第8章 第1节 第2课时 煤、石油和天然气的综合利用（教用Word）-【优学精讲】2025-2026学年高中化学必修第二册（人教版）

本讲义聚焦煤、石油和天然气的综合利用这一核心知识点，系统梳理化石燃料的组成（煤为有机物与无机物的混合物、石油为碳氢化合物混合物等）、综合利用方法（煤的干馏/气化/液化，石油的分馏/裂化/裂解等），并通过“三馏”“两裂”比较表格构建知识联系，形成从资源组成到加工转化再到应用的完整学习支架。 该资料以新课标核心素养为导向，通过正误判断、教材挖掘等环节强化化学观念（如区分物理变化与化学变化），借助归纳总结培养科学思维（比较分类法辨析易混概念）。题组设计覆盖基础与提升，课中辅助教师突破重难点，课后助力学生通过练习查漏补缺，同时融入能源可持续发展内容，渗透科学态度与责任教育。

第2课时　煤、石油和天然气的综合利用 学习目标 1.认识煤、石油、天然气等化石燃料综合利用的方法和意义，提高宏观辨识与微观探析的能力。 2.了解化学在开发利用自然资源中的重要作用，培养变化观念的学科素养。 3.了解节约能源及防止污染的重要性，培养社会可持续发展的科学态度与社会责任。 知识点一　煤和天然气的综合利用 1.煤的组成 煤是由　有机物　和少量　无机物　组成的复杂混合物，其组成以　碳　元素为主，还含有少量氢、氧、　氮　、　硫　等元素。 2.煤的综合利用 （1）煤的干馏 （2）煤的气化 （3）煤的液化 （4）煤的综合利用的意义 ①减少污染物的排放：减少煤燃烧产生的SO2、NOx、CO和粉尘等污染物的排放。 ②提高煤燃烧的效率：煤的气化、液化都是使煤变成清洁能源的有效途径，煤的燃烧效率也有很大的提高。 ③获得重要的化工原料：通过煤的干馏，获得多种重要的化工原料。 3.天然气的综合利用 【教材挖掘】 煤的气化、液化是物质三态（气、液、固）之间的变化吗？为什么？ 提示：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。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质。（　×　） （2）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。（　×　） （3）在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料。（　√　） （4）煤的气化和液化都是物理变化。（　×　） （5）天然气是清洁的化石燃料，对环境没有污染。（　×　） 2.煤被称为“工业的粮食”，下列有关煤的叙述不正确的是（　　） A.煤是工业上获得苯、甲苯、二甲苯等芳香烃的重要来源物质 B.煤是由多种有机物组成的混合物，内含煤焦油等成分 C.煤除了含有C元素外，还含有少量的N、H、S、O等元素 D.煤等化石燃料的储量有限，节能和开发新能源是人类实现可持续发展的关键 解析：B　煤是由有机物和少量无机物组成的混合物，煤焦油是煤干馏的产物之一，不属于煤本身的成分，B符合题意。 归纳总结 化学中“三馏”的比较 名称 干馏 蒸馏 分馏 原理 隔绝空气、高温下使物质分解 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 产物为混合物 产物为单一组分的纯净物 产物为沸点相近的各组分组成的混合物 变化类型 化学变化 物理变化 物理变化 知识点二　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 石油是由多种　碳氢化合物　组成的混合物。 2.石油的综合利用途径 （1）分馏 （2）裂化 （3）裂解 （4）催化重整 【思考1】　由石油获得汽油、煤油和柴油的方法是什么？该方法是物理变化还是化学变化？得到的各种分馏产品是纯净物吗？ 提示：分馏，属于物理变化，所得产品是混合物。 【思考2】　石油裂化是为了得到更多的汽油，裂化汽油可以使溴的四氯化碳溶液褪色，其原因是什么？ 