8.1.2煤石油和天然氣的綜合利用-高一化學(xué)學(xué)與練（人教版2019）

第2課時煤、石油和天然氣的綜合利用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(nèi)容。一、煤、石油的綜合利用1．煤的組成煤是由有機(jī)物和少量無機(jī)物組成的復(fù)雜混合物，主要含有碳元素，還含有少量氫、氧、氮、硫等元素。2．煤的綜合利用(1)煤的干餾：將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使之分解的過程，工業(yè)上也叫煤的焦化。主要產(chǎn)品：出爐煤氣(包括焦?fàn)t氣、粗氨水、粗苯)、煤焦油、焦炭(2)煤的氣化：定義：將煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程。主要反應(yīng)：C+H2Oeq\o(=,\s\up7(高溫))CO+H2(3)煤的液化：①直接液化：煤＋H2→液體燃料；②間接液化：煤eq\o(→,\s\up7(氣化))CO和H2eq\o(→,\s\up7(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(chǎn)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。3．天然氣的成分及應(yīng)用(1)天然氣是一種清潔的化石燃料，主要成分是CH4，常用作燃料，作為化工原料主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇等。(2)天然氣水合物是天然氣與水在高壓、低溫條件下形成的類似冰狀物質(zhì)，主要成分是甲烷水合物，組成可表示為CH4·nH2O，甲烷分子處于由多個水分子形成的籠中。又稱為“可燃冰”。二、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(1)分餾概念：利用石油中各組分沸點(diǎn)的不同進(jìn)行分離的過程。目的：獲得汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油。(2)裂化概念：將含碳原子較多、沸點(diǎn)較高的烴（重油）分裂為含碳原子較少、沸點(diǎn)較低的烴的過程。目的：提高輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量，特別是汽油的產(chǎn)量。原理：C16H34eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do7(加熱、加壓))C8H18＋C8H16。十六烷辛烷辛烯(3)裂解概念：裂解就是深度裂化。目的：獲得乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。原理：C4H10eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do7(加熱、加壓))CH4＋C3H6C4H10eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do7(加熱、加壓))C2H4＋C2H6。(4)催化重整概念：石油在加熱和催化劑的作用下，可以通過結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴。目的：獲得苯、甲苯等產(chǎn)品。3．化石能源與合成高分子材料(1)三大合成高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維。(2)以煤、石油、天然氣為原料，通過化學(xué)反應(yīng)可以制得合成高分子材料。例如：①乙烯制聚乙烯：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up7(催化劑))②丙烯制聚丙烯：nCH2=CH—CH3eq\o(→,\s\up7(催化劑))。?問題一煤和天然氣的綜合利用【典例1】某實(shí)驗小組在實(shí)驗室中用下圖模擬煤的干餾，按要求回答相關(guān)問題：(1)儀器d的作用是__________________，e處點(diǎn)燃的氣體主要有____________________。(2)c中液體分層，其中水層里溶有____________，有機(jī)物層可以通過________的方法使其中的重要成分分離出來。