8.1.2煤石油和天然气的综合利用（带答案解析）高一化学精讲讲义（人教版2019）

第一节自然资源的开发利用（2）煤、石油和天然气的综合利用【学习目标】1．了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义。2．了解煤、石油、天然气综合利用的内容。【主干知识梳理】一、煤的综合利用1、煤的组成(1)物质组成：有机物和少量无机物组成的复杂混合物(2)元素组成：主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素2、煤的综合利用(1)煤的干馏①概念：煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使煤中的有机物分解的过程，工业上也叫煤的焦化②发生的变化：煤干馏过程中发生一系列复杂的化学反应，煤的干馏是一个复杂的物理变化和化学变化过程=3\*GB3③煤干馏的产品及用途——煤焦油、焦炭、粗氨水、粗苯、焦炉气干馏产品主要成分主要用途出炉煤气焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳[气体燃料、化工原料粗氨水氨、铵盐氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸药、染料、医药、农药、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚类、萘类染料、医药、农药、合成材料沥青筑路材料、制碳素电极焦炭炭冶金、合成氨造气、电石、燃料=4\*GB3④化学“三馏”的比较名称干馏蒸馏分馏原理隔绝空气、高温下使物质分解根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离与蒸馏原理相同产物混合物单一组分的纯净物沸点相近的各组分组成的混合物变化类型化学变化物理变化物理变化(2)煤的气化①概念：将煤转化为可燃性气体②主要反应：C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO(g)＋H2(g)=3\*GB3③发生的变化：化学变化(3)煤的液化①直接液化：煤＋H2―→_液体燃料____；②间接液化：煤――→气化CO和H2――→催化剂甲醇等(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。【对点训练1】1、下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是()A．图示实验中发生了化学变化B．实验后水溶液的pH>7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等C．气体Z易燃，可以还原氧化铜D．液体Y是一种纯净物2、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．①②③④B．①②⑤⑦C．①⑧⑨D．①②⑥⑨二、石油的综合利用1、石油的形成及成分(1)物质组成：石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，主要是多种烷烃、环烷烃和芳香烃等，一般石油不含烯烃，从所含成分的状态看，大部分是液态烃，在液态烃里溶有气态烃和固体烃(2)物理性质：黑褐色的粘稠状物质，有特殊气味，比水轻，不溶于水，没有固定沸点2、石油的炼制(1)石油的分馏①概念：利用原油中各种烃的沸点不同，将烃分离成不同沸点范围的产物的过程，石油分馏得到的各种馏分是混合物，分馏可得到汽油、煤油、柴油等轻质油，此时得到的汽油叫直馏汽油②设备：加热炉和分馏塔=3\*GB3③分类常压分馏原理用蒸发和冷凝的方法将原油分成不同沸点范围的馏分原料原油目的获得以燃料油为主的不同石油产品产品石油气、汽油、煤油、柴油、重油减压分馏原理通过减压降低重油的沸点，从重油中分离出不同沸点范围的馏分原料重油目的获得以润滑油为主的不同石油产品产品柴油、燃料油、石蜡、沥青、润滑油(2)石油的裂化①概念：在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃的过程②原料：重油=3\*GB3③目的：提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量，此时得到的汽油叫裂化汽油=4\*GB3④原理：C12H26C6H14＋C6H12=5\*GB3⑤方法：热裂化和催化裂化a.热裂化的目的是提高汽油的产量；缺点是温度过高，发生结焦现象b.