2020年高中化學(xué)新教材同步必修第二冊 第8章 第一節(jié) 第2課時　煤、石油和天然氣的綜合利用

第2課時煤、石油和天然氣的綜合利用[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.了解煤、石油、天然氣的組成及綜合利用的意義，提高“宏觀辨識與微觀探析”的能力。2.了解煤、石油、天然氣為原料綜合利用的內(nèi)容，培養(yǎng)“變化觀念”的學(xué)科素養(yǎng)。3.了解節(jié)約能源及防止污染的重要性，培養(yǎng)關(guān)注社會可持續(xù)發(fā)展的“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”。1．煤的綜合利用(1)煤的組成(2)煤的綜合利用2．天然氣的綜合利用(1)主要成分：CH4(2)3．石油的綜合利用(1)石油的組成：由多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物(2)石油的綜合利用①②③④4．煤、石油、天然氣為原料生產(chǎn)合成材料(1)三大合成材料：塑料、合成橡膠、合成纖維。(2)實(shí)例：乙烯制聚乙烯：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up7(催化劑))CH2—CH2，丙烯制聚丙烯：nCH2CH—CH3eq\o(→,\s\up7(催化劑))。(1)把煤加強(qiáng)熱使之分解的過程為煤的干餾(×)提示必須隔絕空氣加強(qiáng)熱。(2)在一定條件下，煤可以和氫氣直接反應(yīng)生成液體燃料(√)提示煤與氫氣可以生成液體燃料，該過程為煤的直接液化。(3)煤的氣化和液化都是物理變化(×)提示煤的氣化為：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2，煤的液化分直接液化和間接液化，直接液化為煤和氫氣反應(yīng)生成液體燃料，間接液化是以氣化產(chǎn)物CO和H2為原料合成甲醇等，都為化學(xué)變化。(4)石油的分餾產(chǎn)品為純凈物(×)提示石油的分餾產(chǎn)品為沸點(diǎn)相差不大的烴的混合物。(5)石油的裂解是為了獲得更多的汽油等液體燃料(×)提示石油的裂化目的是為了獲取更多汽油等燃料，石油的裂解目的是為了獲取乙烯等氣態(tài)化工原料。(6)許多性能優(yōu)異的合成高分子材料的原始原料為煤、石油或天然氣(√)1．煤的氣化、液化是物質(zhì)三態(tài)(氣、液、固)之間的變化嗎？為什么？提示不是，物質(zhì)三態(tài)之間的變化是物理變化，煤的氣化、液化是化學(xué)變化。2．生活中汽車的車用燃料一般為裂化汽油。這種汽油和直餾汽油有何區(qū)別？如何鑒別？提示直餾汽油主要是飽和烴的混合物，裂化汽油中含不飽和烴；可用溴的四氯化碳溶液區(qū)別它們。3．目前，多數(shù)石油產(chǎn)品仍作為燃料使用，如把石油產(chǎn)品來合成高分子材料，其價值將成倍提升，試寫出用汽油(主要成分為辛烷C8H18)為原料，生成聚乙烯塑料的合成原理？提示首先汽油裂解eq\o(C8H18,\s\do7(辛烷))eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(加熱、加壓))eq\o(C4H10,\s\do7(丁烷))＋eq\o(C4H8,\s\do7(丁烯))eq\o(C4H10,\s\do7(丁烷))eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(加熱、加壓))eq\o(C2H4,\s\do7(乙烯))＋eq\o(C2H6,\s\do7(乙烷))nCH2=CH2eq\o(→,\s\up7(催化劑))CH2—CH21．國內(nèi)能源供應(yīng)緊張形勢日益加劇，煤的漲價導(dǎo)致部分地區(qū)電荒，煤在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位由此可見一斑。下列關(guān)于煤的說法正確的是()A．煤屬于有機(jī)化合物B．在物質(zhì)變化類型上，煤的干餾包含了物理變化和化學(xué)變化C．煤中含有大量的苯、甲苯等芳香烴，煤是芳香烴的主要來源D．煤轉(zhuǎn)化為水煤氣再燃燒放出的熱量不會增加，因此煤的氣化并無意義答案B解析煤是由有機(jī)物和少量無機(jī)物組成的復(fù)雜混合物；苯和甲苯是煤中的某些干餾產(chǎn)物中的主要成分，并不是煤本身含有的，是煤干餾過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的；煤氣化后變成清潔高效的燃料，再燃燒可提高其利用率，意義重大。