8.1.2　煤、石油和天然气的综合利用2-2023-2024学年高一化学人教版2019必修2

人教版高一化学必2第二学期第八章8.1.2煤、石油和天然气的综合利用 第八章 化学与可持续发展 第一节　自然资源的开发利用 　第2课时　煤、石油和天然气的综合利用 核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义，提高宏观辨识与微观探析的能力。 2.变化观念与平衡思想：了解煤、石油、天然气综合利用的内容，培养变化观念的学科素养。 3.证据推理与模型认知：使学生认识和体会化学在自然资源开发和利用的重要意义与作用。 4.科学探究与创新意识：培养学生的分析归纳能力，发掘其潜力，促进其全面发展。 5.科学精神与社会责任 ：了解节约能源及防止污染的重要性，培养关注社会可持续发展的科学态度与社会责任。 教学目标 教学重点：了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义 教学难点：了解节约能源及防止污染的重要性， 一、煤的综合利用 1、煤的分类和组成 无烟煤： 含碳量85%~95％左右 (1）分类： 烟煤： 含碳量70~85% 褐煤： 含碳量50~70% 泥煤： 含碳量约50% (2）组成：煤除主要含碳外，还含少量的S、P、H、O、N等 元素以及无机矿物质（主要含Si、Al、Ca.Fe)。因此，煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混和物。 2、煤的干馅 (1）定义：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，叫做煤的干馏（也叫煤的焦化）。 (2）实验： 煤的干馏 (3）煤干馏的产品及用途 干馏产品 主要成分 主要用图 出炉 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 染料、医药、农药、合成材料 酚类 萘 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 工业上炼焦，就属于煤的干馏，其原理是将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热，煤粉受热分解得到焦炭、煤焦油、焦炉气（可燃烧）、粗氨水、和粗苯等。这些产物可用于生产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。 3、煤的气化 (1）定义：煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽／空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH 等可燃气体和CO2、N，等非可燃气体的过程。 （2）气化条件：煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。 煤气的成分及用途 4、煤的液化 (1）定义：把煤转化成液体燃料的过程，煤的液化分直接液化和间接液化。 (2）类型： ①直接液化：把煤炭制成煤浆，然后在高温、高压和催化剂条件下，使煤与氢气作用生成液态碳氢化合物，即"合成石油"。主要产品有优质汽油、柴油、芳香烃和其他化工原料。副产品有液化石油气、硫黄和氨气等。 ②间接液化：把煤炭在高温下与水蒸气作用气化，产生合成气CO、H，等，然后合成气通过催化合成得到性能优良的液态烃类、醇类等。优点：操作条件温和，几乎不依赖于煤的种类，关键是选择合适催化剂。缺点：投资及运行成本过高，不利用工业化生产。 (3）前景：煤的液化是否能得到发展，决定于石油是否能满足不断增长的需要、煤跟石油的比价以及煤的液化技术的成熟程度。从世界范围来看，由于石油价格的增长，液化技术的日臻成熟，煤液化工业的再度兴起是可能的。对我国来说，目前汽油和煤的比价比国外更有利于发展以合成高级汽油为主要目的的煤的液化。在有煤地区发展煤的液化还是可以探索的。 5.对比小结 煤的干馏 煤的气化 煤的液化 原理 直接液化 间接液化 将煤隔绝空气加强热使其分解 把煤中的有机物转化为可燃性气体 高温、高压下，与溶剂混合，使煤与H2作用生成液体燃料 把煤气化成CO和H2经催化合成液体燃料(CH3OH) 产品 焦炭、煤焦油、焦炉气、出炉煤气 低热值气：CO、H2、N2、 中热值气：COH2、少量CH4 高热值气：CH4 优质汽油、柴油、芳香烃和副产燃料气、液化石油气 合成汽油、甲醇等液体燃料 二、煤化工和天然气化工的发展﹣﹣一碳化学 1、定义：一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物如CO、CH、CH OH等为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。CO是从煤的气化或合成气得到的，而CH4是天然气的主要成分，所以也可以说，一碳化工就是新一代的煤化工和天然气化工。 2、煤气化的主要反应式： 3、合成气化学：大量的化工产品可以以合成气作为起始原料。使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的有机化合物产物，这就组成了所谓的合成气化学。由CH、CH3OH等含一个碳原子，通过催化反应直接生成新的化合物，叫甲烷化学和甲醇化学。它们都是由一系列典型的化学合成反应所组成的。 4、几组易混淆概念的比较 (1）分馏和干馏：分馏是对石油固有的成分的分离，为物理变化；干馏是对煤强热分解得到新产物，为化学变化。 (2）煤炭、木炭、焦炭：煤是以碳为主的复杂有机物和无机物的混合物，而木炭、焦炭的成分就是碳单质。 (4）直馏汽油与裂化汽油：直馏汽油是原油经常压分馏所得的汽油，一般不含烯烃；裂化汽油是将重油或石油分馏产品进行催化裂化得到的汽油，含有烯烃。