8.1.2煤石油和天然氣的綜合利用（帶答案解析）高一化學精講講義（人教版2019）

第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用（2）煤、石油和天然氣的綜合利用【學習目標】1．了解煤、石油、天然氣的組成及綜合利用的意義。2．了解煤、石油、天然氣綜合利用的內容?！局鞲芍R梳理】一、煤的綜合利用1、煤的組成(1)物質組成：有機物和少量無機物組成的復雜混合物(2)元素組成：主要含碳元素，還含有少量氫、氧、氮、硫等元素2、煤的綜合利用(1)煤的干餾①概念：煤的干餾是指將煤隔絕空氣加強熱使煤中的有機物分解的過程，工業(yè)上也叫煤的焦化②發(fā)生的變化：煤干餾過程中發(fā)生一系列復雜的化學反應，煤的干餾是一個復雜的物理變化和化學變化過程=3\*GB3③煤干餾的產品及用途——煤焦油、焦炭、粗氨水、粗苯、焦爐氣干餾產品主要成分主要用途出爐煤氣焦爐氣氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳[氣體燃料、化工原料粗氨水氨、銨鹽氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸藥、染料、醫(yī)藥、農藥、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚類、萘類染料、醫(yī)藥、農藥、合成材料瀝青筑路材料、制碳素電極焦炭炭冶金、合成氨造氣、電石、燃料=4\*GB3④化學“三餾”的比較名稱干餾蒸餾分餾原理隔絕空氣、高溫下使物質分解根據(jù)液態(tài)混合物中各組分沸點不同進行分離與蒸餾原理相同產物混合物單一組分的純凈物沸點相近的各組分組成的混合物變化類型化學變化物理變化物理變化(2)煤的氣化①概念：將煤轉化為可燃性氣體②主要反應：C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO(g)＋H2(g)=3\*GB3③發(fā)生的變化：化學變化(3)煤的液化①直接液化：煤＋H2―→_液體燃料____；②間接液化：煤――→氣化CO和H2――→催化劑甲醇等(4)煤的綜合利用的意義①減少污染物的排放；減少煤燃燒產生的SO2、NOx、CO和粉塵等污染物的排放。②提高煤燃燒的效率；煤的氣化、液化都是使煤變成清潔能源的有效途徑，煤的燃燒效率也有很大的提高。③獲得重要的化工原料：通過煤的干餾，獲得大量重要的化工原料?！緦c訓練1】1、下圖是實驗室模擬煤的干餾的實驗裝置，下列有關敘述錯誤的是()A．圖示實驗中發(fā)生了化學變化B．實驗后水溶液的pH>7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上層X是粗苯等C．氣體Z易燃，可以還原氧化銅D．液體Y是一種純凈物2、下列屬于物理變化的是()①石油的分餾②煤的干餾③石油的裂化④鋁熱反應⑤由乙烯制備聚乙烯⑥將氧氣轉化為臭氧⑦乙烯催熟果實⑧將苯加入溴水中⑨海水蒸餾制取淡水A．①②③④B．①②⑤⑦C．①⑧⑨D．①②⑥⑨二、石油的綜合利用1、石油的形成及成分(1)物質組成：石油是由多種碳氫化合物組成的混合物，主要是多種烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等，一般石油不含烯烴，從所含成分的狀態(tài)看，大部分是液態(tài)烴，在液態(tài)烴里溶有氣態(tài)烴和固體烴(2)物理性質：黑褐色的粘稠狀物質，有特殊氣味，比水輕，不溶于水，沒有固定沸點2、石油的煉制(1)石油的分餾①概念：利用原油中各種烴的沸點不同，將烴分離成不同沸點范圍的產物的過程，石油分餾得到的各種餾分是混合物，分餾可得到汽油、煤油、柴油等輕質油，此時得到的汽油叫直餾汽油②設備：加熱爐和分餾塔=3\*GB3③分類常壓分