2024年高中化学新教材同步必修第二册 第八章 第1节 第2课时　煤、石油和天然气的综合利用

第2课时煤、石油和天然气的综合利用[核心素养发展目标]1.了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义，提高宏观辨识与微观探析的能力。2.了解煤、石油、天然气综合利用的内容，培养变化观念的学科素养。3.了解节约能源及防止污染的重要性，培养社会可持续发展的科学态度与社会责任。一、煤和天然气的综合利用1．煤的组成煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组成以碳元素为主，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。2．煤的综合利用(4)煤的综合利用的意义①减少污染物的排放；减少煤燃烧产生的SO2、NOx、CO和粉尘等污染物的排放。②提高煤燃烧的效率；煤的气化、液化都是使煤变成清洁能源的有效途径，煤的燃烧效率也有很大的提高。③获得重要的化工原料：通过煤的干馏，获得大量重要的化工原料。3．天然气的综合利用1．判断正误(1)把煤加强热使之分解的过程为煤的干馏()(2)煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质()(3)煤中含粗苯、煤焦油等物质，可通过蒸馏获取苯、甲苯等芳香烃()(4)在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料()(5)煤的气化和液化都是物理变化()(6)天然气是清洁的化石燃料，对环境没有污染()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×2．某实验小组在实验室中用下图模拟煤的干馏，按要求回答相关问题：(1)仪器d的作用是________，e处点燃的气体主要有____________________。(2)c中液体分层，其中水层里溶有____________，有机物层可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。答案(1)冷却H2、CO、CH4、C2H4(2)粗氨水蒸馏解析该实验为煤的干馏，其产品为焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油和焦炭，d装置为冷却作用，液体分层，水层中含有粗氨水，有机物层可以通过蒸馏加以分离。二、石油的综合利用化石能源与合成高分子材料1．石油的组成由多种碳氢化合物组成的混合物。2．石油的综合利用途径思考生活中汽车的车用燃料一般为裂化汽油，这种汽油和直馏汽油在组成上的区别是直馏汽油主要是饱和烃的混合物，裂化汽油中含不饱和烃。如何鉴别它们？提示各取少许于试管中，加入溴的四氯化碳溶液，不褪色的是直馏汽油，褪色的是裂化汽油。3．化石能源与合成高分子材料(1)三大合成高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。(2)以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应可以制得合成高分子材料。例如：①乙烯制聚乙烯：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up7(催化剂))CH2—CH2；②丙烯制聚丙烯：nCH2=CH—CH3eq\o(→,\s\up7(催化剂))。1．判断正误(1)石油的分馏为物理变化，获取的各种产品为混合物()(2)石油的裂化和裂解原理相同，目的也相同()(3)含4个碳原子的烷烃，经催化裂解后，只能生成2种气态烃()(4)许多性能优异的合成高分子材料的原始原料为煤、石油和天然气()答案(1)√(2)×(3)×(4)√2．(2023·江苏常州高一月考)工业上获得汽油的化学方法主要是()A．催化裂化 B．石油的裂解C．石油的分馏 D．煤的干馏答案A解析石油的裂解是深度裂化，是以获得乙烯、丙烯等短链不饱和烃为主要目的的石油加工过程；石油分馏为物理方法；煤的干馏是将煤隔绝空气加强热，得到焦炭、煤焦油、焦炉气和粗氨水等多种化工产品的过程。3．(2022·福建泉州第六中学高一期中)下列说法正确的是()A．石油的炼制过程都是化学变化B．石油分馏出来的各馏分仍是多种烃的混合物C．石油经过常压分馏、减压分馏、裂化等工序炼制后即能制得纯净物D．石油分馏的目的是将含碳原子数较多的烃先气化，再经冷凝而分离出来答案B解析石油的分馏是物理变化，A错误；石油分馏出来的各馏分是沸点在一定范围内的多种烃的混合物，B正确；石油经过常、减压分馏、裂化等工序炼制后不能制得纯净物，仍是沸点在一定范围内的多种成分的混合物，C错误；含碳原子数较少的烃沸点低、先汽化，石油分馏的目的是将含碳原子数较少的烃先汽化，再经冷凝而分离出来，D错误。(1)煤的干馏、气化、液化均发生的是化学变化。(2)石油分馏属于物理变化，由于石油中有些物质的沸点很接近，所以分馏产物一般为混合物。常压蒸馏的原料为石油，减压蒸馏的原料为重油。分馏时沸点低(相对分子质量小)的烃类先汽化，沸点高(相对分子质量大)的烃类后汽化。(3)石油分馏所得汽油为直馏汽油，多为饱和烃。