8.1.2　煤、石油和天然气的综合利用 课件(共87张PPT)

(共87张PPT)
第八章　
化学与可持续发展
第一节　
自然资源的开发利用
第2课时　
煤、石油和天然气的综合利用
[明确学习目标]
1．了解煤、石油和天然气的组成及其综合利用。
2．了解以煤、石油和天然气为原料生产合成材料。
3．了解节约能源和防止污染的重要性。
[核心素养对接]
通过煤、石油、天然气的组成及其综合利用，培养学生科学探究与创新意识。
课前篇
·
自主学习固基础
[知识梳理]
1．从煤、石油和天然气中获得基本化工原料
(1) 煤的组成和加工
① 煤的组成
有机物　
无机物
碳　
氢、氧、氮、硫　
② 煤的加工方法及产品
隔绝空气加强热使之分解
焦炉气　
煤焦油　
可燃性气体　
C＋H2O(g) ===== CO＋H2　
高温
(2) 天然气的组成和利用
21世纪的高效清洁能源——可燃冰，其主要成分是甲烷水合物，组成可表示为____________。
CH4　
燃料　
氨　
CH4·nH2O　
(3) 石油的组成和加工
① 石油的加工
沸点　
轻质油　
链状烃　
环状烃　
苯或甲苯
② 裂化(写出C4H10裂化的化学方程式)
___________________________________________________
___________________________________________________
C4H10 ―――――→ CH4＋C3H6　
催化剂
加热、加压
C4H10 ―――――→ C2H6＋C2H4　
催化剂
加热、加压
2．以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
________、____________、____________这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。
塑料　
合成橡胶　
合成纤维
[自我排查]
(1)煤、石油和天然气是不可再生能源，也是新型清洁能源(　　)
(2)把煤加强热使之分解的过程叫煤的干馏(　　)
(3)化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一(　　)
(4)天然气的主要用途就是作燃料(　　)
(5)不能用裂化汽油萃取溴水中的溴(　　)


一、微判断



二、尝试解答
1．煤中含有苯等芳香烃，通过煤的干馏可以得到粗苯，对吗？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：不对，煤中不含有苯等芳香烃，而是在干馏时生成了芳香烃。
2．煤的气化、液化同水的汽化、液化一样，均属于物理变化，对吗？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：不对，煤的气化和液化均有新物质生成，属于化学变化。
三、微训练
1．下列说法中正确的是(　　)
A．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
B．将煤在空气中加强热使之分解的过程，称为煤的干馏，也叫煤的焦化
C．将石油分馏得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料
D．用溴的四氯化碳溶液可鉴别分馏获得的汽油和裂化获得的汽油
D
解析：A项，煤中不含苯和甲苯，煤干馏后从煤焦油或出炉煤气中能分离出来苯和甲苯，错误。B项，煤在隔绝空气加强热的条件下分解的过程称为煤的干馏，而不是在空气中，错误。C项，石油分馏主要得到汽油、煤油等，乙烯、丙烯等可通过石油裂化、裂解获得，错误。D项，分馏获得的汽油主要成分是饱和烃，裂化获得的汽油中含有不饱和烃，二者可用溴的四氯化碳溶液鉴别，正确。
2．下列关于化石燃料的加工说法正确的是(　　)
A．石油裂化主要得到乙烯
B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油
C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯和焦炉气
D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
C