所以可以用溴水或酸性高锰酸钾溶液来区分两种汽油。 (3）天然气和焦炉气：天然气是一种化石燃料，它蕴藏在地层内，从气井上开采的可燃性气体，其主要成分是CH4、C2H6。、C3H8等小分子烷烃，主要是CH4，它既是一种重要能源，又是一种重要的工业资源。焦炉气是煤干馏所得产物之一，其主要成分是H2、CH4、CO、C2H4等，它也是重要的气体燃料和化工原料。 3．天然气的综合利用 天然气 主要成为 CH4 应用 清洁的化石燃料 化工原料 合成氨 生产甲醇等 (1)把煤加强热使之分解的过程为煤的干馏(　　) (2)煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质(　 　) (3)煤中含粗苯、煤焦油等物质，可通过蒸馏获取苯、甲苯等芳香烃(　 ) (4)在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料(　 　) (5)煤的气化和液化都是物理变化(　 　) (6)天然气是清洁的化石燃料，对环境没有污染(　 　) × × √ × × × 二、石油的综合利用　化石能源与合成高分子材料 1．石油的组成 由多种______________组成的混合物。 碳氢化合物 2．石油的综合利用 (1)石油的分馏： 利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程，分馏后可获得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油。 (2)石油的裂化 ①目的： 提高汽油的产量和质量。 ②原理： C16H34 C8H18＋C8H16。 催化剂 加热、加压 (3)石油的裂解 ①目的： 生成乙烯等气态化工原料。 ②原理： C8H18 C4H10＋C4H8 催化剂 加热、加压 C4H10 C2H6＋C2H4 催化剂 加热、加压 C4H10 CH4＋C3H6 催化剂 加热、加压 (4)石油的催化重整 ①目的： ②产品： 使链状烃转化为环状烃。 苯或甲苯等化工原料。 某研究学习小组在实验室中模拟石油的炼制，设计了如图的装置。 实验过程中,可观察到b中试管内有少量液体凝 结且闻到有汽油的气味，c中试管内酸性高锰酸钾溶液褪色。 (1)实验研究小组模拟的是__________________(填化工工艺名称)。 (2)b中试管内的液体_____(填“能”或“不能”)用来萃取溴水中的溴。若不能，请说明理由：_______________________________________(若能,此空不填)。 (3)c中试管内酸性KMnO4溶液褪色，体现了酸性KMnO4溶液的______性。 (4)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：____________________。 (5)实验过程中，装置d中的溴的四氯化碳溶液褪色，写出验证烯烃与溴水的反应是加成反应而不是取代反应的方法：______________________________ _______________________________________________________________。 石油的裂化 不能 裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应 氧化 C16H34 C8H18＋C8H16 催化剂 △ 向反应后的溶液中滴加石蕊溶液，溶液不变红，则说明该反应为加成反应而非取代反应 3．化石能源与合成高分子材料 (1)三大合成高分子材料包括： 塑料、合成橡胶、合成纤维。 nCH2=CH2 ─CH2─CH2 ─ n 催化剂 ②丙烯制聚丙烯： nCH2=CH2─CH3 ─CH2─CH ─ n 催化剂 CH3 ①乙烯制聚乙烯： (2)以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应可以制得合成高分子材料。 例如： (1)石油的分馏为物理变化，获取的各种产品为混合物( ) (2)石油的裂化和裂解原理相同，目的也相同( ) (3)裂化汽油不能用作提取溴的萃取剂( ) (4)含4个碳原子的烷烃，经催化裂解后，只能生成2种气态烃( ) (5)石油在加热和催化剂的作用下，可通过结构重整，获取苯、甲苯等环状烃( ) (6)许多性能优异的合成高分子材料的原始原料为煤、石油和天然气( ) √ × √ × √ √ 随堂演练 知识落实 1．下列关于煤、石油及其所得产品的叙述正确的是(　　) A．煤的气化和液化都是物理变化 B．煤的干馏和石油的分馏发生的都是化学变化 C．用溴的四氯化碳溶液可鉴别直馏汽油和裂化汽油 D．煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成 C 2．下列关于煤和石油的说法不正确的是(　　) ①石油是混合物，其分馏产品煤油为纯净物 ②煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠 ③煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料 ④石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量 ⑤煤的干馏属于化学变化 ⑥煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源 ⑦通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品 A．①③ B．②④⑥ C．①②⑤ D．③④⑦ A 3．下列说法正确的是(　　) A．裂化汽油和直馏汽油都可以与溴水反应使其褪色 B．煤通过干馏可获得焦炉气、煤焦油、焦炭等 C．