3.2.1 从天然气、石油和煤中获取燃料 （课件）-【步步高】2023-2024学年高一化学必修第二册学习笔记（鲁科版2019，鲁琼）

第1课时　从天然气、石油和煤中 获取燃料 第3章　第2节 1.了解天然气、石油和煤是重要的化石燃料，认识有机化合物在能源领域的应 用价值。认识煤直接燃烧带来的环境问题，培养保护环境的“社会责任”。 2.了解石油分馏的原理及主要产品，认识石油对生产、生活的重大贡献，培养 节约资源、可持续发展的科学态度。 核心素养 发展目标 内容索引 一、天然气和煤直接用作燃料 二、从石油中获取燃料 课时对点练 天然气和煤直接用作燃料 一 1.化石燃料 天然气、石油和煤不仅是重要的 ，而且是重要的 ，属于 能源。石油和煤分别被誉为“工业的血液”和“工业的粮食”。天然气、石油和煤的主要成分都是有机化合物。 2.天然气和煤直接用作燃料 (1)天然气、可燃冰的主要成分为 ，甲烷是一种 、密度比空气 、 溶于水的气体，是一种高效、低耗、洁净的气体 燃料。甲烷燃烧的化学方程式： 。 化石燃料 化工原料 不可再生 甲烷 无色无味 小 难 (1)甲烷具有可燃性，在实验室中，点燃甲烷等可燃性气体前一定要检验纯度。 (2)甲烷的验纯方法 用排水集气法收集一小试管甲烷，用拇指堵住试管口，靠近火焰，移开拇指。若听到尖锐的爆鸣声，说明气体不纯；若听到“噗”的声响，说明气体纯净。 特别提醒 (2)煤 ①煤的组成：煤是由 和 组成的复杂混合物。其中，有机化合物除含有 元素外，还含有少量的 等元素；无机物主要含硅、铝、钙、铁等元素。 ②直接烧煤的危害：直接烧煤会产生大量的大气污染物，如________ 、 、烟尘等，因此要对煤进行综合利用。 有机化合物 无机物 碳、氢 氧、氮、硫 硫的氧 化物 氮的氧化物 1.判断正误 (1)天然气是一种可再生能源 应用体验 提示　天然气是化石能源，不可再生。 (2)天然气是一种清洁能源，使用时对环境不会带来任何危害 提示　天然气是一种优良的气体燃料，但燃烧产生大量CO2，会导致温室效应。 × × (3)甲烷和氢气都是可燃性气体，在点燃前都要检验纯度 √ 应用体验 提示　CH4和H2如果与空气混合，点燃时有可能发生爆炸，因此要验纯。 (4)煤是化石燃料，其成分为无机物 提示　煤是由有机化合物和无机物组成的复杂混合物。 × (5)煤燃烧会造成大气污染，因此在能源领域，煤没有任何社会价值 提示　煤被誉为“工业的粮食”，在国民经济中占重要地位，可综合利用，减少煤燃烧的污染。 × 应用体验 2.我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年实现碳中和，这对于改善环境，实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中不能促进碳中和的是 A.推广氢燃料电池汽车 B.开发风能、太阳能等新能源 C.通过清洁煤技术减少煤燃烧污染 D.研发催化剂将CO2还原为甲醇(CH3OH) √ 推广氢燃料电池汽车，减少CO2的排放，有利于实现“碳中和”，故A不符合题意； 开发风能、太阳能等新能源可以减少二氧化碳的排放，故B不符合题意； 通过清洁煤技术减少煤燃烧污染，不能减少二氧化碳的排放，达不到碳中和的目的，故C符合题意； 研发催化剂将二氧化碳还原为甲醇，可以减少二氧化碳的排放，达到碳中和的目的，故D不符合题意。 应用体验 3.为了更好地解决能源问题，人们一方面研究如何提高燃料的燃烧效率，另一方面寻找新能源，以下做法可以提高燃料的燃烧效率的是 A.将煤转化成煤气或转化为液体甲醇 B.将煤脱硫后燃烧 C.通入过量的空气 D.将煤通过高温转化为煤焦油来燃烧 √ A对，将煤气化与液化，能增大其与空气的接触面积，提高燃料的燃烧效率； B错，将煤脱硫后燃烧可减少二氧化硫的排放，但不能提高燃烧效率； C错，通入过量的空气，会带走热量，使燃烧效率降低； D错，将煤通过高温转化为煤焦油，既浪费了资源，又不能提高燃烧效率。 应用体验 4.