第二十二讲 化学与资源开发利用

1. 第二十二讲　化学与资源开发利用

2. 1．知道煤、石油和天然气等综合利用的意义。1．知道煤、石油和天然气等综合利用的意义。 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．了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用。

3. 一、化石燃料 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”。 (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”。 煤　 石油　 天然气 再生 碳　 氢 混合物 甲烷

4. 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： ①气态产物：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁二烯等气态烃 ②液态产物：溶剂油、汽油、煤油、柴油、润滑油、重油等 ③固态产物：凡士林，石蜡，沥青等 2．(1)蒸馏　沸点　混合物　物理　分馏

5. 催化剂 加热加压 (2)石油产品裂化与裂解 ①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： C16H34 C8H18＋C8H16 十六烷烃　　　辛烷　 辛烯 ②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：主要是低碳气态烃对大气的污染。 (2)①断裂　较低　化学　②烷烃　石油　乙烯　产量

6. 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： ①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气。 ②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。 ③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。 ①煤的气化：将煤转化为可燃性气体的过程。如： C ＋H2O________。 3．(1)隔绝　分解　(2)能量　①CO＋H2

7. ②煤的液化 Ⅰ.将煤与氢气直接作用生成________燃料。 Ⅱ.煤间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气(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。 ③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他有机化工产品和汽油。 特别提示：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。 液体

8. V2O5 500 ℃ 二、化工生产 1．硫酸工业 硫酸是化学工业中重要的产品之一，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： ①SO2的制取和净化：4FeS2＋11O2 ____________ ΔH<0 (沸腾炉)。 ②SO2氧化生成SO3：_____________________ΔH<0 (接触室)。 ③SO3吸收和H2SO4的生成： _____________________ ΔH<0(吸收塔) 2Fe2O3＋8SO2 2SO2＋O2 2SO3 SO3＋H2O＝H2SO4

9. 由于原料气含有很多杂质，在氧化生成SO3过程之前要进行净化。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。 2NH3＋SO2＋H2O＝____________________________。 (NH4)2SO3＋H2SO4＝____________________________。 (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。 浓硫酸 (NH4)2SO3 (NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O

10. 2．纯碱工业 我国化工专家________先生提出了将氨碱法与合成氨联合生产的改进工艺，即：联合制碱法。 第一步：NH3＋H2O＋CO2＝NH4HCO3 第二步：NH4HCO3＋NaCl＝NH4Cl＋NaHCO3↓ 第三步：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑ 即：①NaCl(饱和)＋NH3＋H2O＋CO2＝NH4Cl＋NaHCO3↓ ②2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑ 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。 侯德榜

11. 三、海水资源的开发利用 1．海洋能开发 海洋能通常指潮汐能、波浪能、温差能、盐差能和海流能等，这五种能源的可再生总量为766亿千瓦。其次还包括海洋生物质能、海水中的氢能(即核聚变原料氢同位素氘、氚， 1 立方米海水中所含的氘氚通过聚变所释放的能量，相当于全人类一年消耗能量的总和)、海底发现的天然气的水合物，其主要成分是________，也称固体甲烷，形状似冰，离开海底生存环境后，极易分解气化，1立方米的天然气水合物可分解出164立方米甲烷气体。 2．海水资源的开发利用 海水中含有的各种元素种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质主要是解决物质的________问题。 甲烷 富集

12. (1)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、电渗析法、离子交换法、降温冷冻制冰等方法。(1)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、电渗析法、离子交换法、降温冷冻制冰等方法。 (2)氯碱工业： ①氯碱工业的原料是食盐。盐中的杂质，一般用_______除去 ，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。 ②原理：2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ ③对环境的污染：主要是产生的碱性废水和________对水质和大气的污染。 ④从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品。如：Cl2＋2KBr＝2KCl＋Br2 ⑤从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料。 氯化钡 氢氧化钠、碳酸钠 Cl2

