化学人教版（2019）必修第二册8.1.3煤、石油和天然气的综合利用（共21张ppt）

(共21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3课时 煤、石油和天然气的综合利用
教学目标：
1．了解煤、石油、天然气的组成与利用，了解干馏、蒸馏、分馏、裂化、裂解等概念。
煤、石油、天然气是目前人类使用的主要化石能源，也是重要的化工原料。
以碳元素为主，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素。
1.煤的组成
由有机物和少量无机物组成的复杂的混合物。
煤
物质组成
元素组成
煤大分子结构模型
教学目标一　煤的组成与利用
2.煤的利用
通过煤的干馏、气化和液化获得清洁的燃料和多种化工原料，是目前实现煤的综合利用的主要途径。
（1）煤的干馏
a.定义：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，也叫煤的焦化，属于化学变化。
b.主要产品：焦炭、焦炉气、煤焦油。
烟煤粉固体的干馏实验装置图
黑灰色固体物质(焦炭)；
焦炉煤气,能燃烧。
（H2、CH4、乙烯、CO）
一种黑褐色粘稠的油状物，这是煤焦油（苯、甲苯、二甲苯等有机物的混合物）,下层是粗氨水。
煤的干馏产品的成份及主要用途（P102）
干馏产品 主要成分 主要用途
炉煤气 焦炉气 H2、CH4、C2H4、CO 气体燃料、化工原料
粗氨水 氨气、铵盐 化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料
粗苯 苯、甲苯、二甲苯 煤焦油 苯、甲苯、二甲苯 酚类、萘 染料、医药、农药等
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。
2.煤的气化
a.定义：
b.主要反应:
C (S)+ H2O(g) = CO(g) + H2(g)
高温
碳与水蒸气反应生成水煤气
把固体煤转化为可燃性气体的过程。
c.主要意义:
能减少煤燃烧时的粉尘污染,提高煤燃烧的效率,氧化后的产品可以用于化工生产,提高煤的综合利用价值。
——化学过程。
3.煤的液化
——化学过程。
直接液化
间接液化
CO (g)+2H2(g) CH3OH(l)
催化剂
煤浆混合物
H2
液态燃料汽、柴油等
煤
气化
CO+H2
催化剂
甲醇（液态）
问题1：煤的气化、液化是物质三态(气、液、固)之间的变化吗？为什么？
煤的气化、液化不是物质三态之间的变化，都是化学变化。
固
液
气
熔化
凝固
汽化
液化
凝华
升华
煤的气化主要反应：
煤的液化
课堂思考
C (S)+ H2O(g) = CO(g) + H2(g)
高温
直接液化
间接液化
煤浆
H2
液态燃料
煤
气化
CO+H2
催化剂
甲醇
1.天然气的综合利用
(1) 主要成分：CH4
(2) 综合利用
目标二　天然气的综合利用
清洁的化石燃料
天然气
CO+2H2 CH3OH
一定条件
合成氨
CH4 C+2H2
1500℃
合成多碳有机化合物
生产甲醇
化工原料
目标二　石油与天然气的综合利用、合成高分子材料
2.天然气化合物（可燃冰）
天然气水合物又被称“可燃冰”，是天然气与水在高压、低温条件下形成的冰状结晶物质，主要成分是甲烷水合物，其组成可用 ( CH4·8H2O)表示，甲烷分子处于多个水分子形成的笼中。
可燃冰被认为是21世纪的高效清洁能源之一
目标三　石油的综合利用
石油由多种碳氢化合物组成的混合物,主要是由碳、氢两种元素,另含少量的硫、氮等其他元素。
一、石油的组成:
石油的分馏、裂化、裂解等炼制加工石油的重要方法。
二、石油的加工:
1.石油的常压分馏
石油分馏得到的各种馏分都是混合物
a.定义：利用石油中组分沸点的不同，进行分离的过程叫做分馏。
——物理过程
原油
石油气：C1~C4的烃
重油
汽油发动机燃油
汽油
煤油
柴油
C 5~C16的烃
C11~C16的烃
C15~C18的烃
飞机燃油
柴油发动机燃油
减压蒸馏
C20的以上烃
润滑油
重油
沥青
石蜡
机油
船或火力发电燃油
铺路
化工原料
2.石油的裂化
在一定条件下，将分子量大、沸点高的重油断裂为分子量小、沸点低的轻质油的过程叫石油的裂化。
C16H34 C8H16 + C8H18
一定条件
十六烷 辛烯 辛烷
——化学过程
通过石油裂化得到C5~C11的烃，称裂化汽油。
思考2：根据两辆汽车的尾气排放图，判断那辆是汽油车，那辆是柴油车？
C16H34 C7H16 + C9H18
一定条件
十六烷 庚烷 壬烯
思考1：在裂化汽油加入溴水或酸性KMnO4溶液，预测现象？
提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量。
3.石油的裂解
——化学过程
进一步提高温度加热，得到短链不饱和烯烃.
C8H18 C4H10 + C4H8
一定条件
辛烷 丁烷 丁烯
C4H10 CH4 + C3H6
一定条件
丁烷 甲烷 丙烯
C4H10 C2H6 + C2H4
一定条件
丁烷 乙烷 乙烯
催化重整
石油在加热和催化剂的作用下，通过结构的调整，使链状烃转化 为环状烃，如苯或甲苯。
通过石油裂解得到乙烯、丙烯等多种智短链不饱和烯烃，用于工业合成各种有机物的原料。
石油工艺的总结
它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分先蒸发。
使相对分子质量较大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小，沸点较低的烃。
石油分馏
石油裂化
石油裂解
原理
原料
产品
变化类型
使石油分馏产物中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等气态短链烃。
原油
重油
重油
石油中各种碳原子数不同、沸点不同的烃
得到更多、质量更好的轻质油
得到更多短链如乙烯、丙烯不饱和气态烃。
物理变化
化学变化
化学变化
(1) 三大合成高分子材料
(2) 以煤、石油、天然气为原料合成高分子材料
塑料
合成纤维
合成橡胶
nCH2=CH2 ［CH2 CH2］n
催化剂
△, P
(聚乙烯)
nCH2=CHCH3 ［CH2 CH］n
催化剂
△, P
(聚丙烯)
CH3
4.化石能源与合成高分子材料
目前，多数石油产品仍作为燃料使用，只有一部分转化为化工、纺织、建材、医药、日用化学品基本原料。
日用化学品
石油
化工
建材
医药
(1)化学中“三馏”的比较
名称 干馏 蒸馏 分馏
原理
产物
类型
化学中的“三馏”和“两裂”
隔绝空气加强热使物质分解
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
混合物
单一组分的纯净物
沸点相近的各组分组成的混合物
化学变化
物理变化
物理变化
(2)化学中“两裂”的比较
名称 裂化 裂解
定义
目的
变化
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。
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
获得短链烃
化学变化
化学变化
课堂小结
煤、石油和天然气的综合利用
煤的组成及其综合利用
天然气的组成及其综合利用
石油的组成及其综合利用
合成高分子材料
煤的干馏
煤的气化
煤的液化
石油的分馏
石油的裂化与裂解
催化重整
塑料
合成橡胶
合成纤维
课堂小结