2020-2021学年高中化学 新人教版选修2 第二单元化学与资源开发利用 课题3 石油煤和天然气的综合利用学案
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年高中化学 新人教版选修2 第二单元化学与资源开发利用 课题3 石油煤和天然气的综合利用学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 183.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-04-16 17:59:10 | ||
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文档简介
课题3 石油、煤和天然气的综合利用
1．了解石油的炼制和石油化工中裂化、裂解的概念及石油产品，掌握从石油中获得更多轻质燃油的方法和制取基本有机化工原料的原理。
2．了解天然气的主要成分及用途。
3．了解煤的干馏、气化和液化原理，理解煤的综合利用在我国经济和社会持续发展中的地位和作用。
4．了解一碳化学的含义及一碳化工产品的合成途经。
一、石油和天然气
1．石油的炼制和石油化工
(1)石油的组成：主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物。
(2)石油的冶炼：一方面是将石油中的混合物进行一定程度的分离，使它们物尽其用；另一方面，将含碳原子多的烃转变为含碳原子较少的烃作为基本有机化工原料，以提高石油的利用价值。
①裂化：裂化就是在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。例如，在加热、加压和催化剂存在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：C16H34―→C8H18＋C8H16；裂化的目的：为了提高汽油的产量；裂化有热裂化和催化裂化。
②裂解：采用比裂化更高的温度，使长链烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃的方法叫做石油的裂解。石油的裂解气是一种复杂的混合气体，它除了主要含有乙烯、丙烯、丁烯等不饱和烃外，还含有甲烷、氢气、硫化氢等。裂解气里烯烃含量比较高，因此，常把乙烯的产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的标志之一。
2．天然气的利用
用途
二、煤的综合利用
煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物，主要含C元素，还含有少量的H、N、S、O等元素以及无机矿物质。
1．煤的干馏
(1)定义：将煤隔绝空气加强热使其分解的过程。
(2)主要产品：焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水和粗苯等。
2．煤的气化和液化
(1)气化：把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。
主要化学反应方程式：C＋H2O(g)CO＋H2
煤的燃烧可以利用空气，也可以利用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气，即把中热值煤气里的CO和H2用催化剂合成甲烷，化学反应方程式：CO＋3H2CH4＋H2O。
(2)液化：煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程，煤的液化分直接液化和间接液化。
①直接液化：把煤与适当的溶剂混合后，在高温、高压和有催化剂的条件下，使煤与氢气作用生成液体燃料。
②间接液化：先把煤转化成一氧化碳和氢气(合成气)，然后再经过催化合成得到烃类燃料、醇类燃料及化学品等。
三、煤化工和天然气化工的发展——一碳化学
1．一碳化学
一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CO2、CH4、CH3OH等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。
2．煤的气化
煤气化的主要反应有：2C＋O22CO、C＋H2O(g)CO＋H2、CO＋H2O(g)CO2＋H2。
3．天然气的重整
天然气重整的反应方程式：CH4＋H2O(g)CO＋3H2。
使用不同的催化剂，从合成气制出不同的产物，叫做合成气化学。
由CH4通过催化反应直接生成新的化合物，叫做甲烷化学。
由CH3OH通过催化反应直接生成新的化合物，叫做甲醇化学。
要点一 石油化工
1．石油的分馏产品及其主要用途
2．石油的各种炼制方法的比较
炼制和加工方法
分馏
裂化
裂解
常压分馏
减压分馏
热裂化
催化裂化
原理
用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物
在一定条件下，将相对分子质量大、沸点高的烃断裂成小分子的过程
在高于裂化的温度下，将长链分子断裂成短链的气态和少量液态烃的过程
原料
脱水、脱盐的原油
重油
重油
石油分馏产品中的烃
条件
常压加热
减压加热
加热
催化剂、加热
高温
目的
将原油分离成轻质油
将重油充分分离，并防炭化结焦
提高轻质汽油的产量和质量