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不饱和烃，能与卤素单质反应。(4)裂化是为了提高汽油等的产量和质量，而裂解采用比裂化更高的温度，是为了获得大量的乙烯、丙烯等不饱和气体产物作化工原料。1．我国在“煤变油”技术上已取得了重大突破，达到5吨煤可以合成1吨成品油的水平。下列叙述错误的是()A．煤的组成元素主要是碳，但煤是混合物B．“煤变油”的方法之一是使煤与H2作用生成液态有机物C．煤之所以能变“油”，是因为煤中含有大量的汽油、柴油和煤焦油D．煤变成成品油需要经过一系列工艺流程，发生复杂的物理、化学变化才能实现答案C2．(2022·泉州七中高一期中)下列关于化石燃料的说法不正确的是()A．石油是混合物，汽油也是混合物B．石油分馏可以得到乙烯，煤干馏可以得到苯C．“西气东输”的“气”指的是甲烷D．石油的分馏是物理变化，而裂化和裂解属于化学变化答案B解析石油是多种烃的混合物，汽油是石油的馏分，是多种液态短链烃的混合物，如辛烷、庚烷等，A正确；石油分馏可以得到的气态烃主要是石油气，乙烯是石油裂解的主要产品，煤干馏指煤在隔绝空气条件下加强热使之分解，生成焦炭、煤焦油、粗苯、焦炉气等产物的过程，可以得到苯，B不正确；“西气东输”的“气”指的是天然气，主要成分是甲烷，C正确；石油的分馏是利用各成分沸点的不同分离石油，属于物理变化，而裂化和裂解是将长链烃转化为短链烃，属于化学变化，D正确。3．下列关于煤和石油的说法不正确的是()①石油是混合物，其分馏产品煤油为纯净物②煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠③煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料④石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量⑤煤的干馏属于化学变化⑥煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源⑦通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品A．①③ B．②④⑥C．①②⑤ D．③④⑦答案A解析石油是混合物，其分馏产品煤油仍为混合物，故①错误；煤油可由石油分馏获得，可用作燃料，煤油的密度比钠小，故能用于保存金属钠，故②正确；煤的气化和液化有新物质生成，属于化学变化，故③错误；石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量，故④正确；煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，是化学变化，故⑤正确；煤的干馏可以获得芳香烃，故煤是获得芳香烃的一种重要来源，故⑥正确；通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品，故⑦正确。4．下列说法正确的是()A．煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成B．石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有机物C．煤的气化、液化是使煤变成清洁能源、减小环境污染的有效途径D．沸点范围：汽油>煤油>柴油>重油答案C解析石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃；煤干馏后生成苯、甲苯、二甲苯等芳香烃，故B错误；煤的气化、液化是使煤变成清洁能源的有效途径，故C正确；石油分馏时，首先分馏出的是汽油，其次是煤油，再次是柴油、重油，故其沸点：汽油<煤油<柴油<重油，故D错误。5．某研究学习小组在实验室中模拟石油的炼制，设计了如图的装置。实验过程中，可观察到b中试管内有少量液体凝结且闻到有汽油的气味，c中试管内酸性高锰酸钾溶液褪色。(1)实验研究小组模拟的是__________________(填化工工艺名称)。(2)c中试管内酸性KMnO4溶液褪色，体现了酸性KMnO4溶液的________性。(3)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：________________________。(4)实验过程中，装置d中的溴水褪色，写出验证烯烃与溴水的反应是加成反应而不是取代反应的方法：_____________________________________________。答案(1)石油的裂化(2)氧化(3)C16H34eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))C8H18＋C8H16(4)向反应后的溶液中滴加石蕊溶液，溶液不变红，则说明该反应为加成反应而非取代反应题组一煤、天然气的综合利用1．天然气水合物外形似冰，被人们称为“可燃冰”。天然气的主要成分是()A．氢气 B．一氧化碳C．二氧化碳 D．甲烷答案D2．下列属于物理变化的是()①石油的分馏②煤的干馏③石油的裂化④铝热反应⑤由乙烯制备聚乙烯⑥将氧气转化为臭氧⑦乙烯催熟果实⑧将苯加入溴水中⑨海水蒸馏制取淡水A．