第二节化学与资源综合利用

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,当前地球正面临的严重问题：,化石能源越来越少,环境问题越来越严重,保护环境已成为实现人类社会可持续发展的重要课题,1,思考：何为化石燃料？请例举化石燃料的种类.,思考：化石燃料是如何形成的？,2,思考：化石燃料的优点是什么,?,物品,热值（J/kg ）,焦炭,25.12-29.308,褐煤,8.38-16.76,原油,41.03-45.22,汽油,43.11,物品,热值（J/ m,3,）,天然气,36.22,水煤气,10.05-10.87,3,思考：化石燃料的缺点是什么?,解决方法：,提高燃料使用率达到节约的目的,开发新能源,缺点：污染环境,解决方法：,利用新技术，尽量减低对环境的污染,积极开发洁净的新能源,缺点：不可再生,4,废气、废水、废渣,煤、石油和天然气,仍然是人类使用的,主要能源,，也是三种重要的,化石燃料,优点,:,提供能量、化工原料,缺点,:,不可再生、环境污染,5,在工业生产中需要大量的原料，消耗大量的能源，在得到所需产品的同时产生了大量废气、废水和废渣，处理不当就会污染环境。,气候变暖,臭氧层破坏,酸雨,赤潮等,6,一、煤、石油和天然气的综合利用,(一)、煤的综合利用,1,、煤的组成,组成元素,:,主要是碳元素；（还有少量的,H,、,O,、,N,、,P,、,S,、卤素等）,组成成分：是由多种有机物、无机物组成的复杂混合物。,煤的结构模型,7,无机物,(,少量,),有机物,C,元素,大量,H,、,O,、,N,、,S,等元素,少量,无机盐等,污染环境,CO,x,、,NO,x,、,SO,2,烟尘,煤的组成,8,煤的综合利用,煤的干馏,煤的气化,煤的液化,获得洁净的燃料和多种化工原料,物尽其用，保护环境,煤,直接作燃料,利用率低并污染环境,9,煤,煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物,2.,煤的干馏：将煤隔绝空气加高温使之分解，,得到焦碳、煤焦油、煤气。,产品,主要成分,用途,焦炉煤气,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,炸药、染料、医药、农药、合成材料,粗苯,苯、甲苯、二甲苯,煤焦油,苯、甲苯、二甲苯,酚类、萘,染料、医药、农药、合成材料,沥青,筑路材料、制碳素电极,焦碳,碳,冶金、合成氨造气、电石、燃料,煤的气化和液化：,煤的气化是将其中有机物转化为可燃性气体的过程。,C(s)+H,2,O(g) CO(g)+H,2,(g),高温,煤的液化：使煤和氢气作用生成液体燃料,10,煤的干馏实验装置图,实验装置1,实验装置2,煤的干馏原理：,把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。,11,3.煤的气化：,将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。,C(s) + H,2,O CO(g) + H,2,(g),高温,CO(g)+ 3H,2,CH,4,(g) + H,2,O(l),一定条件,中热值气,高热值气,2CO(g)+ O,2,2CO,2,(g),；,H=-566KJ/mol,2H,2,(g)+ O,2,2H,2,O(l),；,H=-571KJ/mol,CH,4,(g)+ 2O,2,CO,2,(g) + 2H,2,O(l),H=-890.3KJ/mol,12,将煤转化液体燃料的过程。,分为直接液化和间接液化。,4.煤的液化：,C(s) + H,2,O CO(g) + H,2,(g),高温,CO + 2H,2,CH,3,OH,（甲醇）,一定条件,如：,13,5.,煤的种类:,无烟煤,泥煤,褐煤,14,15,一、煤、石油和天然气的综合利用,（二）,天然气的综合利用,主要成分是甲烷，是一种清洁的化石燃料,用途：,燃料、化工原料（主要用于合成氨和生产甲醇等）,16,天然气既是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料，作为化工原料，它主要用于合成,和生产,等。天然气化工以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化形成含两个或多个碳原子的其他有机化合物。实现天然气的有效转化是一项具有挑战性的课题。,氨,甲醇,17,天然气灶,液化天然气公交车,18,一、煤、石油和天然气的综合利用,（三）、石油的综合利用,1,、石油的组成元素,:,主要是碳、氢元素,是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。