催化裂化的目的是提高汽油的产量；使用的催化剂是硅酸铝、分子筛(铝硅酸盐)(3)石油的裂解①概念：即深度裂化，在高温下，使具有长链分子的烃断裂成乙烯、丙烯、丁烯等各种短链的气态烃和少量液态烃的过程②原料：含直链烷烃的石油分馏产品=3\*GB3③目的：获得乙烯、丙烯等短链气态不饱和烃=4\*GB3④裂解反应：C16H34C8H18＋C8H16C8H18C4H10＋C4H8C4H10CH4＋C3H6C4H10C2H6＋C2H4(4)石油的催化重整①概念：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃②目的：使链状烃转化为环状烃，获得芳香烃=3\*GB3③产品：苯或甲苯等化工原料【对点训练2】1、下列关于石油的说法不正确的是()A．石油主要含C、H两种元素B．石油通过催化重整可得到环状烃C．石油裂化是物理变化D．石油分馏得到的汽油是混合物2、石油炼制过程中，既能提高汽油产量又能提高汽油质量的方法是()A．常压分馏B．减压分馏C．裂解 D．催化裂化3、石油裂解的目的主要是()A．提高轻质液体燃料的产量B．提高汽油的产量C．改善汽油的质量D．获得短链不饱和烃4、含有6个碳原子的烷烃，经催化裂化可生成的烷烃最多有()A．3种B．4种C．5种D．6种三、天然气的综合利用1、天然气的组成：主要成分是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等2、天然气的加工及利用①天然气是一种清洁的化石燃料，日常生活用作燃料②化工生产主要用于合成氨和生产甲醇等3、化学“六气”的主要成分高炉煤气水煤气天然气液化石油气焦炉气裂解气主要成分CO、CO2H2、COCH4C3H8、C4H10、C3H6、C4H8H2、CH4、C2H4、COC2H4、C3H6、C4H8、CH4【归纳小结】(1)煤的干馏、气化和液化都是化学变化。(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。【对点训练3】1、最近，新华社的一条消息中披露：我国南海海底发现巨大的“可燃冰”带，能源总量估计相当于中国石油总量的一半；而我国东海“可燃冰”的蕴藏量也很可观……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶体(CH4·nH2O)。下列说法中正确的是()A．CH4·nH2O晶体中水是溶剂B．CH4·nH2O的组成元素有3种C．CH4·nH2O中CH4和H2O的质量比为1：nD．可燃冰能燃烧，说明水具有可燃性2、某混合气体依次通过溴水(使其褪色)，通过灼热的氧化铜(使其黑色变红色)，通过无水CuSO4白色粉末(使其变蓝色)，通过澄清石灰水(石灰水由清变浑再变清)，最后剩余气体在空气中点燃，火焰呈淡蓝色，该混合气体是()A．水煤气 B．焦炉煤气C．石油液化气 D．高炉煤气3、为了减少大气污染，许多城市推广清洁燃料，目前使用的清洁燃料主要有两类，一类是压缩天然气，另一类是液化石油气，这两类燃料的主要成分是()A．碳水化合物B．碳氢化合物C．氢气D．醇类课后作业1、工业上获得苯主要通过()A．煤的干馏B．石油常压分馏C．石油减压分馏D．石油催化裂化2、“PM2.5”是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物。它与空气中的SO2接触时，SO2会部分转化为SO3。则“PM2.5”的颗粒物在酸雨形成过程中主要的作用是()A．还原作用B．氧化作用C．催化作用D．抑制作用3．(双选)下列关于石油的说法正确的是()A．只含有碳、氢两种元素，所以石油属于烃B．主要是烃类混合物，所以有固定的沸点C．主要是各种烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物D．石油分馏得到的汽油是混合物4、“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学”工艺中，理想状态是反应中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。以下反应最符合绿色化学原子经济性要求的是()A．乙烯发生加聚反应制得聚乙烯高分子材料B．用甲烷与氯气制备一氯甲烷C．用苯和液溴为原料制取溴苯D．用石灰石和稀盐酸反应制得二氧化碳5、下列说法中错误的是()A．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物D．煤中的有机物是氨水，故煤干馏时可得到粗氨水6、下列关于有机高分子化合物的说法不正确的是()A．