2．下列轉(zhuǎn)化不屬于煤或石油的綜合利用的是()A．將煤干餾制得煤焦油和焦炭B．在一定條件下將煤氣化或液化生成氣體或液體燃料C．將煤制成煤球作燃料D．將石油裂解制得乙烯等化工原料答案C解析將煤制成煤球作燃料還是直接燃燒，并沒有綜合利用。3．關(guān)于煤和石油的綜合利用，下列說法正確的是()A．煤中含有甲苯、二甲苯等有機(jī)物，可以通過干餾得到B．以煤為主要原料，可以合成甲醇C．石油裂化的目的是獲取短鏈不飽和氣態(tài)烴D．石油裂化生產(chǎn)的汽油不能使溴水褪色答案B解析煤中不含甲苯、二甲苯，它們是煤干餾后的產(chǎn)物，故A錯誤；煤可以通過間接液化合成甲醇，B正確；石油裂化的目的是獲取更多更好的輕質(zhì)液體燃料，故C錯誤；裂化汽油中含有烯烴，能使溴水褪色，故D錯誤。4．(2018·河南西華一中高一檢測)下列有關(guān)煤和石油的說法正確的是()A．煤和石油都屬于有機(jī)化合物B．煤的干餾和石油的分餾都屬于化學(xué)變化C．水煤氣是通過煤的液化得到的氣體燃料D．石油在加熱和催化劑的作用下可使烴分子重整生成苯、甲苯等有機(jī)物答案D解析煤和石油都是混合物，A錯誤；煤的干餾為化學(xué)變化，而石油的分餾為物理變化，B錯誤；水煤氣主要成分為CO和H2，是煤經(jīng)過氣化生成的，C錯誤；石油在加熱和催化劑的作用下，可以通過結(jié)構(gòu)調(diào)整，使鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴，如苯、甲苯等，D正確?；瘜W(xué)中的“三餾”和“兩裂”(1)化學(xué)中“三餾”比較名稱干餾蒸餾分餾原理隔絕空氣加強(qiáng)熱使物質(zhì)分解根據(jù)液態(tài)混合物中各組分沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離與蒸餾原理相同產(chǎn)物混合物單一組分的純凈物沸點(diǎn)相近的各組分組成的混合物類型化學(xué)變化物理變化物理變化(2)化學(xué)中“兩裂”的比較名稱定義目的裂化在一定條件下，把相對分子質(zhì)量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂為相對分子質(zhì)量小、沸點(diǎn)低的烴提高輕質(zhì)油的產(chǎn)量，特別是提高汽油的產(chǎn)量裂解在高溫下，使具有長鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴獲得短鏈不飽和烴課時對點(diǎn)練A組基礎(chǔ)對點(diǎn)練題組一煤、石油和天然氣的綜合利用1．下列有關(guān)說法正確的是()A．煤干餾得到的焦?fàn)t氣不能與溴水反應(yīng)而使溴水褪色B．煤制煤氣是物理變化，是高效、清潔地利用煤的重要途徑C．煤經(jīng)氣化和液化兩個物理變化過程，可變?yōu)榍鍧嵞茉碊．煤的液化就是將煤轉(zhuǎn)化成甲醇等液態(tài)物質(zhì)的過程答案D解析煤干餾得到的焦?fàn)t氣主要成分為氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳，因含有乙烯故能使溴水褪色；煤的氣化是將固態(tài)煤轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣等氣體燃料(由煤制煤氣)的過程，煤的液化是將煤轉(zhuǎn)化成甲醇等液態(tài)物質(zhì)的過程，二者都屬于化學(xué)變化，其產(chǎn)物都是清潔能源。2．下列關(guān)于石油的說法不正確的是()A．石油主要含C、H兩種元素B．石油通過催化重整可得到環(huán)狀烴C．石油裂化是物理變化D．石油分餾得到的汽油是混合物答案C解析石油裂化是化學(xué)變化。3．在石油工業(yè)中，將重油制成乙烯的方法是()A．裂化 B．裂解C．干餾 D．分餾答案B解析將重油制成氣態(tài)不飽和烴，應(yīng)采取比裂化更高的溫度才可以實(shí)現(xiàn)，采用裂解的方法。4．合理利用燃料減小污染符合“綠色奧運(yùn)”理念，下列關(guān)于燃料的說法正確的是()A．“可燃冰”是將水變?yōu)橛偷男滦腿剂螧．氫氣是具有熱值高、無污染等優(yōu)點(diǎn)的燃料C．乙醇是比汽油更環(huán)保、不可再生的燃料D．石油和煤是工廠經(jīng)常使用的可再生的化石燃料答案B解析可燃冰外觀像冰，其化學(xué)組成是CH4·nH2O，根據(jù)元素守恒知，水不能變?yōu)橛?；氫能源具有來源廣、熱值高，且燃燒后生成水對環(huán)境無污染；乙醇中含有碳、氫、氧三種元素，其燃燒產(chǎn)物是二氧化碳和水，但乙醇為可再生能源；石油和煤都屬于化石燃料，且屬于不可再生能源。