813煤石油和天然气的综合利用（学案）-2021-2022学年高一化学学习高效学讲练（人教版2019）

20212022学年高一化学同步学习高效学与练（精品学案）第八章化学与可持续发展第一节自然资源的开发利用第3课时煤、石油和天然气的综合利用课程学习目标1．结合石油化工了解化学在生产中的具体应用，认识化学工业在国民经济发展中的重要地位。2．以煤、石油、天然气的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。3．认识化学对于构建清洁低碳、安全高效的能源体系所能发挥的作用，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。学科核心素养宏观辨识与微观探析：1．能从物质的微观角度说明煤、石油、天然气的组成及综合应用。2．能用不同的化学符号描述煤的气化、石油裂化的过程。科学态度与社会责任：1．具有将化学成果应用于生产、生活的意识。2．能运用所学化学知识分析煤、石油、天然气综合利用对社会可持续发展可能带来的双重影响，并对这些影响从多个方面进行评估。3．主动关心资源开发利用，形成合理利用自然资源的观念。【新知学习】煤、石油、天然气是目前人类使用的主要能源(化石燃料)。一．煤的组成及其综合利用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：煤的综合利用的主要途径是煤的干馏、煤的气化和液化，目的是获得洁净的燃料和多种化工原料。高温（1）煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，也叫煤的焦化。高温（2）煤的气化是指将其转化为可燃性气体的过程，主要的反应是：C+H2O（g）===CO+H2（3）煤的液化是指通过直接液化或间接液化转化为液体燃料的过程。 二．天然气的组成及其综合利用天然气是一种清洁的化石燃料。三．石油的组成及其综合利用1．石油的组成：石油主要是由多种碳氢化合物化合物组成的混合物。2．石油的综合利用（1）分馏：利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程。（2）石油经分馏后可以获得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油；还有很多含碳原子多的重油需要通过催化裂化过程将重油裂化为汽油等，再进一步裂解，可以获得很多重要的化工原料，如乙烯、甲烷等短链烃。（3）催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，可以使链状烃转化为环状烃，如苯和甲苯等。四．以煤、石油和天然气为原料生产合成材料1.三大合成高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维，这三大合成高分子材料主要是以煤、石油、天然气为原料生产的。高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等；也有人工合成的，如聚乙烯等。2.合成高分子化合物的常见反应类型（1）加聚反应：由许多小分子经过加成反应合成高分子化合物的反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。如nCH2＝CHCH3eq\o(→,\s\up7(一定条件))在聚乙烯中，CH2＝CH2称为乙烯；—CH2—CH2—称为链节；n称为聚合度，表示高分子化合物中所含链节的数目。(2)缩聚反应：由许多小分子经过缩合反应合成高分子化合物的同时生成许多小分子的反应称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。例如获得聚对苯二甲酸乙二酯：【知识进阶】煤、石油、天然气的综合利用,【问题探究】1．如何从石油中得到乙烯？乙烯是石油裂解得到的，是石油深度裂化的产物。2．裂化和裂解有何区别和联系？二者均属于化学变化。裂化和裂解的目的不同，裂解的目的主要是获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。裂化的目的是提高优质、轻质油的产量，特别是提高汽油的产量。【知识归纳总结】1．