解析：石油裂化主要得到更多的液态轻质油，A错误；石油的分馏是指在加热条件下将石油分成不同沸点范围内的产物的过程，属于物理变化，B错误；煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，其产物有焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯和焦炉气，C正确；由煤制取煤气的过程中，煤中的碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，两者的混合物被称为“水煤气”，这个过程发生的是化学变化，D错误。
课堂篇
·
重点难点要突破
研习 “三馏”和“两裂”及注意事项
[重点讲解]
1．化学“三馏”
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
干馏 蒸馏 分馏
产物 产物为混合物 产物为单一组分的纯净物 产物为沸点相近的各组分组成的混合物
反应类型 化学变化 物理变化 物理变化
续 表
2．化学“两裂”
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．注意事项
(1)煤干馏时一定要隔绝空气，目的是防止煤在空气中燃烧。
(2)由于石油中有些物质的沸点很接近，所以每种石油的馏分仍然是多种烃的混合物。
(3)直馏汽油和裂化汽油的成分不同，性质有明显的区别，直馏汽油的成分为饱和烃，裂化汽油为饱和烃和不饱和烃的混合物，故裂化汽油可以发生加成反应，可使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色。
[探究活动]
[实验]　探究煤的干馏
下图是将煤隔绝空气加强热干馏的实验装置。
其中，硬质玻璃管b中得到的是焦炭，U形管d中得到的是煤焦油、粗氨水等液体，e处点燃的是焦炉气。
[问题探讨]
1．U形管d中得到煤焦油的主要成分是什么？e处焦炉气的主要成分是什么？
提示：煤焦油主要是由苯、甲苯、二甲苯、酚类等组成的混合物；焦炉气的主要成分是H2、CH4、C2H4、CO等气体的混合物。
2．煤的干馏是物理变化还是化学变化？煤的干馏能否不用隔绝空气？为什么？
提示：化学变化；不能；因为煤在空气中加强热会燃烧。
3．图中装置c的作用是什么？如何从煤焦油中分离出苯和甲苯？
提示：将煤干馏生成的气体进行冷凝；分馏。
4．工业生产水煤气的方法是什么？写出反应的化学方程式。
提示：碳与水蒸气在高温下反应生产水煤气，化学方程式为C＋H2O(g) ===== CO＋H2。
高温
[举一反三]
1．煤是“工业的粮食”，石油是“工业的血液”，有关煤和石油加工的说法正确的是(　　)
A．煤的干馏产物主要是各类有机物
B．石油的裂解、分馏和煤的干馏都属于化学变化
C．煤焦油经过分馏可得到苯、甲苯等，说明煤中含有苯和甲苯
D．石油的裂化，说明长链烃在高温条件下可以分解为短链烃
D
解析： 煤的干馏产物有粗氨水、煤焦油、焦炉气和焦炭等物质，其中焦炭居多，为无机物，故A错误；石油的分馏属于物理变化，故B错误；煤通过干馏得到苯、甲苯、二甲苯等有机物，但本身不含有苯等芳香烃，故C错误；石油的裂化、裂解是在一定条件下将长链的烃断裂为短链的烃的过程，烃在加热条件下是可以分解的，且碳链越长越易分解，故D正确。
2．石油裂解的目的和原理是(　　)
A．使具有长链的烃深度裂化，断裂成各种短链的气态不饱和烃和少量液态烃
B．使直链烃转化为芳香烃
C．避免炭化结焦
D．除去石油中的杂质
A
解析：石油的催化重整使直链烃转化为环状烃，B错误；石油减压蒸馏是为了避免炭化结焦，C错误；D项与石油裂解无关。
3．请回答实验室分馏石油的有关问题：
(1) 实验室分馏石油的正确操作顺序是
E→____→____→A→____→____→G。
A．连接接液管
B．装入碎瓷片和石油，塞上带温度计的塞子
C．检查装置气密性
D．连接冷凝管及进出水管
E．在铁架台上放酒精灯，固定好铁圈，放上石棉网
F．固定好蒸馏烧瓶
G．加热
F　
D　
C　
B
(2) 以下是石油分馏的装置图，试指出有关仪器的名称：
A______________； B________。
蒸馏烧瓶　
冷凝管
(3)分馏石油得到的各个馏分都是________(填“混合物”或“纯净物”)。
(4)图中有________处错误。
混合物
1
解析：(1)按从下到上、从左到右的顺序组装仪器，连接好装置后，先检验装置气密性，再装入碎瓷片和石油并加热，即顺序为E→F→D→A→C→B→G。
(2)A为蒸馏烧瓶，B为冷凝管。
(3)石油分馏得到的各个馏分为烃类物质的混合物。
(4)温度计水银球应与烧瓶支管口齐平。
演习篇
·
学业测试速达标
1．下列转化不属于煤或石油的综合利用的是(　　)
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．将煤变为煤饼作燃料
D．将石油裂解制得乙烯等化工原料
C