提示：裂化汽油中含有烯烃，能与Br2发生加成反应，可以使溴的四氯化碳溶液褪色。 3.化石能源与合成高分子材料 （1）三大合成高分子材料：　塑料　、　合成橡胶　、　合成纤维　。 （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乙烯制聚乙烯 　nCH2CH2　􀰷CH2—CH2􀰻； ②丙烯制聚丙烯 nCH2CH—CH3。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （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）含4个碳原子的烷烃，经催化裂解后，只能生成2种气态烃。（　×　） （4）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。（　√　） （5）不能用裂化汽油萃取溴水中的溴。（　√　） 2.石油是一种重要的化石燃料。通过石油的炼制，我们可以获得多种有机化合物。下列关于石油及其炼制的说法中错误的是（　　） A.石油是混合物 B.石油的分馏是物理变化 C.石油分馏得到的馏分是纯净物 D.通过裂解可以提高乙烯等短链烃的产量 解析：C　石油是多种碳氢化合物组成的混合物，A正确；根据石油中各组分的沸点的不同，用加热的方法将各组分分离的操作为石油的分馏，是物理变化，B正确；石油的馏分仍为混合物，C错误；石油裂解的目的是获得乙烯、丙烯等短链烃，提高乙烯等的产量和质量，D正确。 3.重油裂化的主要目的是（　　） A.获得短链气态烃 B.生产更多的汽油 C.提高汽油品质 D.将直链烃转化为芳香烃 解析：B　石油裂化的目的是提高轻质液体燃料（汽油、煤油、柴油等）的产量，特别是提高汽油的产量，B正确。 归纳总结 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 获得短链烃 1.于谦在《咏煤炭》中写道：“凿开混沌得乌金，藏蓄阳和意最深，爝火燃回春浩浩，洪炉照破夜沉沉……”下列有关说法错误的是（　　） A.煤的干馏是化学变化，煤的液化是物理变化 B.煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物 C.煤燃烧前的脱硫处理是为了防止污染空气 D.煤经过气化和液化可转化为清洁燃料 解析：A　煤的干馏是指煤在隔绝空气条件下加强热使之分解的过程，煤的液化是用煤来生产甲醇等液态燃料，故煤的干馏和液化均是化学变化，A错误；煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要成分为碳，B正确；煤中含硫，燃烧会产生大气污染物，故煤燃烧前的脱硫处理是为了防止污染空气，C正确；煤的气化是用煤来生产水煤气，煤的液化是用煤来生产甲醇等液态燃料，可转化为清洁能源，且提高了煤的利用率，D正确。 2.下列属于煤的综合利用且说法正确的是（　　） A.煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机化合物 B.将煤干馏制得煤焦油和焦炭 C.煤的气化和液化均为物理变化 D.将煤变为煤饼作燃料 解析：B　煤是由有机化合物和少量无机化合物组成的复杂混合物，经过干馏才能得到苯、甲苯、二甲苯等，可用分馏法将它们分离，A错误；将煤干馏制得煤焦油和焦炭属于煤的综合利用，B正确；煤的气化是煤与水蒸气的反应，属于化学变化，煤的液化分直接液化和间接液化，煤的直接液化是指煤与H2作用生成液体燃料，煤的间接液化是指将煤先转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇，因此煤的液化属于化学变化，C错误；将煤变为煤饼作燃料，不属于煤的综合利用，D错误。 3.（2025·浙江杭州高一期中）煤、石油和天然气仍是人类使用的主要能源，下列有关说法正确的是（　　） A.