第二十二讲化学与资源开发利用

第二十二讲第二十二讲 化学与资源开发利用化学与资源开发利用考点概览考纲要求1.化石燃料1.知道煤、石油和天然气等综合利用的意义2.化工生产2.知道我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况3了解海水的综合利用；知道化学科学发展对自然资源利用的作用4.废旧物资再生与综合利用4.了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用化石燃料化石燃料知识回顾1化石燃料：是指古代的动植物被埋在地下，在一定的条件下，经过漫长的时间变化而形成的燃料。主要包括_、_、_。化石燃料属于不可_的能源，而且容易对环境造成污染。(1)煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物，主要含_、_等元素，还含有少量氧、氮、硫等元素。被誉为“工业的粮食”。煤 石油 天然气 再生 碳 氢(2)石油是由分子中含有不同数目碳原子的烷烃、环烷烃和芳香烃组成的复杂_，平均来说，碳元素和氢元素在石油中的质量分数之和可达97%98%，被誉为“工业的血液”。(3)天然气的主要成分是_，是一种很好的清洁能源，俗称“沼气”或“坑气”。2石油和石油产品的加工(1)石油的分馏：工业上利用_原理，通过加热和冷凝，把石油分成不同_范围的_的方法叫做石油的分馏，属于_变化。石油的分馏是在_塔里进行的。石油的分馏主要产物有：混合物 甲烷 蒸馏 沸点 混合物 物理 分馏 气态产物：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁二烯等气态烃。液态产物：溶剂油、汽油、煤油、柴油、润滑油、重油等。固态产物：凡士林，石蜡，沥青等。(2)石油产品裂化与裂解。裂化：在高温和(或)催化剂条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃_为相对分子质量较小、沸点_的烃的过程，是_变化。裂化的原料为重油，目的是为了提高汽油的产量和质量。如断裂 较低 化学 C16H34 C8H18C8H16 十六烷烃 辛烷 辛烯裂解：是以直链_和_气为原料在更高温度和(或)催化剂条件下进行的深度裂化。目的是为了提高_等化工原料的_。(3)石油工业对环境污染：主要是低碳_烃对大气的污染。3煤的干馏与深加工(1)煤的干馏：煤的干馏是将煤_空气加强热使其_的过程。干馏是化学变化。煤干馏主要产物有：催化剂 加热加压烷烃 石油 乙烯 产量 气态 隔绝 分解 气态产物：焦炉气(氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳等)，作气体燃料和化工原料。焦炉气大部分是甲烷和氢。液态产物：煤焦油(苯、甲苯、二甲苯、酚、萘等)、粗氨水、粗苯等，用作医药、合成材料、印染、化肥等工业的原料。固态产物：焦炭，用作工业燃料。(2)煤深加工：主要目的是提高_利用率。煤的气化：将煤转化为可燃性气体的过程。如：CH2O(g)_。煤的液化。催化剂能量 COH2.将煤与氢气直接作用生成_燃料。.煤间接液化是以煤为原料，先汽化制成合成气(CO和H2)，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料(如甲醇)和化学品的过程。煤的固化：煤与氧化钙在高温下作用生成电石(碳化钙：CaC2)用于生产乙炔(C2H2)，再利用乙炔原料制其它有机化工产品和汽油。液体【例1】以下说法正确的是()A用液化石油气主要成分为丙烷的炉具与用天然气的炉具能通用，不需要调整或更换B市场上的“环保汽车”是指所排放的尾气无污染的汽车C煤液化和汽化后再使用，可提高煤的燃烧效率D将煤粉做成煤球有利于提高煤的燃烧效率解析：选项A错误，液化石油气主要成分丙烷比天然气主要成分甲烷含碳量高，耗氧量大，使用时要加大空气的进气量，需要调整或更换；选项B错误，“环保汽车”主要是排放的尾气对环境污染程度较轻；选项C正确，煤经过液化和汽化后，气体和液体燃料燃烧充分，有利于提高煤的燃烧效率；选项D错误，将煤粉做成煤球只是有利于使用方便，不能提高煤的燃烧效率。