（还有水分、盐分等杂质）,石油的主要成分：,2,、石油的炼制,(,除水脱盐后,),19,多种,碳氢化合物,组成的,混合物,按元素来看：碳、氢含量为97%,98%,按物质来看：烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物,石油的成分,20,分馏出来的汽油称,直溜汽油,，主要含饱和烃。,主要是由碳氢化合物组成的混合物,（主要是饱和烃）,石油分馏,：不断地加热汽化和冷凝液化，使石油,分成不同沸点范围的蒸馏产物。,石油的分馏可以得到汽油、煤油和柴油等,石油的裂化：在一定条件下，将相对,分子质量较大,、,沸点较高,的,烃,断裂为,相对分子质量小,、,沸点较低,的烃的过程。,石油的催化裂化可以得到很多化工原料,C,16,H,34,C,8,H,18,+C,8,H,16,十六烷 辛烷 辛烯,C,8,H,18,C,4,H,10,+C,4,H,8,辛烷 丁烷 丁烯,C,4,H,10,CH,4,+C,3,H,6,丁烷 甲烷 丙烯,C,4,H,10,C,2,H,6,+C,2,H,4,丁烷 乙烷 乙烯,催化剂,加热、加压,催化剂,加热、加压,催化剂,加热、加压,催化剂,加热、加压,石油的催化裂化可以得到汽油，称裂化汽油，主要含有烷烃和烯烃。,21,22,石油的常压蒸馏产品：,重油的减压蒸馏产品：,石油气C,4,以下,汽油C,5,C,8,煤油C,11,C,16,柴油C,15,C,18,重油C,20,以上,轻质油,燃料油、柴油、润滑油、石蜡、沥青,23,石油分馏示意图,24,25%,产量提高,25,26,重油经裂化、裂解可获得很多化工原料,在,加热,和,催化剂,作用下，石油可通过,结构的重新调整,，,使,链状烃转化为环状烃,目前，绝大部分石油作为,燃料,使用,27,过程,原理,原料,产品及用途,脱水,脱盐,分馏,裂化,催化裂化,裂解,除去原油中的盐和水，减少对设备的腐蚀。,利用加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围的产物。,石油气，汽油，煤油，柴油，石蜡油、润滑油、重油。,轻质液体燃料（裂化汽油）,在一定条件下加热，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。,轻质液体燃料（裂化汽油）,在一定条件下使用催化剂并加热，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。,采用比裂化更高的温度，使其中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等小分子,乙烯、丙烯、丁二烯等（有机化工的原料）,重油,原油,原油,重油,直链烷烃,石油气,石油炼制,28,一、煤、石油和天然气的综合利用,工业炼油,常压分馏,减压分馏,石油气,汽油,煤油,柴油,重油,柴油,燃料油,润滑油,石蜡,沥青,直馏石油和裂化石油有什么不同，怎么区分？,直馏石油不含烯烃，而裂化石油含有烯烃，可以用酸性,KMnO,4,溶液或溴水来区分。,29,比较蒸馏、分馏、干馏,蒸馏,分馏,干馏,操作过程,原理,目的,加热和冷凝,加热和冷凝,隔绝空气,加强热,物理,变化,物理,变化,复杂的物理变化和化学变化,分离,精炼,加工煤,30,干馏、分馏、蒸馏的区别,:,蒸馏,:,把液体加热到沸腾变为蒸气,再使蒸气冷却凝结成液体的操作,.,使混合物中沸点较低的组分挥发而达到混合物分离除杂的目地,.,分馏,:,对,多组分,混合物在控温下先后,连续进行的两次或多次,蒸馏,.,可使多组分混合物在一个完整的操作过程中分离为,两种或多种,馏分而达到混合物分离或除杂的目的,31,干馏,:,把固态混合物,(,如煤、木材,),隔绝空气加热使它分解的过程,.,蒸馏,分馏,物理变化,干馏:物理变化与化学变化,32,3,、石油的裂化和裂解,（,1,）裂化的目的：,（,2,）裂化的原理：,石油的裂化是,。,在催化剂的作用下将含碳原子多的重油（烃）断裂成碳原子较少的烃的过程。,提高轻质液体燃料的产量。,(3),裂解,:,深度的裂化。,裂解的目的：,获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料,。,乙烯的产量是一个国家石化水平的标志,33,石油的催化裂化,在催化剂作用下，将含碳原子较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子较少、沸点较低的汽油等。