餾原理用蒸發(fā)和冷凝的方法將原油分成不同沸點范圍的餾分原料原油目的獲得以燃料油為主的不同石油產品產品石油氣、汽油、煤油、柴油、重油減壓分餾原理通過減壓降低重油的沸點，從重油中分離出不同沸點范圍的餾分原料重油目的獲得以潤滑油為主的不同石油產品產品柴油、燃料油、石蠟、瀝青、潤滑油(2)石油的裂化①概念：在一定條件下，把相對分子質量大、沸點高的烴斷裂為相對分子質量小、沸點低的烴的過程②原料：重油=3\*GB3③目的：提高輕質油的產量，特別是提高汽油的產量，此時得到的汽油叫裂化汽油=4\*GB3④原理：C12H26C6H14＋C6H12=5\*GB3⑤方法：熱裂化和催化裂化a.熱裂化的目的是提高汽油的產量；缺點是溫度過高，發(fā)生結焦現(xiàn)象b.催化裂化的目的是提高汽油的產量；使用的催化劑是硅酸鋁、分子篩(鋁硅酸鹽)(3)石油的裂解①概念：即深度裂化，在高溫下，使具有長鏈分子的烴斷裂成乙烯、丙烯、丁烯等各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴的過程②原料：含直鏈烷烴的石油分餾產品=3\*GB3③目的：獲得乙烯、丙烯等短鏈氣態(tài)不飽和烴=4\*GB3④裂解反應：C16H34C8H18＋C8H16C8H18C4H10＋C4H8C4H10CH4＋C3H6C4H10C2H6＋C2H4(4)石油的催化重整①概念：石油在加熱和催化劑的作用下，可以通過結構的重新調整，使鏈狀烴轉化為環(huán)狀烴②目的：使鏈狀烴轉化為環(huán)狀烴，獲得芳香烴=3\*GB3③產品：苯或甲苯等化工原料【對點訓練2】1、下列關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2、石油煉制過程中，既能提高汽油產量又能提高汽油質量的方法是()A．常壓分餾B．減壓分餾C．裂解 D．催化裂化3、石油裂解的目的主要是()A．提高輕質液體燃料的產量B．提高汽油的產量C．改善汽油的質量D．獲得短鏈不飽和烴4、含有6個碳原子的烷烴，經(jīng)催化裂化可生成的烷烴最多有()A．3種B．4種C．5種D．6種三、天然氣的綜合利用1、天然氣的組成：主要成分是甲烷，還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫等2、天然氣的加工及利用①天然氣是一種清潔的化石燃料，日常生活用作燃料②化工生產主要用于合成氨和生產甲醇等3、化學“六氣”的主要成分高爐煤氣水煤氣天然氣液化石油氣焦爐氣裂解氣主要成分CO、CO2H2、COCH4C3H8、C4H10、C3H6、C4H8H2、CH4、C2H4、COC2H4、C3H6、C4H8、CH4【歸納小結】(1)煤的干餾、氣化和液化都是化學變化。(2)石油分餾屬于物理變化，由于石油中有些物質的沸點很接近，所以分餾產物一般為混合物。常壓蒸餾的原料為石油，減壓蒸餾的原料為重油。分餾時沸點低(相對分子質量小)的烴類先汽化，沸點高(相對分子質量大)的烴類后汽化。(3)石油分餾所得汽油為直餾汽油，多為飽和烴。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不飽和烴，能與鹵素單質反應。(4)裂化是為了提高汽油等的產量和質量，而裂解采用比裂化更高的溫度，是為了獲得大量的乙烯、丙烯等不飽和氣體產物作化工原料。【對點訓練3】1、最近，新華社的一條消息中披露：我國南海海底發(fā)現(xiàn)巨大的“可燃冰”帶，能源總量估計相當于中國石油總量的一半；而我國東?！翱扇急钡奶N藏量也很可觀……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶體(CH4·nH2O)。下列說法中正確的是()A．CH4·nH2O晶體中水是溶劑B．CH4·nH2O的組成元素有3種C．