2024-2025学年高中化学第四章化学与自然资源的开发利用第二节1煤石油和天然气的综合利用学案新人教版必修2

PAGE13-其次节资源综合利用环境爱护[激趣导读]你知道什么是光化学烟雾吗？光化学烟雾是在强日照和低温度逆温气象条件下，大气中的烃类与NOx在阳光辐射下发生光化学反应，产生的二次污染物与一次污染物混合形成的光化学烟雾。其危害：①光化学烟雾为白色、紫色或黄褐色，使能见度降低；②由于它有特殊的刺激性，可使人眼睛红肿流泪，刺激黏膜与呼吸道，并诱发其他疾病；③具有强氧化性，可使金属腐蚀、橡胶开裂、植物叶片发黄。如何治理光化学烟雾呢？就让我们一起从本节中找寻答案吧！[目标]1.驾驭煤、石油、自然气的综合利用，特殊是石油的利用。2．以聚乙烯为例，驾驭聚合反应、高分子化合物并了解高分子材料在生活等领域中的应用及可能带来的环境问题。3．通过环境爱护和绿色化学的有关学问，加强环保意识并培育绿色化学的理念。第1课时煤、石油和自然气的综合利用一、从煤、石油和自然气中获得基本化工原料1．煤的组成及其综合利用(1)煤的组成煤是有机物和少量无机物组成的困难混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。(2)煤的综合利用煤可以当作燃料运用。将煤作为燃料，主要是利用碳元素与氧气反应放出的热量。但是，将煤干脆燃烧不但利用率很低，而且还会造成严峻的环境污染。将煤进行加工后综合利用是合理用煤的主要发展方向。当前，比较先进的综合用煤方法主要包括煤的干馏、煤的气化和煤的液化。①煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使煤分解的过程，叫煤的干馏。也称煤的焦化。它是一个化学变更过程。②煤的气化：把煤中的C转化为可燃性气体的过程。其主要反应是：C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高温))CO(g)＋H2(g)。③煤的液化：把煤转化为液体燃料的过程。得到的物质不是原来就有的，故该过程也是一个化学变更过程。气化和液化的作用：把煤变成清洁能源，提高煤的燃烧效率。2．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组成的混合物。石油的组成成分中，在常温常压下有的呈气态，有的呈液态，还有的呈固态，即石油各组成之间沸点差距大。(2)石油的综合利用石油干脆应用的效益特别低，一般不能干脆运用，而是要加工成石油产品运用。石油加工的主要方法有石油的分馏、石油的裂化、石油的裂解、石油的催化重整等。①石油的分馏利用原油中各组分沸点的不同，将困难的混合物分别成较简洁和更有用的混合物的过程叫做石油的分馏。②石油的分馏产品③石油的裂化和裂解3．自然气的综合利用(1)组成：自然气的主要成分是CH4。(2)应用：作为化工原料，主要应用于合成氨和生产甲醇等。二、以煤、石油和自然气为原料生产合成材料1．三大合成材料：塑料、合成橡胶和合成纤维。2．加聚反应：由相对分子质量小的化合物通过加成反应相互结合成相对分子质量很大的高分子化合物的反应。乙烯的加聚反应方程式为nCH2＝CH2→CH2－CH2。3．高分子化合物中的几个化学用语(以合成聚乙烯为例)(1)单体：聚合成高分子化合物的小分子化合物，如eq\a\vs4\al(CH2＝CH2)。(2)链节：高分子化合物中的最小重复单元，如eq\a\vs4\al(－CH2－CH2－)。(3)聚合度：高分子化合物中的链节数，如聚乙烯中的n。探究点一煤的综合利用1.从煤焦油中分别出芳香烃，应采纳什么方法？提示：煤焦油是由各种芳香烃组成的液态混合物。可依据各种芳香烃的沸点不同，利用分馏法进行分别。2．煤的气化、液化同水的汽化、液化一样都属于物理变更，正确吗？提示：不正确，煤的气化、液化均是化学变更。3．干馏和蒸馏的区分是什么？提示：①条件不同：干馏是在强热条件下，蒸馏是在加热条件下，温度凹凸不同。②环境限制不同：干馏须要隔绝空气，蒸馏不须要隔绝空气。③物质变更类型不同：干馏过程发生的主要是化学变更，蒸馏过程发生的是物理变更。④目的不同：干馏是为了制取新物质，蒸馏是为了分别混合物。[例1]对图示中的变更叙述错误的是()A．图示试验中发生了化学变更B．液体X溶液的pH>7，液体Y是一种黑色黏稠状液体C．气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴水褪色D．