化学：主题4《化石燃料石油和煤的综合利用》学案（鲁科版选修2）

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主题4 化石燃料石油和煤的综合利用
典型试题例析
矿石资源和化石燃料对人们的生产生活起着十分重要的作用。下面我们通过例题从化学的角度分析关于它们在生活、生产中的应用。
【例1】 关于化工厂的设计是将实验室的研究成果转化为工业化工生产的重要基础工
作，需要考虑许多综合问题,所以设计一座化工厂是非常复杂，那么根据已学的知识试分析“设计”一座硫酸厂应在哪里选择厂址。
一座硫酸厂的转化器中将SO2和O2以体积比为1/2混合后，通入接触室发生反应 2SO2 + O2≒2SO3（g） 达平衡时，在同温、同压下测得反应前与反应后混合气体的密度之比为13/15。求SO2的转化率？又知工业上反应前后混合气体的密度比上述的密度比稍小，试回答SO2接触氧化为SO3时不采取加压措施的原因。
【解析】化工厂厂址的选择是一个复杂的问题，它涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等诸多因素．应对这些因素全面综合地考虑，权衡利弊，才能做出正确的选择．硫酸厂厂址的选择，就应考虑以上的各种因素外，还应考虑到，硫酸是一种腐蚀性液体，不能像普通固体化工产品那样可以较多的贮存，需要随产随销．硫酸的运输成本较高，1t H2SO4的运价约为1t黄铁运价的三倍，这就决定了硫酸厂应靠近消费中心，比靠近原料产地更有利．工厂规模的大小，主要由硫酸的用量的多少来决定．此外，硫酸厂选址应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区．
根据相同条件下气体的密度之比等于同体积气体的质量之比，且反应前后质量守恒，可得出气体的密度之比等于气体体积的反比。 设反应前混合气体中SO2的体积为1 L，O2 应为2L达平衡时SO2的转化的体积为x 。
在工业上不加压，SO2的转化率就达80% 以上，已经很高，若再加压SO2的转化率提高不大，但对设备的要求要提高许多，故没有必要再加压。
【例2】 砖瓦是用含铁元素等杂质的粘土隔绝空气烧制成的,当烧窑作业邻近结束时,若
用淋洒水办法来降低温度,窑内处于还原性气氛,砖块中的铁以氧化亚铁的形式存在,因而砖成青色。若用捅开的窑顶自然冷却的办法,砖就变成了红色。
⑴从化学角度看,砖瓦呈红色的原因是 。
⑵现在一块红砖,实验台上有浓硫酸、3mol/L的盐酸、0.1mol/L的硫氰化钾溶液、0.1mol/L的氯化铁溶液、0.01mol/L的氢氧化钠溶液、蒸馏水等试剂,请选用中学化学的常用仪器,设计一个实验,用最简捷的方法验证红砖中含有三价铁。（简述实验步骤,所用仪器、产生现象、所得结论）
【解析】21世纪教育网
(1)Fe2+在空气中不稳定,所以捅开窑顶，空气进入窑内，铁元素被氧化成三价铁，生成红色的Fe2O3。
(2)由(1)中知道红砖中含的是Fe2O3 ，要检验红砖中是否含有Fe3+ ，就得将Fe2O3转化为Fe3+ 。检验Fe3+ 用KSCN溶液，因为Fe3+ 与SCN－形成红色的络合物。
实验方法：将少许红砖研成粉末，取少许粉末加过量盐酸，振荡，静置，取上层清液加KSCN溶液，若呈血红色溶液，证明含有Fe3+。
【例3】石油分馏可以得到汽油，1，2-二溴乙烷可作汽油抗爆剂的添加剂，常温下它是无色液体，密度2.18g·cm-3，沸点131.4℃，熔点9.79℃，不溶于水，易溶于醇、醚、丙酮等有机溶剂。在实验室中可以用下图所示装置制备：
填写下列空白：
①写出本题中制备1，2－二溴乙烷的两个化学反应方程式： ， 。
2 安全瓶b可以防止倒吸，并可检查实验进行时试管d是否发生堵塞，请写出发生堵塞时瓶b中的现象_
3 容器c中的NaOH溶液的作用是：_____ 。
4 某学生在做此实验时，使用一定量的液溴，当溴全部褪色时，所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量，比正常情况下超过许多，如果的气密性没有问题，试分析其可能的原因。