CH4·nH2O中CH4和H2O的質量比為1：nD．可燃冰能燃燒，說明水具有可燃性2、某混合氣體依次通過溴水(使其褪色)，通過灼熱的氧化銅(使其黑色變紅色)，通過無水CuSO4白色粉末(使其變藍色)，通過澄清石灰水(石灰水由清變渾再變清)，最后剩余氣體在空氣中點燃，火焰呈淡藍色，該混合氣體是()A．水煤氣 B．焦爐煤氣C．石油液化氣 D．高爐煤氣3、為了減少大氣污染，許多城市推廣清潔燃料，目前使用的清潔燃料主要有兩類，一類是壓縮天然氣，另一類是液化石油氣，這兩類燃料的主要成分是()A．碳水化合物B．碳氫化合物C．氫氣D．醇類課后作業(yè)1、工業(yè)上獲得苯主要通過()A．煤的干餾B．石油常壓分餾C．石油減壓分餾D．石油催化裂化2、“PM2.5”是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物。它與空氣中的SO2接觸時，SO2會部分轉化為SO3。則“PM2.5”的顆粒物在酸雨形成過程中主要的作用是()A．還原作用B．氧化作用C．催化作用D．抑制作用3．(雙選)下列關于石油的說法正確的是()A．只含有碳、氫兩種元素，所以石油屬于烴B．主要是烴類混合物，所以有固定的沸點C．主要是各種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴組成的混合物D．石油分餾得到的汽油是混合物4、“綠色化學”是當今社會提出的一個新概念。在“綠色化學”工藝中，理想狀態(tài)是反應中原子全部轉化為欲制得的產物，即原子利用率為100%。以下反應最符合綠色化學原子經(jīng)濟性要求的是()A．乙烯發(fā)生加聚反應制得聚乙烯高分子材料B．用甲烷與氯氣制備一氯甲烷C．用苯和液溴為原料制取溴苯D．用石灰石和稀鹽酸反應制得二氧化碳5、下列說法中錯誤的是()A．石油中含有C5～C11的烷烴，可以通過石油的分餾得到汽油B．含C18以上烷烴的重油經(jīng)過催化裂化可以得到汽油C．煤是由有機物和無機物組成的復雜的混合物D．煤中的有機物是氨水，故煤干餾時可得到粗氨水6、下列關于有機高分子化合物的說法不正確的是()A．有機高分子化合物稱為聚合物，是因為它們大部分是由小分子通過加成聚合反應制得的B．有機高分子化合物的相對分子質量很大，但其結構是若干鏈節(jié)的重復C．對于一種高分子材料，n是一個整數(shù)值，因而它的相對分子質量是確定的D．丙烯可以發(fā)生加聚反應生成高分子7、用金屬銅制取硝酸銅，從節(jié)約原料和防止環(huán)境污染方面考慮，最好的方法是()A．銅eq\o(→,\s\up7(濃硝酸))硝酸銅B．銅eq\o(→,\s\up7(稀硝酸))硝酸銅C．Cueq\o(→,\s\up7(Cl2))CuCl2eq\o(→,\s\up7(AgNO3))Cu(NO3)2D．Cueq\o(→,\s\up7(空氣))CuOeq\o(→,\s\up7(HNO3))Cu(NO3)28、下列有關石油和煤的利用敘述不正確的是()A．煤的干餾就是將煤隔絕空氣在高溫條件下使之分解，得到焦炭、煤焦油等物質的過程B．煤的液化就是將煤轉化成甲醇、乙醇等其液態(tài)物質的過程C．煤的氣化就是將煤在高溫條件下由固態(tài)轉化為氣態(tài)的物理變化過程D．石油通過催化裂化或裂解，可以獲得碳原子數(shù)較少的輕質油9、下列有關環(huán)境保護的說法中錯誤的是()A．含氮、磷化合物的生活污水大量排放可使水體富營養(yǎng)化B．各國工業(yè)大量排放二氧化硫是全球氣候變暖的主要原因C．劣質裝修材料中的甲醛、苯、氡氣等對人體有害D．廢舊電池中的汞、鎘、鉛等重金屬鹽對土壤和水源會造成污染10、某高分子化合物含有如下結構片段：對其結構的分析正確的是()A．它是縮聚反應的產物B．合成它的小分子是CH3OHC．合成它的小分子是CH2=CH2和HCOOCH3D．