将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是 ①使煤充分燃烧，提高煤的利用率　②减少SO2的产生，避免造成“酸雨”　③减少有毒的CO产生，避免污染空气　④减少CO2的产生，避免“温室效应” A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②③④ √ 煤中含有碳、氢、氧、氮、硫等元素，直接燃烧时燃烧不充分会造成资源浪费，还会产生SO2、CO、氮氧化物等有毒气体污染环境，但将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，就会减少SO2的产生，减少CO的产生，使煤燃烧充分。 返回 从石油中获取燃料 二 1.石油的组成 石油是由分子含有不同数目碳原子的 、 等组成的复杂混合物，主要有 两种元素。 2.石油的炼制——分馏和裂化   分馏 裂化 原理 通过加热和冷凝的方法把石油分离成_________ 的产物 在加热、使用催化剂条件下，把相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量 、沸点 的烃 烷烃 环烷烃 碳、氢 沸点范围 不同 较小 较低 目的 将原油分离成____________ 的产物 提高 的产量和质量 主要变化类型 变化 变化 主要产物 石油气、 、 、柴油、重油等 等轻质燃油 沸点范围不同 轻质液体燃料 物理 化学 汽油 煤油 汽油 【思考1】　如图是石油分馏产物及其主要用途的图示，仔细分析图示完成下列问题： (1)比较汽油、煤油、柴油及润滑油的沸点高低。 提示　沸点逐渐升高。 (2)石油通过分馏、裂化后得到的产物是纯净物吗？ 提示　不是，石油通过分馏、裂化得到的产物是多种烃的混合物而不是单一的纯净物。 书写下列变化的化学方程式： (1)十六烷(C16H34)在加热和催化剂条件下裂化生成辛烷(C8H18)和辛烯(C8H16)： 。 (2)汽油(主要成分为辛烷C8H18)的燃烧： 。 【思考2】　(1)天然气的主要成分为CH4，液化石油气的主要成分为C3H8、C4H10等，试通过方程式分析，使用天然气的煤气灶能否适用于液化石油气？若不能，则如何改进？ 由方程式可知，通入等体积的天然气和液化石油气，液化石油气消耗的氧气更多，如直接使用，则液化石油气燃烧不充分，会产生CO等有害物质。若将天然气改用液化石油气，可以减小液化石油气进气量，或增大空气的进气量。 (2)试写出烃燃烧的通式，分析等物质的量的烃燃烧时耗氧量和烃中碳、氢原子的关系。 3.仪器设备 工业上，石油的分馏在分馏塔里进行。实 验室中，石油的分馏可用蒸馏装置(如图所 示)进行。 主要仪器有 、 、酒精 灯、锥形瓶、牛角管、 、铁架台(带铁圈、铁夹)、石棉网等。 蒸馏烧瓶 冷凝管 温度计 注意　①温度计的水银球位于蒸馏烧瓶的支管口处。②为了防止暴沸，应在蒸馏烧瓶中加入少量碎瓷片或沸石。③冷凝管中冷凝水的流向是“低进高出”。④蒸馏烧瓶中的液体体积不超过其容积的 ，加热时应垫石棉网。 1.判断正误 (1)石油是由烷烃、环烷烃等组成的复杂混合物 (2)石油主要含有碳、氢两种元素 应用体验 提示　石油中碳、氢两种元素的质量分数总和达98%，故主要含碳和氢两种元素。 √ √ (3)石油分馏的各馏分均为纯净物 应用体验 提示　石油分馏的各馏分为沸点范围不同的产物，各馏分仍然是混合物。 (4)石油裂化的目的是获取相对分子质量较小、沸点较低的气态烃 提示　石油裂化的目的是提高轻质液体燃料的产量和质量。 × × (5)石油的裂化和分馏一样，也为物理变化 提示　石油的裂化是化学变化。 × 应用体验 2.下列关于石油及石油炼制的叙述中，错误的是 A.通过石油的催化裂化可以得到较多的轻质油 B.含C20以上烷烃的重油经减压分馏可以得到煤油和柴油 C.煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠 D.石油分馏是物理变化，分馏得到的各馏分仍是多种烃的混合物 煤油和柴油是石油的常压分馏产物，含C20以上烷烃的重油经减压分馏可以得到润滑油、石蜡油等，B错误。 √ 应用体验 3.