答案：C易错归纳：1.石油分馏是物理变化，煤干馏是化学变化。2石油产品进行裂解的温度比裂化的温度高，得到的产品分子中碳原子数要小。课堂练习1工业上，可通过石油分馏得到的物质是()A苯B丙烯C汽油 D乙烯解析：可通过石油分馏得到的物质是汽油。答案：C2下列关于煤、石油和天然气的说法正确的是()A三者均为可再生能源B天然气的主要成分是甲烷C石油产品中的乙烷和乙烯都能发生加成反应D煤燃烧产生的SO2和CO2都是造成温室效应的主要原因解析：煤、石油和天然气是不可再生能源；乙烷不发生加成反应；SO2是造成酸雨的主要原因，CO2是造成温室效应的主要原因。答案：B化工生产化工生产知识回顾1硫酸工业硫酸是化学工业中最重要的产品之一，是许多工业生产所用的重要原料。硫酸曾有“化学工业之母”之称，它的产量在一定程度上标志着一个国家化学工业的发达程度。(1)接触法生产硫酸原理：以硫铁矿为原料生产硫酸三个阶段反应原理和设备：SO2的制取和净化4FeS211O2 _(沸腾炉)SO2氧化生成SO3_(接触室)SO3吸收和H2SO4的生成_(吸收塔)由于原料气含有很多杂质，在制造SO2和SO2氧化生成SO3过程之间要进行净化。在实际生产时，是用98.3%的_作为SO3的吸收剂。(2)尾气的吸收：工业上一般用氨水吸收SO2，用H2SO4回收SO2同时制硫酸铵，使资源得到充分利用。高温2Fe2O38SO2 2SO2O2 2SO3 V2O5500O3H2O=H2SO4 浓硫酸 2NH3SO2H2O=_ ；(NH4)2SO3H2SO4=_。(3)硫酸用途：硫酸与氨反应生成硫酸铵(肥田粉)，与磷矿石粉反应生成过磷酸钙，每生产一吨硫酸铵要消耗750 kg硫酸。目前化肥工业(主要是磷肥)仍然是硫酸的最大用户，国外化肥用酸约占硫酸总消费的40%，我国化肥工业用酸约占60%。石油工业也需要大量硫酸。(4)对环境的污染：主要是硫的氧化物对大气的污染和矿渣对土壤的污染。(NH4)2SO3(NH4)2SO4SO2 H2O 2纯碱工业我国化工专家_先生提出了将氨碱法与合成氨生产的改进工艺，即：联合制碱法。第一步：NH3H2OCO2=NH4HCO3；第二步：NH4HCO3NaCl=NH4ClNaHCO3；第三步：2NaHCO3sup7(加热(加热)Na2CO3H2OCO2，即：NaCl(饱和)NH3H2OCO2=NH4ClNaHCO3，侯德榜 2NaHCO3 Na2CO3H2OCO2。碳酸氢钠溶解度比NaCl、NH4HCO3小，碳酸氢铵与氯化钠反应生成氯化铵和碳酸氢钠沉淀。NH4Cl 单独结晶析出供做氮肥。3海水资源的开发利用(1)海洋能开发：海底发现的天然气的水合物主要成分是_，也称固体甲烷，形状似冰，离开海底生存环境后，极易分解汽化，1立方米的天然气水合物可分解出164立方米甲烷气体。从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料。(2)海水淡化：海水淡化的目的主要是解决人类生产与生活淡水资源贫乏问题，海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析加热甲烷 法、离子交换法、降温冷冻制冰法等。(3)氯碱工业：氯碱工业的原料是食盐。盐中的杂质，一般用_除去SO，再用_除去Ba2、Ca2、Mg2等杂质，然后用盐酸调节到中性或偏酸性后进行电解。原理：2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2。对环境的污染：主要产生对水质和大气造成污染的碱性废水和_。电解氯化钡 氢氧化钠、碳酸钠 Cl2(4)从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品。如Cl22KBr=2KClBr2。海水中含有的元素种类多，总储量大，富集程度低，从海水中提取物质主要是解决物质的_问题。富集【例2】以黄铁矿为原料，用接触法制硫酸过程中对废水、废气、废渣、废热的处理正确的是()用氨水吸收尾气制化肥和回收SO2废水用石灰处理利用废渣制水泥和炼钢铁利用废热供热和发电A BC D解析：解析：选项A、B、C分析均不全面，选项D的分析正确全面。