13. 四、废旧物资再生与综合利用 1．废旧金属材料的回收及利用 (1)回收废旧钢铁：一是回炉炼钢，废旧钢铁是电炉炼钢的重要原料，每吨废旧钢铁可炼钢850 kg，相当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)回收废旧有色金属：铝是有色金属当中应用最广泛的金属，回收废旧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，我国废旧钢铁回收率仅为70%～80%，废旧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，废旧家用电器、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。

14. 2．废弃塑料的资源化 废弃塑料资源化利用目前主要有如下三种： (1)直接作为材料 这种方法常称为材料再循环。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。然而回收的废弃塑料制品，常因所用材料无法迅速辨认给再利用带来困难。聚氯乙烯与聚烯烃塑料不能很好混熔的，即或暂时熔在一起，也会很快破裂，而且即使是同一品种不同型号的塑料也不能发挥其应有特性，因而废弃塑料的分类成为再利用的一大障碍。 对于热固性塑料制品，由于它的不熔化、不溶性，再利用的途径主要是把它粉碎后加入黏合剂作为加热成型产品的填料。

15. (2)制单体和燃料油 这是一种化学再循环。但目前只有有机玻璃(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。如：后者的化学方程式为：  nHOCH2CH2OH＋nCH3OCOC5H4COOCH3 不过，由聚烯烃类制取乙烯、丙烯等单体的工艺也在研制中。 对于难制成单体的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430～460 ℃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、含氮类废弃塑料，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。

16. (3)制燃料气 这是能源的热利用法，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C1～C4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。 特别提示：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，可以利用其作填充料或利用其热能。

17. 化石燃料 化石燃料(煤、石油、天然气)是不可再生的能源。下列说法不正确的是() A．它们所含的主要元素有C、H，燃烧后生成的化合物主要是二氧化碳和水 B．高温下，煤与水蒸气反应生产水煤气是吸热反应 C．应大力开发新能源，目前可利用电解水的方法制取氢气作能源 D．化石燃料并非在任何情况下都能充分燃烧 解析：根据相关常识，电解水的方法制取氢气要消耗大量的能源(电能)，故不合理，可知本题答案为C。 答案：C

18. 基本化工生产 (2011年江都中学学业水平测试模拟)我国化学家侯德榜早在1929年改进了一种化工产品的生产技术，其产品获美国费城万国博览会金奖，这种生产技术是() A．纯碱生产　　　　　B．烧碱生产 C．粗盐精制 D．尿素生产 解析：根据相关常识，可知本题答案为A。 答案：A

19. 绿色化学 “绿色化学”要求从技术上、经济上设计可行的化学反应，使其尽可能减少对环境的负作用。下列化学反应中，不符合绿色化学概念的是() A．用氨水吸收硫酸厂的尾气： SO2＋2NH3＋H2O＝(NH4)2SO3 B．除去硝酸工业尾气中的氮氧化合物： NO2＋NO＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O C. 制硫酸铜：Cu＋2H2SO4 CuSO4＋SO2↑＋2H2O D．制硫酸铜：2Cu＋O2 2CuO CuO＋H2SO4↑(稀)＝CuSO4＋H2O

20. 解析：根据绿色化学概念，制硫酸铜时若用铜和浓硫酸共热会产生有害的气体SO2，故不合；可知本题答案为C。解析：根据绿色化学概念，制硫酸铜时若用铜和浓硫酸共热会产生有害的气体SO2，故不合；可知本题答案为C。 答案：C

21. 海水资源的开发利用 (2011年镇江市普通高中学业水平测试模拟)海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是() A．利用潮汐发电是将化学能转化为电能 B．海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化 C．从海水中可以得到MgCl2，电解熔融MgCl2可制备Mg D．海水中含有溴元素，只需经过物理变化就可以得到溴单质 解析：利用潮汐发电是将海水的重力势能转化为电能，故A错；海水蒸发制海盐的过程中只发生了物理变化，B错；海水中含有的溴元素是以Br－的形式存在，需经化学变化才可以得到溴单质，D错；故本题答案为C。 答案：C

