化学与自然资源的开发利用专题复习（二）

二、资源综合利用与环境保护

 

 

 

1. 化石燃料的分类及综合利用

 

  

 

                   

          

2. 几个概念的联系与区分

 

①干馏：隔绝空气加强热发生化学反应的过程，用来制取清洁燃料和化工原料。

 

②分馏：连续的加热与冷凝，制取多种矿物油、石蜡和沥青、石油气等，属于物理变化。

 

③气化：碳和水蒸气在高温下反应，制取清洁燃料（水煤气）。同时提高煤的燃烧效率。

 

④液化：是把煤转化为液体燃料的过程。

 

⑤裂化：就是在催化剂、加热，经过化学反应使相对分子质量大、沸点高的烃断裂相对分子质量小、沸点低的烃的过程，用来制取轻质、优质燃料和化工原料。

 

⑥裂解：就是深度的裂化，用来制取乙烯、丙烯、丁二烯等不饱和烃及多种化工原料。

 

⑦催化重整：在一定条件下发生化学变化，制取苯、甲苯、二甲苯等化工原料的过程。

 

【例题1】下列关于裂化和裂解的叙述中，不正确的是

A．裂化和裂解的产物中都含有不饱和烃

B．裂化和裂解都是为了得到气态烃

C．裂化和裂解的原料都是石油分馏产品

D．裂化和裂解都是使相对分子质量大的烃断裂为相对分子质量小的烃的过程

 

解析：裂化和裂解都是在高温下使相对分子质量大的长链烃断裂为相对分子质量小的短链烃的过程，断裂时一定会有不饱和烃产生，所用的原料都是石油分馏产品。不同的是裂解比裂化的温度更高，分子中碳链断裂的程度更大，目的不同，裂化是为了得到更多的汽油，裂解是为了得到以小分子为主的气态烃。

答案：B

 

【例题2】下列说法正确的是

A．把煤加强热使之分解的过程叫干馏

B．煤的干馏属于化学变化

C．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，主要存在于煤高温干馏所得的焦炉气中

D．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

 

解析：干馏是物质隔绝空气加强热发生化学反应的过程，选项A中没有“隔绝空气”这个重要条件，因此是错误的；煤干馏时生成了新的物质，属于化学变化，故B选项正确；煤的高温干馏产物主要是焦炭，同时还有焦炉气、煤焦油、粗氨水等，焦炉气主要成分是氢气和甲烷等气体，芳香烃主要存在于煤焦油中，故C选项错误；煤的主要组成是有机物，但这些有机物并不是简单的苯及其苯的同系物等分子，而是结构复杂的高分子，苯及其苯的同系物只存在于煤干馏得到的煤焦油中，故选项D是错误的。

答案：D

 

【例题3】直馏汽油与裂化汽油的区别是什么？

答案：直馏汽油指的是石油经常压蒸馏制的的汽油。主要含C₅～C₁₁的烷烃、环烷烃和芳香烃等。与溴水不反应，可作为溴的萃取剂。

裂化汽油指的是重油经热裂化或催化裂化制的的产品。主要含C₅～C₁₁的烷烃、烯烃、二烯烃等。能使溴水、酸性高锰酸钾溶液褪色。

 

【例题4】丁烷催化裂化，其碳链按两种方式断裂，生成两种烷烃和两种烯烃。若丁烷的裂化率为90％，且裂化后两种烯烃的质量相等，则裂化后得到的相对分子质量最小的气态烃在混合烃中的体积分数为

A．11％                  B．19％                  C．40％                 D．50％

 

解析：设1mol 丁烷按两种方式裂化生成x mol CH₃CH＝CH₂和y mol CH₂＝CH₂

C₄H₁₀ CH₄ + CH₃CH＝CH₂     C₄H₁₀ C₂H₆ + CH₂＝CH₂

  x             x         x             y               y       y

因此有：

     x + y ＝ 1×90％

     42x ＝ 28y

解之得：x＝0.36   y＝0.54

 

1mol 丁烷裂化后的混合气体中有C₄H₁₀ 0.1 mol，CH₄、C₃H₆各为0.36 mol，C₂H₆、C₂H₄各为0.54 mol，则CH₄％＝＝×100﹪＝19％

 

答案：B

 

另解：丁烷裂解后，相对分子质量最小的烃是CH₄，两种烯烃应是C₂H₄和C₃H₆，因为两种烯烃的质量相等，为了方便计算，可设烯烃的质量均为42g

C₄H₁₀CH₄  +  CH₃CH＝CH₂         C₄H₁₀ C₂H₆  +  CH₂＝CH₂

1 mol     1 mol    42 g （1 mol）        1.5 mol    1.5 mol   42 g（1.5 mol）

未裂解的C₄H₁₀ 的物质的量为：（1 + 1.5）mol× －（1 + 1.5）mol ＝ 0.28 mol

裂解后总的物质的量为：0.28 mol + （1+1+1.5+1.5）mol ＝ 5.28 mol

 

