8.1.3 煤、石油和天然气的综合利用 生物柴油 课件-2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第八章 化学与可持续发展 第一节 自然资源的开发利用 第3课时 煤、石油和天然气的综合利用 煤—工业粮食 石油—工业血液 天然气—清洁能源 不可再生 利用率低 环境污染 应用 主要能源化工原料 缺点 新课导入 教学过程 1.煤的组成 煤 物质组成： 和 组成的复杂混合物 元素组成：主要为 ，还含有少量 等元素 有机物 少量无机物 C H、O、N、S 煤大分子结构模型 CO2会加剧温室效应 氧化物会造成环境问题 煤直接作燃料——利用率低并污染环境。 注意：煤不是碳的单质 产生 COx、NOx、SO2 、 烟尘等 煤的综合利用 煤的干馏 煤的气化 煤的液化 获得洁净的燃料和多种化工原料 ——物尽其用，保护环境 一、煤的综合利用 （1）煤的干馏：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，也称煤的焦化。 化学变化 一、煤的综合利用 6 烟煤粉固体的干馏实验装置图 黑灰色固体物质(焦炭)； 焦炉煤气,能燃烧。 （H2、CH4、乙烯、CO） 一种黑褐色粘稠的油状物，这是煤焦油（苯、甲苯、二甲苯等有机物的混合物）,下层是粗氨水。 煤的干馏产品的成份及主要用途（P102） 干馏产品 主要成分 主要用途 炉煤气 焦炉气 H2、CH4、C2H4、CO 气体燃料、化工原料 粗氨水 氨气、铵盐 化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料 粗苯 苯、甲苯、二甲苯 煤焦油 苯、甲苯、二甲苯 酚类、萘 染料、医药、农药等 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。 （2）煤的气化：将煤转化为可燃性气体的过程 化学变化 一、煤的综合利用 C(s) + H2O === CO(g) + H2(g) 高温 水煤气 9 (3) 煤的液化 直接液化：使煤与氢气作用生成_________。 间接液化：煤 ________ _____等。 液体燃料 CO和H2 甲醇 CO + 2H2 CH3OH（甲醇） 催化剂 C(s) + H2O === CO(g) + H2(g) 高温 10 煤的气化、液化是物质三态(气、液、固)之间的变化吗？为什么？ 思考 不是，物质三态之间的变化是物理变化，煤的气化、液化是化学变化。 固 液 气 熔化 凝固 汽化 液化 凝华 升华 煤的气化主要反应： 煤的液化 间接液化：煤 CO和H2 甲醇等 直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料 教学过程 方法 变化类别 处理过程 产 物 煤的干馏 煤的气化 直接液化 间接液化 煤的干馏、气化、液化等三种处理方法的异同 化学变化 化学变化 化学变化 化学变化 粗苯等多种化工原料 将煤转化为可燃性气体 水煤气 煤与氢气作用生成 液体燃料 先转化成CO和H2 隔绝空气高温分解 甲醇 煤及煤产品的用途 2.有关煤的综合利用如图所示。下列说法错误的是 A.煤的干馏是将煤在空气中加强热使其分解的过程 B.反应①为置换反应 C.煤是一种混合物 D.M为甲醇(CH3OH)时，反应②的化学方程式为CO+2H2 CH3OH 应用体验 A 煤隔绝空气加强热使其分解 二、天然气的组成及其综合利用 催化重整 以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化合成两个或多个碳原子的其他有机化合物，是一项具有重大实用价值的研究课题。 CH4 C + 2H2 N2+3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 CH4 化石燃料 氨 甲醇 16 目标二　石油与天然气的综合利用、合成高分子材料 天然气化合物（可燃冰） 天然气水合物又被称“可燃冰”，是天然气与水在高压、低温条件下形成的冰状结晶物质，主要成分是甲烷水合物，其组成可用 ( CH4·8H2O)表示，甲烷分子处于多个水分子形成的笼中。 可燃冰被认为是21世纪的高效清洁能源之一 石油的综合利用 03 chapter 18 1.石油的组成 由多种碳氢化合物组成的混合物，(主要由________和 等饱和烃组成)。 2.石油的综合利用 ①石油分馏 原理：利用石油中各组分沸点不同进行分离, 分馏产物叫馏分。(它属混合物) 汽油 煤油 柴油 烷烃________ 环烷烃 C、H（占97%-98%）O、N、S等 工业上是如何将石油各成分进行分离？ 目标三　石油的综合利用 作者编号：35003 1.石油中有哪些成分？ 石油是由有机物和无机物组成的复杂的混合物。 （多种碳氢化合物） 有机物的主要成分是各种烷烃： C1～C4气态烷烃、 C5～C11的汽油、 C11～C16的煤油 C15～C18的柴油、 C18～C20的润滑油、 C20以上的重油 2. 如何分离以上有机物？ 实验室：蒸馏 如何判断收集的馏分是什么？ 60℃～150℃是什么？ 150℃～300℃是什么？ 300℃～400℃是什么？ 汽油 煤油 柴油 石油气 沥青 汽油 煤油 柴油 润滑油 溶剂油 分馏塔 直馏汽油 减压蒸馏是分离和提纯化合物的一种重要方法，又称真空蒸馏。液体的沸点与外界压力有关，压力降低，沸点也随之降低。