解析：A项煤的干馏和B项煤的液化都属于煤的综合利用，而将煤变成煤饼作燃料是为了提高煤的利用率，不属于综合利用，D项石油裂解属于石油的综合利用。
2．气体产品作为现代工业重要的基础原料，应用范围十分广泛，例如冶金、钢铁、石油、化工、机械、电子、玻璃、陶瓷、建材等行业。以下气体不是从煤炭或石油工业获得的是(　　)
A．水煤气 B．裂解气 C．焦炉气 D．氧气
D
解析：水煤气是煤气化得到的，焦炉气是煤干馏得到的，裂解气是石油裂解得到的。
3．下列关于化石燃料的说法错误的是(　　)
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．煤是由有机化合物和无机物组成的复杂的混合物
D．煤中含有苯和甲苯，可以用分馏的方法把它们从煤中分离出来
D
解析：A项，石油主要由液态烃构成，也溶有少量气态烃和固态烃，因此通过炼油厂的分馏就可以得到汽油、煤油等分馏产品，正确；B项，采用催化裂化的方法可使长链烃分子断裂为C5～C11的烃，正确；C项，煤是由有机物和少量无机物组成的复杂的混合物，正确；D项，煤经过干馏发生复杂的物理、化学变化后得到煤焦油等物质，煤焦油是含有多种芳香族化合物的复杂混合物，而煤中并不含有苯和甲苯，错误。
4．下列说法错误的是(　　)
A．石油是混合物，石油分馏得到的汽油也是混合物
B．含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C．焦炭是煤干馏的一种重要产品
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
D
解析：石油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，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。
5．如图所示为实验室模拟工业上石油催化裂化的装置示意图，根据图示回答下列问题。
(1)工业上石油裂化的主要目的是_________________________。
(2)A中氧化铝的作用是_________，B中冷水的作用是________________
_______________________________。
提高汽油的产量
催化剂　
使裂化汽油冷凝为液体
(3)C中得到的液体具有汽油的气味，
该液体________(填“能”或“不能”，
下同)通过化学反应使溴水褪色，而
通过石油分馏得到的汽油________通
过化学反应使溴水褪色。
(4)D中酸性高锰酸钾溶液褪色，说明石蜡裂化时除有液态不饱和烃生成外，还有______________生成。
能　
不能
气态不饱和烃
解析：(1)由于从石油中分馏得到的直馏汽油产量少，为了提高汽油的产量，故采用裂化的方法来提高汽油的产量。
(2)石蜡的裂化需要在催化剂的作用下进行，故氧化铝作催化剂，由于裂化的温度较高，裂化后得到的是气态产物，用冷水冷却得到液态汽油。
(3)由于裂化汽油中有不饱和烃，故能发生加成反应使溴水褪色；通过石油分馏得到的汽油中不含烯烃或炔烃，故不能通过化学反应使溴水褪色。
(4)由于D中酸性高锰酸钾溶液褪色，说明有气态不饱和烃生成。
课时作业(十八)　煤、石油和天然气的综合利用
A篇·知识对点训练
1．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
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不正确；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。
2．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，液体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
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、粗苯、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，属于混合物，D项错误。
3．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
C
解析：石油裂化是化学变化。
4．煤是“工业的粮食”，石油是“工业的血液”，有关煤和石油加工的说法正确的是(　　)
A．煤的干馏产物主要是各类有机物
B．石油的裂解、分馏和煤的干馏都属于化学变化
C．煤焦油经过分馏可得到苯、甲苯等，说明煤中含有苯和甲苯