答案：(1)冷卻H2、CO、CH4、C2H4(2)粗氨水蒸餾解析：該實(shí)驗為煤的干餾，其產(chǎn)品為焦?fàn)t氣、粗氨水、粗苯、煤焦油和焦炭，d裝置為冷卻作用，液體分層，水層中含有粗氨水，有機(jī)物層可以通過蒸餾加以分離?！咀兪骄?1】我國在“煤變油”技術(shù)上已取得了重大突破，達(dá)到5噸煤可以合成1噸成品油的水平。下列敘述錯誤的是()A．煤的組成元素主要是碳，但煤是混合物B．“煤變油”的方法之一是使煤與H2作用生成液態(tài)有機(jī)物C．煤之所以能變“油”，是因為煤中含有大量的汽油、柴油和煤焦油D．煤變成成品油需要經(jīng)過一系列工藝流程，發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化才能實(shí)現(xiàn)答案：C【變式練12】有關(guān)煤的綜合利用如圖所示。下列說法正確的是()A．煤和水煤氣都屬于化石燃料B．煤中含有焦?fàn)t氣、煤焦油、焦炭等物質(zhì)C．①是將煤在空氣中加強(qiáng)熱使其分解的過程D．②是煤的氣化方式之一答案：D解析：水煤氣屬于二次能源，不是化石燃料，A錯誤；煤干餾后能得到這些物質(zhì)，但煤本身并不含這些物質(zhì)，B錯誤；①是煤的干餾，需隔絕空氣，C錯誤；煤的氣化是將煤轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程，煤干餾得到的焦炭和水蒸氣在高溫下生成水煤氣是煤的氣化方式之一，D正確。?問題二石油的綜合利用【典例2】某研究學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗室中模擬石油的煉制，設(shè)計了如圖的裝置。實(shí)驗過程中，可觀察到b中試管內(nèi)有少量液體凝結(jié)且聞到有汽油的氣味，c中試管內(nèi)酸性高錳酸鉀溶液褪色。(1)實(shí)驗研究小組模擬的是________________(填化工工藝名稱)。(2)c中試管內(nèi)酸性KMnO4溶液褪色，體現(xiàn)了酸性KMnO4溶液的________性。(3)寫出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化學(xué)方程式：______________________________。(4)實(shí)驗過程中，裝置d中的溴水褪色，寫出驗證烯烴與溴水的反應(yīng)是加成反應(yīng)而不是取代反應(yīng)的方法：________________________________________________________________________。答案：(1)石油的裂化(2)氧化(3)C16H34eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))C8H18＋C8H16(4)向反應(yīng)后的溶液中滴加石蕊溶液，溶液不變紅，則說明該反應(yīng)為加成反應(yīng)而非取代反應(yīng)【歸納小結(jié)】(1)煤的干餾、氣化和液化都是化學(xué)變化。(2)石油分餾屬于物理變化，由于石油中有些物質(zhì)的沸點(diǎn)很接近，所以分餾產(chǎn)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(diǎn)低(相對分子質(zhì)量小)的烴類先汽化，沸點(diǎn)高(相對分子質(zhì)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(zhì)反應(yīng)。(4)裂化是為了提高汽油等的產(chǎn)量和質(zhì)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(chǎn)物作化工原料。【變式練21】下列關(guān)于化石燃料的說法不正確的是()A．石油是混合物，汽油也是混合物B．石油分餾可以得到乙烯，煤干餾可以得到苯C．“西氣東輸”的“氣”指的是甲烷D．石油的分餾是物理變化，而裂化和裂解屬于化學(xué)變化答案：B解析：石油是多種烴的混合物，汽油是石油的餾分，是多種液態(tài)短鏈烴的混合物，如辛烷、庚烷等，A正確；石油分餾可以得到的氣態(tài)烴主要是石油氣，乙烯是石油裂解的主要產(chǎn)品，煤干餾指煤在隔絕空氣條件下加強(qiáng)熱使之分解，生成焦炭、煤焦油、粗苯、焦?fàn)t氣等產(chǎn)物的過程，可以得到苯，B不正確；“西氣東輸”的“氣”指的是天然氣，主要成分是甲烷，C正確；石油的分餾是利用各成分沸點(diǎn)的不同分離石油，屬于物理變化，而裂化和裂解是將長鏈烴轉(zhuǎn)化為短鏈烴，屬于化學(xué)變化，D正確?！