有机高分子化合物称为聚合物，是因为它们大部分是由小分子通过加成聚合反应制得的B．有机高分子化合物的相对分子质量很大，但其结构是若干链节的重复C．对于一种高分子材料，n是一个整数值，因而它的相对分子质量是确定的D．丙烯可以发生加聚反应生成高分子7、用金属铜制取硝酸铜，从节约原料和防止环境污染方面考虑，最好的方法是()A．铜eq\o(→,\s\up7(浓硝酸))硝酸铜B．铜eq\o(→,\s\up7(稀硝酸))硝酸铜C．Cueq\o(→,\s\up7(Cl2))CuCl2eq\o(→,\s\up7(AgNO3))Cu(NO3)2D．Cueq\o(→,\s\up7(空气))CuOeq\o(→,\s\up7(HNO3))Cu(NO3)28、下列有关石油和煤的利用叙述不正确的是()A．煤的干馏就是将煤隔绝空气在高温条件下使之分解，得到焦炭、煤焦油等物质的过程B．煤的液化就是将煤转化成甲醇、乙醇等其液态物质的过程C．煤的气化就是将煤在高温条件下由固态转化为气态的物理变化过程D．石油通过催化裂化或裂解，可以获得碳原子数较少的轻质油9、下列有关环境保护的说法中错误的是()A．含氮、磷化合物的生活污水大量排放可使水体富营养化B．各国工业大量排放二氧化硫是全球气候变暖的主要原因C．劣质装修材料中的甲醛、苯、氡气等对人体有害D．废旧电池中的汞、镉、铅等重金属盐对土壤和水源会造成污染10、某高分子化合物含有如下结构片段：对其结构的分析正确的是()A．它是缩聚反应的产物B．合成它的小分子是CH3OHC．合成它的小分子是CH2=CH2和HCOOCH3D．合成它的小分子是CH2=CHCOOCH311．绿色化学是“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节中都实现净化和无污染。(1)下列各项符合“绿色化学”要求的是________。A．处理废弃物B．治理污染点C．减少有毒物D．杜绝污染源(2)在我国西部大开发中，某地为筹建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你认为可行的是________。A．建在西部干旱区可以脱贫致富B．应建在水资源丰富和交通方便且远离城市的郊区C．企业有权自主选择厂址D．不宜建在人口稠密的居民区(3)某化工厂排放的污水中含有Mg2＋、Fe3＋、Cu2＋、Hg2＋四种离子。某同学设计了从该污水中回收纯净的金属铜的方案。在能制得纯铜的方案中，哪一步操作会导致环境污染？______________。应增加哪些措施防止污染_________________________________________________。12、下图是实验室干馏煤的装置图，回答下列问题：(1)指出图中仪器名称：c________，d________。(2)仪器d的作用是__________________，c中液体有________和________，其中无机物里溶有________，可用________检验出来。有机物可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。(3)e处点燃的气体主要成分有__________________，火焰的颜色__________________。13、由于我国煤储藏量相对比石油和天然气丰富，能源消费以煤为主。将原煤作为燃料燃烧，既严重污染环境，效率又不高，因而国家大力提倡煤的综合利用。实施“煤变油”，其原理之一是先将煤与水蒸气制得水煤气(CO和H2)，再催化合成甲醇或烃类等液态能源。(1)用CO和H2合成甲醇的化学方程式是____________________________________________。(2)用CO和H2合成烃(CnHm)的化学方程式是____________________________________________________。(3)气化和液化的优点是___________________________________________。14、某同学们利用生活中的废铜屑与硝酸反应制取化学试剂硝酸铜，设计了三种方案如下表所示。能体现绿色化学理念的最佳方案是________，理由是_______________________________________________。方案反应物甲Cu、浓硝酸乙Cu、稀硝酸丙Cu、O2、稀硝酸【煤、石油和天然气的综合利用】答案【对点训练1】1、D。