石油通过分馏得到的汽油是纯净物 D．煤通过气化、液化这样的物理变化可获得洁净的燃料 B 4．下列说法正确的是(　　) A．汽油与水不相溶，可以用裂化汽油萃取溴水中的溴 B．石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有机物 C．煤的气化、液化是使煤变成清洁能源、减小环境污染的有效途径 D．沸点范围：汽油> C 5．如图所示，将浸透了石蜡油(17个碳以上的液态烷烃混合物)的石棉放在硬质玻璃管的底部，试管中加入碎瓷片，给碎瓷片加强热，石蜡油蒸气通过炽热的碎瓷片表面发生反应，生成一定量的气体。利用该气体进行如下实验： ①将生成的气体通入酸性高锰酸钾溶液后，酸性高锰酸钾溶液褪色。 ②将生成的气体通入溴的四氯化碳溶液中，溴的四氯化碳溶液也褪色。 请回答下列问题： (1)实验装置中石棉的作用是________________，碎瓷片的作用是____________。 (2)酸性高锰酸钾溶液褪色，有机化合物发生的化学反应的类型是______________。 (3)溴的四氯化碳溶液褪色，有机化合物发生的化学反应的类型是______________。 (4)假设石蜡油中的某种烃的化学式为C18H38，1 mol C18H38发生裂化(分解)反应生成1 mol辛烷和1 mol烃A,则烃A的化学式为______，1 mol辛烷又发生裂化反应生成1 mol丁烷和1 mol烃B,则烃B化学式为____，1 mol丁烷又发生裂化反应生成了1 mol乙烷和1 mol烃C，则烃C与溴的四氯化碳溶液反应的化学方程式为_________________________________ 石蜡油的载体　 催化剂 氧化反应　 加成反应 C10H20 C4H8 CH2=CH2＋Br2→CH2BrCH2Br 归纳总结 化学中的“三馏”和“两裂” (1)化学中“三馏”比较 名称 干馏 蒸馏 分馏 原理 隔绝空气加强热使物质分解 根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离 与蒸馏原理相同 产物 混合物 单一组分的纯净物 沸点相近的各组分组成的混合物 类型 化学变化 物理变化 物理变化 PPT模板：www.1ppt.com/moban/ PPT素材：www.1ppt.com/sucai/ PPT背景：www.1ppt.com/beijing/ PPT图表：www.1ppt.com/tubiao/ PPT下载：www.1ppt.com/xiazai/ PPT教程： www.1ppt.com/powerpoint/ 资料下载：www.1ppt.com/ziliao/ 个人简历：www.1ppt.com/jianli/ 试卷下载：www.1ppt.com/shiti/ 教案下载：www.1ppt.com/jiaoan/ 手抄报：www.1ppt.com/shouchaobao/ PPT课件：www.1ppt.com/kejian/ 语文课件：www.1ppt.com/kejian/yuwen/ 数学课件：www.1ppt.com/kejian/shuxue/ 英语课件：www.1ppt.com/kejian/yingyu/ 美术课件：www.1ppt.com/kejian/meishu/ 科学课件：www.1ppt.com/kejian/kexue/ 物理课件：www.1ppt.com/kejian/wuli/ 化学课件：www.1ppt.com/kejian/huaxue/ 生物课件：www.1ppt.com/kejian/shengwu/ 地理课件：www.1ppt.com/kejian/dili/ 历史课件：www.1ppt.com/kejian/lishi/ (2)化学中“两裂”的比较 名称 定义 目的 裂化 在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃 提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量 裂解 在高温下，使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃 获得短链不饱和烃 PPT模板：www.1ppt.com/moban/ PPT素材：www.1ppt.com/sucai/ PPT背景：www.1ppt.com/beijing/ PPT图表：www.1ppt.com/tubiao/ PPT下载：www.1ppt.com/xiazai/ PPT教程： www.1ppt.com/powerpoint/ 资料下载：www.1ppt.com/ziliao/ 个人简历：www.1ppt.com/jianli/ 试卷下载：www.1ppt.com/shiti/ 教案下载：www.1ppt.com/jiaoan/ 手抄报：www.1ppt.com/shouchaobao/ PPT课件：www.1ppt.com/kejian/ 语文课件：www.1ppt.com/kejian/yuwen/ 数学课件：www.1ppt.com/kejian/shuxue/ 英语课件：www.1ppt.com/kejian/yingyu/ 美术课件：www.1ppt.com/kejian/meishu/ 科学课件：www.1ppt.com/kejian/kexue/ 物理课件：www.1ppt.com/kejian/wuli/ 化学课件：www.1ppt.com/kejian/huaxue/ 生物课件：www.1ppt.com/kejian/shengwu/ 地理课件：www.1ppt.com/kejian/dili/ 历史课件：www.1ppt.com/kejian/lishi/ Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.20.100 $$