硫酸工业产生的尾气主要成分是SO2，氨水呈碱性，用氨水吸收尾气可以达到制化肥和回收SO2的目的；废水呈酸性，用中和方法可以达到降低废水酸性的目的；废渣的主要成分是氧化铁和硅酸盐，废渣可以制水泥和炼钢铁；硫酸生产是放热反应，生产过程中有大量热放出，用废热供热和发电可以实行资源的充分利用。答案：答案：D课堂练习3据统计，约有80%85%的化工生产过程使用催化剂，在化学实验室进行物质的制备时，也同样用到催化剂。以下反应不用催化剂能顺利进行的是()A工业合成氨B工业上用氯气制取漂白粉 C工业制硫酸D实验室用氯酸钾制氧气解 析：工 业 上 用 氯 气 与 石 灰 乳 发 生 反 应 2 C l22Ca(OH)2=CaCl2Ca(ClO)22H2O，制漂白粉不用催化剂。答案：B4(2012年广东学业水平考试)可用于处理酸性废水的物质是()A硫酸钠 B明矾C生石灰 D工业酒精解析：解析：生石灰是碱性氧化物，能中和酸。答案：答案：C废旧物资再生与综合利用：废旧物资再生与综合利用：知识回顾1废旧金属材料的回收及利用(1)回收废钢铁：一是回炉炼钢，废钢铁是电炉炼钢的重要原料，每吨废钢铁可炼钢850 kg，相对于用铁矿石炼钢可节约铁矿石约20吨，节能1.2吨标准煤。二是深加工各种小型农具和小五金等。(2)回收废有色金属：铝是有色金属当中应用最广泛的金属，回收废铝料再生的能耗仅为制取原铝的能耗的3%5%。其次回收Cu、Pb、Zn和稀有金属、贵金属的废触媒、废渣等。目前，我国废钢铁回收率仅为70%80%，废有色金属回收率达到85%。大多数回收企业仍以手工劳动为主，废家用电器、电脑等含有Au、Pd、Pt等贵金属，一般采用酸泡、火烧和人工拆卸，工艺流程落后，二次污染严重。2废弃塑料的资源化废塑料资源化利用目前主要有如下三种：(1)直接作为材料(材料再循环)：对于材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等废弃的热塑性塑料制品，可在进行分类、清洗后再通过加热熔融，使其重新成为制品。对于热固性塑料制品，利用的途径主要是把它粉碎后加入粘合剂作为加热成型产品的填料。(2)制单体和燃料油(化学再循环)：目前只有有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)的加热分解和聚酯的醇解比较容易实现。将废塑料用来制造燃料油，其方法是将它放入加热炉内，以硅铝酸盐为催化剂，在加热到430460 时，即裂解成低分子的石油烃，再通过分馏便得到汽油、煤油、柴油等有用的液体燃料。但这时不应使用含氯、含氮类废塑料，否则会产生氯化氢、氢氰酸等有害气体，腐蚀设备和污染环境。(3)制燃料气(能源的热利用法)：用热裂化工艺，通过内部直接加热的内热式反应器来制造燃料气体。热裂后得到的氢和C1C4气体烃可直接供加热燃烧。作为液体燃料的石油，如果先制成塑料，然后再燃烧废弃的塑料，不但可以降低原油消耗，而且从做功效率来看也是极有意义的。【例3】随着人们生活质量的日益提高，废旧电池已成为一个亟待解决的问题，对废旧电池的处理体现了对资源和环境的可持续发展。人们对废旧电池的处理的主要目的是()A回收电池外壳的金属材料B回收电池中的氧化剂，如二氧化锰C回收电池中的石墨电极D防止电池中重金属汞、镉、铅对土壤、水源的污染解析：解析：由于重金属汞、镉、铅等有毒而且可以富聚起来形成污染，难以解决，所以主要目的是针对重金属汞、镉、铅。答案：答案：D易错归纳：易错归纳：1.回收旧电池其主要是防止重金属对土壤、水源的污染。2回收的热固性塑料不能再生，可以利用作填充料或利用其热能。课堂练习5飘尘是物质燃烧时产生的粉状飘浮物，颗粒很小，不易沉降。它与空气中的SO2、O2接触时，SO2会部分转化为SO3，使空气中的酸度增加。飘尘所起的作用可能是()A氧化剂B还原剂C催化剂 D吸附剂解析：SO2和O2在一般情况下很难直接反应生成SO3,但是空气中的灰尘与SO2、O2接触时，SO2会部分转化为SO3，说明灰尘起了催化剂的作用。