人教版高中化学必修第二册第八章化学与可持续发展第一节第2课时煤、石油和天然气的综合利用课件

(共48张PPT)
[学习目标]
1.结合石油化工等实例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、石油等的开发利用为例，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。
1.煤的综合利用
(1)煤的组成
碳
(2)煤的综合利用
焦化
焦炉气
焦炭
2.天然气的综合利用
CH4
甲醇
[自我思考]
煤的气化和液化是物理变化还是化学变化？
提示　煤的气化和液化都是化学变化。
[正误判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)把煤加强热使之分解的过程为煤的干馏( )
(2)煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质( )
(3)煤中含粗苯、煤焦油等物质，可通过蒸馏获取苯、甲苯等芳香烃( )
(4)在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料( )
(5)天然气是清洁的化石燃料，对环境没有污染( )
×
×
×
√
×
1.下列属于煤的综合利用且说法正确的是(　　)
A.煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机化合物 B.将煤干馏制得煤焦油和焦炭
C.煤的气化和液化为物理变化 D.将煤变为煤饼作燃料
解析　煤是由有机化合物和无机化合物组成的复杂的混合物，经过干馏才能得到苯、甲苯、二甲苯等，A错误；将煤干馏制得煤焦油和焦炭属于煤的综合利用，B正确；煤的气化是煤与水蒸气的反应，属于化学变化，煤的液化分直接液化和间接液化，煤的直接液化是指煤与H2作用生成液体燃料，煤的间接液化是指将煤先转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇，因此煤的液化属化学变化，C错误；将煤变为煤饼作燃料，不属于煤的综合利用，D错误。
B
2.《天工开物·作咸》中记载了天然气的开发和利用，“西川有火井，事奇甚，其井居然冷水，绝无火气，但以长竹剖开去节，合缝漆布，一头插入井底，其上曲接，以口紧对釜脐，注卤水釜中，只见火意烘烘，水即滚沸”。下列说法错误的是(　　)
A.天然气的主要成分是CH4
B.海底可燃冰的成分为CH4·nH2O
C.天然气属于化石能源
D.天然气燃烧时化学能全部转化为热能
解析 天然气的主要成分是甲烷，A正确；海底可燃冰是水合甲烷，成分为CH4·nH2O，B正确；天然气属于三大化石能源之一，C正确；任何能源转化不可能为百分之百，天然气燃烧时化学能不能全部转化为热能，还会转化为光能等能量，D错误。
D
3.煤焦油中含有苯、甲苯、二甲苯、酚类、萘、沥青等多种有机物。从煤焦油中分离出甲苯所采用的方法是(　　)
A.干馏 B.分液
C.分馏 D.萃取
解析　分离互溶的液态有机物可以利用其沸点的差异，通过分馏加以分离，则C项正确。
C
[名师点睛]
煤干馏的主要产物和用途
产品 主要成分 用途
出
炉
煤
气 焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳 气体燃料、化工原料
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
煤焦油 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
焦炭 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料
1.石油的组成
石油是由多种碳氢化合物组成的混合物。
2.石油的加工
汽油
煤油
C6H14
C6H12
乙烯
C3H6
C2H4
环状烃
3.裂化与裂解的比较
名称 含义 目的
裂化 在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃转化为相对分子质量小且沸点低的烃 提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量
裂解 在高温下，使长链分子的烃转化成各种短链的气态烃和少量液态烃 获得短链不饱和烃
[特别提醒]　(1)石油常压蒸馏时所得馏分的先后顺序为石油气(C4以下)、汽油(C5～C11)、煤油(C11～C16)、柴油(C15～C18)、重油(C20以上)等。
(2)减压可以降低物质的沸点，石油的减压蒸馏可以在较低温度下，使重油、柴油等常压蒸馏产品继续分离，可得到燃料油、润滑油、石蜡等石油产品。
4.以煤、石油、天然气为原料生产合成材料
(1)三大合成材料：____、_________和_________这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。
(2)随着合成材料的大量生产和使用，急剧增加的废弃物给人类社会造成巨大的环境压力。
塑料
合成橡胶
合成纤维
[自我思考]
生活中汽车的车用燃料一般为裂化汽油，这种汽油和直馏汽油在组成上的区别是直馏汽油主要是饱和烃的混合物，裂化汽油中含有不饱和烃。如何鉴别这两种汽油？
提示　各取少许于试管中，加入溴的CCl4溶液并振荡，不褪色的是直馏汽油，褪色的是裂化汽油。
