2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第二單元化學(xué)與資源開發(fā)利用課題3石油煤和天然氣的綜合利用學(xué)案新人教版選修2

PAGE9-課題3石油、煤和自然氣的綜合利用1．了解石油的煉制和石油化工中裂化、裂解的概念及石油產(chǎn)品，駕馭從石油中獲得更多輕質(zhì)燃油的方法和制取基本有機(jī)化工原料的原理。2．了解自然氣的主要成分及用途。3．了解煤的干餾、氣化和液化原理，理解煤的綜合利用在我國經(jīng)濟(jì)和社會持續(xù)發(fā)展中的地位和作用。4．了解一碳化學(xué)的含義及一碳化工產(chǎn)品的合成途經(jīng)。授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第25頁一、石油和自然氣1．石油的煉制和石油化工(1)石油的組成：主要是由各種烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴所組成的混合物。(2)石油的冶煉：一方面是將石油中的混合物進(jìn)行肯定程度的分別，使它們物盡其用；另一方面，將含碳原子多的烴轉(zhuǎn)變?yōu)楹荚虞^少的烴作為基本有機(jī)化工原料，以提高石油的利用價(jià)值。①裂化：裂化就是在肯定條件下，將相對分子質(zhì)量較大、沸點(diǎn)較高的烴分解為相對分子質(zhì)量較小、沸點(diǎn)較低的烴的過程。例如，在加熱、加壓和催化劑存在的條件下，十六烷裂化為辛烷和辛烯：C16H34→C8H18＋C8H16；裂化的目的：為了提高汽油的產(chǎn)量；裂化有熱裂化和催化裂化。②裂解：采納比裂化更高的溫度，使長鏈烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴的方法叫做石油的裂解。石油的裂解氣是一種困難的混合氣體，它除了主要含有乙烯、丙烯、丁烯等不飽和烴外，還含有甲烷、氫氣、硫化氫等。裂解氣里烯烴含量比較高，因此，常把乙烯的產(chǎn)量作為衡量一個(gè)國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)記之一。2．自然氣的利用用途eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(干脆用作燃料,作為化工生產(chǎn)的原料\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(供應(yīng)合成氨所需的氫氣,制乙烯,制甲醇)),合成液體燃料，替代石油生產(chǎn)清潔汽油、柴油等燃料油))二、煤的綜合利用煤是由有機(jī)物和無機(jī)物組成的困難混合物，主要含C元素，還含有少量的H、N、S、O等元素以及無機(jī)礦物質(zhì)。1．煤的干餾(1)定義：將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使其分解的過程。(2)主要產(chǎn)品：焦炭、煤焦油、焦?fàn)t氣、粗氨水和粗苯等。2．煤的氣化和液化(1)氣化：把煤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程。主要化學(xué)反應(yīng)方程式：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2煤的燃燒可以利用空氣，也可以利用氧氣，但得到的煤氣成分、熱值及用途都不同，分別叫低熱值氣和中熱值氣。中熱值氣在適當(dāng)催化劑的作用下，又可以轉(zhuǎn)變成高熱值氣，即把中熱值煤氣里的CO和H2用催化劑合成甲烷，化學(xué)反應(yīng)方程式：CO＋3H2eq\o(→,\s\up7(催化劑))CH4＋H2O。(2)液化：煤的液化是將煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程，煤的液化分干脆液化和間接液化。①干脆液化：把煤與適當(dāng)?shù)娜軇┗旌虾?，在高溫、高壓和有催化劑的條件下，使煤與氫氣作用生成液體燃料。②間接液化：先把煤轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣(合成氣)，然后再經(jīng)過催化合成得到烴類燃料、醇類燃料及化學(xué)品等。三、煤化工和自然氣化工的發(fā)展——一碳化學(xué)1．一碳化學(xué)一碳化學(xué)是以分子中只含一個(gè)碳原子的化合物(如CO、CO2、CH4、CH3OH等)為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學(xué)。2．煤的氣化煤氣化的主要反應(yīng)有：2C＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO、C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2、CO＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO2＋H2。3．自然氣的重整自然氣重整的反應(yīng)方程式：CH4＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋3H2。運(yùn)用不同的催化劑，從合成氣制出不同的產(chǎn)物，叫做合成氣化學(xué)。由CH4通過催化反應(yīng)干脆生成新的化合物，叫做甲烷化學(xué)。由CH3OH通過催化反應(yīng)干脆生成新的化合物，叫做甲醇化學(xué)。授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第26頁要點(diǎn)一石油化工1．石油的分餾產(chǎn)品及其主要用途2．石油的各種煉制方法的比較煉制和加工方法分餾裂化裂解常壓分餾減壓分餾熱裂化催化裂化原理用蒸發(fā)和冷凝的方法把石油分成不同沸點(diǎn)范圍的蒸餾產(chǎn)物在肯定條件下，將相對分子質(zhì)量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂成小分子的過程在高于裂化的溫度下，將長鏈分子斷裂成短鏈的氣態(tài)和少量液態(tài)烴的過程原料脫水、脫鹽的原油重油重油石油分餾產(chǎn)品中的烴條件常壓加熱減壓加熱加熱催化劑、加熱高溫目的將原油分別成輕質(zhì)油將重油充分分離，并防炭化結(jié)焦提高輕質(zhì)汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量獲得短鏈氣態(tài)不飽和烴主要產(chǎn)品溶劑油(C5—C8)，汽油(C5—C11)，煤油、柴油、重油潤滑油、凡士林等汽油等輕油乙烯、丙烯、丁二烯等[例1]下列關(guān)于石油及石油煉制的敘述中錯(cuò)誤的是()A．石油主要是由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴組成的混合物B．石油分餾所得的餾分是純凈物C．為了防止重油進(jìn)一步分餾時(shí)炭化結(jié)焦，常采納減壓分餾D．石油裂化的原料是重油、石蠟等[解析]石油分餾所得到的是由沸點(diǎn)相近的多種烴組成的混合物而非純凈物；減壓分餾防止了重油的炭化結(jié)焦；重油、石蠟等含碳原子數(shù)較多的高沸點(diǎn)的烴，通過裂化可以得到沸點(diǎn)低的烴。[答案]B1．下圖是石蠟(碳原子數(shù)約為18～30的烴類混合物)進(jìn)行催化裂化和檢驗(yàn)裂化產(chǎn)物的裝置，依據(jù)圖示回答：(1)試管①中盛的是__________________。(2)試管①至②上部導(dǎo)管的作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)試管③中盛的是__________________，現(xiàn)象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)試以C16H34的催化裂化寫出可能的化學(xué)反應(yīng)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(寫出兩個(gè)即可)解析：石蠟催化裂化的產(chǎn)物中有烯烴，烯烴能使酸性高錳酸鉀溶液褪色或使溴水褪色。答案：(1)石蠟和氧化鋁(或答石蠟和催化劑)(2)導(dǎo)氣和冷凝(3)酸性高錳酸鉀溶液(或溴水)溶液顏色漸漸褪去(4)C16H34eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))C8H18＋C8H16或C16H34eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))C6H14＋C10H20或C16H34eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))C10H22＋C6H12等要點(diǎn)二煤的綜合利用1．煤的干餾原理煤的干餾試驗(yàn)，當(dāng)看到電爐絲發(fā)出紅光，此時(shí)的溫度接近1000℃?，F(xiàn)象：片刻后煙煤分解，出現(xiàn)棕黃色濃煙并在具支試管內(nèi)冷凝成粗氨水和煤焦油；點(diǎn)燃從具支試管排出的煤氣，火焰長度可達(dá)10cm左右；用玻璃棒蘸取粗氨水，滴在紅色石蕊試紙上，試紙馬上變藍(lán)。2．煤干餾的主要產(chǎn)品和用途干餾產(chǎn)品主要成分主要用途爐煤氣焦?fàn)t氣氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳?xì)怏w燃料、化工原料粗氨水氨、銨鹽氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚類、萘染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料瀝青筑路材料、制碳素電極焦炭碳冶金、合成氨造氣、電石、燃料3.煤的氣化與液化煤的氣化煤的液化產(chǎn)品低熱值氣中熱值氣高熱值氣干脆液化產(chǎn)品間接液化產(chǎn)品原理煤在空氣中燃燒2CxHy＋xO2eq\o(→,\s\up7(高溫))2xCO＋yH2煤在氧氣中燃燒2CxHy＋xO2eq\o(→,\s\up7(高溫))2xCO＋yH2將中熱值氣進(jìn)行催化合成3H2＋COeq\o(→,\s\up7(催化劑))CH4＋H2O煤＋H2eq\o(→,\s\up7(高溫),\s\do5(高壓))液體燃料煤eq\o(→,\s\up7(氣化))CO和H2eq\o(→,\s\up7(催化合成))液體燃料主要成分CO、H2、N2CO、H2、CH4CH4芳香烴等甲醇(CH3OH)等目的獲得高效清潔燃料4.煤化工和自然氣化工——一碳化學(xué)一碳化學(xué)是指以分子中只含一個(gè)碳原子的化合物(如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學(xué)。(1)煤氣化的主要反應(yīng)2C＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2COC＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2CO＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO2＋H2(2)高溫條件，自然氣重整：CH4＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋3H2，由CO加氫合成一系列化合物的化學(xué)稱合成氣化學(xué)，由甲烷干脆合成的稱甲烷化學(xué)；由甲醇為原料合成一系列下游產(chǎn)品的為甲醇化學(xué)。[例2]下列說法正確的是()A．把煤加強(qiáng)熱使之分解的過程叫干餾B．煤的干餾屬于化學(xué)改變C．煤是工業(yè)上獲得芳香烴的一種重要來源，主要存在于煤干餾所得的焦?fàn)t氣中D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干餾后分餾的方法把它們分別出來[解析]煤的干餾是將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱的過程，選項(xiàng)A中沒有強(qiáng)調(diào)“隔絕空氣”這個(gè)重要條件，因此是錯(cuò)誤的；煤干餾時(shí)發(fā)生了分解反應(yīng)，是化學(xué)改變，故選項(xiàng)B正確；煤高溫干餾的產(chǎn)物主要是焦炭，同時(shí)得到焦?fàn)t氣、煤焦油、粗氨水等。焦?fàn)t氣的主要成分是H2和CO等氣體，芳香烴主要存在于煤焦油中，故選項(xiàng)C不正確；煤經(jīng)過干餾發(fā)生困難的物理、化學(xué)改變后得到煤焦油等物質(zhì)，煤焦油是含有多種芳香族化合物的困難混合物，煤焦油在170℃以下蒸餾出來的餾出物中主要含有苯、甲苯、二甲苯和其他苯的同系物等，所以不能說煤中含有苯和甲苯，故選項(xiàng)D不正確。[答案]B2．下列說法中正確的是()A．煤油是石油加工所得的主要產(chǎn)品之一，對煤的加工不能得到煤油B．利用“氫化法”可將煤加工成燃油，其過程中發(fā)生了化學(xué)改變C．利用“氣化—液化法”可將煤加工成燃油，其過程中只發(fā)生物理改變D．用煤生成的燃油的化學(xué)式可表示為(CH2)n，它是一種高分子化合物解析：將煤進(jìn)行低溫(約500～600℃)干餾所得到的煤焦油再進(jìn)行分餾，分餾產(chǎn)品中有煤油。利用“氣化——液化法”可將煤加工成燃油，其過程可也許表示為：首先把煤轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳等氣體，然后在催化劑的作用下，其中的一氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化為燃油。在該過程中發(fā)生了很多化學(xué)反應(yīng)。(CH2)n是燃油的組成成分，屬于烴，通常呈液態(tài)，液態(tài)烴是小分子化合物而不是高分子化合物。答案：B授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第28頁1．對石油工業(yè)敘述錯(cuò)誤的是()A．石油含有C5～C11的烷烴，可以通過石油的常壓分餾得到汽油B．催化裂化是為了獲得更多的輕質(zhì)油，特殊是提高汽油的產(chǎn)量。既能提高石油產(chǎn)量又能提高汽油質(zhì)量C．石油裂解的目的是提高汽油的產(chǎn)量D．石油減壓分餾的生產(chǎn)目的是在不使重油結(jié)焦的狀況下，將重油中的成分分別解析：石油裂解的目的是獲得主要含有乙烯、丙烯等氣態(tài)石油化工原料的裂解氣。答案：C2．下列說法中不正確的是()A．煤的干餾是化學(xué)改變，石油分餾為物理改變B．煤燃燒時(shí)，會產(chǎn)生大量的SO2、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等污染物C．煤是以碳單質(zhì)為主的困難混合物D．以煤為主要原料，不僅可以合成甲醇，還可以加工成高級汽油解析：煤是由困難的無機(jī)物和有機(jī)物組成，除主要含有C元素外，還含有H、O、S、N等元素，但不含碳單質(zhì)，因此C是錯(cuò)誤的。答案：C3．煤的干餾和石油的分餾，兩種改變在本質(zhì)上的差別是()A．加熱的溫度不同B．得到的產(chǎn)品不同C．前者要隔絕空氣，后者不必D．干餾是化學(xué)改變，分餾是物理改變解析：分餾：用加熱蒸餾、冷凝的方法把液體混合物分成不同沸點(diǎn)范圍的產(chǎn)物，里面無新物質(zhì)生成，屬于物理過程。煤的干餾是指把煤隔絕空氣加強(qiáng)熱，使煤分解的過程，是化學(xué)改變。答案：D4．下列關(guān)于煤、石油、自然氣等資源的說法正確的是()A．石油裂解得到的汽油是純凈物B．石油產(chǎn)品都可用于聚合反應(yīng)C．自然氣是一種清潔的化石燃料D．水煤氣是通過煤的液化得到的氣體燃料解析：石油裂解的目的是為了得到一些不