煤的干馏是指将煤在空气中加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化 B.天然气作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇等 C.石油经分馏得到的轻质油难以满足社会需求，需要通过裂解将重油裂解为汽油等轻质油 D.煤的气化是将煤隔绝空气加热到一定温度得到气体燃料的过程 解析：B　煤的干馏是指将煤隔绝空气时加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化，A错误；石油经分馏得到的轻质油难以满足社会需求，需要通过裂化将相对分子质量较大、沸点较高的烃转化为汽油等轻质油，C错误；煤的气化是让固体煤在一定温度及压强下与气化剂（如蒸汽、空气或氧气等）发生一系列化学反应，使煤中的有机物转化为氢气、甲烷和一氧化碳等气态物质的过程，D错误。 4.将原煤作为燃料燃烧，既严重污染环境，效率又不高，因而国家大力提倡煤的综合利用。实施“煤变油”，其原理之一是先将煤与水蒸气制得水煤气（CO和H2），再催化合成甲醇或烃类等液态能源。 （1）用CO和H2合成甲醇的化学方程式是　CO＋2H2CH3OH　。 （2）用CO和H2合成烃（CnHm）的化学方程式是　nCO＋H2CnHm＋nH2O　。 （3）煤的气化和液化的优点是提高煤的燃烧效率，使煤变成清洁能源。 解析：根据题目中的信息，结合化学反应前后原子守恒写出化学方程式；优点是清洁和高效。 题组一　煤和天然气的综合利用 1.下列气体主要成分是CH4的是（　　） A.水煤气 B.裂解气 C.焦炉气 D.沼气 解析：D　水煤气的主要成分是一氧化碳和氢气，A错误；裂解气的主要成分是甲烷及碳原子数为2～5的烯烃和烷烃，B错误；焦炉气中含量最高的气体是氢气，C错误；沼气为植物发酵生成的气体，主要成分为甲烷。 2.煤焦油中含有苯、甲苯、二甲苯、酚类、萘、沥青等多种有机物。从煤焦油中分离出甲苯所采用的方法是（　　） A.干馏　　B.分液 C.分馏　　D.萃取 解析：C　分离互溶的液态有机物可以利用其沸点的差异，通过分馏加以分离，C项正确。 3.《天工开物·作咸》中记载了天然气的开发和利用，“西川有火井，事奇甚，其井居然冷水，绝无火气，但以长竹剖开去节，合缝漆布，一头插入井底，其上曲接，以口紧对釜脐，注卤水釜中，只见火意烘烘，水即滚沸”。下列说法错误的是（　　） A.天然气的主要成分是CH4 B.海底可燃冰的成分为CH4·nH2O C.天然气属于化石能源 D.天然气燃烧时化学能全部转化为热能 解析：D　天然气的主要成分是甲烷，A正确；海底可燃冰是水合甲烷，成分为CH4·nH2O，B正确；天然气属于三大化石能源之一，C正确；任何能源转化不可能为百分之百，天然气燃烧时化学能不能全部转化为热能，还会转化为光能等能量，D错误。 4.煤的干馏和石油的分馏，两种变化在本质上的差别是（　　） A.加热的温度不同 B.得到的产品不同 C.前者要隔绝空气，后者不用隔绝空气 D.干馏是化学变化，分馏是物理变化 解析：D　石油的分馏为物理变化；煤的干馏为化学变化。 5.“煤制油”的关键技术是煤的气化，而目前煤的气化主要是煤中的碳和水蒸气的反应：C＋H2O（g）CO＋H2，该反应是吸热反应，反应所需能量是由碳的燃烧（氧气用空气代替）来提供的：C＋O2CO2。下面关于该过程的说法不正确的是（　　） A.煤的气化可以减少煤直接燃烧对环境造成的粉尘污染 B.第一个反应需要吸热，所以煤的气化从能量角度来看，得不偿失 C.煤气化后作为燃料，燃烧充分，热利用率高 D.上述两个反应，反应后的混合气体中除去CO、CO2后主要就是合成氨的两种原料气体 解析：B　虽然在煤的气化过程中，会有一部分煤的潜在能量受到损失，但由于加工后得到的气态燃料的热利用率高，且较清洁，故从总体来看煤气化后使用是较合理的，B项错误，A、C项正确；因反应C＋O2CO2中的氧气用空气代替，故反应后混合气体成分为N2、CO、CO2和H2等，除去CO、CO2后主要就是合成氨的原料N2、H2，D项正确。 