1.石油是一种重要的化石燃料，通过石油的炼制。我们可以获得多种有机化合物。下列关于石油及其炼制的说法中错误的是(　　)
A.石油是混合物 B.石油的分馏是物理变化
C.石油分馏得到的馏分是纯净物 D.通过裂解可以提高乙烯等短链烃的产量
解析　石油是多种烷烃、环烷烃和少量芳香烃的混合物，其成分因产地的不同而稍有不同，A正确；根据石油中各组分的沸点的不同，用加热的方法将各组分分离的操作为石油的分馏，是物理变化，B正确；石油的馏分仍为混合物，C错误；石油裂解的目的是获得“三烯”，即乙烯、丙烯和丁二烯等短链的烯烃，提高乙烯等的产量和质量，D正确。
C
2.重油裂化的主要目的是(　　)
A.获得短链气态烃 B.生产更多的汽油
C.提高汽油品质 D.将直链烃转化为芳香烃
解析　重油裂化的目的是提高轻质液体燃料(汽油、煤油、柴油等)的产量，特别是提高汽油的产量，B符合题意。
B
3.石油分馏、裂化、裂解是石油常见的加工方法，下列说法正确的是(　　)
A.石油分馏时发生了化学变化
B.石油常压分馏可以获得较多的轻质油和短链烯烃
C.石油的裂化和裂解属于化学变化
D.石油裂解的主要目的是获得重柴油、润滑油、石蜡等
C
解析　石油分馏是利用各组分沸点不同进行分离的过程，没有新物质生成，属于物理变化，A错误；石油常压分馏可以获得石油气、汽油、煤油、柴油等，不能获得较多的短链烯烃，B错误；石油的裂化是在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程；裂解是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要目的，这两个过程都有新物质生成，属于化学变化，C正确；石油裂解的主要目的是获得乙烯、丙烯等短链不饱和烃，而不是重柴油、润滑油、石蜡等，D错误。
[名师点睛]
化学中“三馏”的比较
名称 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
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
变化
类型 化学变化 物理变化 物理变化
1.下列不属于化石燃料的是(　　)
A.煤 B.石油
C.天然气 D.甲醇
解析　三大化石燃料包括：煤、石油、天然气，D符合题意。
D
2.(2025·宁波高一检测)煤、石油和天然气仍是人类使用的主要能源，下列有关说法正确的是(　　)
A.煤的干馏是指将煤在空气中加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化
B.天然气作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇等
C.石油经分馏得到的轻质油难以满足社会需求，需要通过裂解将重油裂解为汽油等轻质油
D.煤的气化是将煤隔绝空气加热到一定温度得到气体燃料的过程
解析　煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化，A项错误；天然气作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇等，B项正确；需要通过催化裂化过程将重油裂化为汽油等轻质油，C项错误；煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程，主要是碳与水蒸气反应生成水煤气，不是将煤隔绝空气加热，D项错误。
B
3.下图是石油分馏塔示意图，下列分析正确的是(　　)

A.a常温下为固态 B.b的主要成分为烃类
C.c属于纯净物 D.石油分馏是化学变化
B
解析　分馏塔内的温度从下往上逐渐降低。石油蒸气从分馏塔的底部进入，沸点低的馏分先汽化，冷凝后流出，沸点高的馏分后汽化，冷凝后流出，因此a、b、c的沸点依次升高。沸点高的物质熔点高、相对分子质量大。石油中有些成分的沸点很接近，因此石油分馏的馏分仍为混合物。石油分馏得到的每一种馏分都是混合物，沸点最低的最先蒸出，则a馏分应为沸点最低的石油气，常温下为气体，A错误；从分馏塔中提取的主要成分是烃类，B正确；石油分馏的各馏分均为混合物，只是它们沸点接近，故c属于混合物，C错误；石油的分馏是依据各物质的沸点不同，对混合物进行分离，没有新物质生成，是物理变化，D错误。
4.将原煤作为燃料燃烧，既严重污染环境，效率又不高，因而国家大力提倡煤的综合利用。实施“煤变油”，其原理之一是先将煤与水蒸气制得水煤气(CO和H2)，再催化合成甲醇或烃类等液态能源。
(1)用CO和H2合成甲醇的化学方程式是______________________。
(2)用CO和H2合成烃(CnHm)的化学方程式是________________________________。
(3)煤的气化和液化的优点是___________________________________。
解析　根据题目中的信息，结合化学反应前后原子守恒写出化学方程式；优点是清洁和高效。
提高煤的燃烧效率，使煤变成清洁能源
1.下列变化不属于化学变化的是(　　)
A.煤的干馏 B.石油分馏
C.由乙烯制聚乙烯 D.重油裂化
解析　石油分馏是利用原油中各组分的沸点的不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程，属于物理变化。
B
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2.下列有关石油、天然气的说法正确的是(　　)
