8.1.3煤石油天然气导学案高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第八章 第一节 自然资源的开发利用
第三课时 煤石油天然气的综合利用
【学习目标】
1．认识煤、石油和天然气的组成及综合利用的意义。
2．掌握石油的分馏、裂化和裂解的含义及煤的干馏、气化和液化的含义。
【目标一】煤的综合利用
1．煤的组成
2．煤的综合利用
⑴ 煤的干馏
①概念：将煤 使之分解的过程，工业上也叫 。
②煤干馏的产品及用途
干 馏 产 品 主 要 成 分 主 要 用 途
__________ 焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳 气体燃料
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
_____________ 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
_____________ 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料
【点拨拓展】
①煤的干馏必须隔绝空气，目的是防止煤在空气中燃烧;
②煤的干馏能够减少燃烧污染，提高燃煤的热效率，且能从煤中提取有价值的化工原料;
③煤的干馏过程中发生的主要是化学变化，而蒸馏的过程发生的是物理变化;
④化学“三馏”的比较
名称 干馏 蒸馏 分馏
原理 把固态混合物隔绝空气加强热使它分解的过程 把液体加热到沸腾变为蒸气，再使蒸气冷却凝结成液体的操作 对多组分混合物在控温下先后、连续进行的两次或多次蒸馏
产物 煤、木材等 被蒸馏混合物中至少含有一种组分为液体，各组分沸点差别越大，挥发出的物质(馏分)越纯 多组分沸点不同的混合物在一个完整操作中分离出多种馏分
变化类型 化学变化 物理变化 物理变化
⑵ 煤的气化
①概念：将煤转化成 的过程。
②主要反应方程式：
③发生的变化：
⑶ 煤的液化
①分类：直接液化和间接液化
直接液化：煤+H2 。
间接液化：煤 。
②发生的变化：
【导练1】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，溶液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
【目标二】石油的综合利用
1．石油的形成及成分
⑴ 由多种 组成的混合物。主要是多种烷烃、环烷烃和芳香烃等，一般石油不含烯烃，从所含成分的状态看，大部分是液态烃，在液态烃里溶有气态烃和固态烃。
⑵ 物理性质：黑褐色的粘稠状物质，有特殊气味，比水轻，不溶于水，没有固定沸点。
2．石油的炼制
⑴ 石油的分馏
①概念：利用原油中各种烃的 不同，逐步升温使烃气化，再经冷凝将烃分离成不同沸点范围的产物的过程，石油分馏得到的各种馏分是混合物，分馏可得到 、 、 等轻质油，此时得到的汽油叫直馏汽油。
②分类：常压蒸馏和减压蒸馏
【点拨拓展】
减压蒸馏：若要将重油进一步分离，则要在更高的温度，而在高温下，高沸点的烃会分解，更严重的是还会炭化结焦，损坏设备，影响正常生产。由于同一种物质，在不同的压强下，沸点不同。因为外界压强越大，物质沸点就越高；外界压强越小，物质沸点就越低。因此要将重油进行减压蒸馏。
⑵ 石油的裂化
①概念：将含碳原子数较多，沸点较高的重油断裂为含碳原子数较少、沸点较低的汽油的过程。
②目的：提高 的产量，特别是提高汽油的产量，此时得到的汽油叫 汽油。
③裂化反应：C16H34
⑶ 石油的裂解
①概念：即深度裂化，在高温下，使具有长链分子的烃断裂成乙烯、丙烯、丁烯等各种短链的
气态烃和少量液态烃的过程。
②原料：含直链烷烃的石油分馏产品
③目的：获得 等重要的基本化工原料。
④裂解反应：C8H18 C4H10
C4H10
⑷ 石油的催化重整
①概念：石油在 和 的作用下，可以通过结构的重新调整，使 转化为 。
②目的：使 转化为 ，获得 等化工原料。
【点拨拓展】
①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。
②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。
③分馏是 变化，裂化、裂解和催化重整均为 变化。
【导练2】石油炼制过程中，既能提高汽油产量又能提高汽油质量的方法是（ ）
A．常压分馏　　　　B．减压分馏 C．裂解 D．催化裂化
【导练3】含有6个碳原子的烷烃，经催化裂化可生成的烷烃最多有（ ）
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【目标三】天然气的综合利用
1．天然气主要成分是 ，是一种较清洁的化石燃料，也是一种重要的化工原料。
2．天然气的加工及利用
①天然气是一种清洁的 ，日常生活用作 。
②化工生产主要用于 和生产甲醇等。
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
【导练4】某混合气体依次通过溴水(使其褪色)，通过灼热的氧化铜(使其黑色变红色)，通过无水CuSO4白色粉末(使其变蓝色)，通过澄清石灰水(石灰水由清变浑再变清)，最后剩余气体在空气中点燃，火焰呈淡蓝色，该混合气体是（ ）
水煤气 B．焦炉煤气 C．石油液化气 D．高炉煤气