①②③④ B．①②⑤⑦C．①⑧⑨ D．①②⑥⑨答案C解析蒸馏和分馏的原理相同，都是利用沸点不同分离物质，将苯加入溴水中不发生化学反应，而是苯萃取溴水中的溴，故①⑧⑨均属于物理变化，其余各项均发生了化学变化。3．下列不属于煤的综合利用的是()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．煤变为煤饼D．将煤气化为可燃性气体答案C解析将煤干馏制得煤焦油和焦炭，属于煤的综合利用，故A项不符合题意；在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料，属于煤的综合利用，故B项不符合题意；将煤变为煤饼，只是其物理形态发生了改变，并未改变其成分及结构，不属于煤的综合利用，故C项符合题意；将煤气化为可燃性气体，属于煤的综合利用，故D项不符合题意。4．(2023·合肥高一检测)有关煤的综合利用如图所示。下列说法正确的是()A．煤和水煤气都属于化石燃料B．煤中含有焦炉气、煤焦油、焦炭等物质C．①是将煤在空气中加强热使其分解的过程D．②是煤的气化方式之一答案D解析水煤气属于二次能源，不是化石燃料，A错误；煤干馏后能得到这些物质，但煤本身并不含这些物质，B错误；①是煤的干馏，需隔绝空气，C错误；煤的气化是将煤转化为气体燃料的过程，煤干馏得到的焦炭和水蒸气在高温下生成水煤气是煤的气化方式之一，D正确。题组二石油的综合利用5．(2023·南京高一检测)下列说法错误的是()A．石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量B．含C20以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油C．石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃D．石油裂化和裂解都属于物理变化答案D解析含C20以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油，故B正确；石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃，乙烯、丙烯是重要的有机化工原料，故C正确；石油的裂化和裂解实际上都是烃的分解反应，都属于化学变化，故D错误。6．石油蒸馏装置如图所示，下列说法正确的是()A．仪器W的名称：圆底烧瓶B．碎瓷片的作用：催化剂C．冷却水的流向：X进水，Y出水D．收集到的60～150℃的馏分为混合物答案D解析A错，仪器W的名称是蒸馏烧瓶；B错，碎瓷片的作用是防止暴沸，不是催化剂；C错，冷凝管中冷却水从下口通入，上口流出，故X是出水口，Y是进水口；D对，石油分馏得到汽油、煤油、柴油等馏分，都是多种烃的混合物。7．(2022·河北张家口高一期末)近年来，我国科学家开发了二氧化碳加氢制汽油技术，该研究被誉为“CO2催化转化领域的突破性进展”，被《自然》杂志选为研究亮点。其转化过程如图所示，下列说法正确的是()A．汽油通常由石油的干馏获得B．制备过程中CO2被还原C．汽油是由C、H、O元素组成的纯净物D．制备过程中的反应Ⅱ属于化合反应答案B解析汽油通常由石油的分馏和重油的裂化获得，故A错误；制备过程中CO2被还原生成CO，C的化合价降低，故B正确；汽油是由C、H元素组成的混合物，含有多种烷烃、环烷烃等，故C错误；由元素守恒可知，反应Ⅱ除了生成烃以外，还会生成含氧元素的化合物，故制备过程中的反应Ⅱ不属于化合反应，故D错误。题组三煤、石油、天然气的综合利用与可持续发展8．“煤制油”的关键技术是煤的气化，而目前煤的气化主要是煤中的碳和水蒸气的反应：C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO(g)＋H2(g)，该反应是吸热反应，反应所需能量是由间歇进行的碳的燃烧(氧气用空气代替)来提供的：C＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2。下面关于该过程的说法不正确的是()A．煤的气化可以减少煤直接燃烧对环境造成的粉尘污染B．第一个反应需要吸热，所以煤的气化从能量角度来看，得不偿失C．煤气化后作为燃料，燃烧充分，热利用率高D．上述两个反应，反应后的混合气体中除去CO、CO2后主要就是合成氨的两种原料气体答案B解析虽然在煤的气化过程中，会有一部分煤的潜在能量受到损失，但由于加工后得到的气态燃料的热利用率高，而且比较清洁，因此从总体上来看，将煤气化或液化后再使用，还是比较合理的，故B错误。9．(2023·杭州高一月考)中科院研制出一种多功能催化剂，首次实现将CO2转化为汽油(主要成分是C5～C11的烃类混合物)，过程示意图如下。下列说法错误的是()A．该技术能助力“碳中和”(二氧化碳“零排放”)的战略愿景B．该多功能催化剂能加快化学反应速率C．a和b的一氯代物均有4种D．反应①的产物中含有水，反应②只有碳氢键的形成答案D解析由示意图可知，在多功能催化剂的作用下，二氧化碳与氢气反应生成汽油和水，反应能消耗二氧化碳，减少二氧化碳的排放，从而达到“碳中和”的战略愿景，A正确；多功能催化剂能加快化学反应速率，B正确；由示意图可知，a和b两者的一氯代物都有4种，故C正确；由质量守恒定律可知，反应①的产物为一氧化碳和水，反应②有碳氢键、碳碳单键和氢氧键的形成，D错误。