22. 单项选择 1．温家宝总理曾在人大会议上提出“要大力抓好节能降耗、保护环境”，下列举措中违背了这一指导思想的是() A．加大开发太阳能、水能、风能、地热能等能源力度，减少化石燃料的使用 B．研制乙醇汽油(汽油中添加一定比例的乙醇)技术，降低机动车辆尾气中有害气体排放 C．生产、生活中，努力实现资源的循环利用 D．利用高新技术，提高石油、煤、天然气产量，以满足工业生产快速发展的需求 解析：石油、煤、天然气是不可再生资源，不可无限制开采，且石油、煤等作燃料对环境污染严重。 答案：D

23. 2．(2011年镇江市普通高中学业水平测试模拟)下列说法中，错误的是()2．(2011年镇江市普通高中学业水平测试模拟)下列说法中，错误的是() A．天然气的主要成分是CH4 B．淀粉、纤维素、蚕丝、油脂都是高分子化合物 C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物 D．石油的分馏产品如汽油、煤油、柴油等都是混合物 解析：A明显正确；油脂不是高分子化合物，故B错；C、D也明显正确；故本题正确选项为B。 答案：B

24. 3．(2011年广东学业水平测试)工业上，可通过石油分馏得到的物质是()3．(2011年广东学业水平测试)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：工业上，可通过石油分馏得到的物质是汽油、煤油、柴油等，故选C。 答案：C

25. 4．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是()4．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：天然气易燃烧完全，不产生SO2、NO2、CO等有毒气体。 答案：C

26. 5．(2010年广东佛山学业水平模拟)下列转化不属于煤或石油的综合利用的是()5．(2010年广东佛山学业水平模拟)下列转化不属于煤或石油的综合利用的是() A．将煤干馏制得煤焦油和焦炭 B．在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料 C．将煤变为煤饼作燃料 D．将石油裂解制得乙烯等化工原料 解析：将煤变为煤饼只是改变了物质形状，没有提高煤的燃烧效率。 答案：C

27. 6．(2011年广州市学业水平模拟)电解饱和食盐水时，氢气和氢氧化钠均产生于()6．(2011年广州市学业水平模拟)电解饱和食盐水时，氢气和氢氧化钠均产生于() A．正极区 B．负极区 C．阴极区 D．阳极区 解析：电解饱和食盐水时，阳极产生氯气，阴极产生氢气和氢氧化钠，故本题正确选项为C。 答案：C

28. 7．在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是()7．在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是() A．使用吸收塔设备 B．使用尾气吸收装置 C．使用H2作原料 D．使用催化剂 解析：在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是都要使用催化剂，故本题正确选项为D。 答案：D

29. 8．(2011年揭阳市学业水平模拟)下列化工生产过程中发生的反应不属于氧化还原反应的是()8．(2011年揭阳市学业水平模拟)下列化工生产过程中发生的反应不属于氧化还原反应的是() A．用油脂制肥皂 B．用铝土矿制金属铝 C．用氯气制漂白粉 D．用氢气和氮气合成氨 解析：用油脂制肥皂，原理是利用油脂在碱性条件下发生水解反应，不属于氧化还原反应，故本题正确选项为A。 答案：A

30. 9．合成氨工业有下列生产流程，其先后顺序为()9．合成氨工业有下列生产流程，其先后顺序为() ①原料气制备　②氨的合成　③原料气净化和压缩　④氨的分离 A．①②③④ B．①③②④ C．④③②① D．②③④① 解析：本题明显选B。 答案：B

31. 10．(2010年湖南学业水平模拟)在硫酸的工业制法中，下列生产操作与生产操作的主要原因的说明都正确的是()10．(2010年湖南学业水平模拟)在硫酸的工业制法中，下列生产操作与生产操作的主要原因的说明都正确的是() A．SO2氧化为SO3时采用常压，因为高压会降低SO2转化率 B．从沸腾炉出来的炉气需要净化，因为炉气中SO2会与杂质反应 C．用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便使SO3吸收完全 D．SO2氧化为SO3时需要使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率 解析：用水吸收SO3形成酸雾，造成金属机器的腐蚀，应该用浓硫酸吸收。 答案：C