答案：C6(2011年学业水平考试)下列不符合节能减排做法的是()A改进废气回收利用技术B安装太阳能热水器为居民提供热水C大力发展火力发电，解决电力短缺问题D用杂草、麦秆等有机废弃物在沼气池中发酵产生沼气，用 作家庭燃气 解析：大力发展火力发电，不符合节能减排做法。答案：C一、单选题考点一化石燃料1下列说法错误的是()A石油中含有C5C11的烷烃是汽油的主要成分，通过石油的分馏可得到汽油B含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油C煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物D煤中含有苯和甲苯，可用先干馏，后分馏的方法将其分离解析：煤中不含有苯和甲苯，在高温干馏过程中可产生它们。答案：D2有关煤的下列叙述中，不正确的是()A煤是由有机物组成的复杂的混合物B煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源C煤的干馏属于化学变化D通过煤的干馏，可以生产焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气等产品解析：解析：煤是由无机物和有机物组成的复杂的混合物。答案：答案：A3下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是()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解析：解析：天然气易完全燃烧，不产生SO2、NOx、CO等有毒气体。答案：答案：C考点二化工生产 9可以用来衡量一个国家的化学工业发达水平的标志是()A石油的产量 B塑料的产量C合成纤维的产量 D硫酸的产量解析：解析：硫酸用途广，其产量可代表一个国家化学工业发达水平。答案：答案：D10SO2是常见的大气污染物之一，我国规定空气中SO2含量不得超过0.02 mg/L，下列措施中能够减少SO2排放量的是()用天然气代替煤炭做民用燃料使用水煤气或干馏煤气做燃料硫酸厂使用V2O5作催化剂，加快SO2的转化速率将块状煤粉碎，提高其燃烧效率在煤中加入石灰石后燃用循环处理吸收塔放出的尾气A BC DB11绿色化学对化学反应提出了“原子经济性”的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列反应符合绿色化学“原子经济性”原则的是()A乙烯在加热和催化剂作用下发生加聚反应生成聚乙烯B乙醇与乙酸在一定条件下发生酯化反应生成乙酸乙酯C甲烷与氯气在光照下发生取代反应生成氯仿D电解食盐水制备烧碱和氯气解析：原子经济性的概念是1991年美国著名有机化学家Trost(为此他曾获得了1998年度的总统绿色化学挑战奖的学术奖)提出的，绿色有机合成应该是原子经济性的，即原料的原子100%转化成产物，不产生废弃物。原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。该题选项B、C、D反应过程都产生副产物，唯有A反应没有副产物，原子利用率为100%。符合 ABC，达到零排放。答案：A考点三废旧物资再生与综合利用25下列有关生铁和废旧钢材炼钢的叙述错误的是()A添加必要的元素，改善钢材的组织结构和性能B适当降低生铁中的含碳量，除去大部分硫、磷等杂质C加入硅、锰、铝等合金元素，调整成分并脱去钢水中的氧D除去生铁中的所有非金属元素 解析：炼钢的过程是降低生铁中的含碳量，除去大部分硫、磷杂质，调整硅、锰等的比例的过程。答案：D26下列说法正确的是()A废旧电池应集中回收，并填埋处理B充电电池放电时，电能转变为化学能C放在冰箱中的食品保质期较长，这与温度对反应速率的影响有关D所有燃烧反应都是放热反应，所以不需吸收能量就可以进行解析：废旧电池直接填埋处理易对土壤和水造成污染；电池放电时，化学能转变为电能；大多数燃烧反应开始时需引燃吸收能量。答案：C27废电池伴着生活垃圾将是人类环境的新公害。下列哪种组合中的元素是废电池中所含的有害元素()AHg、Pb、C、Na BCu、K、S、PCHg、Pb、Mn、Ni DBr、N、Pb、As解析：Hg、Pb、Mn、Ni都是废电池中的重金属元素。答案：C