题组二　石油的综合利用 6.在石油工业中，将重油制成乙烯的方法是（　　） A.裂化　　B.裂解 C.干馏　　D.分馏 解析：B　将重油制成气态不饱和烃，应采取比裂化更高的温度才可以实现，采用裂解的方法。 7.石油被称为“工业的血液”，下列有关说法错误的是（　　） A.石油是混合物，其分馏产品汽油为纯净物 B.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 C.石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃 D.合理开发利用可燃冰（固态甲烷水合物）有助于缓解能源紧缺 解析：A　石油的分馏产品汽油为C5～C11的烃，仍为混合物，A错误。 8.实验室可通过蒸馏石油得到多种沸点范围不同的馏分，装置如图所示。下列说法不正确的是（　　） A.沸点较低的汽油比沸点较高的柴油先馏出 B.蒸馏烧瓶中放入沸石可防止蒸馏时发生暴沸 C.冷凝管中的冷凝水应该从a口进b口出 D.温度计水银球和蒸馏烧瓶支管口处相平 解析：C　在蒸馏时，石油的温度逐渐升高，沸点较低的先汽化馏出，所以沸点较低的汽油比沸点较高的柴油先馏出，A正确；沸石具有防暴沸作用，所以蒸馏烧瓶中放入沸石可防止蒸馏时发生暴沸，减少安全事故的发生，B正确；冷凝管中水采用逆流方式，所以b为进水口、a为出水口，C错误；温度计测量馏分温度，则温度计水银球和蒸馏烧瓶支管口处相平，D正确。 9.以原油为原料生产有机高分子材料聚乙烯、聚丙烯的流程如图： 下列说法错误的是（　　） A.流程中①表示的加工方法是分馏 B.流程中②表示的加工方法是裂化、裂解 C.流程中③由丙烯生成聚丙烯的方程式为nCH3CHCH2 D.整个流程中只发生了物理变化 解析：D　原油通过分馏得到烃类混合物，烃类物质通过裂解得到小分子烯烃，烯烃通过加聚反应得到聚烯烃。流程中①表示的加工方法是分馏，A正确；流程中②是由烃类物质得到小分子物质，应该采用裂解和裂化的方法，B正确；丙烯生成聚丙烯的方程式为nCH3CHCH2，C正确；裂解和裂化生成新物质，属于化学变化，D错误。 10.丁烷催化裂解，其碳链按两种方式断裂，生成两种烷烃和两种烯烃： C4H10C2H6＋C2H4 C4H10CH4＋C3H6 若丁烷的裂解率为90％，且裂解后两种烯烃的质量相等，则裂解后得到的相对分子质量最小的气态烃在混合烃中的体积分数为（　　） A.11％　　B.19％ C.40％　　D.50％ 解析：B　设丁烷的物质的量为1 mol，则裂解的物质的量为0.9 mol，设生成物C2H6、C2H4均为x mol，CH4、C3H6均为y mol，由题意可得：28x＝42y，x＋y＝0.9，联立解得x＝0.54，y＝0.36，所以CH4的体积分数应为×100％≈19％。 11.石油不仅是重要的能源，还是化工产品的重要原料。石油分馏是将石油中几种不同沸点的混合物分离的一种方法，石油分馏塔的示意图如图： 常见馏分的性质及主要用途如表（部分物质未列出）： 名称 碳氢化合物中碳原子的数 沸点/℃ 主要用途 汽油 5～11 20～200 私家车燃料 煤油 11～16 175～275 飞机燃料 柴油 15～18 250～400 中巴、巴士、重型汽车及工厂燃料 润滑油 16～20 300～500 帮助机械零件的活动 重油 ＞20 ＞500 轮船、工厂、发电厂燃料 回答下列问题： （1）石油属于　混合物　（填“纯净物”或“混合物”），石油分馏属于　物理　（填“物理”或“化学”）变化。 （2）根据分馏塔的工作原理和各物质的沸点不同，填写馏分a、b最有可能的成分：a　①　（填序号，下同）；b　②　。 ①汽油　②煤油　③润滑油 （3）实验室进行石油蒸馏实验的装置如图所示。仪器甲的名称为　直形冷凝管　，冷凝水的进水口为　Y　（填“X”或“Y”），沸石的作用是　防暴沸　。 