5．煤的干餾和石油的分餾，兩種變化在本質(zhì)上的差別是()A．加熱的溫度不同B．得到的產(chǎn)品不同C．前者要隔絕空氣，后者不用隔絕空氣D．干餾是化學(xué)變化，分餾是物理變化答案D解析石油的分餾為物理變化；煤的干餾為化學(xué)變化。題組二煤、石油、天然氣的綜合利用與可持續(xù)發(fā)展6．乙烯的產(chǎn)量是衡量一個國家石油化工水平的重要標(biāo)志。聚乙烯是以乙烯為原料合成的一種人們常用的高分子材料。下列有關(guān)聚乙烯的敘述中正確的是()A．乙烯合成聚乙烯的變化屬于化合反應(yīng)B．乙烯合成聚乙烯的化學(xué)方程式是nCH2CH2eq\o(→,\s\up7(催化劑))CH2=CH2C．聚乙烯在自然界中很難降解，容易導(dǎo)致“白色污染”D．聚乙烯是純凈物答案C解析乙烯合成聚乙烯的反應(yīng)屬于加聚反應(yīng)，聚乙烯的結(jié)構(gòu)簡式為CH2—CH2，高聚物均為混合物。7．在“綠色化學(xué)”工藝中，理想狀態(tài)是反應(yīng)中原子全部轉(zhuǎn)化為要制取的產(chǎn)物，即原子利用率為100%。以下反應(yīng)最符合綠色化學(xué)原子經(jīng)濟(jì)性要求的是()A．氯乙烯發(fā)生加聚反應(yīng)制得聚氯乙烯高分子材料B．用乙酸與乙醇制備乙酸乙酯C．用淀粉發(fā)酵反應(yīng)制得食用酒精D．用乙醇催化氧化制乙醛答案A解析A項，氯乙烯發(fā)生加聚反應(yīng)制得聚氯乙烯高分子材料，屬于加聚反應(yīng)，原子利用率為100%，符合要求，正確；B項，乙酸與乙醇反應(yīng)制備乙酸乙酯，屬于取代反應(yīng)，伴隨副產(chǎn)物，反應(yīng)物沒有全部轉(zhuǎn)化為所需產(chǎn)物，錯誤；C項，用淀粉制酒精，反應(yīng)物沒有全部轉(zhuǎn)化為所需產(chǎn)物酒精，錯誤。8．利用水煤氣(CO、H2)生產(chǎn)汽油、甲醇和氨等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，合成氣也可轉(zhuǎn)化為醛、酸、酯等多種產(chǎn)物，下列敘述不正確的是()A．以水煤氣(CO、H2)為原料合成其他工業(yè)原料的反應(yīng)都是化合反應(yīng)B．以水煤氣(CO、H2)生產(chǎn)液態(tài)烴或醇類是實(shí)現(xiàn)“煤變油”的有效途徑C．以水煤氣(CO、H2)為原料也可以合成烯烴D．煤的氣化和液化提高了煤的綜合利用效率答案A解析以水煤氣(CO、H2)為原料的反應(yīng)不一定都是化合反應(yīng)。9．在一定條件下，動植物油脂與醇反應(yīng)可制備生物柴油，化學(xué)方程式如下：下列敘述錯誤的是()A．生物柴油由可再生資源制得B．生物柴油是不同酯組成的混合物C．動植物油脂是高分子化合物D．“地溝油”可用于制備生物柴油答案C解析短鏈醇(如乙醇)可由淀粉或纖維素制取，動植物油脂和短鏈醇均是可再生資源；生物柴油中R1、R2、R3不同，可形成混合物；動物油脂的相對分子質(zhì)量一般都是幾百，不屬于高分子化合物。10．下圖是實(shí)驗(yàn)室對煤進(jìn)行干餾的裝置圖，回答下列問題：(1)指出圖中儀器名稱：c________，d________。(2)儀器d的作用是_________________________________________________________，c中液體有________和________，其中無機(jī)物里溶有________，可用________檢驗(yàn)出來。有機(jī)物可以通過________的方法使其中的重要成分分離出來。(3)e處點(diǎn)燃的氣體的主要成分有________，火焰的顏色為________。答案(1)U形管燒杯(2)盛裝冷水對蒸氣進(jìn)行冷卻粗氨水煤焦油氨酚酞溶液蒸餾(或分餾)(3)H2、CH4、C2H4、CO淡藍(lán)色解析(1)c是U形管，d是燒杯。(2)煤的干餾產(chǎn)物主要有：焦炭(固體)、煤焦油、粗氨水(液體)、焦?fàn)t氣(H2、CH4、C2H4、CO)等，利用d將蒸氣冷卻，無機(jī)物中溶有氨，可利用酚酞檢驗(yàn)；有機(jī)物可利用蒸餾或分餾使其中的重要成分分離出來。(3)e處點(diǎn)燃的氣體是焦?fàn)t氣，火焰呈淡藍(lán)色。B組綜合強(qiáng)化練1．下列氣體主要成分是CH4的是()A．水煤氣 B．裂解氣C．焦?fàn)t氣 D．沼氣答案D解析水煤氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，A錯誤；裂解氣的主要成分是甲烷及碳原子數(shù)為2～5的烯烴和烷烴，B錯誤；焦?fàn)t氣中含量最高的氣體是氫氣，C錯誤；沼氣為植物發(fā)酵生成的氣體，主要成分為甲烷。