2024-2025学年高中化学第二单元化学与资源开发利用课题3石油煤和天然气的综合利用学案新人教版选修2

PAGE9-课题3石油、煤和自然气的综合利用1．了解石油的炼制和石油化工中裂化、裂解的概念及石油产品，驾驭从石油中获得更多轻质燃油的方法和制取基本有机化工原料的原理。2．了解自然气的主要成分及用途。3．了解煤的干馏、气化和液化原理，理解煤的综合利用在我国经济和社会持续发展中的地位和作用。4．了解一碳化学的含义及一碳化工产品的合成途经。授课提示：对应学生用书第25页一、石油和自然气1．石油的炼制和石油化工(1)石油的组成：主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物。(2)石油的冶炼：一方面是将石油中的混合物进行肯定程度的分别，使它们物尽其用；另一方面，将含碳原子多的烃转变为含碳原子较少的烃作为基本有机化工原料，以提高石油的利用价值。①裂化：裂化就是在肯定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。例如，在加热、加压和催化剂存在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：C16H34→C8H18＋C8H16；裂化的目的：为了提高汽油的产量；裂化有热裂化和催化裂化。②裂解：采纳比裂化更高的温度，使长链烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃的方法叫做石油的裂解。石油的裂解气是一种困难的混合气体，它除了主要含有乙烯、丙烯、丁烯等不饱和烃外，还含有甲烷、氢气、硫化氢等。裂解气里烯烃含量比较高，因此，常把乙烯的产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的标记之一。2．自然气的利用用途eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(干脆用作燃料,作为化工生产的原料\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(供应合成氨所需的氢气,制乙烯,制甲醇)),合成液体燃料，替代石油生产清洁汽油、柴油等燃料油))二、煤的综合利用煤是由有机物和无机物组成的困难混合物，主要含C元素，还含有少量的H、N、S、O等元素以及无机矿物质。1．煤的干馏(1)定义：将煤隔绝空气加强热使其分解的过程。(2)主要产品：焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水和粗苯等。2．煤的气化和液化(1)气化：把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。主要化学反应方程式：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2煤的燃烧可以利用空气，也可以利用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气，即把中热值煤气里的CO和H2用催化剂合成甲烷，化学反应方程式：CO＋3H2eq\o(→,\s\up7(催化剂))CH4＋H2O。(2)液化：煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程，煤的液化分干脆液化和间接液化。①干脆液化：把煤与适当的溶剂混合后，在高温、高压和有催化剂的条件下，使煤与氢气作用生成液体燃料。②间接液化：先把煤转化成一氧化碳和氢气(合成气)，然后再经过催化合成得到烃类燃料、醇类燃料及化学品等。三、煤化工和自然气化工的发展——一碳化学1．一碳化学一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CO2、CH4、CH3OH等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。2．煤的气化煤气化的主要反应有：2C＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO、C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2、CO＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO2＋H2。3．自然气的重整自然气重整的反应方程式：CH4＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋3H2。运用不同的催化剂，从合成气制出不同的产物，叫做合成气化学。由CH4通过催化反应干脆生成新的化合物，叫做甲烷化学。由CH3OH通过催化反应干脆生成新的化合物，叫做甲醇化学。授课提示：对应学生用书第26页要点一石油化工1．石油的分馏产品及其主要用途2．石油的各种炼制方法的比较炼制和加工方法分馏裂化裂解常压分馏减压分馏热裂化催化裂化原理用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物在肯定条件下，将相对分子质量大、沸点高的烃断裂成小分子的过程在高于裂化的温度下，将长链分子断裂成短链的气态和少量液态烃的过程原料脱水、脱盐的原油重油重油石油分馏产品中的烃条件常压加热减压加热加热催化剂、加热高温目的将原油分别成轻质油将重油充分分离，并防炭化结焦提高轻质汽油的产量和质量获得短链气态不饱和烃主要产品溶剂油(C5—C8)，汽油(C5—C11)，煤油、柴油、重油润滑油、凡士林等汽油等轻油乙烯、丙烯、丁二烯等[例1]下列关于石油及石油炼制的叙述中错误的是()A．石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物B．石油分馏所得的馏分是纯净物C．为了防止重油进一步分馏时炭化结焦，常采纳减压分馏D．石油裂化的原料是重油、石蜡等[解析]石油分馏所得到的是由沸点相近的多种烃组成的混合物而非纯净物；减压分馏防止了重油的炭化结焦；重油、石蜡等含碳原子数较多的高沸点的烃，通过裂化可以得到沸点低的烃。[答案]B1．下图是石蜡(碳原子数约为18～30的烃类混合物)进行催化裂化和检验裂化产物的装置，依据图示回答：(1)试管①中盛的是__________________。