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第二节　资源综合利用　环境保护
一、化石燃料的综合利用
1．煤的综合利用
(1)煤的分类与组成
煤
(2)煤的综合利用方式
①干馏
②气化
③液化
(3)煤综合利用的意义
①减少煤燃烧产生的大量SO2、NOx、碳的氧化物和粉尘等污染物的排放。
②提高煤燃烧的效率——煤的气化、液化都是使煤变成清洁能源的有效途径，煤的燃烧效率也有很大的提高。
③生产基本化工原料——通过煤的干馏，获得大量的基本化工原料。
[探究思考]
煤的气化、液化是物质三态(气、液、固)之间的变化吗？为什么？
提示　不是，物质三态之间的变化是物理变化，煤的气化、液化是化学变化。
2．天然气的综合利用
(1)天然气的主要成分：甲烷。
(2)天然气的用途：
天然气
3．石油的综合利用
(1)石油的组成
石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，没有固定的熔、沸点，只能在一定温度范围内熔化或汽化。
(2)石油的综合利用途径
[探究思考]
1．石油的分馏、裂化和裂解有什么区别？
提示　
方法
原理
原料
目的
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
减压
重油
裂化
热裂化
在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃
重油
提高汽油的产量
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
2.分馏汽油和裂化汽油有何区别？如何鉴别？
提示　分馏汽油是饱和烃的混合物，裂化汽油中含不饱和烃；可用溴的四氯化碳溶液区别它们。
4．以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
(1)高分子化合物
①特征：相对分子质量很大，性质稳定的混合物
②分类
(2)聚乙烯塑料的合成
①反应的化学方程式：
nCH2===CH2?CH2—CH2?；
②反应类型：加聚反应。
(3)相关概念
①单体：聚合成高分子化合物的小分子化合物。聚乙烯的单体是CH2===CH2。
②链节：高分子化合物中的最小的重复结构单元。聚乙烯的链节是—CH2—CH2—。
③聚合度：高分子化合物所含链节的数目，聚乙烯的聚合度为n。
[练一练]
写出CH3CH===CH2加聚反应的化学反应方程式？
答案　CH3CH===CH2
(1)煤是由有机物和少量无机物组成的化合物(×)
(2)石油裂化是为了提高汽油产量，石油裂解是为了获得短链不饱和烃(√)
(3)煤的干馏可以得到大量的基本化工原料如焦炉气、煤焦油、焦炭(√)
(4)天然气是一种清洁的化石燃料(√)
(5)石油的分馏、裂化、裂解都属于化学变化(×)
(6)将石油分馏得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料(×)
(7)煤干馏和石油分馏都能获得烃类物质(√)
(8)煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来(×)
二、环境保护和绿色化学
1．环境保护
(1)环境问题：主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。
(2)环境保护的任务
①环境监测：对污染物的存在形态、含量等进行分析和鉴定，提供可靠的分析数据。
②治理工业三废(废水、废气、废渣)。
③寻找源头治理环境污染的生产工艺：杜绝污染物的排放，能从根本上解决环境问题。
2．绿色化学
(1)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。
(2)最高目标：原子利用率为100%，即反应物中的原子全部转化为期望的最终产物。
(1)环境污染：包括大气污染、土壤污染、水污染。
(2)环境保护：绿色化学——“原子经济性”。
1．最近，国际上提出的“绿色化学”是指化学工业生产中(　　)
A．对废水、废气、废渣进行严格处理
B．不排放任何有害物质
C．在化工厂周围种草、种树、种花，使化工厂成为花园式工厂
D．以绿色植物为原料，以生物催化剂实现化工生产过程的化学
答案　B
解析　绿色化学的核心是从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，即在化学生产中少用或不用有害物质以及少排放或不排放有害物质，B项符合题意。
2．绿色化学最理想的“原子经济”，就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物。以下反应最符合这一要求的是(　　)