在常温、常压下，取下列四种气态烃各1 mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是 A.CH4 B.C3H8 C.C4H10 D.C2H6 √ 分子式为CxHy的烃燃烧情况分析 归纳总结 返回 课时对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题组一　化石燃料 1.下列说法不正确的是 A.天然气、沼气的主要成分是甲烷 B.煤矿中的“瓦斯”爆炸是一定含量的甲烷在空气中遇明火燃烧所致 C.“西气东输”中所说的气是指天然气 D.以液化石油气做燃料的炉灶改用天然气做燃料时，应增大空气的进入量 10 11 12 13 14 15 √ 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 2.在我国的南海、东海海底已发现天然气(甲烷等)水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为可燃冰。可燃冰的开采，有助于解决人类面临的能源危机。下列说法不正确的是 A.甲烷属于烃类 B.在相同条件下甲烷的密度大于空气 C.甲烷难溶于水 D.可燃冰是一种极具潜力的能源 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 15 对点训练 题组二　石油的分馏和裂化 3.石油被称为“工业的血液”，石油的加工以及综合利用具有非常重要的意义。下列说法不正确的是 A.石油是多种烃的混合物 B.石油的炼制过程都是化学变化的过程 C.石油中大部分是液态烃，其中溶有气态烃和固态烃 D.石油的裂化说明烃在加热条件下是可以分解的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 石油的分馏属于物理变化，B项错误。 对点训练 4.下列关于化石燃料的加工说法正确的是 A.石油裂化主要目的是得到乙烯 B.石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油 C.煤不仅仅为燃料，也是一种重要的化工原料，可以从中提取很多有价 值的工业原料 D.天然气是重要的化工原料，经物理变化可合成甲醇 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 石油裂化主要目的是获得更多的液态轻质燃料，A项错误； 石油分馏属于物理变化，B项错误； 天然气的主要成分是甲烷，由甲烷合成甲醇发生了化学变化，D项错误。 对点训练 5.(2023·上海浦东新区高一检测)石油化工是国民经济重要支柱之一，下列有关石油化工的叙述不正确的是 A.石油属于不可再生能源 B.石油的裂化是化学变化 C.石油分馏原理是利用各组分的沸点不同 D.石油分馏产品包括汽油、沥青、焦炭等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 石油是化石燃料，属于不可再生能源，故A正确； 石油的裂化过程中有新物质生成，是化学变化，故B正确； 石油分馏产品包括汽油、煤油、柴油、沥青等，不包括焦炭，故D错误。 对点训练 题组三　化石燃料燃烧与环境污染 6.有利于实现“碳达峰、碳中和”的是 A.大力开发可燃冰 B.CO2合成淀粉 C.燃煤脱硫 D.石油裂化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 可燃冰燃烧排出CO2；CO2合成淀粉，减少CO2排放；燃煤脱硫，减少SO2的污染，但仍排放CO2；石油裂化的目的是为了提高轻质液体燃料的产量和质量，不改变CO2的排放。 对点训练 7.下列说法不正确的是 A.采用原煤脱硫技术，可减少燃煤燃烧时产生的SO2 B.从保护环境的角度看，燃烧天然气比H2好 C.氮氧化物可以破坏臭氧层，也能形成酸雨 D.化石燃料燃烧产生大量CO2，会导致温室效应 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 8.化学与工农业生产、日常生活密切相关。下列做法不符合低碳与环保要求的是 A.加快煤、石油、天然气的开采与使用，提高人们的生活质量 B.农业生产中使用易降解的生物农药 C.