试管A中产生浓的白烟[思路分析]解此题的关键是了解煤的干馏过程及其产物的性质特点。[解析]煤的干馏是煤在隔绝空气下加强热的过程，它发生了困难的物理、化学变更；煤的干馏产物有H2O和NH3生成，NH3易溶于水而呈碱性，pH>7，同时干馏还生成了煤焦油，它的化学成分主要为芳香族化合物，是难溶于水的黏稠液体；干馏气体产物中的H2、CO具有还原性，可以还原CuO，气体产物中的C2H4可使溴水褪色。试管A中产生黄色的烟。[答案]D有关煤的叙述不正确的是(C)A．煤的综合利用主要是煤的干馏、气化和液化B．煤的干馏过程属于化学变更C．煤是由多种有机物组成的混合物D．煤除了主要含碳元素外，还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素解析：煤是由多种有机物、无机物组成的困难混合物。探究点二石油的综合利用1.蒸馏和分馏的相同点和不同点是什么？提示：(1)蒸馏和分馏的相同点都是分别液态混合物，发生的都是物理变更，没有生成新物质。(2)蒸馏和分馏的不同点①蒸馏只进行一次汽化和冷凝，分别出的物质一般较纯，如用自然水制取蒸馏水以及在工业酒精中加生石灰蒸馏制得无水乙醇等。②分馏要连续进行多次汽化和冷凝，分别出的物质依旧是混合物，只不过沸点范围不同，如对石油进行常压、减压分馏后可以得到沸点范围不同的多种馏分。③蒸馏与分馏没有本质区分，分馏是蒸馏原理的多次运用。2．怎样区分裂化和裂解？提示：裂化裂解温度条件一般不超过500℃700～1000℃目的提高优质、轻质液体燃料的产量，特殊是汽油的产量获得大量的乙烯、丙烯等不饱和气态烃3．怎样区分直馏汽油和裂化汽油？提示：[例2]下列有关石油加工的叙述中，正确的是()A．石油分馏所得的馏分都是纯净物B．石油裂化的原料是石油分馏产品，包括石油气C．石油裂化的主要目的是获得更多汽油等轻质油D．石油裂解的原料是石油分馏产品，包括石油气[思路分析]依据石油的分馏、裂化等概念的要点进行分析。分馏是物理变更，裂化是化学变更。裂化和裂解的原理相同，但是目的不同。[解析]石油分馏得到的汽油、煤油、柴油、石油气等每一种均为混合物；石油裂化和裂解的原料都是重油，都是使长链烃变为短链烃，而石油气是C1～C4的烃，即短链烃。[答案]C下列变更属于化学变更，且产物中兼有气体、液体、固体的是(C)A．石油的分馏 B．石油的裂解C．煤的干馏 D．煤的气化解析：煤的干馏属于化学变更，且产物有焦炭(固体)、煤焦油(液体)、焦炉气(气体)等。探究点三聚合反应及加聚产物单体的推断1．聚合反应(1)加聚反应①定义：由不饱和的小分子化合物通过加成反应生成高分子化合物的反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。②反应实例(聚乙烯的生成)nCH2=CH2eq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(加热、加压))CH2—CH2(聚乙烯)③反应特点：双键变单键，两头留半键，两碳作链节，其他放旁边，组成不变更。④加聚反应相关概念辨析ⓐ三个相关概念：ⓑ链节与单体的组成元素相同，但结构不同；单体是一种物质，而链节不是物质，不能单独存在。(2)缩聚反应①定义：单体之间通过缩合反应生成高分子化合物，同时还生成小分子物质的反应叫做缩聚反应。②反应案例(聚酯纤维的合成)2．加聚产物单体的推断已知加聚产物的结构简式，可用下面介绍的“单双键互换法”巧断合成它的单体，其步骤是：(1)首先去掉结构简式两端的“”和n。(2)再将高分子链节中主链上的碳碳单键改为碳碳双键，碳碳双键改为碳碳单键。(3)再从左到右检查高分子链节中各碳原子的价键，将碳原子价键超过四价的碳原子找出来，用“△”号标记。(4)去掉不符合四价的碳原子间的价键(一般为双键)，即得合成该加聚产物的单体。例如：推断的单体，按“单双键互换法”推断如下：依据加聚反应的原理，你能写出CH2=CH2和CH3CH=CH2发生加聚反应的方程式吗？提示：nCH2=CH2＋nCH2=CHCH3eq\o(→,\s\up15(肯定条件))[例3]下列对有机高分子化合物的相识不正确的是()A．有机高分子化合物称为聚合物或高聚物，是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应制得的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．聚乙烯(CH2—CH2)是由乙烯加聚生成的纯净物D．