(2)试管①至②上部导管的作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)试管③中盛的是__________________，现象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)试以C16H34的催化裂化写出可能的化学反应方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(写出两个即可)解析：石蜡催化裂化的产物中有烯烃，烯烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色或使溴水褪色。答案：(1)石蜡和氧化铝(或答石蜡和催化剂)(2)导气和冷凝(3)酸性高锰酸钾溶液(或溴水)溶液颜色渐渐褪去(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等要点二煤的综合利用1．煤的干馏原理煤的干馏试验，当看到电炉丝发出红光，此时的温度接近1000℃。现象：片刻后烟煤分解，出现棕黄色浓烟并在具支试管内冷凝成粗氨水和煤焦油；点燃从具支试管排出的煤气，火焰长度可达10cm左右；用玻璃棒蘸取粗氨水，滴在红色石蕊试纸上，试纸马上变蓝。2．煤干馏的主要产品和用途干馏产品主要成分主要用途炉煤气焦炉气氢气、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、萘染料、医药、农药、合成材料沥青筑路材料、制碳素电极焦炭碳冶金、合成氨造气、电石、燃料3.煤的气化与液化煤的气化煤的液化产品低热值气中热值气高热值气干脆液化产品间接液化产品原理煤在空气中燃烧2CxHy＋xO2eq\o(→,\s\up7(高温))2xCO＋yH2煤在氧气中燃烧2CxHy＋xO2eq\o(→,\s\up7(高温))2xCO＋yH2将中热值气进行催化合成3H2＋COeq\o(→,\s\up7(催化剂))CH4＋H2O煤＋H2eq\o(→,\s\up7(高温),\s\do5(高压))液体燃料煤eq\o(→,\s\up7(气化))CO和H2eq\o(→,\s\up7(催化合成))液体燃料主要成分CO、H2、N2CO、H2、CH4CH4芳香烃等甲醇(CH3OH)等目的获得高效清洁燃料4.煤化工和自然气化工——一碳化学一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物(如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。(1)煤气化的主要反应2C＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2COC＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2CO＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO2＋H2(2)高温条件，自然气重整：CH4＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋3H2，由CO加氢合成一系列化合物的化学称合成气化学，由甲烷干脆合成的称甲烷化学；由甲醇为原料合成一系列下游产品的为甲醇化学。[例2]下列说法正确的是()A．把煤加强热使之分解的过程叫干馏B．煤的干馏属于化学改变C．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，主要存在于煤干馏所得的焦炉气中D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分别出来[解析]煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，选项A中没有强调“隔绝空气”这个重要条件，因此是错误的；煤干馏时发生了分解反应，是化学改变，故选项B正确；煤高温干馏的产物主要是焦炭，同时得到焦炉气、煤焦油、粗氨水等。焦炉气的主要成分是H2和CO等气体，芳香烃主要存在于煤焦油中，故选项C不正确；煤经过干馏发生困难的物理、化学改变后得到煤焦油等物质，煤焦油是含有多种芳香族化合物的困难混合物，煤焦油在170℃以下蒸馏出来的馏出物中主要含有苯、甲苯、二甲苯和其他苯的同系物等，所以不能说煤中含有苯和甲苯，故选项D不正确。[答案]B2．下列说法中正确的是()A．煤油是石油加工所得的主要产品之一，对煤的加工不能得到煤油B．利用“氢化法”可将煤加工成燃油，其过程中发生了化学改变C．利用“气化—液化法”可将煤加工成燃油，其过程中只发生物理改变D．用煤生成的燃油的化学式可表示为(CH2)n，它是一种高分子化合物解析：将煤进行低温(约500～600℃)干馏所得到的煤焦油再进行分馏，分馏产品中有煤油。利用“气化——液化法”可将煤加工成燃油，其过程可也许表示为：首先把煤转化为氢气、一氧化碳等气体，然后在催化剂的作用下，其中的一氧化碳和氢气转化为燃油。在该过程中发生了很多化学反应。(CH2)n是燃油的组成成分，属于烃，通常呈液态，液态烃是小分子化合物而不是高分子化合物。答案：B授课提示：对应学生用书第28页1．对石油工业叙述错误的是()A．石油含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的常压分馏得到汽油B．催化裂化是为了获得更多的轻质油，特殊是提高汽油的产量。既能提高石油产量又能提高汽油质量C．石油裂解的目的是提高汽油的产量D．石油减压分馏的生产目的是在不使重油结焦的状况下，将重油中的成分分别解析：石油裂解的目的是获得主要含有乙烯、丙烯等气态石油化工原料的裂解气。答案：C2．下列说法中不正确的是()A．煤的干馏是化学改变，石油分馏为物理改变B．煤燃烧时，会产生大量的SO2、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等污染物C．煤是以碳单质为主的困难混合物D．以煤为主要原料，不仅可以合成甲醇，还可以加工成高级汽油解析：煤是由困难的无机物和有机物组成，除主要含有C元素外，还含有H、O、S、N等元素，但不含碳单质，因此C是错误的。答案：C3．煤的干馏和石油的分馏，两种改变在本质上的差别是()A．加热的温度不同B．得到的产品不同C．前者要隔绝空气，后者不必D．干馏是化学改变，分馏是物理改变解析：分馏：用加热蒸馏、冷凝的方法把液体混合物分成不同沸点范围的产物，里面无新物质生成，属于物理过程。煤的干馏是指把煤隔绝空气加强热，使煤分解的过程，是化学改变。答案：D4．下列关于煤、石油、自然气等资源的说法正确的是()A．石油裂解得到的汽油是纯净物B．石油产品都可用于聚合反应C．自然气是一种清洁的化石燃料D．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料解析：石油裂解的目的是为了得到一些不