解析：煤的干馏是化学变化，A项正确；所得产物有焦炉气(含有CH4、H2、C2H4、CO等)、煤焦油(不溶于水的一种多成分混合物)、粗氨水、焦炭等，焦炉气中的H2、CO可还原氧化铜，且易燃，C项正确；氨水的pH>7，煤焦油居于水层以下，粗苯密度小于水，在上层，故B项正确；煤焦油中含有多种物质，属混合物，D项错误。2、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。【对点训练2】1、C。解析：石油裂化是化学变化。2、D。解析：选项中的四种方法都是石油炼制加工的方法，而其目的不同。A项中只能对石油进行初步加工，各类烃的质量仅占石油总量的25%左右；B项操作不会得到汽油；C项所得产物主要是乙烯、丙烯等小分子短链不饱和烃；只有D项才能得到质量更高、产量更多的汽油。3、D。解析：石油裂解的主要目的是获得乙烯、丙烯等工业原料。4、C。解析：C6H14裂解的方式可能有下列四种：C6H14eq\o(→,\s\up11(催化剂),\s\do4(加热、加压))CH4＋C5H10C6H14eq\o(→,\s\up11(催化剂),\s\do4(加热、加压))C2H6＋C4H8C6H14eq\o(→,\s\up11(催化剂),\s\do4(加热、加压))C3H8＋C3H6C6H14eq\o(→,\s\up11(催化剂),\s\do4(加热、加压))C4H10＋C2H4，其中CH4、C2H6、C3H8分别为甲烷、乙烷、丙烷，没有同分异构体，而C4H10有2种同分异构体CH3—CH2—CH2—CH3、，因此考虑C4H10的同分异构体，最终生成的烷烃最多有5种。【对点训练3】1、B2、B。解析：水煤气的主要成分是CO和H2；焦炉煤气的主要成分是H2、CH4、C2H4和CO等；石油液化气的成分是C2～C3的烷烃；高炉煤气的成分是CO、CO2和N2等。能符合题给实验现象的气体只有焦炉煤气。3、B课后作业1答案：A2．答案：C点拨：PM2.5的颗粒物加快了SO2的氧化，起催化作用。3．答案：CD点拨：石油是由各种烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物，含有少量杂质，主要成分是烃，没有固定的熔、沸点，石油分馏所得每一种馏分仍是混合物，故A、B不正确，选C、D。4．答案：A点拨：当反应物中的原子全部转化为产物时，原子利用率为100%，乙烯发生加聚反应制得聚乙烯，符合要求，而B项甲烷与氯气发生取代反应制得一氯甲烷同时还有大量副产物产生，C项反应物制得溴苯同时还生成溴化氢，D项反应物制取CO2同时还生成CaCl2和H2O，因此选A。5．答案：D点拨：汽油是C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到，也可由C18以上的烷烃经过裂化反应得到，A、B正确；煤是由有机物和无机物所组成的复杂混合物，其干馏产物中有粗氨水，故C正确，D错误。6．答案：C点拨：高分子化合物可由小分子通过加成聚合反应制备，高分子化合物是混合物，虽然相对分子质量很大，但没有确定的相对分子质量，只有一个范围，它们的结构均是由若干个链节组成的。丙烯中含碳碳双键，能发生加聚反应，故选C。7．答案：D点拨：A中反应为Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；B中反应为3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。两个反应都既浪费原料(HNO3)，又污染大气(有NO2和NO气体放出)。C中，Cu在Cl2中燃烧会造成大气污染，用AgNO3作反应物不经济。D中反应为2Cu＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CuO，CuO＋2HNO3=Cu(NO3)2＋H2O，符合题目要求。8．答案：C点拨：A项，煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，煤的干馏产品主要有焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等；B项，煤的液化是将煤转化为液体燃料(如甲醇等)的过程；C项，煤的气化是将煤转化为气体燃料(如CO、H2)的过程；D项，石油的催化裂化与裂解原理相同，都是将相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小，沸点低的烃的过程，从而获得轻质油，故只有C选项不正确。9．答案：B点拨：SO2的排放与酸雨的形成有关，而导致气候变暖的温室气体是CO2而不是SO2。10．答案：D点拨：从给出的结构片段可判断该高分子化合物为的重复，推