咀兪骄?2】石油蒸餾裝置如圖所示，下列說法正確的是()A．儀器W的名稱：圓底燒瓶B．碎瓷片的作用：催化劑C．冷卻水的流向：X進(jìn)水，Y出水D．收集到的60～150℃的餾分為混合物答案：D解析：A錯，儀器W的名稱是蒸餾燒瓶；B錯，碎瓷片的作用是防止暴沸，不是催化劑；C錯，冷凝管中冷卻水從下口通入，上口流出，故X是出水口，Y是進(jìn)水口；D對，石油分餾得到汽油、煤油、柴油等餾分，都是多種烴的混合物?！净A(chǔ)強(qiáng)化】1．天然氣水合物外形似冰，被人們稱為“可燃冰”。天然氣的主要成分是()A．氫氣B．一氧化碳C．二氧化碳 D．甲烷答案：D解析：天然氣的主要成分是甲烷。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(yīng)⑤由乙烯制備聚乙烯⑥將氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧⑦乙烯催熟果實(shí)⑧將苯加入溴水中⑨海水蒸餾制取淡水A．①②③④B．①②⑤⑦C．①⑧⑨ D．①②⑥⑨答案：C解析：蒸餾和分餾的原理相同，都是利用沸點(diǎn)不同分離物質(zhì)，將苯加入溴水中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(xué)變化。3．下列不屬于煤的綜合利用的是()A．將煤干餾制得煤焦油和焦炭B．在一定條件下將煤與氫氣轉(zhuǎn)化為液體燃料C．煤變?yōu)槊猴濪．將煤氣化為可燃性氣體答案：C解析：將煤干餾制得煤焦油和焦炭，屬于煤的綜合利用，故A項不符合題意；在一定條件下將煤與氫氣轉(zhuǎn)化為液體燃料，屬于煤的綜合利用，故B項不符合題意；將煤變?yōu)槊猴?，只是其物理形態(tài)發(fā)生了改變，并未改變其成分及結(jié)構(gòu)，不屬于煤的綜合利用，故C項符合題意；將煤氣化為可燃性氣體，屬于煤的綜合利用，故D項不符合題意。4．煤、石油、天然氣等化石燃料都是不可再生資源。下列關(guān)于煤、石油、天然氣等資源的說法正確的是()A．干餾所得氣體中只含無機(jī)氣體B．天然氣、天然氣水合物都是清潔的化石燃料C．石油裂解氣中主要成分為甲烷D．石油產(chǎn)品都能發(fā)生加聚反應(yīng)答案：B解析：煤干餾所得的氣體中含有CH4等有機(jī)物氣體，A錯誤；天然氣和天然氣水合物燃燒充分，生成物都為CO2和H2O，為清潔的化石燃料，B正確；石油裂解氣的主要成分有乙烯、丙烯、甲烷、乙烷等，C錯誤；石油加工得到的產(chǎn)品烷烴不能發(fā)生加聚反應(yīng)，D錯誤。5．下列說法正確的是()A．煤和石油都是混合物，都只由碳和氫兩種元素組成B．石油含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)物C．煤的氣化、液化是使煤變成清潔能源、減小環(huán)境污染的有效途徑D．沸點(diǎn)范圍：汽油>煤油>柴油>重油答案：C解析：石油含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴；煤干餾后生成苯、甲苯、二甲苯等芳香烴，故B錯誤；煤的氣化、液化是使煤變成清潔能源的有效途徑，故C正確；石油分餾時，首先分餾出的是汽油，其次是煤油，再次是柴油、重油，故其沸點(diǎn)：汽油<煤油<柴油<重油，故D錯誤。6．下列說法錯誤的是()A．石油催化裂化的主要目的是提高汽油等輕質(zhì)油的產(chǎn)量與質(zhì)量B．含C18以上烷烴的重油經(jīng)過催化裂化可以得到汽油C．石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等氣態(tài)短鏈烴D．石油裂化和裂解都屬于物理變化答案：D解析：含C18以上烷烴的重油經(jīng)過催化裂化可以得到汽油，故B正確；石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等氣態(tài)短鏈烴，乙烯、丙烯是重要的有機(jī)化工原料，故C正確；石油的裂化和裂解實(shí)際上都是烴的分解反應(yīng)，都屬于化學(xué)變化，故D錯誤。7．“煤制油”的關(guān)鍵技術(shù)是煤的氣化，而目前煤的氣化主要是煤中的碳和水蒸氣的反應(yīng)：C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO(g)＋H2(g)，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)所需能量是由間歇進(jìn)行的碳的燃燒(氧氣用空氣代替)來提供的：C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2。