化学“三馏”的比较名称原理特点干馏隔绝空气、高温下使物质分解的过程属于化学变化，产物为混合物蒸馏根据液态混合物中各组分沸点不同，加热使某一组分蒸发进行分离属于物理变化，产物为单一组分的馏出物分馏根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离属于物理变化，产物为沸点相近的各组分组成的混合物2．化学中“两裂”的比较名称定义目的裂化在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量裂解在高温下，使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃获得短链不饱和烃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、C4H10H2、CH4、C2H4、COC2H4、C3H6、C4H8、CH4【典例】如图是实验室干馏煤的装置图，根据图示回答下列问题。(1)指出图中仪器名称：b；d。(2)装置c的作用是，d中的液体有和_。煤焦油可以通过的方法使其中的重要成分分离出来。(3)e处点燃的气体是，火焰的颜色是色。(4)b中剩余固体是。(5)点燃e处之前，必须进行。(6)下列叙述错误的是。A．煤发生了化学变化B．d中液体的pH>7C．d中液体只有一层D．e处的气体可以还原氧化铜，可以使溴水褪色【答案】硬质玻璃管U形管将干馏生成的气体进行降温和冷凝粗氨水煤焦油分馏焦炉气蓝焦炭检验气体的纯度C【解析】煤的干馏生成焦炭、煤焦油和出炉煤气，出炉煤气包括焦炉气、粗氨水等，经c装置的降温和冷凝，粗氨水和煤焦油变为液体在d中聚集，则液体显碱性；焦炉气中氢气、一氧化碳、甲烷都具有还原性，可用于还原氧化铜，这些气体燃烧产生蓝色火焰；焦炉气中含有乙烯可以使溴水褪色；煤焦油是有机物的液态混合物，应采用分馏的方法分离；煤干馏后剩余固体是焦炭，在e处点燃气体之前应检验气体的纯度，防止爆炸。（变式训练）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C20以上的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．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来【答案】D【解析】石油可以通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料，但产量不高。通常采用裂化的方法，提高汽油的产量。煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素，并不含苯和甲苯。煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。煤焦油是含有多种芳香族化合物的混合物，可以生产芳香族化合物苯和甲苯。【效果检测】1．下列不属于化石燃料的是A．煤 B．石油 C．天然气 D．生物质能【答案】D【详解】三大化石燃料是：煤、石油、天然气。生物质能不属于化石燃料，故选D。2．人们在日常生活中大量使用各种高分子材料，下列说法正确的是A．天然橡胶易溶于水 B．羊毛是合成高分子化合物C．聚乙烯塑料是天然高分子材料 D．聚氯乙烯塑料会造成白色污染【答案】D【详解】A．天然橡胶难溶于水，A项错误；B．羊毛主要成分是蛋白质，属于天然高分子化合物，B项错误；C．聚乙烯塑料是合成高分子材料，C项错误；D．聚氯乙烯塑料难降解，会造成“白色污染”，D项正确；答案选D。3．下列属于未来新能源的是①天然气②煤③核能④石油⑤太阳能⑥生物质能⑦风能⑧氢能A．①②③④ B．②⑥⑦⑧ C．③⑤⑥⑦⑧ D．③④⑤⑥⑦⑧【答案】C【详解】煤、石油、天然气是传统的化石能源，不是新能源，常见新能源有：太阳能、核能、地热能、潮汐能、风能、氢能、生物质能等，答案选C。4．石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，成分复杂，需要先在炼油厂进行精炼。利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程叫做分馏。