高中 化学 必修 第二册 第八章 化学与可持续发展《第一节 第2课时 煤、石油和天然气的综合利用》教学设计

第2课时煤、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.了解节约能源及防止污染的重要性。任务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(1)煤的干馏①定义：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，也叫煤的焦化。②主要产品：出炉煤气（焦炉气、粗氨水、粗苯）、煤焦油、焦炭。(2)煤的气化eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(概念：将煤转化为可燃性气体的过程,主要反应：C＋H2O(g)\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2))(3)液化eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(直接液化：煤＋H2→液体燃料,间接液化：煤\o(→,\s\up7(气化))CO＋H2\o(→,\s\up7(催化剂))甲醇))[交流研讨]煤的干馏是物理变化还是化学变化？煤的气化、液化是物质三态（气、液、固）之间的变化吗？为什么？提示：煤的成分复杂，煤在干馏时发生的变化肯定也复杂，可以说发生了复杂的物理变化和化学变化。不是，物质三态之间的变化是物理变化，煤的气化、液化是化学变化。3．天然气的综合利用eq\a\vs4\al()煤干馏的主要产品和用途产品主要成分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、铵盐化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料粗苯苯、甲苯、二甲苯煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚类、萘染料、医药、农药、合成材料沥青筑路材料、碳素电极焦炭碳冶金、合成氨造气、电石、燃料1．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，A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，B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，C符合题意；将煤气化为可燃性气体，属于煤的综合利用，D不符合题意。2．（2024·泉州市期中）下列有关煤的说法不正确的是()A．通过干馏可从煤中提取化工原料B．通过气化或液化能把煤转变成清洁能源C．从煤焦油中可以提取苯、二甲苯等物质D．干馏的产物能生产氮肥，因为煤中含有氨气答案：D解析：A．煤的干馏是煤在隔绝空气条件下加热、分解，生成焦炭、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程，通过干馏可从煤中提取化工原料，故A正确；B.煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程，通过气化或液化能把煤转变成清洁能源，故B正确；C．煤焦油主要成分为苯、甲苯、二甲苯、酚类、萘、沥青，从煤焦油中可以提取苯、二甲苯等物质，故C正确；D.干馏的产物能生产氮肥，是因为煤中含有氮的化合物，不含氨气，故D错误；故选D。3．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)粗氨水蒸馏任务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（主要由烷烃和环烷烃等饱和烃组成）。2．石油的综合利用途径[交流研讨]目前，多数石油产品仍作为燃料使用，如把石油产品来合成高分子材料，其价值将成倍提升，试写出用汽油（主要成分为辛烷C8H18）为原料，生成聚乙烯塑料的合成原理。提示：C8H18eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(加热、加压))C4H10＋C4H8辛烷丁烷丁烯C4H10eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(加热、加压))C2H4＋C2H6丁烷乙烯乙烷nCH2==CH2eq\o(→,\s\up7(催化剂))CH2—CH23．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)合成高分子材料的方法①乙烯的加聚：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up7(催化剂))CH2－CH2。②丙烯的加聚：nCH2=CH—CH3eq\o(→,\s\up7(催化剂))。eq\a\vs4\al()化石燃料的综合利用简图1．（2023·青岛崂山区高一期中）从“不认识雪蜡车”到造出“中国第一辆雪蜡车”，山东用了不到一年！雪蜡是冰雪运动的重要材料，主要成分为石蜡。