下面關(guān)于該過程的說法不正確的是()A．煤的氣化可以減少煤直接燃燒對環(huán)境造成的粉塵污染B．第一個反應(yīng)需要吸熱，所以煤的氣化從能量角度來看，得不償失C．煤氣化后作為燃料，燃燒充分，熱利用率高D．上述兩個反應(yīng)，反應(yīng)后的混合氣體中除去CO、CO2后主要就是合成氨的兩種原料氣體答案：B解析：雖然在煤的氣化過程中，會有一部分煤的潛在能量受到損失，但由于加工后得到的氣態(tài)燃料的熱利用率高，而且比較清潔，因此從總體上來看，將煤氣化或液化后再使用，還是比較合理的，故B錯誤。8．石油化工是指石油的后處理，比如裂解，催化裂化以及后續(xù)的產(chǎn)品比如丙烯等精細(xì)產(chǎn)品的加工。下列說法錯誤的是()石油eq\o(――→,\s\up7(①),\s\do5())分餾產(chǎn)品eq\o(――→,\s\up7(②),\s\do5())乙烯eq\o(――→,\s\up7(③),\s\do5())CH2BrCH2BrA．石油主要是由烴組成的混合物B．①主要發(fā)生物理變化C．②包括裂化、裂解等過程D．③是加成反應(yīng)，產(chǎn)物名稱是二溴乙烷答案：D解析：石油是由多種烷烴、環(huán)烷烴組成的混合物，故A正確；分餾是物理變化，故B正確；由分餾產(chǎn)品得到乙烯發(fā)生了裂化、裂解，故C正確；乙烯與溴發(fā)生加成反應(yīng)得到1，2-二溴乙烷，故D錯誤。9．某市家用燃料的更新經(jīng)歷了如圖幾個過程：eq\x(\a\al(歷史悠久的,燃料——煤))―→eq\x(\a\al(使用方便的燃料——,液化石油氣或管道煤氣))―→eq\x(\a\al(清潔的燃料,——天然氣))請回答下列問題：(1)為了使煤充分燃燒，可采取的措施是________________________________。(2)煤的氣化可產(chǎn)生管道煤氣，其主要反應(yīng)是碳與水蒸氣在高溫下生成兩種常見的可燃性氣體，這兩種氣體是____________。(3)液化石油氣的主要成分是丙烷(C3H8)，丙烷完全燃燒的化學(xué)方__________________________________。(4)天然氣作燃料比煤更清潔的原因是________________________________(答一條即可)。答案：(1)通入足量的空氣，將煤粉碎(2)CO和H2(3)C3H8＋5O2eq\o(――→,\s\up7(點(diǎn)燃))3CO2＋4H2O(4)減少了粉塵污染(答案合理即可)解析：(1)為了使煤充分燃燒，可以通入適量的空氣或增大固體表面積(即將煤粉碎)。(2)C＋H2O(g)eq\o(=====,\s\up7(高溫),\s\do5())CO＋H2，即碳與水蒸氣在高溫條件下反應(yīng)生成CO和H2。(3)丙烷完全燃燒生成二氧化碳和水：C3H8＋5O2eq\o(――→,\s\up7(點(diǎn)燃))3CO2＋4H2O。(4)天然氣燃燒生成二氧化碳和水，無粉塵污染。10．用石油裂化和裂解過程得到的乙烯、丙烯來合成丙烯酸乙酯的路線如下：根據(jù)以上材料和你所學(xué)的化學(xué)知識回答下列問題：(1)由CH2=CH2制得有機(jī)物A的化學(xué)反應(yīng)類型是______________。(2)丙烯醛(CH2=CHCHO)中含有的官能團(tuán)是________________(填名稱)。(3)A與B合成丙烯酸乙酯反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________________________________________；該反應(yīng)的類型是____________。(4)由石油裂解產(chǎn)物乙烯合成聚乙烯塑料的化學(xué)方程式是______________________________。答案：(1)加成反應(yīng)(2)碳碳雙鍵、醛基(3)CH2=CHCOOH＋CH3CH2OHeq\o(,\s\up7(濃H2SO4),\s\do5(△))CH2=CHCOOCH2CH3＋H2O取代反應(yīng)(或酯化反應(yīng))(4)nCH2=CH2eq\o(→,\s\up7(催化劑))CH2—CH2解析：(1)有機(jī)物A為CH2=CH2與H2O的加成產(chǎn)物：CH3CH2OH，故為加成反應(yīng)。(2)丙烯醛中官能團(tuán)有兩個：碳碳雙鍵和醛基。(3)A與B分別含—OH和—COOH，它們可發(fā)生酯化反應(yīng)生成丙烯酸乙酯。