A．硫化亚铜高温氧化的火法炼铜
B．用铜作催化剂将乙醇氧化为乙醛
C．铜和浓硝酸反应制硝酸铜
D．镍作催化剂的条件下，苯与氢气发生加成反应生成环己烷
答案　D
解析　A项，Cu2S高温氧化的火法炼铜中还会产生SO2气体，不符合“原子经济”，错误；B项，CH3CH2OH催化氧化生成CH3CHO的同时有H2O生成，不符合“原子经济”，错误；C项，Cu和浓硝酸反应制备Cu(NO3)2时还会生成H2O和NO2，不符合“原子经济”，错误；D项，苯与氢气发生加成反应只生成环己烷，原子利用率为100%，符合“原子经济”，正确。
相关链接
(1)六大环境问题及其危害
环境问题
主要污染物
主要危害
酸雨(雨水pH<5.6)
SO2及氮氧化物(NOx)
土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等
温室效应
CO2、CH4
造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小
臭氧空洞
氟氯代烃、氮氧化物(NOx)
到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害
光化学烟雾
碳氢化合物、氮氧化物(NOx)
刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡
白色污染
难降解的废弃塑料
在土壤中影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产；易被动物当成食物吞入，导致动物死亡；混入生活垃圾中难处理、难降解
赤潮(海水中)和水华(淡水中)
废水中含N、P等营养元素
水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水质腐败变质、变臭，水生生物因缺氧而死亡
(2)SO2的治理
减少SO2的排放，主要有以下措施：
①脱硫：使用一定的物理、化学方法，除去含硫燃料中的硫元素。
②固硫：不使含硫化合物进入大气。如在煤炭中掺加氧化钙(或氢氧化钙)，煤炭燃烧过程中生成的SO2就会被吸收固定：CaO＋SO2CaSO3,2CaSO3＋O2===2CaSO4。
③硫酸厂排出的废气中的SO2可用NaOH溶液或Na2SO3溶液来吸收：2NaOH＋SO2===Na2SO3＋H2O(或NaOH＋SO2===NaHSO3)；Na2SO3＋H2O＋SO2===2NaHSO3。加热使生成的NaHSO3分解，释放出的高浓度的SO2用于生产H2SO4，生成的Na2SO3进行循环利用。
(3)防止白色污染的措施
①塑料的回收利用
②使用可降解塑料
使用可降解塑料(如微生物降解塑料、光降解塑料等)可以消除塑料造成的环境污染。
1．国内能源供应紧张形势日益加剧，煤的涨价导致部分地区电荒，煤在国民经济中的重要地位由此可见一斑。下列关于煤的说法正确的是(　　)
A．煤属于有机化合物
B．在物质变化类型上，煤的干馏包含了物理变化和化学变化
C．煤中含有大量的苯、甲苯等芳香烃，煤是芳香烃的主要来源
D．煤转化为水煤气再燃烧放出的热量不会增加，因此煤的气化并无意义
答案　B
解析　煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物。苯和甲苯是煤中的某些干馏产物中的主要成分，并不是煤本身含有的，是煤干馏过程中发生化学反应生成的。煤气化后变成清洁高效的燃料，再燃烧可提高其利用率，意义重大。
2．下列关于煤、石油、天然气等能源的说法正确的是(　　)
A．石油裂解得到的汽油是纯净物
B．石油产品都可用于聚合反应
C．天然气是一种清洁的化石燃料
D．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料
答案　C
解析　A项，石油的裂解是深度裂化，是将大分子烃断裂成小分子烃的过程，产物主要是短链不饱和烃的混合物，错误；B项，能发生聚合反应的分子必须含有不饱和键，但石油的分馏产品大多是烷烃、环烷烃、芳香烃，所以不是所有的石油产品都能发生聚合反应，错误；C项，天然气的主要成分是CH4，燃烧无污染，属于清洁的化石燃料，正确；D项，水煤气是由煤与水在高温条件下反应得到的，是煤的气化产物，错误。
3．根据聚乙烯的结构简式推测，丙烯(CH2===CH—CH3)聚合生成的聚丙烯的结构简式正确的是(　　)
A．?CH2—CH—CH3? B．
C． D．
答案　D
解析　丙烯合成聚丙烯的过程类似于乙烯合成聚乙烯的过程，但丙烯分子中的—CH3只能作支链，选项D正确。
4．在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为期望的最终产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是(　　)