获取短链气态不饱和烃
主要产品
溶剂油(C5—C8)，汽油(C5—C11)，煤油、柴油、重油
润滑油、凡士林等
汽油等轻油
乙烯、丙烯、丁二烯等
例1.下列关于石油及石油炼制的叙述中错误的是( )
A．石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物
B．石油分馏所得的馏分是纯净物
C．为了防止重油进一步分馏时炭化结焦，常采用减压分馏
D．石油裂化的原料是重油、石蜡等
[解析] 石油分馏所得到的是由沸点相近的多种烃组成的混合物而非纯净物；减压分馏防止了重油的炭化结焦；重油、石蜡等含碳原子数较多的高沸点的烃，通过裂化可以得到沸点低的烃。
[答案] B
练1．下图是石蜡(碳原子数约为18～30的烃类混合物)进行催化裂化和检验裂化产物的装置，根据图示回答：
(1)试管①中盛的是__________________。
(2)试管①至②上部导管的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)试管③中盛的是__________________，现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)试以C16H34的催化裂化写出可能的化学反应方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。(写出两个即可)
解析：石蜡催化裂化的产物中有烯烃，烯烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色或使溴水褪色。
答案：(1)石蜡和氧化铝(或答石蜡和催化剂)
(2)导气和冷凝
(3)酸性高锰酸钾溶液(或溴水) 溶液颜色逐渐褪去
(4)C16H34C8H18＋C8H16或C16H34C6H14＋C10H20或C16H34C10H22＋C6H12等
要点二 煤的综合利用
1．煤的干馏原理
煤的干馏实验，当看到电炉丝发出红光，此时的温度接近1
000
℃。
现象：片刻后烟煤分解，出现棕黄色浓烟并在具支试管内冷凝成粗氨水和煤焦油；点燃从具支试管排出的煤气，火焰长度可达10
cm左右；用玻璃棒蘸取粗氨水，滴在红色石蕊试纸上，试纸立即变蓝。
2．煤干馏的主要产品和用途
干馏产品
主要成分
主要用途
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
氮肥
粗苯
苯、甲苯、二甲苯
炸药、染料、医药、农药、合成材料
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、制碳素电极
焦炭
碳
冶金、合成氨造气、电石、燃料
3.煤的气化与液化
煤的气化
煤的液化
产品
低热值气
中热值气
高热值气
直接液化产品
间接液化产品
原理
煤在空气中燃烧2CxHy＋xO22xCO＋yH2
煤在氧气中燃烧2CxHy＋xO22xCO＋yH2
将中热值气进行催化合成3H2＋CO
CH4＋H2O
煤＋H2液体燃料
煤CO和H2液体燃料
主要成分
CO、H2、N2
CO、H2、CH4
CH4
芳香烃等
甲醇(CH3OH)等
目的
获得高效清洁燃料
4.煤化工和天然气化工——一碳化学
一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物(如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。
(1)煤气化的主要反应
2C＋O22CO
C＋H2O(g)CO＋H2
CO＋H2O(g)CO2＋H2
(2)高温条件，天然气重整：CH4＋H2O(g)CO＋3H2，由CO加氢合成一系列化合物的化学称合成气化学，由甲烷直接合成的称甲烷化学；由甲醇为原料合成一系列下游产品的为甲醇化学。
例2.下列说法正确的是( )
A．把煤加强热使之分解的过程叫干馏
B．煤的干馏属于化学变化
C．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，主要存在于煤干馏所得的焦炉气中
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
[解析] 煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，选项A中没有强调“隔绝空气”这个重要条件，因此是错误的；煤干馏时发生了分解反应，是化学变化，故选项B正确；煤高温干馏的产物主要是焦炭，同时得到焦炉气、煤焦油、粗氨水等。焦炉气的主要成分是H2和CO等气体，芳香烃主要存在于煤焦油中，故选项C不正确；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，煤焦油在170
℃以下蒸馏出来的馏出物中主要含有苯、甲苯、二甲苯和其他苯的同系物等，所以不能说煤中含有苯和甲苯，故选项D不正确。
[答案] B
练2．下列说法中正确的是( )
A．煤油是石油加工所得的主要产品之一，对煤的加工不能得到煤油
B．利用“氢化法”可将煤加工成燃油，其过程中发生了化学变化
C．利用“气化—液化法”可将煤加工成燃油，其过程中只发生物理变化
D．用煤生成的燃油的化学式可表示为(CH2)n，它是一种高分子化合物
解析：将煤进行低温(约500～600