D．石油的裂化，说明长链烃在高温条件下可以分解为短链烃
D
解析：煤的干馏产物有粗氨水、煤焦油、焦炉气和焦炭等物质，其中焦炭居多，为无机物，故A错误；石油的分馏属于物理变化，裂化、裂解和煤的干馏都属于化学变化，故B错误；煤是由无机物和有机物组成的复杂的混合物，通过干馏得到苯、甲苯、二甲苯等有机物，故C错误；石油的裂化、裂解是在一定条件下将长链的烃断裂为相对分子质量较小的烃的过程，烃在加热条件下是可以分解的，且碳链越长越易分解，故D正确。
5．我国在CO2催化加氢制取汽油方面取得突破性进展，CO2转化过程示意图如下：
下列说法正确的是(　　)
A．图中分子模型均为比例模型
B．反应②中只有碳碳键形成
C．汽油主要是C5～C11的烃类混合物
D．图中a的名称是2－甲基戊烷
C
解析：图中分子模型有球棍模型，A错误；反应②中既有碳碳键形成又有碳氢键形成，B错误；汽油主要是C5～C11的烃类混合物，C正确；图中a的名称是异戊烷，D错误。
6．如图是石油分馏塔的示意图，a、b、c三种馏分中(　　)
A．a的沸点最高
B．b的熔点最低
C．c的平均相对分子质量最大
D．每一种馏分都是纯净物
C
解析：a、b、c三种馏分均为蒸气，故最上面的熔、沸点最低，c的熔点最高，对应的平均相对分子质量也最大。
7．下列说法正确的是(　　)
A．煤的干馏、气化、石油的分馏都是物理变化
B．由于煤中含有苯，所以从煤干馏的产品中分离得到苯
C．石油没有固定的熔、沸点，但分馏产物有固定的熔、沸点
D．石油的裂解气、煤干馏得到的焦炉气都能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D
解析：煤的干馏、气化都是化学变化，而分馏是根据液体的沸点不同而分离的方法，是物理变化，A项错误；煤中不含苯，而是经过复杂的物理、化学变化而生成苯等，B项错误；石油及其分馏产物都是混合物，没有固定的熔、沸点，C项错误；裂解气、焦炉气中均含有烯烃，均能使KMnO4(H＋)溶液褪色。
8．下列说法正确的是(　　)
A．煤和石油都是可再生的化石能源，其主要组成元素均为碳、氢元素，二者都是混合物
B．煤的干馏和石油的分馏原理相同，都是化学变化
C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物
D．煤干馏得到的煤焦油，其主要用途就是再经蒸馏得到高品质燃油
C
解析：煤和石油属于不可再生能源，A不正确；煤的干馏是化学变化，石油分馏为物理变化，B不正确；煤焦油经蒸馏得到苯、甲苯、二甲苯等，不是高品质燃油，D不正确。
9．(双选)下列关于煤、石油、天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．煤中含有苯、甲苯和二甲苯等物质，通过煤的干馏即可得到这些物质
C．石油分馏可以得到轻质液体燃料，煤干馏可获得焦炭、煤焦油、焦炉气等化工原料
D．水煤气是通过煤的气化得到的气体燃料
CD
解析：石油裂解产物有烯烃和烷烃，属于混合物，A不正确；煤中不含苯和甲苯，煤干馏后产品中的粗苯、煤焦油中含有苯和甲苯，依据苯和甲苯沸点不同，可以用分馏的方法进行分离，B不正确；水煤气是碳和水蒸气高温反应得到CO和H2的混合气体，故D正确。
10．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。煤的干馏是提高煤的利用率、生产重要化工原料、降低污染物排放量的有效措施之一。某化学学习小组在实验室条件下探究煤干馏的现象及产物，装置如图所示，请回答
有关问题：
(1)煤干馏的条件是_________________。
(2)盛有冷水的烧杯的作用是________
_________________________________。
(3) 实验后检验有粗氨水生成的操作是_____________________
_________________________________________________________________________________________。
隔绝空气加强热
使粗氨水、粗苯和煤焦油冷凝液化
将具支试管取出，塞上试管塞并加热，将湿润的红色石蕊试纸放在支管口处，若试纸变蓝，则说明有粗氨水生成
(4)已知CO不能使溴水褪色，若将从具
支试管支管口处逸出的气体通入溴水中，
发现溴水褪色，则说明煤的干馏产生了
______________________________。
(5)点燃尾气，火焰的颜色为________。
(6)从煤焦油中分离出苯、甲苯、二甲苯的实验方法是_______。
不饱和烃类物质　
淡蓝色
分馏