减压蒸馏就是通过降低系统压力，使被蒸馏物质在低于其常压沸点的温度下沸腾，从而实现分离和提纯的目的。 减压蒸馏适用于高沸点物质和那些在常压蒸馏时未达到沸点就已受热分解、氧化或聚合的化合物的分离和提纯。 ②石油裂化 相对分子质量大 沸点高的烃 相对分子质量小 沸点较低的烃 断裂 裂化的目的：提高轻质液体燃料的产量， 特别是提高汽油的产量。 催化裂化装置 原料：重油、石蜡 C16H34 C8H18 + C8H16 催化剂 加热、加压 十六烷 辛烷 辛烯 此时所得的汽油也叫裂化汽油 如何把重油中变成的汽油? ③石油裂解 石油裂解即石油分馏产物的深度裂化——采用比裂化更高的温度 再断裂成乙烯、丙烯、甲烷等小分子烃。 目的: 获得乙烯、丙烯、甲烷等化工原料。 乙烯的产量是衡量一个国家石油化工水平的标准。 C8H18 辛烷 C4H10 丁烷 ＋ C4H8 丁烯 C4H10 丁烷 C2H6 乙烷 ＋ C2H4 乙烯 C4H10 丁烷 CH4 甲烷 ＋ C3H6 丙烯 C16H34 C8H18+C8H16 催化剂 加热、加压 十六烷 辛烷 辛烯 C8H18 C4H10+C4H8 催化剂 加热、加压 辛烷 丁烷 丁烯 C4H10 CH4+C3H6 催化剂 加热、加压 丁烷 甲烷 丙烯 催化剂 加热、加压 C4H10 C2H4+C2H6 丁烷 乙烯 乙烷 裂解 裂化 ④ 催化重整 目的：使 转化为_______ 产品： 或 等化工原料 链状烃 环状烃 苯 甲苯 化学变化 教学过程 【思考】什么叫裂化汽油和直馏汽油？怎么鉴别它们？ 通过分馏得到的汽油叫直馏汽油，直馏汽油中没有不饱和烃。 通过裂化得到的汽油叫裂化汽油，裂化汽油中含有不饱和烃。 鉴别它们可以使用溴水，能使溴水褪色的为裂化汽油，不能使溴水裉色的为直馏汽油。 教学过程 石油工艺的总结 它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分先蒸发。 使相对分子质量较大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小，沸点较低的烃。 石油分馏 石油裂化 石油裂解 原理 原料 产品 变化类型 使石油分馏产物中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等气态短链烃。 原油 重油 重油 石油中各种碳原子数不同、沸点不同的烃 得到更多、质量更好的轻质油 得到更多短链如乙烯、丙烯不饱和气态烃。 物理变化 化学变化 化学变化 目前大多数石油产品仍作为燃料使用，只有一部分转化为化工、纺织、建材、医药、日用化学品等行业的基本原料。 石油化工产品的应用及投入产出示意图 石油的进一步利用 3. 化石能源与合成高分子材料 塑料 合成纤维 合成橡胶 (1) 三大合成高分子材料 (2) 以煤、石油、天然气为原料合成高分子材料 (聚乙烯) nCH2＝CH2 [ CH2－CH2 ]n 催化剂 (聚丙烯) 化学中的“三馏”和“两裂” (1)化学中“三馏”的比较 归纳总结 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 方法 原理 原料 目的 裂化 热裂化 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 重油 提高汽油产量 催化 裂化 裂解 (深度裂化) 在高温下，把长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃和液态烃 含直链烷烃的石油分馏产品 获得短链不饱和烃 (2)化学中“两裂”的比较 高炉 煤气 水煤气 天然气 液化石油气 焦炉气 裂解气 主要成分 CO、CO2 H2、CO CH4 C3H8、C4H10 H2、CO、 CH4、C2H4 C2H4、C3H6、C4H8、CH4 （3）化学“六气”的主要成分 一、煤的综合利用 煤的干馏、液化、气化 二、石油的综合利用 三、天然气的综合利用： 石油的分馏、裂化、裂解和重整等 四、化石燃料的产品 三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维 课堂小结 1. 燃料——清洁能源; 2. 化工原料：合成氨、生产甲醇等 目前，多数石油产品仍作为燃料使用，如把石油产品用来合成高分子材料，其价值将成倍提升，试写出用汽油[主要成分为辛烷(C8H18)]为原料生成聚乙烯塑料的合成原理。 思考2 生物柴油 归纳总结 物理变化 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 nCH2==CH—CH3eq \o(―――――→,\s\up17(催化剂)) eq \o(C4H10,\s\do26(丁烷)) eq \o(――――――――→,\s\up17(催化剂),\s\do17(加热、加压)) eq \o(C2H4,\s\do26(乙烯))＋eq \o(C2H6,\s\do26(乙烷))， nCH2==CH2eq \o(―――――→,\s\up17(催化剂))CH2—CH2。 提示　eq \o(C8H18,\s\do26(辛烷)) eq \o(――――――――→,\s\up17(催化剂),\s\do17(加热、加压)) eq \o(C4H10,\s\do26(丁烷))＋eq \o(C4H8,\s\do26(丁烯))， $$