石油炼制的意义 从油田里开采出来的没有经过加工处理的石油叫做原油，还含有杂质成分：水，氯化钙，氯化镁等盐类。原油含盐类、含水多，在炼制时要浪费燃料，含水、含盐多会腐蚀设备。所以，原油必须先经脱水、脱盐等处理过程才能进行炼制，其目的是将混合物进行一定程度的分离，使之物尽其用，另一方面，将含碳原子较多的烃转变为含碳原子较少的烃，做为基础有机化工原料
石油炼制的方法 分馏、裂化、裂解及催化重整
课时作业
1．天然气水合物外形似冰，被人们称为“可燃冰”。天然气的主要成分是(　　)
A．氢气 B．一氧化碳
C．二氧化碳 D．甲烷
2．下列属于物理变化的是(　　)
①石油的分馏　②煤的干馏　③石油的裂化　④铝热反应　⑤由乙烯制备聚乙烯　⑥将氧气转化为臭氧　⑦乙烯催熟果实　⑧将苯加入溴水中　⑨海水蒸馏制取淡水
A．①②③④ B．①②⑤⑦
C．①⑧⑨ D．①②⑥⑨
3．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
4．有关煤的综合利用如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．煤和水煤气都属于化石燃料
B．煤中含有焦炉气、煤焦油、焦炭等物质
C．①是将煤在空气中加强热使其分解的过程
D．②是煤的气化方式之一
5．下列说法错误的是(　　)
A．石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量
B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C．石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃
D．石油裂化和裂解都属于物理变化
6．石油蒸馏装置如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．仪器W的名称：圆底烧瓶
B．碎瓷片的作用：催化剂
C．冷却水的流向：X进水，Y出水
D．收集到的60～150 ℃的馏分为混合物
7．“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)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＋O2CO2。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
8．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
9．化学在人类社会发展中发挥着重要作用，下列事实不涉及化学反应的是(　　)
A．利用废弃的秸秆生产生物质燃料乙醇
B．利用石油生产塑料、化纤等高分子材料
C．利用基本的化学原料生产化学合成药物
D．利用反渗透膜从海水中分离出淡水
10．下列关于石油及煤的叙述中，正确的是(　　)
A．煤的液化和气化都是物理变化
B．重油经减压蒸馏可以得到汽油
C．石油的催化重整和煤的干馏都可得到芳香烃
D．煤燃烧只产生CO2
11．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
12．用石油和煤可以得到有机化工生产中需要的众多原料，例如用由石油得到的乙烯和由煤得到的苯可制取聚苯乙烯。其生产过程如下：
①CH2==CH2＋―→
②
③n―→
下列说法不正确的是(　　)
A．通过裂解可以从石油中获得更多的乙烯
B．煤干馏可以直接得到纯净的苯
C．制聚苯乙烯的反应中①为加成反应
D．反应③为加聚反应
13．用石油裂化和裂解过程得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路线如下：
根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题：
(1)由CH2==CH2制得有机物A的化学反应类型是______________。
(2)丙烯醛(CH2==CHCHO)中含有的官能团是__________________(填名称)。
(3)A与B合成丙烯酸乙酯反应的化学方程式是_______________________________________
_______________________________________________________________________________；
该反应的类型是_________________________________________________________________。
(4)由石油裂解产物乙烯合成聚乙烯塑料的化学方程式是______________________________。
14．煤气化是有效利用化石能源的手段之一，有关反应为①C＋H2O(g)CO＋H2、②CO＋H2OCO2＋H2，获得的气体称为水煤气。某研究性学习小组为探究气体的成分，进行了如下实验：
[实验]　使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后的气体。
[提出假设]　对气体的成分提出了三种假设。
假设1：该气体是CO、H2、H2O。
假设2：该气体是CO2、H2、H2O。
(1)假设3：_____________________________________________________________________。
[设计实验方案，验证假设]
拟用图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设3(加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已经排尽)。