2．(2019·貴陽高一聯(lián)考)下列有關(guān)說法正確的是()A．通過石油分餾可以獲得大量的芳香烴B．液化石油氣和天然氣的主要成分都是甲烷C．煤油可由石油分餾獲得，可用作燃料和保存少量金屬鈉D．石油裂解可以得到更多的汽油，這種汽油是一種純凈物答案C解析芳香烴主要從煤的干餾產(chǎn)品煤焦油中獲取，A錯誤；液化石油氣的主要成分是含有3個或4個碳原子的烴，天然氣的主要成分是甲烷，B錯誤；煤油是由石油經(jīng)分餾或裂化得到的，可用作燃料，且密度比鈉小，可用于保存少量金屬鈉，C正確；石油分餾得到的汽油仍為混合物，D錯誤。3．(2019·西安高一期末)十九大報告中指出：“綠水青山就是金山銀山?！倍没瘜W(xué)知識降低污染，提高原料利用效率是化學(xué)工作者的首要任務(wù)，有關(guān)煤和石油的綜合利用，下列說法正確的是()A．將煤塊制成煤粉，可提高燃燒效益，減少SO2的排放B．煤中含有苯等多種芳香烴，可先干餾后分餾把它們分離出來C．可通過石油裂化獲取乙烯等工業(yè)原料D．以煤和石油為原料加工生成高分子化合物，可大大提高煤和石油利用效率答案D4．下列有關(guān)煤、石油及產(chǎn)品的說法正確的是()A．煤的氣化和液化都屬于物理變化B．將煤在空氣中加強(qiáng)熱使之分解的過程，稱為煤的干餾，也叫煤的焦化C．將石油分餾得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料D．用溴的四氯化碳溶液可鑒別分餾獲取的汽油和裂化獲得的汽油答案D解析煤的氣化和液化都屬于化學(xué)變化，A錯誤；煤在隔絕空氣加強(qiáng)熱的條件下分解的過程稱為煤的干餾，而不是在空氣中，B錯誤；石油分餾主要得到汽油、煤油等，乙烯、丙烯等可通過石油裂化、裂解獲得，C錯誤；分餾獲得的汽油主要成分是飽和烴，裂化獲得的汽油中含有不飽和烴，二者可用溴的四氯化碳溶液鑒別，D正確。5．下列說法正確的是()A．利用化石燃料燃燒放出的熱量使水分解產(chǎn)生氫氣，是氫能開發(fā)的研究方向B．光合作用是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的有效途徑C．石油、煤、天然氣屬于二次能源D．綠色化學(xué)最顯著的特征是在生產(chǎn)化工產(chǎn)品過程中必須以綠色動植物為原料答案B解析利用化石燃料燃燒法使水分解制氫氣需要消耗大量的能源，A錯誤；光合作用是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的有效途徑，B正確；石油、煤、天然氣屬于一次能源，C錯誤；綠色化學(xué)的核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，D錯誤。6．(2018·河南信陽一中月考)有關(guān)煤的綜合利用如圖所示。下列說法正確的是()A．煤的干餾是將煤中有機(jī)物在高溫下蒸餾出來，故為物理變化B．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)物C．②是放熱的過程D．B為甲醇或乙酸時，原子利用率均達(dá)到100%答案D解析A項，煤的干餾是指將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使之分解的過程，錯誤；B項，煤通過干餾得到苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)物，錯誤；C項，反應(yīng)②是碳和水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，為吸熱反應(yīng)，錯誤；D項，甲醇(CH4O)可寫為(H2)2·CO，乙酸(C2H4O2)可寫為(H2)2·(CO)2，原子利用率均達(dá)到100%，正確。7．(2019·湖北黃岡高一檢測)某研究性學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室中模擬石油的催化裂化，裝置如圖。實(shí)驗(yàn)過程中可觀察到燒瓶Ⅰ中固體石蠟先熔化，試管Ⅱ中有少量液體凝結(jié)，試管Ⅲ中酸性高錳酸鉀溶液褪色，實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)試管Ⅱ中液體具有汽油的氣味。(1)該裝置儀器連接的順序應(yīng)遵循的原則為__________，加入藥品之前的操作為__________________________，長導(dǎo)管的作用是________。