下列说法错误的是()A．石蜡是石油分馏产物之一B．石蜡分解产物可使酸性高锰酸钾溶液褪色C．石蜡是混合物D．石蜡易溶于水答案：D解析：A．石蜡是石油分馏后从重油中减压分馏得到的产物之一，故A正确；B.石蜡分解产物中含不饱和的烯烃，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故B正确；C．石蜡含多种烃类物质，属于混合物，故C正确；D.石蜡主要成分为烃类，难溶于水，故D错误。2．（2024·渭南市临渭区期末）《后汉书·郡国志》中记载：“石出泉水其水有肥、燃之极明，不可食，县人谓之石漆”；《西阳杂俎》一书记载：“高奴且石脂水，水腻，浮上如漆，采以膏车及燃灯极明”。下列说法正确的是()A．上述材料所说“石漆”“石脂水”是石油，在工业上通过石油分馏可得纯净的苯B．以石油为原料可生产三大合成材料即合金、合成橡胶和合成纤维C．石油的催化裂化属于物理变化D．塑料聚乙烯的单体可以由石油裂解得到答案：D解析：A．题述材料所说“石漆”“石脂水”是石油，石油中不含有苯，通过石油分馏得到燃料气、液化石油气等，但是得不到苯，故A错误；B.三大合成材料都是有机材料，三大合成材料分别是塑料、合成橡胶和合成纤维，故B错误；C．石油的催化裂化是在加热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程，石油的催化裂化生成新的物质，属于化学变化，故C错误；D.石油催化裂解生成乙烯，乙烯加聚反应生成聚乙烯，所以塑料聚乙烯的单体可以由石油催化裂解得到，故D正确；答案选D。1．（2024·上海市期中）下列关于石油的说法正确的是()A．石油属于可再生矿物能源B．石油分馏得到的各馏分是纯净物C．石油主要含有碳、氢两种元素D．石油裂解气和水煤气的主要成分都是甲烷答案：C解析：A．煤、石油和天然气均为化石燃料，均属于不可再生矿物能源，故A错误；B.石油分馏的产物有：石油气、汽油、煤油、柴油、沥青等物质，各馏分均是混合物，故B错误；C．石油主要含有碳、氢两种元素，故C正确；D.石油裂解主要得到乙烯、丙烯、丁二烯等化工原料，故D错误；综上所述，选C。2．（2024·四川成都高一期末）煤、石油和天然气是人类当前使用的主要能源。下列说法错误的是()A．煤的干馏、气化、液化均为化学变化B．天然气是生产甲醇的原料之一C．石油经分馏获得的煤油属于纯净物D．石油裂化获得的汽油可使溴水褪色答案：C解析：A．煤的干馏、气化、液化均为生成新物质的变化，属于化学变化，A正确；B.天然气主要成分为甲烷，甲烷是工业生产甲醇的原料之一，B正确；C．煤油中含有多种成分，属于混合物，C错误；D.石油裂化获得的汽油中含有多种不饱和烃，可使溴水褪色，D正确。3．（2024·天津滨海新区高一期末）下列有关煤、石油和天然气的说法错误的是()A．煤的干馏为化学变化，石油的分馏为物理变化B．“可燃冰”是天然气与水在高压、低温条件下形成的类冰状结晶物质C．以煤或天然气为主要原料，均可以生产甲醇D．通过石油裂化和裂解可以得到苯或甲苯等环状烃答案：D解析：A．石油的分馏是通过沸点不同分离出各种不同的烃，属于物理变化，煤的干馏是化学变化，A正确；B.“可燃冰”是天然气水合物，分布于深海沉积物或陆域永久冻土中，是天然气与水在高压、低温条件下形成的类冰状的结晶物质，稳定性较差，B正确；C．煤先发生气化生成CO和氢气，然后CO和氢气在催化剂的作用下反应生成甲醇，天然气的主要成分是甲烷，在高温条件下能分解为C和H2，用来合成甲醇，C正确；D.石油裂化主要获得汽油，石油裂解主要获得乙烯、丙烯等小分子烃，通过煤的干馏可以获得苯或甲苯等环状烃，D错误。4．下列说法正确的是()A．汽油与水不相溶，可以用裂化汽油萃取溴水中的溴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：裂化汽油是石油通过裂化得到的，含有不饱和烃，不饱和烃能和溴发生加成反应，所以裂化汽油不能萃取溴水中的溴，故A错误；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．以原油为原料生产聚烯烃的流程如下：回答下列问题：(1)流程中②表示的加工方法是（填字母）。A．分馏 B．分液C．裂解 D．干馏(2)C4～C10的混合物中含戊烷，请写出戊烷的所有同分异构体的结构简式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)聚乙烯的结构简式为__________________________________________________。(4)丙烯与乙烯化学性质相似。丙烯可以与水反应生成丙醇，该反应类型是，丙醇中官能团的名称是。答案：(1)C(2)CH3(CH2)3CH3、(3)CH2—CH2(4)加成反应羟基解析：(1)流程中②表示获得乙烯、丙烯等重要的化工原料，加工方法是裂解；(2)戊烷(C5H12)的同分异构体有正戊烷、异戊烷、新戊烷，结构简式分别为CH3(CH2)3CH3、；(3)乙烯发生加聚反应生成聚乙烯，聚乙烯结构简式为CH2—CH2；(4)丙烯含有碳碳双键，可以与水发生加成反应生成丙醇，丙醇中含有的官能团为羟基。