居民楼及民房外墙采用保温材料 D.工业生产中使用新技术，提高燃料的利用率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 大量开采和使用化石燃料，会排放大量CO2，A项符合题意； 易降解的生物农药残留物易转化为可溶、可降解的小分子，对环境的污染很小，外墙采用保温材料可减少取暖和降温对物质和能量的消耗，燃料利用率提高可以减少CO2的排放，B、C、D项不符合题意。 对点训练 9.为缓解能源紧张，许多省市开始推广使用车用乙醇汽油，所谓乙醇汽油就是在汽油中加入适量的乙醇混合而成的一种燃料，下列说法正确的是 A.乙醇汽油是纯净物，汽油是混合物 B.推广使用乙醇汽油是为了减少温室气体排放 C.推广使用乙醇汽油是为了减少化石燃料的消耗 D.用粮食生产乙醇是开发新能源的发展方向 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 乙醇汽油、汽油都是混合物，故A错误； 乙醇燃烧产生CO2，不能减少温室气体排放，故B错误； 用植物的秸秆生产乙醇是新能源的发展方向，用粮食会造成巨大浪费，故D错误。 对点训练 10~14题有一个或两个选项符合题目要求。 10.实验室分馏石油的装置如图所示，下列说法正确的是 A.仪器W的名称：圆底烧瓶 B.碎瓷片的作用：催化剂 C.冷却水的流向：Y进水， X出水 D.收集到的60～150 ℃的馏分为混合物 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A错，仪器W的名称是蒸馏烧瓶； B错，碎瓷片的作用是防止暴沸，不是催化剂； C对，冷凝管中冷却水从下口通入，从上口流 出，故X是出水口，Y是进水口； D对，石油分馏得到的产物仍是混合物。 综合强化 11.下列说法正确的是 A.石油是混合物，其分馏产品汽油为纯净物 B.通过石油的分馏可以提高汽油的产量 C.石油分馏得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料 D.用溴的四氯化碳溶液可鉴别石油分馏获得的汽油和石油裂化获得的汽油 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 石油是多种烷烃、环烷烃等的混合物，其分馏产品汽油仍为混合物，故A项错误； 石油分馏主要得到汽油、煤油等，而不是乙烯、丙烯等，故C项错误； 分馏获得的汽油中的主要成分是饱和烃，裂化获得的汽油中含有不饱和烃，二者可用溴的四氯化碳溶液鉴别，故D项正确。 综合强化 12.两种气态烃组成的混合物体积为6.72 L(标准状况)，完全燃烧生成0.48 mol CO2和10.8 g水，则混合物中 A.一定不存在乙烯 B.一定不存在甲烷 C.一定存在甲烷 D.一定存在乙烯 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 混合物的物质的量是0.3 mol，n(C)＝0.48 mol，n(H)＝1.2 mol，则1 mol 该混合物中含有1.6 mol C、4 mol H，即平均分子式是C1.6H4，根据碳原子平均法推得一定有甲烷，而甲烷的氢原子数是4，混合物的平均氢原子数也是4，则另一种烃是碳原子数大于或等于2、氢原子数等于4的气态烃。 综合强化 13.下列有关烷烃燃烧的说法正确的是 A.等物质的量的CH4和C3H8完全燃烧，CH4的耗氧高 B.等质量的CH4比C3H8完全燃烧时的耗氧量高 C.CH4完全燃烧生成的CO2和H2O的物质的量之比为1∶2 D.完全燃烧生成CO2和H2O物质的量之比为1∶2的有机化合物一定为CH4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ √ 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶2，故C正确； 完全燃烧生成CO2和H2O的物质的量之比为1∶2的有机物可能为CH4，也可能为甲醇(CH3OH)，故D错误。 综合强化 14.现有CH4、C2H4、C3H4、C2H6、C3H6五种有机化合物。