℃)干馏所得到的煤焦油再进行分馏，分馏产品中有煤油。利用“气化——液化法”可将煤加工成燃油，其过程可大概表示为：首先把煤转化为氢气、一氧化碳等气体，然后在催化剂的作用下，其中的一氧化碳和氢气转化为燃油。在该过程中发生了许多化学反应。(CH2)n是燃油的组成成分，属于烃，通常呈液态，液态烃是小分子化合物而不是高分子化合物。
答案：B
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1．了解石油的炼制和石油化工中裂化、裂解的概念及石油产品，掌握从石油中获得更多轻质燃油的方法和制取基本有机化工原料的原理。
2．了解天然气的主要成分及用途。
3．了解煤的干馏、气化和液化原理，理解煤的综合利用在我国经济和社会持续发展中的地位和作用。
4．了解一碳化学的含义及一碳化工产品的合成途经。
一、石油和天然气
1．石油的炼制和石油化工
(1)石油的组成：主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物。
(2)石油的冶炼：一方面是将石油中的混合物进行一定程度的分离，使它们物尽其用；另一方面，将含碳原子多的烃转变为含碳原子较少的烃作为基本有机化工原料，以提高石油的利用价值。
①裂化：裂化就是在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。例如，在加热、加压和催化剂存在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：C16H34―→C8H18＋C8H16；裂化的目的：为了提高汽油的产量；裂化有热裂化和催化裂化。
②裂解：采用比裂化更高的温度，使长链烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃的方法叫做石油的裂解。石油的裂解气是一种复杂的混合气体，它除了主要含有乙烯、丙烯、丁烯等不饱和烃外，还含有甲烷、氢气、硫化氢等。裂解气里烯烃含量比较高，因此，常把乙烯的产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的标志之一。
2．天然气的利用
用途
二、煤的综合利用
煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物，主要含C元素，还含有少量的H、N、S、O等元素以及无机矿物质。
1．煤的干馏
(1)定义：将煤隔绝空气加强热使其分解的过程。
(2)主要产品：焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水和粗苯等。
2．煤的气化和液化
(1)气化：把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。
主要化学反应方程式：C＋H2O(g)CO＋H2
煤的燃烧可以利用空气，也可以利用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气，即把中热值煤气里的CO和H2用催化剂合成甲烷，化学反应方程式：CO＋3H2CH4＋H2O。
(2)液化：煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程，煤的液化分直接液化和间接液化。
①直接液化：把煤与适当的溶剂混合后，在高温、高压和有催化剂的条件下，使煤与氢气作用生成液体燃料。
②间接液化：先把煤转化成一氧化碳和氢气(合成气)，然后再经过催化合成得到烃类燃料、醇类燃料及化学品等。
三、煤化工和天然气化工的发展——一碳化学
1．一碳化学
一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CO2、CH4、CH3OH等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。
2．煤的气化
煤气化的主要反应有：2C＋O22CO、C＋H2O(g)CO＋H2、CO＋H2O(g)CO2＋H2。
3．天然气的重整
天然气重整的反应方程式：CH4＋H2O(g)CO＋3H2。
使用不同的催化剂，从合成气制出不同的产物，叫做合成气化学。
由CH4通过催化反应直接生成新的化合物，叫做甲烷化学。
由CH3OH通过催化反应直接生成新的化合物，叫做甲醇化学。
要点一 石油化工
1．石油的分馏产品及其主要用途
2．石油的各种炼制方法的比较
炼制和加工方法
分馏
裂化
裂解
常压分馏
减压分馏
热裂化
催化裂化
原理
用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物
在一定条件下，将相对分子质量大、沸点高的烃断裂成小分子的过程
在高于裂化的温度下，将长链分子断裂成短链的气态和少量液态烃的过程
原料
脱水、脱盐的原油
重油
重油
石油分馏产品中的烃
条件
常压加热
减压加热
加热
催化剂、加热
高温
目的
将原油分离成轻质油
将重油充分分离，并防炭化结焦
提高轻质汽油的产量和质量
获取短链气态不饱和烃
主要产品
溶剂油(C5—C8)，汽油(C5—C11)，煤油、柴油、重油
润滑油、凡士林等
汽油等轻油
乙烯、丙烯、丁二烯等
例1.下列关于石油及石油炼制的叙述中错误的是( )
A．石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物