合成它的小分子是CH2=CHCOOCH311．綠色化學是“預防污染”的根本手段，它的目標是研究和尋找能充分利用的無毒害原材料，最大限度地節(jié)約能源，在化工生產各個環(huán)節(jié)中都實現(xiàn)凈化和無污染。(1)下列各項符合“綠色化學”要求的是________。A．處理廢棄物B．治理污染點C．減少有毒物D．杜絕污染源(2)在我國西部大開發(fā)中，某地為籌建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你認為可行的是________。A．建在西部干旱區(qū)可以脫貧致富B．應建在水資源豐富和交通方便且遠離城市的郊區(qū)C．企業(yè)有權自主選擇廠址D．不宜建在人口稠密的居民區(qū)(3)某化工廠排放的污水中含有Mg2＋、Fe3＋、Cu2＋、Hg2＋四種離子。某同學設計了從該污水中回收純凈的金屬銅的方案。在能制得純銅的方案中，哪一步操作會導致環(huán)境污染？______________。應增加哪些措施防止污染_________________________________________________。12、下圖是實驗室干餾煤的裝置圖，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________，其中無機物里溶有________，可用________檢驗出來。有機物可以通過________的方法使其中的重要成分分離出來。(3)e處點燃的氣體主要成分有__________________，火焰的顏色__________________。13、由于我國煤儲藏量相對比石油和天然氣豐富，能源消費以煤為主。將原煤作為燃料燃燒，既嚴重污染環(huán)境，效率又不高，因而國家大力提倡煤的綜合利用。實施“煤變油”，其原理之一是先將煤與水蒸氣制得水煤氣(CO和H2)，再催化合成甲醇或烴類等液態(tài)能源。(1)用CO和H2合成甲醇的化學方程式是____________________________________________。(2)用CO和H2合成烴(CnHm)的化學方程式是____________________________________________________。(3)氣化和液化的優(yōu)點是___________________________________________。14、某同學們利用生活中的廢銅屑與硝酸反應制取化學試劑硝酸銅，設計了三種方案如下表所示。能體現(xiàn)綠色化學理念的最佳方案是________，理由是_______________________________________________。方案反應物甲Cu、濃硝酸乙Cu、稀硝酸丙Cu、O2、稀硝酸【煤、石油和天然氣的綜合利用】答案【對點訓練1】1、D。解析：煤的干餾是化學變化，A項正確；所得產物有焦爐氣(含有CH4、H2、C2H4、CO等)、煤焦油(不溶于水的一種多成分混合物)、粗氨水、焦炭等，焦爐氣中的H2、CO可還原氧化銅，且易燃，C項正確；氨水的pH>7，煤焦油居于水層以下，粗苯密度小于水，在上層，故B項正確；煤焦油中含有多種物質，屬混合物，D項錯誤。2、C。解析：蒸餾和分餾的原理相同，都是利用沸點不同分離物質，將苯加入溴水中不發(fā)生化學反應，而是苯萃取溴水中的溴，故①⑧⑨均屬于物理變化，其余各項均發(fā)生了化學變化?！緦c訓練2】1、C。解析：石油裂化是化學變化。2、D。解析：選項中的四種方法都是石油煉制加工的方法，而其目的不同。A項中只能對石油進行初步加工，各類烴的質量僅占石油總量的25%左右；B項操作不會得到汽油；C項所得產物主要是乙烯、丙烯等小分子短鏈不飽和烴；只有D項才能得到質量更高、產量更多的汽油。3、D。解析：石油裂解的主要目的是獲得乙烯、丙烯等工業(yè)原料。4、C。