①置换反应　②化合反应　③分解反应　④取代反应　⑤加成反应　⑥加聚反应　⑦酯化反应
A．②⑤⑥ B．②④⑤
C．只有⑥ D．只有⑥⑦
答案　A
解析　根据四种基本反应类型的定义即可判断出只有化合反应产物唯一。在有机反应类型中，取代反应、酯化反应、水解反应的产物均不唯一，而加成反应、加聚反应的产物唯一，反应物中的原子全部转化成期望的最终产物，即原子利用率为100%。
5．下列有关“绿色化学”及“绿色食品”的描述均正确的组合是(　　)
①“绿色化学”是指绝对无污染的化学过程
②“绿色化学”是指依靠绿色植物来完成的化学过程
③“绿色化学”是没有或尽可能少污染的化学过程
④“绿色化学”是人们理想中的化学过程，无法实现
⑤治理工业“三废”属于“绿色化学”范畴
⑥合理施用农药属于“绿色化学”
⑦加强环境监测属于“绿色化学”过程
⑧开发利用氢能源属于“绿色化学”
⑨富含叶绿素的食品属于“绿色食品”
⑩新鲜的蔬菜属于“绿色食品”
?无污染的安全、优质、营养类食品属于“绿色食品”
?贴有“绿色”防伪标志的食品属于“绿色食品”
A．③⑧?　B．①②③⑤⑥⑧⑩　C．②⑥⑦⑨　D．④
答案　A
解析　①～⑧是对绿色化学的叙述，绿色化学的核心是从源头上减少或消除工业生产对环境的污染，强调最理想的原子经济性原则和污染物的零排放，所以①中的“绝对无污染”、②中的“依靠绿色植物”、④中的“无法实现”、⑤中的“治理三废”、⑥中的合理施用农药、⑦中的“加强环境监测”等内容都是错误的或不属于绿色化学范畴，③⑧正确。⑨～?是对绿色食品的描述，只有?正确。
题组一　煤、石油和天然气的综合利用
1．下列有关说法正确的是(　　)
A．煤中含有苯和甲苯，可用先干馏后蒸馏的方法把它们分离出来
B．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
C．煤经气化和液化两个物理变化过程，可变为清洁能源
D．煤的液化就是将煤转化成甲醇等液态物质的过程
答案　D
解析　煤中不含有苯和甲苯，苯和甲苯是煤的干馏产物；煤的气化是将固态煤转化为一氧化碳和氢气等气体燃料(由煤制煤气)的过程，煤的液化是将煤转化成甲醇等液态物质的过程，二者都属于化学变化，其产物都是清洁能源。
2．下列说法正确的是(　　)
A．石油是混合物，汽油是纯净物
B．沸点：汽油>煤油>柴油>润滑油
C．直馏汽油和裂化汽油成分完全相同
D．石油的分馏是物理过程，而裂化和裂解属于化学过程
答案　D
解析　石油、汽油都是混合物；沸点：汽油<煤油<柴油<润滑油；直馏汽油多为饱和烃，而裂化汽油含有不饱和烃，两者组成上不完全相同；石油的分馏是利用各组分沸点的不同进行分离的过程，是物理变化过程，而裂化和裂解是将碳原子多的烃转化为碳原子少的烃，是化学变化过程。
3．在石油工业中，将重油制成乙烯的方法是(　　)
A．裂化 B．裂解
C．干馏 D．分馏
答案　B
解析　将重油制成气态不饱和烃，应采取比裂化更高的温度才可以实现，采用裂解的方法。
4．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是(　　)
A．煤干馏所得气体中只含无机气体
B．天然气、石油液化气是清洁的化石燃料
C．石油裂解气中主要成分为甲烷
D．石油产品都能发生加聚反应
答案　B
解析　煤干馏所得的气体中含有CH4等有机物气体；天然气、石油液化气的主要成分为碳氢化合物，燃烧充分，生成物为CO2和H2O，为清洁的化石燃料；石油裂解气的主要成分有乙烯、丙烯、甲烷、乙烷等；石油加工得到的产品烷烃不能发生加聚反应。
5．煤的干馏和石油的分馏，两种变化在本质上的差别是(　　)
A．加热的温度不同
B．得到的产品不同
C．前者要隔绝空气，后者不用隔绝空气
D．干馏是化学变化，分馏是物理变化
答案　D
解析　石油分馏为物理变化；煤的干馏为化学变化。
6．合理利用燃料减小污染符合“绿色奥运”理念，下列关于燃料的说法正确的是(　　)
A．“可燃冰”是将水变为油的新型燃料
B．氢气是具有热值高、无污染等优点的燃料
C．乙醇是比汽油更环保、不可再生的燃料
D．石油和煤是工厂经常使用的可再生的化石燃料
答案　B
解析　可燃冰外观像冰，其化学组成是CH4·nH2O，根据元素守恒知，水不能变为油；氢能源具有来源广、热值高，且燃烧后生成水对环境无污染；乙醇中含有碳、氢、氧三种元素，其燃烧产物是二氧化碳和水，但乙醇为可再生能源；石油和煤都属于化石燃料，且属于不可再生能源。
题组二　高分子材料及其合成
7．工业上以煤、石油和天然气为原料，生产三大合成材料：塑料、合成橡胶和合成纤维。下列有关说法错误的是(　　)
A．塑料、合成橡胶和合成纤维属于合成高分子化合物