因为在同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故CH₄的体积分数为：

×100％ ≈ 19％

 

答案：B

 

点拨：烷烃裂化一般均裂生成碳原子数相同的烷烃和烯烃，奇数碳原子的烷烃裂化一般生成碳原子数较少的烷烃和碳原子数相对较多的烯烃。利用烷烃的裂化可以将高沸点的烃断裂为低沸点烃。

 

3. 绿色化学与环境保护

 “绿色化学”的特点

（1）开发绿色反应，开发和生产绿色产品，将原子利用率提高到100％；

（2）使用无毒、无害原料，选择无毒、无害的催化剂；

（3）使用无毒、无害的溶剂，发展“绿色工艺”。

 

【例题5】甲、乙、丙三个同学以铜、浓硝酸、水、空气为原料，设计实验来制取硝酸铜，方案如下：

甲同学用铜与浓HNO₃反应原理为：①Cu+4HNO₃(浓)＝Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

乙同学用铜与稀HNO₃反应原理为：②3Cu+8HNO₃(稀)＝3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

丙同学用铜与O₂反应生成CuO，然后用HNO₃溶解：

③2Cu+O₂ 2CuO、CuO+2HNO₃= Cu(NO₃)₂+H₂O

请用绿色化学的观点分析哪种方法最佳。

解析：制备相同物质的量的Cu(NO₃)₂时，消耗各种反应物、生成的污染物的物质的量和原子利用率见下表：

 

 

注：原子利用率＝×100％

分析上表可知方案①消耗硝酸的量最多，生成的污染物最多，原子利用率最低，是最差的方案。方案③消耗硝酸的量最少，生成的污染物最少，原子利用率最高，是最佳的方案。

 

答案：丙同学的方案最佳。

 

点拔：化学实验中要力求利用最少的实验药品，获得最佳的实验效果，最大限度的减少废弃物，只有这样，才能使化学实验符合绿色化学思。

 

【例题6】充分利用能源、提高原子利用率、减少向环境排放废弃物等都是绿色化学基本要求。 ① 在有机实验中，用溴的四氯化碳溶液代替溴的水溶液； ②用稀硝酸代替浓硝酸溶解、回收含银镜试管里的银； ③用水浴加热代替直接用酒精灯加热； ④接触法制硫酸中采用“热交换器”，利用余热预热冷原料气和烧水； ⑤工业合成氨中分离产物得到氢气和氮气再循环使用； ⑥电解法冶炼钠和镁，选择电解氯化钠和氯化镁，不电解对应的金属氧化物。上述主要不是从绿色化学角度考虑的是

A.①、③ B.②、④ 

C.⑤、⑥  D.③、④

 

解析：绿色化学包含的主要思想有：原子利用率、环境污染等。①主要是从增加溴的浓度方面考虑的，与“绿色”思想无关；②从反应方程式可以分析，用浓HNO₃溶解银比用稀HNO₃溶解所需要的量要多，且生成的污染性气体也要多，不符合“绿色化学”中的用量和环境保护；③水浴加热是根据反应的需要而定的，与“绿色”思想无关；④符合绿色化学“废热”的充分利用；⑤符合绿色化学中的循环使用原料，以增大原子利用率；⑥电解金属氧化物所需的能量往往比电解氯化物大得多，不符合绿色化学的要求。

 

答案：A

 

点拔：要求我们要把绿色化学的理念从化学课堂带到工业生产中去。

【例题7】发展绿色食品，避免“白色污染”，增强环保意识是保护环境、提高人类生存质量的重要措施。请问：

 

（1） “绿色食品”是指

A. 绿颜色的食品             B. 有叶绿素的营养食品

C. 经济附加值高的食品       D. 安全无公害的食品

 

（2）通常所说的“白色污染”是指

A. 冶炼厂的白色烟雾         B. 石灰窑的白色粉尘

C. 聚乙烯等塑料垃圾         D. 白色建筑废料

 

解析：本题主要考查一些特殊概念，要求我们了解社会的发展，不断丰富自己的知识，拓宽视野，全面提高自身素质。

 

答案：（1）D（2）C

 

【例题8】下列叙述正确的是

A．目前加碘食盐主要添加的是KIO₃

B．日常生活中无水乙醇常用于杀菌消毒

C．绿色食品是不含任何化学物质的食品

D．在空气质量日报中CO₂含量属于空气污染指数

 

解析：A中加碘食盐中就是添加了碘酸钾，正确；B中常用于杀菌消毒的乙醇，也就是医用酒精的体积分数为75％，不是采用无水乙醇，错误；C中绿色食品是指遵循可持续发展的原则，按照特定生产方式生产，经专门机构认证，许可使用绿色食品标志，无污染的安全、优质、营养类食品的总称。它是未来农业和食品发展的一种新兴主导食品。任何食品都是由化学物质组成的，错误；D中空气质量日报中主要涉及二氧化硫、一氧化碳、可吸入颗粒物、二氧化氮和臭氧五种大气污染物，其中不包括二氧化碳。