解析：C6H14裂解的方式可能有下列四種：C6H14eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(加熱、加壓))CH4＋C5H10C6H14eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(加熱、加壓))C2H6＋C4H8C6H14eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(加熱、加壓))C3H8＋C3H6C6H14eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(加熱、加壓))C4H10＋C2H4，其中CH4、C2H6、C3H8分別為甲烷、乙烷、丙烷，沒有同分異構體，而C4H10有2種同分異構體CH3—CH2—CH2—CH3、，因此考慮C4H10的同分異構體，最終生成的烷烴最多有5種?！緦c訓練3】1、B2、B。解析：水煤氣的主要成分是CO和H2；焦爐煤氣的主要成分是H2、CH4、C2H4和CO等；石油液化氣的成分是C2～C3的烷烴；高爐煤氣的成分是CO、CO2和N2等。能符合題給實驗現(xiàn)象的氣體只有焦爐煤氣。3、B課后作業(yè)1答案：A2．答案：C點撥：PM2.5的顆粒物加快了SO2的氧化，起催化作用。3．答案：CD點撥：石油是由各種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴組成的混合物，含有少量雜質，主要成分是烴，沒有固定的熔、沸點，石油分餾所得每一種餾分仍是混合物，故A、B不正確，選C、D。4．答案：A點撥：當反應物中的原子全部轉化為產物時，原子利用率為100%，乙烯發(fā)生加聚反應制得聚乙烯，符合要求，而B項甲烷與氯氣發(fā)生取代反應制得一氯甲烷同時還有大量副產物產生，C項反應物制得溴苯同時還生成溴化氫，D項反應物制取CO2同時還生成CaCl2和H2O，因此選A。5．答案：D點撥：汽油是C5～C11的烷烴，可以通過石油的分餾得到，也可由C18以上的烷烴經(jīng)過裂化反應得到，A、B正確；煤是由有機物和無機物所組成的復雜混合物，其干餾產物中有粗氨水，故C正確，D錯誤。6．答案：C點撥：高分子化合物可由小分子通過加成聚合反應制備，高分子化合物是混合物，雖然相對分子質量很大，但沒有確定的相對分子質量，只有一個范圍，它們的結構均是由若干個鏈節(jié)組成的。丙烯中含碳碳雙鍵，能發(fā)生加聚反應，故選C。7．答案：D點撥：A中反應為Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；B中反應為3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。兩個反應都既浪費原料(HNO3)，又污染大氣(有NO2和NO氣體放出)。C中，Cu在Cl2中燃燒會造成大氣污染，用AgNO3作反應物不經(jīng)濟。D中反應為2Cu＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CuO，CuO＋2HNO3=Cu(NO3)2＋H2O，符合題目要求。8．答案：C點撥：A項，煤的干餾是將煤隔絕空氣加強熱使之分解的過程，煤的干餾產品主要有焦炭、煤焦油、粗氨水、焦爐氣等；B項，煤的液化是將煤轉化為液體燃料(如甲醇等)的過程；C項，煤的氣化是將煤轉化為氣體燃料(如CO、H2)的過程；D項，石油的催化裂化與裂解原理相同，都是將相對分子質量大、沸點高的烴斷裂為相對分子質量小，沸點低的烴的過程，從而獲得輕質油，故只有C選項不正確。9．答案：B點撥：SO2的排放與酸雨的形成有關，而導致氣候變暖的溫室氣體是CO2而不是SO2。10．答案：D點撥：從給出的結構片段可判斷該高分子化合物為的重復，推