B．淀粉、纤维素、葡萄糖等都属于天然高分子化合物
C．石油裂解得到的乙烯、丙烯等是生产合成材料的基本原料
D．高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类
答案　B
解析　高分子材料可分为天然高分子材料(如淀粉、纤维素)和合成高分子材料(如塑料、合成橡胶和合成纤维)两大类，葡萄糖不属于高分子化合物。
8．高分子化合物的单体是(　　)
A．
B．CH2===CH2
C．CH3—CH2—CH2—CH3
D．CH3—CH===CH—CH3
答案　D
解析　此高分子化合物是由CH3—CH===CH—CH3通过加聚反应生成的，故其单体为CH3—CH===CH—CH3，其链节为。
9．乙烯的产量是衡量一个国家石油化工水平的重要标志。聚乙烯是以乙烯为原料合成的一种人们常用的高分子材料。下列有关聚乙烯的叙述中正确的是(　　)
A．乙烯合成聚乙烯的变化属于化合反应
B．乙烯合成聚乙烯的化学方程式是nCH2===CH2?CH2===CH2?
C．聚乙烯在自然界中很难降解，容易导致“白色污染”
D．聚乙烯是纯净物
答案　C
解析　乙烯合成聚乙烯的反应属于加聚反应，聚乙烯的结构简式为?CH2—CH2?，高聚物均为混合物。
题组三　环境保护与绿色化学
10．为了保护自然环境，提高人民的生活质量，必须重视处理“白色污染”。该“白色污染”指的是(　　)
A．冶炼厂的白色烟尘
B．石灰窑的白色粉末
C．聚氯乙烯等塑料垃圾
D．白色建筑材料
答案　C
解析　白色污染是指聚氯乙烯等塑料垃圾，难以降解，在颜色上不一定为白色，题中白色烟尘、粉末以及白色建筑材料都不属于白色污染，分别为粉尘污染和建筑垃圾。
11．下列有关环境问题的说法正确的是(　　)
A．燃煤中加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量
B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康
C．pH在5.6～7.0之间的降水通常称为酸雨
D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染
答案　A
解析　石灰石在煤燃烧过程中分解为CaO，CaO和SO2结合为CaSO3，进一步转化为CaSO4，可减少SO2污染；当空气中臭氧的含量超过10－5%(体积分数)时，就会对人体、动植物及暴露在空气中的物质造成危害；pH小于5.6的雨水称为酸雨；含磷合成洗涤剂易造成水体富营养化，形成“水华”“赤潮”等水体污染。
12．以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。下列做法违背发展低碳经济的是(　　)
A．发展氢能和太阳能
B．限制塑料制品的使用
C．提高原子利用率，发展绿色化学
D．尽量用纯液态有机物代替水作溶剂
答案　D
解析　所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展氢能和太阳能，限制塑料的使用和发展绿色化学，都符合低碳经济。
13．下列环保建议中，不符合“绿色化学”思想的是(　　)
A．提倡生活垃圾分类收集
B．用天然气代替汽油和柴油作发动机燃料
C．禁止未经处理的工业废水和生活污水的任意排放
D．使用添加剂抑制水中所有动植物的生长
答案　D
14．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。在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是(　　)
A．CH2===CH2＋―→＋CH3COOH
B．CH2===CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋H2O
C．2CH2===CH2＋O2
D．＋HOCH2CH2—O—CH2CH2OH＋2H2O
答案　C
15．下图是实验室对煤进行干馏的装置图，回答下列问题：
(1)指出图中仪器名称：c________，d________。
(2)仪器d的作用是________________________________，c中液体有________和________，其中无机物里溶有________，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。
(3)e处点燃的气体的主要成分有________，火焰的颜色为________。
答案　(1)U形管　烧杯
(2)盛装冷水对蒸气进行冷却　粗氨水　煤焦油　氨　酚酞溶液　蒸馏(或分馏)
(3)H2、CH4、C2H4、CO　淡蓝色