相同质量的以上物质，在标准状况下体积最大的是____，完全燃烧时消耗O2的量最多的是_____，生成CO2的量最多的是_____，生成H2O的量最多的是_____；同状况、同体积的以上物质完全燃烧时消耗O2的量最多的是______。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 CH4 CH4 C3H4 CH4 C3H6 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15.某烃在标准状况下的密度为3.215 g·L－1，现取3.6 g该烃完全燃烧，将全部产物依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重5.4 g，碱石灰增重11 g，则： (1)该烃分子的摩尔质量约为__________。 15 72 g·mol－1 M＝ρ·Vm＝3.215 g·L－1×22.4 L·mol－1＝72.016 g·mol－1，所以该烃分子的摩尔质量约为72 g·mol－1。 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)该烃的分子式为_______。 15 C5H12 设该烃的分子式为CxHy，则 故①0.025y mol×18 g·mol－1＝5.4 g，解得y＝12， ②0.05x mol×44 g·mol－1＝11 g，解得x＝5。 则该烃的分子式为C5H12。 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (3)已知该烃的一氯代物只有一种，写出该烃的结构简式：____________。 15 C5H12有三种同分异构体，一氯代物只有一种的是 。 返回 综合强化 CH4＋2O2CO2＋2H2O C16H34C8H18＋C8H16 2C8H18＋25O216CO2＋18H2O 提示　CH4＋2O2CO2＋2H2O； C3H8＋5O23CO2＋4H2O； 2C4H10＋13O28CO2＋10H2O。 提示　CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O，由化学方程式可知，当烃 的物质的量一定时，烃燃烧时的耗氧量和分子中碳和氢原子都有关系， 1 mol的烃消耗氧气的量为(x＋) mol，因此碳和氢原子越多，则耗氧 量越大。 设气态烃的分子式为CxHy，其完全燃烧的化学方程式为CxHy＋O2 xCO2＋H2O，则1 mol该烃完全燃烧时耗氧量为 mol，将 上述选项分别代入，比较可知C4H10耗氧量最多。 (1)比较两种物质的量相等的烃的燃烧情况，x＋值越大，耗O2量越 多；x值越大，生成CO2越多，y值越大，生成H2O越多。 (2)比较两种质量相等的烃的燃烧情况，分析，值越大，耗O2越多， 生成的H2O越多，生成的CO2越少。 甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分；“西气东输”就是将新疆等地的天然气，输送到长江三角洲；液化石油气的主要成 分为丙烷，C3H8＋5O23CO2＋4H2O，CH4＋2O2CO2＋2H2O， 根据燃烧方程式知相同体积的丙烷耗氧量大于甲烷，故D项错误。 据烃燃烧通式CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O，1 mol CH4和C3H8 分别完全燃烧消耗氧气为2 mol和5 mol，16 g CH4消耗2 mol氧气，44 g C3H8消耗5 mol氧气，故A错误、B正确； 相同质量的烃(CxHy)完全燃烧时，耗氧量由决定，值越大，耗氧量越 大，且生成H2O的量越多，生成CO2的量越少；相同物质的量的烃完 全燃烧时，耗氧量由(x＋)决定，同碳(x)看氢(y)，同氢(y)看碳(x)，1个 碳原子与4个氢原子的耗氧量相同。 CxHy＋(x＋)O2xCO2 ＋　H2O 1　　　　　　　　 x　　　　　 0.05 mol 　　　　 0.05x mol　 0.025y mol $$