解析：（1）石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，石油分馏是利用石油中各组分的沸点不同，用蒸发和冷凝的方法将它们分开的操作，属于物理变化。 （2）根据表格中给出的沸点范围可知，a为汽油，b为煤油。 （3）为充分冷凝蒸气，冷凝水应下进上出，所以进水口为Y。在加热液体混合物时，需要加沸石防止暴沸。 12.用石油裂化和裂解过程得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路线如下： 根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题： （1）由CH2CH2制得有机物A的化学反应类型是　加成反应　。 （2）丙烯醛（CH2CHCHO）中含有的官能团为　碳碳双键、醛基　（填名称）。 （3）A与B合成丙烯酸乙酯反应的化学方程式是　CH2CHCOOH＋CH3CH2OHCH2CHCOOCH2CH3＋H2O　，该反应的类型是取代反应（或酯化反应）　。 （4）由石油裂解产物乙烯合成聚乙烯塑料的化学方程式是　nCH2CH2􀰷CH2—CH2􀰻　。 解析：（1）CH2CH2与H2O发生加成反应，产物为CH3CH2OH。 （2）官能团有两个，分别为碳碳双键和醛基。 （3）A与B分别含—OH和—COOH，它们可发生酯化反应生成丙烯酸乙酯。（4）乙烯生成聚乙烯为乙烯的加聚反应。 13.煤的气化是有效利用化石能源的手段之一，有关反应为①C＋H2O（g）CO＋H2、②CO＋H2O（g）CO2＋H2，获得的气体称为水煤气。某研究性学习小组为探究气体的成分，进行了如下实验。 [实验]　使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后流出的气体。 [提出假设]　对气体的成分提出了三种假设。 假设1：该气体是CO、H2、H2O。 假设2：该气体是CO2、H2、H2O。 （1）假设3：该气体是CO、H2、H2O、CO2　。 [设计实验方案，验证假设] 拟用图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设3。（加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已经排尽） （2）按气流从左至右连接各仪器，用题中小写字母表示接口的连接顺序（仪器可重复使用）：混合气→dc→　ij　→　gh　→　ef　→　ab　→　dc　→ij。 （3）仪器A中需要加入的试剂名称为　氧化铜（或其他合理答案）　，其中的反应的化学方程式可能有CuO＋H2Cu＋H2O、CuO＋COCu＋CO2。 （4）仪器B中需加入试剂的名称是　无水硫酸铜　，其作用是　检验混合气体中是否有水　。 （5）本实验的尾气需处理，处理的方法为　可在装置最后的导气管口放一燃着的酒精灯将气体燃烧（或其他合理答案）　。 解析：（1）根据反应原理，混合气体组成存在三种情况，第三种情况的气体组成为CO、H2、H2O、CO2。 （2）为了验证混合气中含CO、H2、H2O、CO2，实验仪器的先后连接顺序为检验水分→检验二氧化碳→除掉二氧化碳→除掉水分→还原装置→检验水分→检验二氧化碳，仪器连接顺序为混合气体→dc→ij→gh→ef→ab→dc→ij。 （3）仪器A用于检验氢气和一氧化碳，可以选用氧化铜，利用氢气、一氧化碳加热还原氧化铜完成检验，反应的化学方程式为CuO＋H2Cu＋H2O、CuO＋COCu＋CO2。 （4）白色的无水硫酸铜遇水后变为蓝色，所以可在装置B中加入无水硫酸铜（CuSO4），通过观察颜色是否改变来确定混合气体中是否有水蒸气。 （5）一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染环境，可在装置最后的导管口处放一点燃的酒精灯，利用燃烧的方法消除CO的污染等。 10 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $