2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第2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

PAGE1-課題3石油、煤和自然氣的綜合利用1．了解石油的分餾及其產(chǎn)品和用途，了解石油的裂化和裂解。2．了解煤的干餾和綜合利用。3．了解煤化工和自然氣化工的發(fā)展。一、石油和自然氣eq\a\vs4\al(1.)石油的煉制和石油化工石油是烴的混合物，加工前稱為原油，石油要煉制，其目的是將混合物進(jìn)行肯定程度的分別，使之物盡其用。eq\a\vs4\al(2.)工業(yè)上常用常壓分餾和減壓分餾的方法把不同沸點(diǎn)的產(chǎn)品分別出來。為了提高汽油產(chǎn)量，還可采納催化裂化的方法。如十六烷分解反應(yīng)方程式為C16H34→C8H18＋C8H16。eq\a\vs4\al(3.)石油不僅是燃料資源，還是有機(jī)化工原料的重要來源。eq\a\vs4\al(4.)乙烯的生產(chǎn)主要靠石油裂解，乙烯的產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)記。eq\a\vs4\al(5.)自然氣的主要用途：①干脆作燃料；②合成氨原料氣(制H2)；③合成甲醇及其他化工原料。二、煤的綜合利用eq\a\vs4\al(1.)煤與炭的關(guān)系木炭、焦炭等是碳的不純單質(zhì)，而煤是有機(jī)物和無機(jī)物組成的困難混合物。煤除了主要含碳元素外還含有少量的S、P、N、H、O等元素以及無機(jī)礦物質(zhì)(主要有硅、鋁、鈣、鐵等元素)。eq\a\vs4\al(2.)煤的干餾(1)將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使其分解的過程，叫做煤的干餾，也叫煤的焦化。(2)工業(yè)上煉焦的原理是將煤粉放在隔絕空氣的煉焦?fàn)t中加熱。eq\a\vs4\al(3.)煤的氣化和液化(1)煤的氣化是指煤在特定的設(shè)備內(nèi)，在肯定溫度及壓強(qiáng)下使煤中有機(jī)物與氣化劑(如蒸氣/空氣或氧氣等)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、H2、CH4等氣體和CO2、N2等非可燃?xì)怏w的過程。(2)碳與水蒸氣的反應(yīng)式為C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2，屬吸熱反應(yīng)。(3)煤的液化：煤的液化是把煤轉(zhuǎn)化成液體燃料的過程，煤的液化分為干脆液化和間接液化。①干脆液化是把煤炭制成煤漿，然后在高溫、高壓和在催化劑條件下，通過加氫裂化生成液態(tài)碳?xì)浠衔锛础昂铣墒汀?。②間接液化是把煤炭在高溫下與水蒸氣作用氣化，產(chǎn)生合成氣等，然后合成氣通過催化合成生成性能優(yōu)良的液態(tài)醇類、烴類及化學(xué)品等。三、煤化工和自然氣化工的發(fā)展——一碳化學(xué)eq\a\vs4\al(1.)一碳化學(xué)是以分子中只含一個(gè)碳原子的化合物(如CO、CH4、CH3OH等)為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學(xué)。eq\a\vs4\al(2.)煤氣化的主要反應(yīng)方程式為2C＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO；C＋H2Oeq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2；CO＋H2Oeq\o(=,\s\up7(高溫))CO2＋H2；CH4＋H2Oeq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋3H2。eq\a\vs4\al(3.)運(yùn)用不同的催化劑，可以從合成氣制出不同的產(chǎn)物，這就是合成氣化學(xué)，由CH4、CH3OH等含一個(gè)碳原子的分子，通過催化反應(yīng)干脆生成新的化合物，叫甲烷化學(xué)和甲醇化學(xué)。eq\a\vs4\al(1.)節(jié)能減排對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)、愛護(hù)環(huán)境有重要意義。下列措施不能削減二氧化碳排放的是()A．利用太陽能制氫B．關(guān)停小火電企業(yè)C．實(shí)行“地球一小時(shí)”熄燈活動(dòng)D．推廣運(yùn)用煤液化技術(shù)解析：選D。A項(xiàng)利用太陽能制氫一是節(jié)約電能，削減煤的燃燒，二是氫可代替一部分化石燃料，削減CO2的排放，B項(xiàng)關(guān)停小火電企業(yè)削減煤的燃燒，C項(xiàng)實(shí)行熄燈活動(dòng)，節(jié)約了煤電，削減了CO2的排放，D項(xiàng)煤液化成水煤氣，燃燒后，CO2的排放沒削減。eq\a\vs4\al(2.)下列變更，屬于物理變更的是()A．炭化 B．裂化C．分餾 D．干餾解析：選C。分餾只是利用混合物中各物質(zhì)沸點(diǎn)不同將它們分別開，并沒有新物質(zhì)生成，屬于物理變更。其他變更都有新物質(zhì)生成，屬于化學(xué)變更。eq\a\vs4\al(3.)為了更好地解決能源問題，人們一方面探討如何提高燃煤的燃燒效率，另一方面找尋能源，以下做法不能提高燃燒效率的是()A．煤的氣化與液化 B．液體燃料呈霧狀噴出C．通入大量的空氣 D．將煤粉碎解析：選C。A、B、D都是通過變更燃料的狀態(tài)，來增大反應(yīng)物的接觸面積，使其充分燃燒；C通入大量空氣，也能使燃料充分燃燒，但大量氣體逸出時(shí)會(huì)帶走熱量。要點(diǎn)1石油的煉制eq\a\vs4\al(探究導(dǎo)引1)通過石油分餾就可以得到汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油，為什么石油還要進(jìn)行裂化制得汽油等輕質(zhì)油？提示：通過分餾得到的汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油僅占石油產(chǎn)量的25%左右，還不能滿意社會(huì)的要求。為了獲得更多的輕質(zhì)油，特殊是提高汽油的產(chǎn)量，采納催化裂化的方法，在肯定條件下，將相對(duì)分子質(zhì)量較大、沸點(diǎn)較高的烴斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量較小、沸點(diǎn)較低的烴。石油化工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(duì)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(zhǎng)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)油將重油充分分別，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(rùn)滑油、凡士林等汽油等輕質(zhì)油乙烯、丙烯、丁二烯等eq\a\vs4\al(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：選B。石油分餾所得到的是由沸點(diǎn)相近的多種烴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。要點(diǎn)2煤的綜合利用eq\a\vs4\al(探究導(dǎo)引2)煤的干餾與石油的分餾本質(zhì)上有何差別？提示：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)變更。煤的綜合利用原理產(chǎn)品干餾將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使其分解焦炭、煤焦油、焦?fàn)t氣、出爐煤氣氣化把煤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體低熱值氣CO、H2、相當(dāng)量的N2，中熱值氣CO、H2、少量CH4，高熱值氣CH4液化干脆液化高溫、高壓和有催化劑條件下，與溶劑混合，使煤與H2作用生成液體燃料優(yōu)質(zhì)汽油、柴油、芳香烴和副產(chǎn)燃料氣、液化石油氣等間接液化把煤氣化成CO或H2，經(jīng)催化合成液體燃料、醇類燃料(如CH3OH)等合成汽油、甲醇等eq\a\vs4\al(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)變更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：選B。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)生了困難的反應(yīng)，是化學(xué)變更，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)變更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。題型1石油的綜合利用如何從石油中獲得更多的輕質(zhì)燃油始終是化學(xué)家探究的課題，將石油分餾得到的重油進(jìn)行裂化可以獲得更多的輕質(zhì)燃油。資料1：石蠟是含有20～30個(gè)碳原子的烷烴的混合物，常溫下呈固態(tài)。資料2：石油催化裂化中通常運(yùn)用Al2O3作催化劑。某探討性學(xué)習(xí)小組在試驗(yàn)室中模擬石油的催化裂化，裝置如圖所示。試驗(yàn)過程中可視察到燒瓶Ⅰ中固體石蠟先熔化，試管Ⅱ中有少量液體凝聚，試管Ⅲ中酸性高錳酸鉀溶液褪色，試驗(yàn)后聞試管Ⅱ中液體氣味，具有汽油的氣味。(1)該裝置儀器連接的依次應(yīng)遵循的原則為__________，為保證明驗(yàn)勝利，試驗(yàn)前必需進(jìn)行的操作是__________，裝置中較長(zhǎng)導(dǎo)管的作用是________________；(2)試管Ⅱ中少量液體凝聚說明白___________________________________；(3)試管Ⅲ中溶液褪色說明白_____________________________________________；(4)能否用試管Ⅱ中的液體萃取溴水中的溴，理由是_______________________________。(5)寫出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化學(xué)方程式___________________________。(6)石油裂化的重要意義是_______________________。【解析】?jī)x器連接的依次應(yīng)遵循從下往上，從左到右的原則，裝入藥品之前要檢驗(yàn)裝置的氣密性。依據(jù)石油分餾工業(yè)的分餾塔原理，設(shè)置了長(zhǎng)導(dǎo)管，其作用除導(dǎo)氣外，兼起冷凝氣體的作用；依據(jù)催化裂化原理，下列反應(yīng)皆有可能發(fā)生：a．C20H42eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))C10H20＋C10H22b．C10H22eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))C5H12＋C5H10c．C5H12eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))C2H4＋C3H8d．C5H12eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))CH4＋C4H8。試管Ⅱ中有液體生成，說明生成了碳原子數(shù)大于5的烴，因?yàn)槌爻合拢?個(gè)碳原子數(shù)以上的烴大都呈液體，試管Ⅲ中KMnO4溶液褪色說明生成常溫常壓下呈氣態(tài)的5個(gè)碳原子數(shù)以下的烯烴；由于裂化產(chǎn)物中有烯烴生成，易與溴發(fā)生加成反應(yīng)，所以不能用來萃取鹵素單質(zhì)；從以上變更可以看出，石油裂化的主要意義是可提高輕質(zhì)燃油特殊是汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量?！敬鸢浮?1)從下往上，從左往右檢驗(yàn)裝置的氣密性導(dǎo)氣、冷凝氣體(2)裂化生成了碳原子數(shù)大于5的烴(3)裂化生成了碳原子數(shù)小于5的烯烴(4)不能，因?yàn)榱鸦a(chǎn)物中有烯烴，易與溴發(fā)生加成反應(yīng)(5)C20H42eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))C10H22＋C10H20(6)可提高石油產(chǎn)品中輕質(zhì)燃油特殊是汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量題型2煤的綜合利用氣化和液化是使煤變成清潔能源的有效途徑。煤的氣化的重要反應(yīng)是：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2，CO和H2的混合氣體是合成多種有機(jī)物的原料氣，探討由CO、H2合成有機(jī)物的化學(xué)稱為一碳化學(xué)。下圖是合成某些物質(zhì)的路途：其中，D易溶于水，且與CH3COOH互為同分異構(gòu)體，F(xiàn)分子中的碳原子數(shù)是D中的3倍，H經(jīng)催化氧化可得到G。請(qǐng)回答下列問題：(1)寫出下列物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A______________，H______________；指出A和H的關(guān)系：______________。(2)利用合成氣(H2＋CO)生產(chǎn)汽油、甲醇和氨等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，合成氣也可合成醛、酸、酯等多種產(chǎn)物，下列表述正確的是______。①以合成氣為原料的反應(yīng)都是化合反應(yīng)②變更合成氣中CO與H2的體積比，可得到不同的產(chǎn)物③合成氣的轉(zhuǎn)化反應(yīng)需在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪簭?qiáng)下通過催化完成④從合成氣動(dòng)身生成氣態(tài)烴或醇類有機(jī)物是實(shí)現(xiàn)“煤變油”的有效途徑⑤以合成氣為原料的反應(yīng)產(chǎn)物中不行能有烯烴或水A．①②④ B．②③④C．②④⑤ D．③④⑤(3)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：①CH3COOH＋E→F：__________________________________；②D與新制氫氧化銅加熱：_______________________________________________。【解析】本題以能源為載體考查烴的衍生物的性質(zhì)，命題著眼點(diǎn)在于煤的氣化和液化，同時(shí)它又結(jié)合有機(jī)化學(xué)反應(yīng)類型，要求整合新信息得出結(jié)論。(1)由題圖知，A經(jīng)兩次催化氧化得到C，則A為CH3OH，B為HCHO，C為HCOOH，且H應(yīng)為CH3CH2CH2CH2OH，G為CH3CH2CH2CHO，D的分子式為C2H4O2，易溶于水，說明不是酯，則D為HOCH2CHO，E為HOCH2CH2OH，F(xiàn)為CH3COOCH2CH2OOCCH3。(2)依題意，CO和H2可合成汽油，汽油是烴類，所以必定生成水，不是化合反應(yīng)，①和⑤都不正確。【答案】(1)CH3OHCH3CH2CH2CH2OH同系物(2)B(3)①2CH3COOH＋HOCH2CH2OHeq\o(,\s\up7(濃硫酸),\s\do5(△))CH3COOCH2CH2OOCCH3＋2H2O②HOCH2CHO＋2Cu(OH)2eq\o(→,\s\up7(△))HOCH2COOH＋Cu2O↓＋2H2Oeq\a\vs4\al(1.)下列做法不能體現(xiàn)低碳生活的是()A．削減食物加工過程B．留意節(jié)約用電C．盡量購(gòu)買本地的、當(dāng)季的食物D．大量運(yùn)用薪柴為燃料解析：選D。低碳生活是指盡可能削減煤炭等高碳能源的消耗，削減溫室氣體的排放。削減食物的加工過程，節(jié)約用電，不購(gòu)買反季節(jié)食物等都可達(dá)到這一目的，以薪柴為燃料不能削減CO2的排放，故選D。eq\a\vs4\al(2.)近年來，我國(guó)很多城市禁止汽車運(yùn)用含鉛汽油，其主要緣由是()A．提高汽油的燃燒效率 B．降低汽油成本C．避開鉛污染大氣 D．鉛資源短缺解析：選C。含鉛汽油運(yùn)用后會(huì)污染大氣，對(duì)人身體健康不利。eq\a\vs4\al(3.)下列說法中正確的是()A．煤是各種芳香烴組成的混合物B．煤燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量二氧化硫、氮氧化合物、碳氧化合物和煙塵等污染物C．煤是以單質(zhì)碳為主的困難混合物D．以煤為主要原料，可以合成甲醇，但不行以加工成高級(jí)汽油解析：選B。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)和簡(jiǎn)潔的有機(jī)物，因此A、C是錯(cuò)誤的。煤燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫等污染物，所以B正確。eq\a\vs4\al(4.)在下列各種石油的加工處理過程中，屬于裂化過程的是()A．分別汽油和煤油B．將重油分別為潤(rùn)滑油等C．十六烷變?yōu)樾镣楹托料〥．將直鏈烴變?yōu)榉枷銦N解析：選C。裂化是在肯定條件下，把相對(duì)分子質(zhì)量較大、沸點(diǎn)較高的烴斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量較小、沸點(diǎn)較低的烴的過程，C屬于此變更。A、B屬于分餾，D屬于催化重整，故A、B、D均不符合題意。eq\a\vs4\al(5.)煤干餾制得的煤焦油中含一種烴A，A的相對(duì)分子質(zhì)量為128，則其分子式可能是________或________。若A是易升華的塊狀晶體(芳香烴)，則其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可能為_____