B．石油分馏所得的馏分是纯净物
C．为了防止重油进一步分馏时炭化结焦，常采用减压分馏
D．石油裂化的原料是重油、石蜡等
[解析] 石油分馏所得到的是由沸点相近的多种烃组成的混合物而非纯净物；减压分馏防止了重油的炭化结焦；重油、石蜡等含碳原子数较多的高沸点的烃，通过裂化可以得到沸点低的烃。
[答案] B
练1．下图是石蜡(碳原子数约为18～30的烃类混合物)进行催化裂化和检验裂化产物的装置，根据图示回答：
(1)试管①中盛的是__________________。
(2)试管①至②上部导管的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)试管③中盛的是__________________，现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)试以C16H34的催化裂化写出可能的化学反应方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。(写出两个即可)
解析：石蜡催化裂化的产物中有烯烃，烯烃能使酸性高锰酸钾溶液褪色或使溴水褪色。
答案：(1)石蜡和氧化铝(或答石蜡和催化剂)
(2)导气和冷凝
(3)酸性高锰酸钾溶液(或溴水) 溶液颜色逐渐褪去
(4)C16H34C8H18＋C8H16或C16H34C6H14＋C10H20或C16H34C10H22＋C6H12等
要点二 煤的综合利用
1．煤的干馏原理
煤的干馏实验，当看到电炉丝发出红光，此时的温度接近1
000
℃。
现象：片刻后烟煤分解，出现棕黄色浓烟并在具支试管内冷凝成粗氨水和煤焦油；点燃从具支试管排出的煤气，火焰长度可达10
cm左右；用玻璃棒蘸取粗氨水，滴在红色石蕊试纸上，试纸立即变蓝。
2．煤干馏的主要产品和用途
干馏产品
主要成分
主要用途
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
氮肥
粗苯
苯、甲苯、二甲苯
炸药、染料、医药、农药、合成材料
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、制碳素电极
焦炭
碳
冶金、合成氨造气、电石、燃料
3.煤的气化与液化
煤的气化
煤的液化
产品
低热值气
中热值气
高热值气
直接液化产品
间接液化产品
原理
煤在空气中燃烧2CxHy＋xO22xCO＋yH2
煤在氧气中燃烧2CxHy＋xO22xCO＋yH2
将中热值气进行催化合成3H2＋CO
CH4＋H2O
煤＋H2液体燃料
煤CO和H2液体燃料
主要成分
CO、H2、N2
CO、H2、CH4
CH4
芳香烃等
甲醇(CH3OH)等
目的
获得高效清洁燃料
4.煤化工和天然气化工——一碳化学
一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物(如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。
(1)煤气化的主要反应
2C＋O22CO
C＋H2O(g)CO＋H2
CO＋H2O(g)CO2＋H2
(2)高温条件，天然气重整：CH4＋H2O(g)CO＋3H2，由CO加氢合成一系列化合物的化学称合成气化学，由甲烷直接合成的称甲烷化学；由甲醇为原料合成一系列下游产品的为甲醇化学。
例2.下列说法正确的是( )
A．把煤加强热使之分解的过程叫干馏
B．煤的干馏属于化学变化
C．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，主要存在于煤干馏所得的焦炉气中
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
[解析] 煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，选项A中没有强调“隔绝空气”这个重要条件，因此是错误的；煤干馏时发生了分解反应，是化学变化，故选项B正确；煤高温干馏的产物主要是焦炭，同时得到焦炉气、煤焦油、粗氨水等。焦炉气的主要成分是H2和CO等气体，芳香烃主要存在于煤焦油中，故选项C不正确；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，煤焦油在170
℃以下蒸馏出来的馏出物中主要含有苯、甲苯、二甲苯和其他苯的同系物等，所以不能说煤中含有苯和甲苯，故选项D不正确。
[答案] B
练2．下列说法中正确的是( )
A．煤油是石油加工所得的主要产品之一，对煤的加工不能得到煤油
B．利用“氢化法”可将煤加工成燃油，其过程中发生了化学变化
C．利用“气化—液化法”可将煤加工成燃油，其过程中只发生物理变化
D．用煤生成的燃油的化学式可表示为(CH2)n，它是一种高分子化合物
解析：将煤进行低温(约500～600
℃)干馏所得到的煤焦油再进行分馏，分馏产品中有煤油。利用“气化——液化法”可将煤加工成燃油，其过程可大概表示为：首先把煤转化为氢气、一氧化碳等气体，然后在催化剂的作用下，其中的一氧化碳和氢气转化为燃油。在该过程中发生了许多化学反应。(CH2)n是燃油的组成成分，属于烃，通常呈液态，液态烃是小分子化合物而不是高分子化合物。
答案：B
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