(2)按气流从左至右连接各仪器，用题中小写字母表示接口的连接顺序(仪器可重复使用)：混合气→dc→______→________→________→________→________→ij。
(3)仪器A中需要加入的试剂名称为__________，其中反应的化学方程式可能有____________
_______________________________________________________________________________。
(4)仪器B中需加入试剂的名称是____________，其作用是_____________________________。
(5)本实验的尾气需处理，处理的方法为______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
1． 答案　D
解析　天然气的主要成分是甲烷。
2．答案　C
解析　蒸馏和分馏的原理相同，都是利用沸点不同分离物质，将苯加入溴水中不发生化学反应，而是苯萃取溴水中的溴，故①⑧⑨均属于物理变化，其余各项均发生了化学变化。
3． 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，故A项不符合题意；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，故B项不符合题意；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，故C项符合题意；将煤气化为可燃性气体，属于煤的综合利用，故D项不符合题意。
4． 答案　D
解析　水煤气属于二次能源，不是化石燃料，A错误；煤干馏后能得到这些物质，但煤本身并不含这些物质，B错误；①是煤的干馏，需隔绝空气，C错误；煤的气化是将煤转化为气体燃料的过程，煤干馏得到的焦炭和水蒸气在高温下生成水煤气是煤的气化方式之一，D正确。
5． 答案　D
解析　含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油，故B正确；石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃，乙烯、丙烯是重要的有机化工原料，故C正确；石油的裂化和裂解实际上都是烃的分解反应，都属于化学变化，故D错误。
6． 答案　D
解析　A错，仪器W的名称是蒸馏烧瓶；B错，碎瓷片的作用是防止暴沸，不是催化剂；C错，冷凝管中冷却水从下口通入，上口流出，故X是出水口，Y是进水口；D对，石油分馏得到汽油、煤油、柴油等馏分，都是多种烃的混合物。
7． 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。
8． 答案　D
解析　由示意图可知，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；由示意图可知，a和b两者的一氯代物都有4种，故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。
9． 答案　D
解析　化学反应一定存在物质种类的改变。A、B、C三项均有新物质生成，所以属于化学变化，而D中利用反渗透膜从海水中分离出淡水只是物质分离过程，没有新物质生成。
10．答案　C
解析　煤的液化和气化生成水煤气、甲醇等物质，有新物质生成，属于化学变化，故A错误；重油经催化裂化可以得到汽油，故B错误。
11． 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。
12． 答案　B
解析　石油裂解是为了得到更多的有机化工原料，如乙烯等，A正确；煤干馏只能得到苯和苯的同系物的混合物，还要进行分馏才能得到苯，B错误；根据反应特点可知反应①为加成反应，C正确。
13． 答案　(1)加成反应
(2)碳碳双键、醛基
(3)CH2==CHCOOH＋CH3CH2OHCH2==CHCOOCH2CH3＋H2O　取代反应(或酯化反应)
(4)nCH2==CH2CH2—CH2
解析　(1)有机物A为CH2==CH2与H2O的加成产物：CH3CH2OH，故为加成反应。(2)丙烯醛中官能团有两个：碳碳双键和醛基。(3)A与B分别含—OH和—COOH，它们可发生酯化反应生成丙烯酸乙酯。
14． 答案　(1)该气体是CO、H2、H2O、CO2
(2)ij　gh　ef　ab　dc
(3)氧化铜(或其他合理答案)　CuO＋H2Cu＋H2O、CuO＋COCu＋CO2
(4)无水硫酸铜　检验混合气体中是否有水
(5)可在装置最后的导气管口放一燃着的酒精灯将气体燃烧(或其他合理答案)
解析　(1)根据反应原理，混合气体组成存在三种情况，第三种情况的气体组成为CO、H2、H2O、CO2。
(2)为了验证混合气中含CO、H2、H2O、CO2，实验仪器的先后连接顺序为检验水分→检验二氧化碳→除掉二氧化碳→除掉水分→还原装置→检验水分→检验二氧化碳，仪器连接顺序为混合气体→dc→ij→gh→ef→ab→dc→ij。
(3)仪器A用于检验氢气和一氧化碳，可以选用氧化铜，利用氢气、一氧化碳加热还原氧化铜完成检验，反应的化学方程式为CuO＋H2Cu＋H2O、CuO＋COCu＋CO2。
(4)白色的无水硫酸铜遇水后变为蓝色，所以可在装置B中加入无水硫酸铜(CuSO4)，通过观察颜色是否改变来确定混合气体中是否有水蒸气。
(5)一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染环境，可在装置最后的导管口处放一个点燃的酒精灯，利用燃烧的方法消除CO的污染。