【能力提升】1．化學(xué)在人類社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，下列事實(shí)不涉及化學(xué)反應(yīng)的是()A．利用廢棄的秸稈生產(chǎn)生物質(zhì)燃料乙醇B．利用石油生產(chǎn)塑料、化纖等高分子材料C．利用基本的化學(xué)原料生產(chǎn)化學(xué)合成藥物D．利用反滲透膜從海水中分離出淡水答案：D解析：化學(xué)反應(yīng)一定存在物質(zhì)種類的改變。A、B、C三項均有新物質(zhì)生成，所以屬于化學(xué)變化，而D中利用反滲透膜從海水中分離出淡水只是物質(zhì)分離過程，沒有新物質(zhì)生成。2．C8H18在一定條件下受熱可完全裂解生成CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C4H8五種氣體的混合氣，此混合氣對相同條件下氫氣的相對密度為()A．38B．57C．19D．無定值答案：C解析：由C8H18eq\o(,\s\up7(一定條件))4H10＋C4H8，C4H10eq\o(,\s\up7(一定條件))C2H6＋C2H4，C4H10eq\o(,\s\up7(一定條件))CH4＋C3H6得關(guān)系式：2C8H18eq\o(,\s\up7(一定條件))C2H4＋2C4H8＋CH4＋C3H6＋C2H6，所以反應(yīng)后混合氣的平均相對分子質(zhì)量為2×114÷6＝38，對相同條件下氫氣的相對密度為38÷2＝19。3．用石油和煤可以得到有機(jī)化工生產(chǎn)中需要的眾多原料，例如用由石油得到的乙烯和由煤得到的苯可制取聚苯乙烯。其生產(chǎn)過程如下：①CH2=CH2＋→②eq\o(→,\s\up7(－H2))③n→下列說法不正確的是()A．通過裂解可以從石油中獲得更多的乙烯B．煤干餾可以直接得到純凈的苯C．制聚苯乙烯的反應(yīng)中①為加成反應(yīng)D．反應(yīng)③為加聚反應(yīng)答案：B解析：石油裂解是為了得到更多的有機(jī)化工原料，如乙烯等，A正確；煤干餾只能得到苯和苯的同系物的混合物，還要進(jìn)行分餾才能得到苯，B錯誤；根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)可知反應(yīng)①為加成反應(yīng)，C正確。4．中科院研制出一種多功能催化劑，首次實(shí)現(xiàn)將CO2轉(zhuǎn)化為汽油(主要成分是C5～C11的烴類混合物)，過程示意圖如下。下列說法錯誤的是()A．該技術(shù)能助力“碳中和”(二氧化碳“零排放”)的戰(zhàn)略愿景B．該多功能催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率C．a(chǎn)和b的一氯代物均有4種D．反應(yīng)①的產(chǎn)物中含有水，反應(yīng)②只有碳?xì)滏I的形成答案：D解析：由示意圖可知，在多功能催化劑的作用下，二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成汽油和水，反應(yīng)能消耗二氧化碳，減少二氧化碳的排放，從而達(dá)到“碳中和”的戰(zhàn)略愿景，A正確；多功能催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，B正確；由示意圖可知，a和b兩者的一氯代物都有4種，故C正確；由質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)①的產(chǎn)物為一氧化碳和水，反應(yīng)②有碳?xì)滏I、碳碳單鍵和氫氧鍵的形成，D錯誤。5．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：[實(shí)驗]使水蒸氣通過灼熱的焦炭，收集反應(yīng)后的氣體。[提出假設(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：____________________________________。[設(shè)計實(shí)驗方案，驗證假設(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，驗證上述假設(shè)3(加熱裝置和導(dǎo)管等在圖中略去，實(shí)驗前裝置內(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→d