石油经分馏后可以获得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油，但其产量难以满足社会需求，而含碳原子多的重油却供大于求。因此，需要通过催化裂化过程将重油裂化为汽油等物质，再进一步裂解，可以获得很多重要的化工原料。例如：C16H24(十六烷)C8H18(辛烷)+C8H16(辛烯)、C8H18(辛烷)C4H10(丁烷)+C4H8(丁烯)，通过石油裂化和裂解可以得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。根据石油催化裂化、催化裂解的规律分析，1分子丁烷(C4H10)催化裂解产生1分子乙烯的同时，还可能得到1分子下列物质中的A．CH4 B．C2H6 C．C3H6 D．C3H8【答案】B【详解】由题中信息及质量守恒定律知：C4H10(辛烷)C2H6(乙烷)+C2H4(乙烯)，则另一个产物为C2H6；答案选B。5．煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是A．可再生能源，取之不尽、用之不竭B．不可再生能源，用一点少一点C．均来自太阳辐射的能量D．均为污染环境的能源【答案】C【详解】A．煤、石油、天然气属于不可再生能源，生物质能属于可再生能源，故A不符合题意；B．煤、石油、天然气属于不可再生能源，用一点，少一点，但生物质能属于可再生能源，故B不符合题意；C．煤、石油、天然气和生物质能蕴含的能量均来自太阳辐射的能量，故C符合题意；D．煤、石油为污染环境的能源，天然气和生物质能属于清洁能源，故D不符合题意；本题答案C。6．常用诗句“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”形容教师职业，其中“丝”和“泪”分别是A．纤维素、脂肪 B．蛋白质、固态烃 C．淀粉、油脂 D．蛋白质、纤维素【答案】B【详解】“丝”和“泪”分别指蚕丝和石蜡，蚕丝主要成分是蛋白质，石蜡主要成分是固态烃，B满足题意；答案选B。7．我国近年来已成功研发出多种可降解塑料，其中一种以淀粉为主，聚乙烯为辅制造的，下列说法正确的是A．聚乙烯可使溴水褪色 B．淀粉可降解C．淀粉属于合成高分子 D．聚乙烯的结构简式为—CH2—CH2—【答案】B【详解】A．聚乙烯中不含碳碳双键，不可使溴水褪色，故A错误；B．淀粉可以被微生物分解成二氧化碳和水，所以是速降解材料，故B正确；C．淀粉的相对分子质量过万，属于天然有机高分子，故C错误；D．—CH2—CH2—是聚乙烯的链节，聚乙烯的结构简式为[CH2—CH2]n，故D错误；故选B。8．下列说法正确的是A．石油分馏塔从上到下的分馏产品依次是汽油、石油气、煤油、润滑油、柴油、重油B．石油的各种分馏产品具有固定的沸点C．石油裂化的目的是提高汽油等轻质油的产量和质量D．石油裂解的主要目的是得到甲烷、丙烷等气态烷烃【答案】C【详解】A．石油分馏塔从上到下的分馏产品依次是石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油、重油，A错误；B．石油的各种分馏产品仍然是混合物，因此不具有固定的沸点，B错误；C．裂化的目的是将C18以上的烷烃裂化为C5C11的烷烃和烯烃，得到裂化汽油，因而可以提高汽油的产量和质量，C正确；D．石油裂解是以裂化得到的汽油为原料，进行深度裂化，得到乙烯等化工基础原料，D错误；故合理选项是C。9．有关下列说法正确的是①糖类、油脂、蛋白质都是高分子化合物，适当条件下均可发生水解②油脂、乙酸乙酯都是酯类，但不是同系物③石油的分馏，煤的气化、液化、干馏等过程均为化学变化④塑料、橡胶和纤维都是天然高分子材料A．①③④ B．①②③④ C．② D．②③【答案】C【详解】①油脂相对分子质量小于一万，不是高分子化合物，单糖不可以水解，故①错误；②油脂、乙酸乙酯都是酯类，但酯基的数目不同，不是同系物，故②正确；③石油的分馏是物理变化，煤的气化、液化、干馏等过程为化学变化，故③错误；④塑料是合成高分子材料，不是天然高分子材料；橡胶和纤维既有天然的，也有人工合成的，故④错误；②正确，故选C。10．下列变化属于物理变化的是A．纤维素水解 B．重油裂化 C．煤的干馏 D．石油分馏【答案】D【详解】A．