,C,16,H,34,C,8,H,18,+C,8,H,16,催化剂,加热、加压,催化剂,加热、加压,C,8,H,18,C,4,H,10,+ C,4,H,8,34,石油的裂解,用比裂化更高的温度使长链的烃分子断裂成碳原子数较少的气态烃分子和少量的液态，获取有机化工原料，如乙烯等,催化剂,加热、加压,CH,+ C,H,C,H,C,H,催化剂,加热、加压,C,H,+ C,H,35,裂化与裂解的区别,:,裂化,:,在一定条件下,使相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃的过程,.,裂解,:,比裂化更高的温度,(700,800),使石油分馏产物中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃的加工过程,.,裂解是,一种深度的裂化,36,石油的催化重整：,在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃，如苯,37,38,二.化学工业的三大合成材料：,1,、塑料,2,、合成橡胶,3,、合成纤维,都是石油、煤、天然气为原料生产的,39,三大合成材料：,塑料、合成橡胶和合成纤维。,聚乙烯的生成原理：（聚合反应）,在适当温度、压强和有催化剂存在的情况下，乙烯双键里的一个键会断裂，分子里的碳原子能互相结合成为很长的链。,nCH,2,=CH,2,CH,2,CH,2,n,催化剂,单体,高分子聚合物,40,乙烯的工业用途,nCH,2,=CH,2,CH,2,-CH,2,n,催化剂,加热、加压,利用乙烯的聚合反应制高分子材料聚乙烯,聚乙烯,高分子材料：指的是相对分子质量很大的物质,例如：聚乙烯、塑料、橡胶、合成纤维、涂料、胶黏剂等。,41,聚乙烯与高分子化合物,（,1,）聚乙烯的生成,CH,2,=CH,2,CH,2,=CH,2,CH,2,=CH,2,+,+,+, CH,2,CH,2,n,nCH,2,=CH,2, CH,2,CH,2,n,聚乙烯,（,2,）高分子化合物及其特征,相对分子质量很大,是混合物,无固定的熔沸点。,42,聚合反应,：由相对分子质量小的化合物分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应。,又因此反应属于乙烯的加成反应，所以这种聚合反应又叫,加成聚合反应,，简称,加聚反应,。,加聚反应,（,2,）高分子化合物及其特征,相对分子质量,很大,是,混合物,无固定的熔沸点。,43,聚乙烯颗粒,思考：如何处理高分子材料带来的环境污染？,44,原油,煤炭,天然气,水电,核能,全世界,36.8%,27.2%,23.7%,6.2%,6.1%,中国,22.3%,69.0%,2.5%,5.4%,0.8%,2005年世界及我国能源利用情况表,结论：我国的能源结构不合理，对煤炭能源的依赖过大,新能源的开发和利用不够.,思考6：据下表，你能得出什么结论?,45,1,、原料：,。,2,、合成材料基本特征：,。,3,、合成材料的合成原理：,。,例如：乙烯合成聚乙烯,，,丙烯合成聚丙烯,。,石油、煤、天然气,相对分子质量很大，属于高分子化合物,加聚、缩聚,46,2,、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料,（1）聚乙烯的生成,加聚反应,链节,聚合度,单体,塑料、合成橡胶、合成纤维,47,聚丙烯：,单体：,CH,2,CHCH,3,48,聚苯乙烯,单体：,CH,2,CH,C,6,H,5,49,聚甲基丙烯酸甲酯,（有机玻璃）,单体：,CH,2,C,CH,3,COOCH,3,50,酚醛塑料,单体：,苯酚、甲醛,51,聚四氟乙烯,单体：,CF,2,CF,2,52,思考与交流：,1,、目前，回收利用废旧合成材料有很多途径，请查阅资料了解有哪些途径？并试着从环境保护和经济成本等方面作出评价。,2,、你认为应该限制生产、使用聚苯乙烯塑料快餐盒，还是回收利用？请用必要资料和数据作为论据。,53,1,、回收利用废旧合成材料主要有三种途径：一是通过熔融再生重新作成多种有用的材料；二是采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料；三是将废旧合成材料作为燃料使用。,54,知识扩展,涤纶、锦纶、醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂等,合成高分子化合物都是由,缩聚反应,制得,常用塑料在,自然环境降解速率很慢,，随着合成,材料大量生产和使用，急剧增加的废弃物造成巨大,环境压力。,55,