馏 D煤的气化 9国家有关部门规定，从 2001 年 7 月 1 日在全国禁用含铅汽油，全面推广使用无铅 汽油。 无铅汽油的含意是 （ ） A汽油中不含铅元素 B汽油中不人为的加入含铅物质 C汽油中含铅元素在规定的指标范围内 D不含杂质的纯净汽油 10下
14、列物质中，有固定熔沸点的是 （ ） A汽油 B煤 C苯 D乙烯 11下列物质既能够使溴的四氯化碳溶液褪色，又能够使酸性高锰酸钾溶液褪色的是 （ ） A乙烯 B聚乙烯 C石油裂化气 D水煤气 第 28 届国际地质大会提供的资料显示，海底蕴藏着大量的天然气水合物，俗称“可燃 冰” ，1 体积“可燃冰”可贮藏 100200 体积的天然气。 “可燃冰”是一种晶体，晶体中平 均每 46 个 H2O 分子构建成 8 个笼，每个笼内可容纳 1 个 CH4分子或 1 个游离的 H2O 分子。 若晶体中每 8 个笼有 6 个容纳了 CH4分子，另外 2 个笼被游离的 H2O 分子填充，请根据上 述信息解答 12
15、14 题。 12下列有关“可燃冰”的叙述中不正确的是 （ ） A “可燃冰”也可能成为人类未来的重要能源 B “可燃冰”是一种比较 洁净的能源 C “可燃冰”为水可能变成油提供了有利的证据 D “可燃冰”的主要可燃成分是甲烷 13 “可燃冰”的平均组成可用下列的化学式表示 （ ） A3CH 4H2O BCH 43H2O CCH 46H2O DCH 48H2O 14某混和气体通过溴水溶液，溴水褪色；通过灼热的 CuO 粉末，黑色粉末变为红色； 最后剩余气体点燃，火焰为淡蓝色，且生成二氧化碳和水。则原混和气体是 （ ） A水煤气 B液化石油气 C石油裂解气 D焦炉气 15绿色化学提倡化工生产应提高
16、原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生 成 物总质量之比。在下列氮肥的制备反应中，原子利用率最高的是 （ ） ANH 3H 2OCO 2=NH4HCO3 C8NH 33Cl 2=N26NH 4Cl DNH 3HCl = NH4Cl 二、填空题 16石油主要含有 和 两种元素，同时还含有少量的 等元素。 石油也是 物，利用石油各组分的沸点不同，可以将其大体分离，该分离方法 叫 ，通过这一过程可以获得 （至少填两种）等含碳原子少的 轻质油；通过 可以把含碳原子较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子较少、 沸点较低的汽油等。 17对工业“三废” 的处理如果不当，则会严重的污染周围环境。工业“三废”指
17、的是 、 和 。化学在工业“三废”治理方面发挥了重要的作用，若对工业“三废” 的处理得当，可起到 和 的双重作用，如用石灰乳处理氯 碱工业中的废气，则既可以减少 （填气体的化学式）气体 对环境的污染，又可以 得到漂白粉（有效成分是 ）。 18将下图所列仪器组装为一套实验室蒸馏石油的装置，并进行蒸馏，得到汽油和煤 油。 (1)图中 A、B、C 三种仪器的名称是_。 (2)将以上仪器按(一)(六)顺序，用字母 a,b,c,表示连接顺序： e 接( )；( )接( )；( )接( )；( )接( )；( )接( ) (3)A 仪器中 c 口用于_,d 口用于_。 (4)蒸馏时，温度计水银球应在_位置
18、。 (5)在 B 中注入原油后，加几片碎瓷片的目的是_。 (6)给 B 加热，收集到沸点为 60150间的馏分是_，收集到 150300间 的 馏分是_。 19.下图是实验室干馏煤的装置图，根据图回答下列问题。 (1)指出图中各仪器的名称：a_;b_;c_;d_。 (2)装置 c 的作用是_。d 中的液体有 _和_， 其中的无机物里溶有_，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。在 170230时可得到_， 加热到 230以上可以得到_。 (3)e 处点燃的气体是_，火焰的颜色是_色。 三、计算题 20 “汽车尾气污染”已备受世人关注。汽车内燃机 中，汽油气化后与空气
19、按一定比 例混合进入气缸，引擎用电火花点燃。燃烧使汽缸内温度迅速升高，气体体积急剧膨胀， 产生压力推动活塞。燃烧时产生污染大气的有害气体通过尾气排出。为简化讨论，以辛烷 (C8C18) 代表汽油的成分，并设空气中 O2占 1/5 体积。请回答下列问题： （1）设辛烷气与空气的体积比(相 同条件下)为 。要使辛烷完全燃烧， 的最大值 为(用小数表示，设此最大值为 )_ _。 (2)若辛烷气与空气的体积比大于 ，则尾气所含污染大气的有害气体中，相对含 量会增多的是(写化学式)_，产生这种气体的反应方程式是 _。 (3)若辛烷气与空气的体积比小于 ，则尾气所含污染大气的有害气体中，相对含 量会增多的
20、是(写化学式)_，产生这种气体的反应方程式是_。 参考答案： 一、填空题 1、B2、A3、D4、A5、C6、B7 、D8、C9 、C10、CD11、 AC12、C13、D14、D15 、A D 二、填空题 16碳；氢；硫、氧、氮；混合；分馏；汽油、煤油、柴油；催化裂 化 17废气；废水（ 液）；废渣；减少环境污染；资源回收利用；Cl 2；Ca(ClO) 2 18.(1)A 是冷凝管，B 是蒸馏烧瓶，C 是锥形瓶。(2)i;h;a;k;l;b;f;g;g(3)进水口； 出水口。(4)蒸馏烧瓶支管口。(5)防止暴沸。(6)溶剂油和汽油；煤油。 19.(1)酒精喷灯；铁管(或瓷管)；烧杯；U 形管。(2)将干馏生成的气体进行降温和冷 凝；粗氨水；煤焦油；氨；酚酞；分馏；酚类和萘；蒽等更复杂的芳香族化合物。(3)焦炉 气；蓝 三、计算题 20.(1)0.016。 (2)CO； 2C 8H18+17O2 16CO+18H2O 或 2C8H18+(25-x/2)O2 xCO+(16-x)CO2+18H2O 。 (3)NO2(或 NOx)；N 2+O2 2NO， 2NO+O 22NO 2。