纤维素水解反应，反应时氧桥断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至氧桥全部断裂，变成葡萄糖，生成了新的物质，属于化学变化，故A错误；B．重油裂化是将重油这种复杂的大分子有机化合物的化合键打开，生成小分子有机化合物、氢气及焦炭，小分子的有机化合物，生成了新的物质，属于化学变化，故B错误；C．煤的干馏是隔绝空气加强热生成煤焦油、粗氨水等，发生化学变化，生成了新的物质，属于化学变化，故C错误；D．石油分馏是控制一定温度范围得到不同温度范围内的馏分，该过程中无新物质生成，属于物理变化，故D正确；故选：D。11．化学与生产和生活密切相关，下列说法正确的是A．味精俗名谷氨酸钠，是一种常见的增味剂，最早发现于海带中。B．煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料C．聚氯乙烯塑料袋可用于包装食品D．葵花籽油、人造奶油、牛油均属于高级脂肪酸高级酯【答案】A【详解】A．味精俗名谷氨酸钠，是一种常见的增味剂，最早发现于海带中，故A正确；B．煤的气化和液化过程中有新物质生成，属于化学变化，故B错误；C．聚氯乙烯塑料在较高温度分解产生氯化氢，对人体有害，不可用于包装食品，故C错误；D．葵花籽油、人造奶油、牛油均属于高级脂肪酸甘油酯，故D错误；故选A。12．下列关于能源的说法正确的是A．当今人类利用的主要能源煤、石油是可再生能源B．水能、风能是可再生能源C．电能是一次能源D．天然气是一种清洁能源，所以我们可无尽地开发利用【答案】B【详解】A．煤、石油是不可再生能源，故A错误；B．水能、风能是可再生能源，故B正确；C．电能是二次能源，故C错误；D．天然气是不可再生能源，所以我们不能无尽地开发利用，故D错误；故答案为B。13．下列对合成材料的认识正确的是A．高分子链之间靠分子间作用力结合，分子间作用力弱，因此高分子材料的强度较小B．乙烯合成聚乙烯的化学方程式是：nCH2=CH2C．聚乙烯是由乙烯加聚生成的纯净物D．高分子材料只能靠人工合成【答案】B【详解】A．虽然高分子链之间靠分子间作用力结合，分子间作用力弱，但高分子长链是由共价键结合的，结合较牢固，所以高分子材料的强度一般都较大，A项错误；B．乙烯合成聚乙烯的化学方程式是：nCH2=CH2，B项正确；C．聚乙烯可由乙烯加聚生成，聚乙烯中聚合度n不确定，则属于混合物，C项错误；D．高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类，故高分子材料不都是人工合成的，D项错误；答案选B。14．下列说法正确的是A．裂化汽油不能使酸性KMnO4溶液褪色B．石油的分馏、裂化、裂解都属于化学变化C．蒸馏石油实验中温度计的水银球应伸入液面下D．裂解石油是工业生产乙烯的主要方法【答案】D【详解】A．裂化汽油中含有不饱和烃，能使酸性KMnO4溶液褪色，故A错误；B．利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程叫分馏，属于物理变化；通过石油的裂化、裂解可以得到小分子化合物，所以石油的裂化、裂解是化学变化，故B错误；C．蒸馏石油实验中温度计的水银球应置于蒸馏烧瓶的支管口处，测量出去的蒸气的温度，故C错误；D．裂解石油使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，是工业生产乙烯的主要方法，故D正确；故选D。15．下列说法不正确的是A．石油的减压分馏可以得到重柴油、润滑油、石蜡、燃料油等馏分B．等体积的甲烷与氯气混合，在光照下反应只生成一氯甲烷和氯化氢C．天然气是清洁的化石能源，也可作为化工原料用于合成甲醇D．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气【答案】B【详解】A．重柴油、润滑油、石蜡和燃料油均属于重油，物质的沸点较高，蒸馏时应注意防止炭化结焦现象，为降低沸点，可用减压蒸馏，A正确；B．取代反应是逐步进行的，等体积的甲烷与氯气混合，在光照条件下发生反应，能生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、三氯甲烷和氯化氢，而不是只产生一氯甲烷一种取代产物，B错误；C．天然气广泛用于民用及商业燃气灶具、热水器。