课时测评25煤、石油和天然气的综合利用（本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！）题点一煤和天然气的综合利用1．我国首次试开采可燃冰圆满成功，下列与可燃冰(CH4·nH2O)释放的气体成分相同的是()A．沼气 B．水煤气C．液化石油气 D．焦炉气答案：A解析：A．沼气的主要成分是甲烷，A项正确；B.水煤气的主要成分是一氧化碳和氢气，B项错误；C．液化石油气的主要成分是4个碳原子及以下烃的混合物，C项错误；D.焦炉气主要是通过煤的干馏得到的，主要成分是CO、H2、CH4和C2H4等，D项错误。2．中国是世界上最早利用煤的国家。下列关于煤的描述正确的是()A．主要成分是硫 B．是可再生能源C．燃烧只产生SO2 D．煤干馏可制得焦炭答案：D解析：煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，含有的主要元素是碳，还有少量的氢、氧、硫、氮等元素，A错误；煤是化石燃料，是不可再生能源，B错误；煤燃烧产生的主要物质是CO2，C错误；煤干馏得到出炉煤气、煤焦油和焦炭，D正确。3．（2024·内蒙古包头高一期末）自然资源的综合利用对人类极其重要，下列资源的开发利用中，不涉及化学变化的是()A．煤的气化 B．煤的干馏C．石油的分馏 D．石油的裂化答案：C解析：A．煤的气化有新物质生成，A错误；B.煤的干馏有新物质生成，B错误；C．石油的分馏没有新物质生成，C正确；D.石油的裂化有新物质生成，D错误。4．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的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。5．“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。题点二石油的综合利用6．下列说法不正确的是()A．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯B．将重油经过裂化可以得到汽油C．将石油裂解制得乙烯等化工原料D．石油裂化的目的是提高汽油等轻质燃料的产量和质量答案：A解析：石油分馏得到不同沸点范围的烃的混合物，主要产物是石油气、汽油、煤油、柴油及重油等，A错误；碳原子数较多的烃经裂化可以得到C5～C11的烷烃和烯烃的裂化汽油，B正确；石油裂解可得到乙烯、丙烯等短链烃，是重要的化工原料，C正确；裂化的目的就是提高汽油等轻质油的质量和产量，D正确。7．下列说法错误的是()石油eq\o(→,\s\up7(①))分馏产品eq\o(→,\s\up7(②))乙烯eq\o(→,\s\up7(③))CH2BrCH2BrA．石油主要是由烃组成的混合物B．①主要发生物理变化C．②包括裂化、裂解等过程D．③是加成反应，产物名称是二溴乙烷答案：D解析：石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，故A正确；分馏是物理变化，故B正确；由分馏产品得到乙烯发生了裂化、裂解，故C正确；乙烯与溴发生加成反应得到1，2­二溴乙烷，故D错误。题点三煤、石油、天然气的综合利用与可持续发展8．（2024·辽宁建昌县高一期末）煤和石油综合利用的说法正确的是()A．煤的气化和液化都是物理变化B．生石灰和煤混合燃烧可减少SO2排放，CaSO3是最终产物C．石油通过分馏和裂化都能获得汽油D．石油分馏产品包括汽油、沥青、焦炭等答案：C解析：A．煤的气化和液化都生成新物质，是化学变化，A错误；B.生石灰和煤混合燃烧可减少SO2排放，生成的CaSO3又被空气中的氧气氧化为CaSO4，故B错误；C．石油通过分馏得到直馏汽油，通过裂化得到裂化汽油，故C正确；D.焦炭是煤干馏得到的，石油分馏可以得到汽油、煤油、柴油和沥青等，故D错误。9．化学与人类生活、社会可持续发展密切相关，下列说法中不正确的是()A．煤的气化与液化均为化学变化B．大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用C．煤在空气中加强热分解的过程称为干馏，可分离出氨、苯等产品D．研发催化剂将CO2还原为甲醇，可以促进“碳中和”答案：C解析：A．煤的气化与液化均为化学变化，A正确；B.大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用，将太阳能转化为化学能，B正确；C．煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热，生成焦炭、煤焦油、粗苯、煤气等产品的过程，C错误；D.研发催化剂将CO2还原为甲醇，可以促进“碳中和”，D正确。10．下列关于煤、石油、天然气的说法中，正确的是()A．石油是由多种烷烃、烯烃和芳香烃组成的混合物B．石油产品都是通过石油裂化得到的C．焦炉气是煤的唯一干馏产物D．天然气是一种优良的化石燃料答案：D解析：A．石油是由烷烃、环烷烃和少量的芳香烃组成的混合物，不含烯烃，A错误；B.石油分馏也可以获得石油产品，裂化是获得石油产品的途径之一，B错误；C．煤干馏后能获得煤焦油、焦炉气和粗氨水等，C错误；D.化石燃料包括煤、石油和天然气，且天然气燃烧对环境的污染很轻，故是一种优良的化石燃料，D正确；综上所述答案为D。