(2)試管Ⅱ中有少量液體凝結(jié)說明________________________________________________。(3)試管Ⅲ中溶液褪色說明_______________________________________________________。(4)能否用試管Ⅱ中的液體萃取溴水中的溴，理由是__________________________________________________________________________________________________________。(5)寫出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化學(xué)方程式：_____________________________________________________________________________________________________。(6)石油裂化的重要意義是__________________________________________________。答案(1)從下往上，從左往右檢驗(yàn)裝置的氣密性導(dǎo)氣和冷凝氣體(2)裂化生成了碳原子數(shù)大于4的烴(3)裂化生成了碳原子數(shù)小于5的烯烴(4)不能，裂化產(chǎn)物中有烯烴，易與溴發(fā)生加成反應(yīng)(5)C20H42eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))C10H22＋C10H20(6)提高石油產(chǎn)品中輕質(zhì)燃油的產(chǎn)量，特別是汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量解析實(shí)驗(yàn)室儀器連接的順序應(yīng)遵循從下往上、從左到右的原則，裝入藥品之前要檢驗(yàn)裝置的氣密性；依據(jù)石油分餾塔原理，設(shè)置了長導(dǎo)管，除起導(dǎo)氣作用外，兼起冷凝氣體的作用。試管Ⅱ中有液體生成，說明生成了碳原子數(shù)大于4的烴。試管Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色說明生成了常溫、常壓下呈氣態(tài)的碳原子數(shù)小于5的烯烴。由于裂化產(chǎn)物中有烯烴生成，易與溴發(fā)生加成反應(yīng)，所以不能用試管Ⅱ中的液體來萃取鹵素單質(zhì)。從以上變化可以看出，石油裂化的主要目的是為了獲得更多的輕質(zhì)燃油，特別是提高汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量。8．(2019·張家口期末)煤氣化是有效利用化石能源的手段之一，有關(guān)反應(yīng)為①C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2、②CO＋H2Oeq\o(,\s\up7(一定條件))CO2＋H2，獲得的氣體稱為水煤氣。某研究性學(xué)習(xí)小組為探究氣體的成分，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)?！緦?shí)驗(yàn)】使水蒸氣通過灼熱的焦炭，收集反應(yīng)后流出的氣體?！咎岢黾僭O(shè)】對氣體的成分提出了三種假設(shè)。假設(shè)1：該氣體是CO、H2、H2O。假設(shè)2：該氣體是CO2、H2、H2O。(1)假設(shè)3：________________________________________________________________?！驹O(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證假設(shè)】擬用圖中提供的儀器，選擇必要的試劑，設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證上述假設(shè)3。(加熱裝置和導(dǎo)管等在圖中略去，實(shí)驗(yàn)前裝置內(nèi)部的空氣已經(jīng)排盡)(2)按氣流從左至右連接各儀器，用題中小寫字母表示接口的連接順序(儀器可重復(fù)使用)：混合氣→dc→________→________→________→________→________→ij。(3)儀器A中需要加入的試劑名稱為________，其中的反應(yīng)的化學(xué)方程式可能有____________________________________________________________________________________________________________________