天然气也可用作化工原料，以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20个品种，C正确；D．煤干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程。通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气等多种物质，D正确；故合理选项是B。16．下列说法正确的是A．石油裂化的目的是为了提高轻质油的产量和质量B．煤的液化、气化和石油的分馏都属于物理变化C．为了有效利用化学能，可以将植物的秸杆直接燃烧获得沼气D．氢气被称为“绿色能源”，利用化石燃料燃烧放出的热量使水分解产生氢气，是氢能开发的研究方向【答案】A【详解】A．石油裂化的目的为了提高轻质液体燃料（汽油，煤油，柴油等）的产量，特别是提高汽油的产量，故A正确；

B．煤的气化是煤与碳反应生成一氧化碳和氢气，煤的液化是指煤与氢气作用形成甲醇等液体燃料，二者属于化学变化，故B错误；

C．植物秸秆、枝叶、杂草含有生物质能，将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气发酵池中，在厌氧条件下进行，可发酵制取甲烷，从而有效利用生物质能，故C错误；

D．利用化石燃料燃烧放出的热量，消耗不再生能源，且燃烧排放污染物，应研究高效催化剂使水分解制备氢气，是氢能开发的研究方向，故D错误；

故选：A。17．下列说法正确的是A．煤的气化、液化和干馏都是物理变化B．加热能杀死病毒，是因为蛋白质受热发生变性C．石油裂解可以得到更多的汽油，这种汽油是一种纯净物D．动物脂肪和稀硫酸混合加热，可得到肥皂的主要成分和甘油【答案】B【详解】A．煤的气化、液化和干馏过程中都产生了新的物质，因此发生的变化属于化学变化，A错误；B．加热能杀死病毒，是因为病毒主要是由蛋白质构成，蛋白质受热时会失去其生理活性而发生变性，B正确；C．石油裂解可以得到更多的汽油，这种汽油中含有多种烷烃和烯烃，因此是一种混合物，C错误；D．动物脂肪在碱性条件下加热会发生水解反应产生高级脂肪酸盐和甘油，高级脂肪酸盐是肥皂的主要成分，故油脂在碱性条件下的水解反应为皂化反应。而在酸性条件下水解产生的是高级脂肪酸和甘油，D错误；故合理选项是B。18．石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，石油精炼可以获得多种化工原料。请根据上图回答下列问题：（1）由原油获得汽油，分离的方法是__________________________。（2）丙烯在一定条件下生成聚丙烯，这种高分子化合物的链节为____________________________。（3）石油裂化是为了得到更多的汽油，裂化汽油可以使溴的四氯化碳溶液褪色，其原因是_______。【答案】分馏裂化汽油中含有烯烃等不饱和烃，能与发生加成反应，从而使溴的四氯化碳溶液褪色【详解】（1）汽油、煤油、柴油的沸点不同，工业常用分馏的方法分离，故答案为：蒸馏或分馏；（2）丙烯在一定条件下生成聚丙烯，聚丙烯的链节是：，故答案为：；（3）裂化汽油中含有烯烃，烯烃中含有碳碳双键，能与Br2发生加成反应，可以使溴的四氯化碳溶液褪色，故答案为：裂化汽油中含有烯烃，能与Br2发生加成反应，可以使溴的四氯化碳溶液褪色；【点睛】本题考查石油的分馏、同分异构体、石油裂解和有机物的性质，注意双键能使高锰酸钾褪色，苯环不能。难点（2）注意聚丙烯的链节的表示方法，中两个基的位置不能写错。19．已知煤的部分结构模型如图所示：(1)我国大约70％的煤是直接用于燃烧的。从煤的结构模型来看，在提供热量的同时产生大量的________等气体物质，造成严重的大气污染。(2)“型煤”技术不仅可以减少87％的废气排放量，烟尘排放量也可减少80％，致癌物3.4苯并芘的排放量也减少，同时节煤20％～30％。“型煤”技术的原理是利用固硫剂在燃烧过程中生成稳定的硫酸盐。下列物质中适宜作固硫剂的有________（填字母）。A．氯化钙B．氧化钙C．硫酸钙D．氢氧化钙(3)某“型煤”生产厂利用石灰石作固硫剂，试用化学方程式表示其“固硫”过程：_____________________________________________________________。(4)除上述的“型煤”技术外，为了