11．加热聚丙烯废塑料可以得到碳、氢气、甲烷、乙烯、丙烯、苯和甲苯。用如图所示装置探究废旧塑料的再利用。下列叙述不正确的是()A．装置乙试管中收集到的液体在催化剂存在下可以与Br2发生取代反应B．装置丙中的试剂吸收反应产生的气体后得到的产物的密度均比水大C．最后收集的气体可以作为清洁燃料使用D．甲烷的二氯代物有2种答案：D解析：加热聚丙烯废塑料可以得到碳、氢气、甲烷、乙烯、丙烯、苯和甲苯，冷却时装置乙试管中得到苯与甲苯，在催化剂存在下可以与Br2发生取代反应，故A正确；在装置丙中乙烯、丙烯和溴发生加成反应得到溴代烃，产物的密度均比水大，故B正确；最后收集的气体为氢气、甲烷，均可作清洁燃料，故C正确；甲烷是正四面体结构，四个氢原子相同，二氯代物只有一种，故D错误。12．（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：由题给示意图可知，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；由题给示意图可知，a和b的一氯代物都有4种，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。13．将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得较多的轻质燃油。某研究性学习小组模拟工业上石油的催化裂化设计了如图所示实验装置。实验过程中可观察到烧瓶中固体石蜡先熔化，试管Ⅱ中有少量液体生成，试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管Ⅱ中液体的气味，发现其具有汽油的气味。资料一：石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃组成的混合物，常温下呈固态。资料二：石油催化裂化过程中通常使用Al2O3作催化剂。(1)为保证实验成功，实验前必须进行的操作是_____________________________________________________________________________________________________；装置中长导管的作用是__________________________________________________________________________________________________________________________。(2)试管Ⅱ中有少量液体生成说明______________________________________。(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明___________________________________________________________________________________________________________________________。(4)（填“能”或“不能”）用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式：_________________________。(6)石油裂化的主要目的是______________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)检查装置的气密性导气和冷凝气体(2)裂化生成了碳原子数大于4小于10的烃(3)裂化生成了碳原子数小于5的不饱和烃(4)不能裂化产物中含有烯烃等不饱和烃，能与Br2发生加成反应(5)C20H42eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(加热、加压))C10H22＋C10H20(6)提高石油产品中轻质燃油，特别是汽油的产量和质量解析：(1)装入药品之前要检查装置的气密性；根据石油分馏工业中的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，还有冷凝气体；(2)试管Ⅱ中有液体生成，说明裂化生成了含4个碳原子以上的烃，因为常温常压下，碳原子数大于4小于10的烃一般呈液态；(3)试管Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色说明裂化生成了碳原子数小于5的不饱和烃（常温常压下呈气态）；(4)由于裂化产物中有烯烃等不饱和烃，能与Br2发生加成反应，所以不能用来萃取溴单质；(5)二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式：C20H42eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(加热、加压))C10H22＋C10H20；(6)石油裂化的主要目的是获得更多的轻质燃油，特别是提高汽油的产量和质量。14.将煤直接作为燃料燃烧，不但热效率较低，且产生烟尘、二氧化硫、氮氧化物等物质，造成严重的环境污染。煤的干