A.天然气的主要成分能与氯气发生取代反应
B.石油的产量是衡量一个国家化工发展水平的标志
C.石油的分馏、煤的气化均属于化学变化
D.石油、天然气、风能和太阳能均属于不可再生能源
解析　天然气主要成分是CH4，在光照条件下能与Cl2发生取代反应，故A正确；乙烯的产量是衡量一个国家化工发展水平的标志，故B错误；石油的分馏利用组分沸点不同进行分离，属于物理变化，煤的气化属于化学变化，故C错误；石油、天然气属于不可再生能源，风能、太阳能属于可再生能源，故D错误。
A
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3.(2025·西安高一检测)化石能源的综合利用是当今社会发展的重要课题。下列说法正确的是(　　)
A.与CO2不同，CH4不属于温室气体
B.石油经过常压蒸馏可以获得沥青
C.裂化汽油可与溴水反应
D.煤的汽化、液化属于物理变化，干馏属于化学变化
解析　CO2和甲烷均属于温室气体，A错误；石油经过减压蒸馏得到沥青，B错误；裂化汽油中含短链的烷烃和烯烃，烯烃可以与溴水反应，C正确； 煤的气化和液化、煤的干馏都生成新物质，均是化学变化，D错误。
C
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4.(2025·张家口高一检测)煤和石油都是目前人类使用的主要能源，下列说法正确的是(　　)
A.煤和石油燃烧时都会生成SO2
B.通过石油分馏可获得大量乙烯
C.煤和石油中均含有大量芳香烃
D.煤的气化和液化均为物理变化
解析　煤和石油通常都含有硫元素，燃烧时会生成SO2，故A正确；通过石油裂解可获得大量乙烯，故B错误；石油的催化重整和煤的干馏可以得到芳香烃，不能说明煤和石油中含有大量芳香烃，故C错误；煤的气化和液化均为化学变化，故D错误。
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5.在石油的分馏实验中，下列实验操作正确的是(　　)
解析　冷凝装置中，水流从下口进上口出，A正确；接收器不能密封，否则液体不能顺利滴下，B错误；分馏实验中，用不到干燥装置，C错误；分馏装置中，温度计水银球应与蒸馏烧瓶支管口位于同一水平线上，D错误。
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6.(2025·长沙高一检测)下列有关煤、石油、天然气等资源的说法正确的是(　　)
A.煤就是碳，属于单质
B.天然气是一种清洁的化石燃料
C.石油裂解得到的汽油是纯净物
D.煤的气化和液化是物理变化，而煤的干馏是化学变化
解析　煤是多种复杂的无机物和有机物的混合物，故是混合物，不是单质，故A错误；天然气的主要成分是甲烷，燃烧生成水和二氧化碳，故是清洁燃料，故B正确；石油裂解的目的是获得短链不饱和烃，汽油通过石油的裂化得到，且是混合物，故C错误；煤的气化是用煤和水蒸气反应来制取水煤气，是化学变化；煤的液化是用煤来生产甲醇，故也是化学变化，故D错误。
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B
7.(2025·晋中高一检测)煤被誉为“工业的粮食”，石油被誉为“工业的血液”。下列关于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下可以断裂为短链烃
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，A错误；石油的裂解属于化学变化，石油的分馏属于物理变化，B错误；煤是由无机物和有机物组成的复杂的混合物，通过干馏可得到苯、甲苯、二甲苯等有机物，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，D正确。
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解析　十六烷分解产生辛烷和辛烯属于裂化反应，故A不符合题意；辛烷在氧气作用下燃烧生成二氧化碳和水，属于氧化反应，故B不符合题意；丁烷分解产生乙烷和乙烯属于裂解反应，故C符合题意；二氯甲烷与氯气在光照条件下生成三氯甲烷和氯化氢，属于取代反应，故D不符合题意。
9.塑料、合成橡胶和合成纤维这三大合成材料都是以煤、石油和天然气为原料生产的，下列有关说法错误的是(　　)
A.天然气作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇
B.煤可以直接液化，煤与氢气作用生成液体燃料
C.乙烯、丙烯、甲烷等主要化工基本原料都可以由石油分馏得到
D.聚乙烯塑料的主要成分聚乙烯是由乙烯通过加聚反应制得的
解析　乙烯、丙烯、甲烷等化工原料是通过石油裂解得到的。
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10.石油不仅是重要的能源，还是化工产品的重要原料。石油分馏是将石油中几种不同沸点的混合物分离的一种方法，石油分馏塔的示意图如下，回答下列问题。
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常见馏分的性质及主要用途如下表(部分物质未列出)：
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名称 碳氢化合物中碳原子的数目 沸点/℃ 主要用途
汽油 5～11 20～200 私家车燃料