【解析】①要制得1，2－二溴乙烷首先要得到乙烯,所以先制乙烯。实验室制乙烯的方法是用在浓硫酸的条件下加热乙醇（温度控制在170℃）。
用乙烯在与溴加成就得到溴乙烷 CH2==CH2+Br2 → CH2BrCH2Br
②b中水面下降，玻璃管中水柱上升，甚至溢出。
③氢氧化钠能与酸性氧化物反应,所以用以除去酸性气体(或除CO2、SO2等)
④可能的原因有两种 ： A、乙烯发生过快 B、温度控制不当
【例4】为了防治酸雨，减少煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上通过生石灰和含硫的煤混合使用可以“固硫”（避免硫化合物进入大气），最后生成石膏。试回答：
⑴ 整个“固硫”反应所涉及的反应类型包括：①化合②分解③置换④复分解⑤氧化还原反应⑥非氧化还原反应⑦离子反应⑧非离子反应（分子反应）。其中正确的是（ ）
A．①⑤⑥⑦ B．①②③⑤⑧ C．①⑤⑥⑧ D．②④⑤⑦
⑵ 第一步“固硫”反应的化学方程式中所需气态物质的化学计量数之和为( )
A．1 B． 2 C．3 D．4
⑶ 比较此法与“石灰石粉末与含硫煤混合”法哪个更好些 为什么
⑷ 你认为减少酸雨产生可采取的措施是( )
①少用煤作燃料②把工厂的烟囱造高 ③先将燃料煤脱硫 ④在土壤中加石灰防止酸化
⑤开发新能源,避免含S、N的氧化物大量排放
A．①②③ B．②③④⑤ C．①③⑤ D．①③④⑤
【解析】21世纪教育网
⑴ 在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反应是CaO+ SO2== CaSO3、2CaSO3+O2== 2CaSO4,由以上化学方程式可知涉及到的反应类型有化合、氧化还原反应、非氧化还原反应和非离子反应。
⑵ 易错选B。主要是区分哪一个反应是第一步“固硫”反应。
⑶ 有的学生误认为是“石灰石粉末与含硫煤混合”法更好。忽略了实际生产中石灰石分解为CaO需消耗很高能量，浪费煤，使生产成本提高。
⑷把烟囱造高不能减少SO2的排放量；在土壤中施放石灰虽可中和酸雨造成的酸性，但由于生成CaSO4,长期使用会使土壤板结，影响土质。
〖答案〗：
⑴ C；⑵ A；⑶ 在含硫煤中加入生石灰的方法更好，因为此法节约煤，成本低；⑷ C 。
一道与环保有关的典题解析
有效地利用现有能源和开发新能源已受到各国的普遍重视。
(1)可用改变汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能。例如，加入 CH3OC(CH3)3来生产“无铅汽油”。CH3OC(CH3)3分子中必存在的原子间连接形式有 。(填写编号)
(2)天然气的燃烧产物无毒、热值高、管道输送方便，将成为我国西部开发的重点之一，天然气常和石油伴生，其主要的成分是 。能说明它是正四面体而非正方形平面结构的理由是 。(填写编号)
①其一氯取代物不存在同分异构体 ②其二氯取代物不存在同分异构体③它是非极性分子 ④它的键长和键角都相等
(3)1980年我国首次制成一辆燃氢汽车，乘员12人，以50 km·h-1行驶了40 km。要有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气。下列可供开发又较经济的制氢方法是 。(填写编号) 21世纪教育网
①电解水②锌和稀硫酸反应③光解海水
其次，制得纯氢气后还需要解决的问题是 。(例举其一)
解析：(1)只要写出结构简式
就可以看出答案；21世纪教育网
(2)天然气的主要成分是甲烷，若为平面正方形结构，则其二元取代物有两种同分异构体，而正四面体的二元取代物不存在同分异构体；(3)电解水消耗大量的电能，锌和稀硫酸的反应也不适合于工业大量生产，只有利用太阳光使海水光解才是经济的方法。但氢气的密度小、沸点低，输送和储存有一定的难度。此题考查了有机化合物的结构和环保知识，有机化合物的结构是有机化学的基础，是每年必考内容，环保问题也日益受到重视，必将在今后的高考中重现。21世纪教育网
答案：(1) ③ (2) 甲烷 ② (3) ③ 氢气的输送和贮存
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