解析　c是U形管，d是烧杯。煤的干馏产物主要有：焦炭(固体)，煤焦油、粗氨水(液体)，焦炉气(H2、CH4、C2H4、CO)等，利用d将蒸气冷却，无机物中溶有氨，可利用酚酞检验；有机物可利用蒸馏或分馏使其中的重要成分分离出来。e处点燃的气体是焦炉气，火焰呈淡蓝色。
16．(2019·济南期末)酸雨形成的原理之一可表示如下：
含硫燃料AB硫酸
请回答下列问题。
(1)A的化学式为__________，B的化学式为__________________________________。
(2)三个反应中，不属于氧化还原反应的是________(填序号)。
(3)SO2中硫元素显＋4价，它可以降低到0价，利用这一性质可在工厂的烟道气中通入合适的________(填“氧化剂”或“还原剂”)除去SO2，达到减少污染的目的。
(4)雨水的pH小于5.6时，就判定为酸雨。已知pH＝－lg c(H＋)，经测定某次雨水所含酸性物质只有硫酸，且其浓度为5×10－5 mol·L－1，则这次降雨________(填“是”或“不是”)酸雨。
(5)火力发电厂燃烧的煤中含有大量的硫，其排出的废气中往往含有SO2、CO2等。为了除去有害的SO2气体，在英国已进行了一个研究，结果表明：高烟囱可以有效降低地面SO2的浓度。在20世纪60年代到70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于高烟囱的建造，地面SO2浓度降低了30%之多。
①你认为减少酸雨产生可采取的措施是__________(填字母)。
A．少用煤作燃料
B．把工厂的烟囱建高
C．燃料脱硫
D．把工厂迁移到农村
E．开发新能源
②请从全球环境保护的角度，分析这种建高烟囱的方法是否可取？________(填“可取”或“不可取”)，理由是_____________________________________________________。
答案　(1)SO2　SO3　(2)③　(3)还原剂　(4)是
(5)①ACE　②不可取　未减少二氧化硫的总排放量
解析　(1)(2)题中所示原理为含硫燃料SO2SO3H2SO4，其中反应③不是氧化还原反应。(3)SO2中硫元素化合价降低，SO2被还原，应加入还原剂。(4)c(H2SO4)＝5×
10－5 mol·L－1，则c(H＋)＝2×5×10－5 mol·L－1＝1×10－4 mol·L－1。所以pH＝－lg(1×10－4)＝4＜5.6，故这次降雨是酸雨。(5)少用煤作燃料、燃料脱硫，开发新能源都会减少SO2排放。建高烟囱虽降低了地面SO2浓度，但向环境中排放的SO2的量未减少，所以该做法不可取。
17．以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息回答下列问题：
(1)下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是________(填字母)。
A．CH2===CH2＋HCl―→CH3CH2Cl
B．CH3CH2OH＋HClCH3CH2Cl＋H2O
C．CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl
D．CH2===CHCl＋H2CH3CH2Cl
由上述四个反应可归纳出，原子经济性最高的是______(填反应类型)。
(2)有毒物质的无害化处理也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂，它可将废水中少量的CN－等有毒的酸根离子氧化而除去。请写出用ClO2将废水中的CN－氧化成无毒气体的离子方程式：___________________________________________，该方法的优点是_________________________________________________。
(3)某饮用水厂由天然水制备纯净水(去离子水)的工艺流程示意图如下：
活性炭的作用是_________________________；O3消毒的优点是___________________。
答案　(1)AD　加成反应
(2)2ClO2＋2CN－===2CO2＋N2＋2Cl－　产物为无毒无害的Cl－、CO2和N2
(3)吸附水中的有机物(或除去水中的异味)　反应产物无毒无害
解析　(1)原子经济性高，即理论上原子的利用率尽可能达到100%，没有副产物。A、D两项中的原子利用率都是100%。
(2)把CN－氧化成无毒气体，说明C、N分别生成了CO2、N2，ClO2的还原产物应该是无毒的Cl－。
(3)活性炭能吸附水中的有机物，从而除去异味。用O3消毒时，其产物为无毒无害的O2。

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