煤油 11～16 175～275 飞机燃料
柴油 15～18 250～400 中巴、巴士、重型汽车及工厂燃料
润滑油 16～20 300～500 帮助机械零件的活动
重油 >20 >500 轮船、工厂、发电厂燃料
(1)石油属于________(填“纯净物”或“混合物”)，石油分馏属于________(填“物理”或“化学”)变化。
(2)根据分馏塔的工作原理和各物质的沸点不同，填写馏分a、b最有可能的成分：a________(填标号，下同)；b________。
①汽油　　　②煤油　　　③润滑油
(3)实验室进行石油蒸馏实验的装置如图所示。仪器甲的名称为__________，冷凝水的进水口为________(填“X”或“Y”)，沸石的作用是_______。
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混合物
物理
①
②
直形冷凝管
Y
防暴沸
解析　石油分馏塔的示意图可知，石油蒸气进入石油分馏塔，随着蒸气的上升依次得到重油、柴油，根据表格可知，a为汽油，b为煤油，c为润滑油。(1)石油是各种烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物，石油分馏是利用石油中各组分的沸点不同，进行分离的操作，属于物理变化。(2)石油分馏塔中，沸点低的先汽化，冷凝后流出，根据表格中给出的沸点范围可知，a为汽油，b为煤油，故选①②。(3)根据仪器构造可知，甲为直形冷凝管。为充分冷凝蒸气，冷凝水应下进上出，所以进水口为Y。在加热液体混合物时，需要加沸石防止暴沸。
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11.(2025·渭南高一检测)实验室中用下图装置模拟工业上用石蜡油分解制乙烯。下列说法错误的是(　　)

A.石蜡油是石油分馏的产物之一，石油分馏为化学变化
B.碎瓷片的作用是作催化剂和使石蜡油附着在高温的碎瓷片上发生分解
C.试管B和C中褪色原理不同
D.根据实验现象可推知石蜡油分解产生了与烷烃性质不同的烃
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A
解析　石油分馏为物理变化，故A错误；碎瓷片加热，温度高，其作用是作催化剂，还可使石蜡油附着在高温的碎瓷片上发生分解，故B正确；试管B褪色原理是发生氧化反应，试管C中褪色原理是发生加成反应，两者原理不同，故C正确；烷烃不能使酸性高锰酸钾、溴的四氯化碳溶液褪色，根据实验现象可推知石蜡油分解产生了与烷烃性质不同的烃，故D正确。
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12.(2025·石家庄高一检测)煤、石油和天然气是重要的化工原料，实现化石燃料的综合利用，是人类面临的重大挑战。

(1)图1中所进行的实验可称为________(填“煤的干馏”“煤的气化”或“煤的液化”)。
(2)图1所示实验结束后，再设计实验证明水层中含有氨，选用的试剂为______________
_________，现象为___________________________________。
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煤的干馏
酚酞溶液或紫色
石蕊溶液
滴加酚酞溶液变红或紫色石蕊溶液变蓝
(3)海底蕴藏的甲烷水合物晶体又称为“可燃冰”，甲烷分子处于由多个水分子组成的笼中，如图2所示。某种甲烷水合物晶体中，平均每46个水分子构成8个分子笼，每个分子笼可容纳1个甲烷分子或水分子。若这8个分子笼中有6个容纳的是甲烷分子，另外两个被水分子容纳，则该甲烷水合物的化学式为_________。
(4)石油成分复杂，使用前需要在炼油厂进行精炼，其操作过
程如图3所示。其中涉及化学变化的操作过程为________
(填“操作1”或“操作2”)。
(5)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____________________________________________________________________
__________。
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CH4·8H2O
操作2
裂化汽油中含有烯烃等不饱和烃，能与Br2发生加成反应，从而使溴的四氯化
碳溶液褪色
解析　(1)图1得到的产物有煤焦油、可燃性气体，则图1中所进行的实验可称为煤的干馏。(2)图1所示实验结束后，再设计实验证明水层中含有氨，氨溶于水显碱性，因此选用的试剂为酚酞溶液或紫色石蕊溶液，现象为滴加酚酞溶液变红或紫色石蕊溶液变蓝。(3)根据题意若这8个分子笼中有6个容纳的是甲烷分子，另外两个被水分子容纳，则总共有48个水分子，则该甲烷水合物的化学式为CH4·8H2O。(4)根据题意分析得到操作1是石油的分馏，属于物理变化，操作2是石油的裂化，属于化学变化，则其中涉及化学变化的操作过程为操作2。(5)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，这是由于裂化汽油中含有烯烃等不饱和烃，能与Br2发生加成反应，从而使溴的四氯化碳溶液褪色。
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