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
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+2H2 
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、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%。
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 |
| 分 馏 | 常 压 | 利用加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物 | 原 油 | 得到不同沸点范围的蒸馏产品 | 溶剂油、汽油、煤油、柴油、 重油 |
| 减 压 | 重 油 | 润滑油、凡士林、石蜡、沥青、石油焦 | |||
| 裂 化 | 热裂化 | 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 |
| 催化裂化 | |||||
| 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 | |
| 出炉煤气 | 焦炉气 | 氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳 | 气体燃料、化工原料 |
| 粗氨水 | 氨、铵盐 | 氮肥 | |
| 粗苯 | 苯、甲苯、二甲苯 | 炸药、染料、医药、农药、 合成材料 | |
| 煤 焦 油 | 苯、甲苯、二甲苯 | ||
| 酚类、萘类 | 染料、医药、农药、合成材料 | ||
| 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： C4H10 CH4+C3H6（丙烯）
C4H10
C2H6+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0.9×2+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：
| 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 |
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pH＞7，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，B项正确；焦炉气的主要成分有氢气、甲烷，另有少量的CO、CO2、C2H4、N2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。
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 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 （ ）
①生活污水的任意排放；②农业生产中化肥农药的过度使用；
③燃放鞭炮；④海上油轮中石油的泄漏
A．①② B．②③ C．③④ D．①②③④
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100～200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12－14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 （ ）
A．3CH4·H2O B．CH4·3H2O C．CH4·6H2O D．CH4·8H2O
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 （ ）
A．NH3＋H2O＋CO2=NH4HCO3 
C．8NH3＋3Cl2=N2＋6NH4Cl D．NH3＋HCl = 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。
(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60～150℃间的馏分是_________，收集到150～300℃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170～230℃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α。要使辛烷完全燃烧，α的最大值为(用小数表示，设此最大值为α′)_________。
(2)若辛烷气与空气的体积比大于α′，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α′，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_________。
参考答案：
一、填空题
1、B2、A3、D4、A5、C6、B7、D8、C9、C10、CD11、AC12、C13、D14、D15、AD
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；Cl2；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； 2C8H18+17O2
16CO+18H2O
［或2C8H18+(25-x/2)O2xCO+(16-x)CO2+18H2O］。
(3)NO2(或NOx)；N2+O2 
2NO， 2NO+O2＝2NO2。