解析：解答本题的关键是要掌握煤的干馏原理。
(1)根据煤干馏的定义可知其条件为隔绝空气加强热。(2)冷水浴的作用是冷凝，使粗氨水、粗苯和煤焦油冷凝液化。(3)可用湿润的红色石蕊试纸检验是否有NH3逸出。(4)溴水褪色，证明煤干馏过程产生了不饱和烃类物质。(5)CO、CH4等气体燃烧时火焰呈淡蓝色。(6)煤焦油中苯及其同系物与其他成分互溶，可通过分馏的方法将它们分离。
11．实验室用下列仪器组装一套石油分馏的装置，并进行相关实验，可以得到汽油和煤油。
(1) 写出下列仪器的名称：
①____________； ②________； ③________。
蒸馏烧瓶　
冷凝管
锥形瓶
(2)将以上仪器按从左到右的顺序，用字母a、b、c……进行连接：e接(　　)，(　　)，(　　)，(　　)，(　　)，(　　)，(　　)，(　　)，(　　)。
c　
d　
a
k　
l　
b　
f　
g　
w　
(3)仪器②中A是________(填“进水口”或“出水口”，下同)，B是________。
(4)蒸馏时，温度计水银球应在___________________(位置)。
(5)在①中注入原油后，加几片碎瓷片的目的是___________。
进水口　
出水口
蒸馏烧瓶支管口处　
防止暴沸
(6)在实验结束后，为了探究石油中是否含有烯烃，某学生用③中的物质做了一个探究实验，其操作、现象及结论是________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
用一支洁净的试管，取约2～3 mL容器③中的馏出物，再向试管中滴加3～4滴酸性KMnO4溶液(或溴水)，若溶液颜色不消失，则石油中不含有烯烃；若溶液颜色消失，则石油中含有烯烃
解析：实验装置的一般安装顺序为“自下而上，从左到右”。冷凝管采用逆流原理，即上口为出水口，下口为进水口；温度计需要测定馏分的温度，所以温度计水银球与蒸馏烧瓶支管口应在同一水平线上，以保证水银球被馏分蒸气包围。
B篇·综合提升训练
12．下图是实验室干馏煤的装置图：
(1) 指出图中仪器名称：a__________，d___________。
酒精喷灯　
烧杯
(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。
盛装冷水对蒸气进行冷却　
粗氨水　
煤焦油　
氨　
酚酞溶液　
分馏
(3) e处点燃的气体主要成分有_________________________(填化学式)，火焰的颜色是________。
H2、CH4、CH2==CH2、CO　
淡蓝色
解析：本题是关于煤干馏的实验，根据煤干馏的主要产品，b中得到的应是焦炭，c中得到的应是粗氨水和煤焦油，e处点燃的应是焦炉气。其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞溶液等检验；煤焦油主要是苯、甲苯、二甲苯的混合物，应用分馏的方法分离；焦炉气的主要成分有CH4、CO、H2、CH2==CH2，燃烧时呈淡蓝色火焰。
13．裂化汽油中除含有C5～C11的烷烃外，还含有C5～C11的烯烃及甲苯、二甲苯等苯的同系物。已知甲苯、二甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色。要用化学方法检验某裂化汽油样品中含有烯烃及苯的同系物，实验步骤为：
(1)先逐滴加入________，振荡，如果看到__________，则证明有________存在。
溴水　
溴水褪色　
烯烃　
(2) 继续逐滴加入________至________为止，静置，用分液漏斗分出________(填“上”或“下”)层的裂化汽油样品，再加入__________________振荡，如果看到__________，则证明裂化汽油中有____________存在。
溴水　
不褪色　
上　
酸性KMnO4溶液　
溶液褪色　
苯的同系物
解析：因为烯烃可使溴水、酸性KMnO4溶液褪色，而苯的同系物只能使酸性KMnO4溶液褪色，根据这一性质差异，则先用溴水检验烯烃的存在，再用酸性KMnO4溶液检验苯的同系物的存在。
(1)向样品中逐滴加入溴水，振荡，如看到溴水褪色，则证明有烯烃存在。
(2)继续逐滴加溴水至不再褪色为止，用分液漏斗分出上层的裂化汽油样品，因为加足量溴水后，水的密度比烷烃和苯的同系物大，所以上层应是烷烃和苯的同系物的混合物。向分出的上层样品中加入酸性KMnO4溶液，如果紫色褪去，则证明有苯的同系物存在。
本课结束
This lesson is over
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