10．(2023·河北邯郸高一月考)下列说法正确的是()A．石油分馏可得到乙烯B．石油裂化的目的是提高轻质油的产量和质量C．煤是由多种有机物组成的混合物，内含煤焦油等成分D．煤的炼制方法中煤的气化和液化是物理方法，煤的干馏是化学方法答案B解析石油分馏主要得到汽油、煤油、柴油等轻质油，而石油的裂解可得到乙烯，A错误；煤是由有机物和少量无机物组成的混合物，煤中不含煤焦油，C错误；煤的炼制方法中煤的气化、液化和干馏都是化学方法，D错误。11．下列关于石油及煤的叙述中，正确的是()A．煤的液化和气化都是物理变化B．重油经减压蒸馏可以得到汽油C．石油的催化重整和煤的干馏都可得到芳香烃D．煤燃烧只产生CO2答案C解析煤的液化和气化生成水煤气、甲醇等物质，有新物质生成，属于化学变化，故A错误；重油经催化裂化可以得到汽油，故B错误。12．煤被誉为“工业的粮食”，下列关于煤的说法正确的是()A．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等芳香烃B．煤的液化是在高温时将固体煤熔化为液体煤C．煤的气化在一定程度上实现了煤的高效、清洁利用D．向煤中加入适量CaSO4，可大大减少燃烧产物中SO2的量答案C解析A项，煤的干馏可以得到苯、甲苯、二甲苯等芳香烃，但煤本身不含有这些芳香烃，错误；B项，煤的液化是煤在高温高压条件下转化为液体燃料的过程，分为直接液化和间接液化，错误；C项，煤气化生成CO、H2，CO和H2的燃烧高效、清洁，正确；D项，向煤中加入适量CaCO3、CaO或Ca(OH)2，可大大减少燃烧产物中SO2的量，错误。13．对煤干馏并检验其中部分产物，装置(夹持装置已略)如图所示。下列说法不正确的是()A．煤的干馏过程发生了复杂的物理、化学变化B．向b装置的水层中滴入紫色石蕊溶液，溶液变蓝C．c装置可检验产生的气体中一定含有H2SD．e装置中产生的现象是固体由黑色变为红色答案C解析煤的干馏是隔绝空气加强热发生复杂的物理、化学变化的过程，主要产物有焦炭、焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油等，故A正确；煤的干馏产物中有氨生成，氨进入b装置极易溶于水生成一水合氨，溶液呈碱性，则向b装置的水层中滴入紫色石蕊溶液，溶液变蓝，故B正确；焦炉气中生成的乙烯气体等也可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，不一定是硫化氢，故C错误；焦炉气中含氢气、一氧化碳等还原性气体，可以还原氧化铜生成单质铜，e装置中产生的现象是固体由黑色变为红色，故D正确。14．(2023·南通高一检测)用石油裂化和裂解过程得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路线如下：根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题：(1)由CH2=CH2制得有机物A的化学反应类型是______________。(2)丙烯醛(CH2=CHCHO)中含有的官能团是__________________(填名称)。(3)A与B合成丙烯酸乙酯反应的化学方程式是__________________________；该反应的类型是_________________。(4)由石油裂解产物乙烯合成聚乙烯塑料的化学方程式是_____________________。答案(1)加成反应(2)碳碳双键、醛基(3)CH2=CHCOOH＋CH3CH2OHeq\o(,\s\up7(浓H2SO4),\s\do5(△))CH2=CHCOOCH2CH3＋H2O取代反应(或酯化反应)(4)nCH2=CH2eq\o(→,\s\up7(催化剂))CH2—CH2解析(1)有机物A为CH2=CH2与H2O的加成产物：CH3CH2OH，故为加成反应。(2)丙烯醛中官能团有两个：碳碳双键和醛基。(3)A与B分别含—OH和—COOH，它们可发生酯化反应生成丙烯酸乙酯。15．(2022·合肥高一检测)煤气化是有效利用化石能源的手段之一，有关反应为①C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2、②CO＋H2Oeq\o(,\s\up7(一定条件))CO2＋H2，获得的气体称为水煤气。某研究性学习小组为探究气体的成分，进行了如下实验：[实验]使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后的气体。[提出假设]对气体的成分提出了三种假设。假设1：该气体是CO、H2、H2O。假设2：该气体是CO2、H2、H2O。(1)假设3：_____________________________________。[设计实验方案，验证假设]拟用图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设3(加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已