高分子材料可分为自然高分子材料和合成高分子材料两大类[思路分析]本题是对有机高分子化合物相关概念的考查，要留意高分子化合物的单体、链节、聚合度等概念。[解析]有机高分子化合物分为自然高分子化合物和合成高分子化合物两大类，合成高分子化合物主要由加聚、缩聚两类反应制备，加聚反应和缩聚反应是聚合反应的两个类型。对于高分子化合物，它们的结构均是由若干个链节组成的，相对分子质量很大，但由于聚合度不等，因此高分子化合物都是混合物。[答案]C某高分子化合物的单体是(D)1．下列关于石油的说法中，正确的是(D)A．石油是混合物，汽油是纯净物B．沸点：汽油>煤油>柴油>润滑油C．直馏汽油和裂化汽油成分完全相同D．石油的分馏是物理过程，而裂化和裂解属于化学过程解析：石油、汽油都是混合物，故A错误。石油分馏时，首先分馏出的是汽油，其次是煤油，再次是柴油、润滑油，故沸点：汽油<煤油<柴油<润滑油，故B错误。直馏汽油中不含烯烃，而裂化汽油中含有烯烃，两者组成上不完全相同，故C错误。石油的分馏只是物质状态的变更，而裂化和裂解都有新物质生成，故D正确。2．下列关于煤、石油、自然气等资源的说法正确的是(C)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：A选项石油不管是分馏还是裂化、裂解得到的产品均是混合物；B选项石油产品有饱和烃也有不饱和烃，其中不饱和烃可用于聚合反应；D选项水煤气是在高温条件下煤和水蒸气反应得到的一氧化碳和氢气的混合气体，不是煤液化的产品。3．可用来鉴别裂化汽油和直馏汽油的试剂是(B)A．乙醇 B．溴的四氯化碳溶液C．NaOH溶液 D．盐酸解析：裂化汽油和直馏汽油的主要区分在于裂化汽油含有不饱和烃，可用溴的四氯化碳溶液进行鉴别。4．下列关于煤的干馏的叙述中，不正确的是(D)A．煤在隔绝空气时加强热而分解的过程叫做煤的干馏B．煤干馏的目的是得到冶金用的优质焦炭C．煤的干馏和石油的分馏的本质差别是：干馏是化学变更而分馏是物理变更D．工业上芳香烃原料可由煤干馏得到，其存在于干馏所得的焦炉气中解析：本题考查了煤的组成及煤的干馏，解题的关键是明确煤是一种由多种有机物和无机物组成的困难的混合物，通过干馏(化学变更)可得各种产品。A项干馏要在隔绝空气的条件下进行；B项煤干馏的产物主要是焦炭，同时得到焦炉气、煤焦油等物质；C项煤干馏时发生了分解反应，所以是化学变更，分馏仅仅是利用沸点不同而分开混合物中的各组分，所以是物理变更；D项芳香烃主要存在于煤焦油中。5．下列说法正确的是(C)A．乙烯通过缩聚反应形成聚乙烯B．石油产品都可用于聚合反应C．淀粉、纤维素都属于高分子化合物D．聚丙烯的结构简式为CH2—CH2—CH2解析：乙烯通过加聚反应生成聚乙烯，A错；石油产品中不含不饱和键的物质(如烷烃)不能用于聚合反应，B错；淀粉、纤维素都属于自然高分子化合物，C正确；聚丙烯的结构简式应当为，D错。6．下列对乙烯和聚乙烯的描述中，不正确的是(D)A．乙烯是纯净物，常温下为气态，聚乙烯为固态，是混合物B．乙烯的性质比聚乙烯活泼C．取等质量的乙烯和聚乙烯完全燃烧后，生成的CO2和H2O的质量分别相等D．取等物质的量的乙烯和聚乙烯完全燃烧后，生成的CO2和H2O的物质的量分别相等解析：乙烯聚合成聚乙烯时分子中的双键被破坏，性质变得稳定，由于相对分子质量变大，所以从气态变为固态；有机高分子化合物都是混合物。由于乙烯和聚乙烯的C、H的质量分数相等，但相对分子质量不相等，所以等质量的两者完全燃烧时生成CO2、H2O的量分别相等，等物质的量完全燃烧时生成CO2、H2O的量不相等，故D项不正确。7．由石油裂化和裂解得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路途如下：依据以上材料和你所学的化学学问回答下列问题。(1)由CH2=CH2制得有机物A的化学方程式是CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))CH3—CH2—OH，反应类型是加成反应。(2)由A与B合成丙烯酸乙酯的化学方程式是CH2=CHCOOH＋CH3CH2OHeq\o(→,\s\up15(浓硫酸),\s\do15(△))CH2=CHCOOCH2CH3＋H2O，反应类型是取代反应(或酯化反应)。(3)由石油裂解产物乙烯合成聚乙烯塑料的化学方程式是eq\a\vs4\al(nCH2=CH2\o(→,\s\up15(肯定条件))CH2—CH2)。解析：类比制取乙酸乙酯的反应可知有机物A为CH3CH2