 

答案：A

 

【例题9】下列情况可能引起水污染的是

① 城市污水的任意排放；② 农业生产中农药、化肥的不合理使用；③ 工业生产中废液、废气、废杂的任意排放；④ 海上石油的泄露

A. 只有①③     B. 只有①④     C. 只有②④     D. 全部

 

解析：城市污水中含有洗涤剂等有害成分；农业生产中农药、化肥的不合理使用会流入江、河、湖中引起水的污染；工业三废的任意排放，通过流入、溶解、沉降等方式也会造成水的污染；海上石油的泄露使海水水质发生变化，会导致大量海洋生物死亡。

 

答案：D

 

点拨：环境污染近年来倍受人们关注，现将几个有关环境污染的热点问题归纳如下：

酸雨：形成的主要原因是硫的氧化物与氮的氧化物任意排放。

光化学烟雾：主要是由氮氧化物、碳氢化合物形成的。

温室效应：主要是由于大气中CO₂的含量不断增加造成的。

臭氧空洞：主要是由氮氧化物、氟氯代烃等的排放引起的。

白色污染：主要是由废弃的塑料制品造成的。

赤潮：含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放造成的。

 

 【例题10】稀薄燃烧是指汽油在较大空/燃比（空气与燃油气的体积比）条件下的燃烧，随着全球能源危机的加剧，稀薄燃烧的研究受到了人们的重视，但稀薄燃烧时，常用的汽车尾气净化装置不能有效地将NO_x转换为N₂。不同空/燃比时汽车尾气中主要污染物的含量变化如下图所示：

 

（1）稀薄燃烧技术除能节约能源外，还具有的优点是________（填一项）。排放到大气中的NO_x会导致酸雨、________等环境污染（填一项）。

 

（2）某校化学研究性学习小组的同学在技术人员的指导下，按下列流程探究不同催化剂对NH₃还原NO反应的催化性能。

 

NH₃、NO混合气体 → 催化反应器 → 检测 → 尾气处理

 

若控制其他实验条件均相同，在催化反应器中，装载不同的催化剂，将经催化反应后的混合气体通入滴有酚酞的稀硫酸溶液（溶液的体积、浓度均相同）。为比较不同催化剂的催化性能，需要测量并记录的数据是_______________。

 

（3）若某一催化剂能同时催化NH₃等还原性气体与NOx的反应。将催化剂分别用于催化还原含等物质的量NOx的两种气体，①纯NO气体，②汽车尾气。消耗NH₃的物质的量较多的可能是________（填字母），原因是________。

A. ①   B. ②   C. 都有可能

 

答案：（1）减少CO和碳氢化合物的污染   光化学烟雾或破坏臭氧层

（2）溶液显色所需要的时间

（3）A 汽车尾气中含有一定量的CO和碳氢化合物，少消耗NH₃。

或B汽车尾气中含有一定量的NO₂，多消耗NH₃。

或C汽车尾气中同时含有CO、碳氢化合物等还原性气体和NO₂等氧化性气体，二者相对含量的不同可导致消耗NH₃的增多或减少。

 

【例题11】生物质能是一种洁净、可再生的能源。生物质气（主要成分为CO、CO₂、H₂等）与H₂混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。

（1）上述反应的催化剂含有Cu、Zn、Al等元素。写出基态Zn原子的核外电子排布式           。

（2）根据等电子原理，写出CO分子结构式                 。

（3）甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛与新制Cu（OH）₂的碱性溶液反应生成Cu₂O沉淀。

①甲醇的沸点比甲醛的高，其主要原因是             ；甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为                。

 

②甲醛分子的空间构型是            ；1mol甲醛分子中σ键的数目为     。

③在1个Cu₂O晶胞中（结构如图所示），所包含的Cu原子数目为          。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

解析：（1）Zn的原子序数为30，注意3d轨道要写在4s轨道的前面；（2）依据等电子原理，可知CO与N₂为等电子体，N₂分子的结构式为N≡N：互为等电子体分子的结构相似，可写出CO的结构式；（3）甲醇分子之间能形成分子间氢键，甲醛分子间只是分子间作用力，而没有氢键形成，故甲醇的沸点高；甲醛分子中含有碳氧双键，故碳原子轨道的杂化类型为sp²杂化；分子的空间构型为平面型；1mol甲醛分子中含有2mol碳氢δ键，1mol碳氧δ键，故含有δ键的数目为 3N_A；依据晶胞示意图可以看出Cu原子处于晶胞内部，所包含的Cu原子数目为4

 

答案：（1）1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰ 4s² 或 [Ar] 3d¹⁰ 4s²   （2）C≡O

 

（3）①甲醇分子之间形成氢键    sp²杂化    ②平面三角形     3N_A      ③4

点拨：本题着重考查了核外电子排布式、等电子体原理、分子间作用力、杂化轨道、共价键类型、分子的平面构型等，在复习时要学会把前后学过的知识有机地联系起来。