1、疱丁巧解牛知识巧学一、煤、石油和天然气的综合利用1.煤（1）煤的组成：煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物，主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。（2）煤的干馏：定义：煤干馏是指将煤隔绝空气加高温使之分解，得到焦炭、煤焦油、煤气要点提示 煤的干馏是化学变化，蒸馏法使海水淡化是物理变化。煤干馏的主要产品和用途。产 品主要成分主要用途焦炉煤气焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化学原料氮肥粗氨水氨气、铵盐炸药、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、燃料（3）煤的气化：煤的
2、气化是将其中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等。C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)要点提示 水煤气是指CO与H2的混合物。煤气化的目的是为了获得高效清洁能源。（4）煤的液化：煤的液化是指煤与其他物质反应转变成液态物质的过程。可分为直接液化和间接液化。直接液化是指煤与氢气作用生成液体燃料；间接液化是指先将煤转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇等燃料。知识拓展 煤的液化是化学变化，煤直接液化的产物是芳香烃，间接液化的产物是甲醇。芳香烃和甲醇也都是清洁燃料。甲醇状似乙醇，但毒性差别很大；甲醇有毒，而乙醇无毒。2.天然气 天然气的主要成分是甲烷。除燃烧
3、外，它主要用于合成氨和生产甲醇等。作为一种燃料，它的燃烧产物对环境的影响很小，所以甲烷水合物被认为是21世纪的新型洁净能源。但是由于目前开采技术的限制，它尚不能被大规模地利用。要点提示 天然气化工是以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化形成含两个或多个碳原子的其他有机化合物。天然气很难被液化，因此直接输送气体。3.石油（1）石油的成分 从组成元素上看，石油的成分主要是C和H；从组成物质上看，石油是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物；从组成物质状态上看，石油主要是液态烃的混合物，同时溶有气态烃和固态烃。要点提示 石油是混合物，没有固定的熔点和沸点，只是在一定温度范围内熔化或汽化。（2）石油
4、的分馏定义：利用原油中各组分沸点的不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程叫做分馏。要点提示 石油的分馏主要得汽油、煤油、柴油等。石油的分馏只是将混合物分离而没有生成新物质，所以它是物理变化。装置要点提示 烧瓶中加碎瓷片，防止暴沸。温度计水银球的位置是在支管处。冷凝水的流向是下口进，上口出。（3）石油的裂化与裂解裂化就是在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。裂化的目的是为了提高轻质油，特别是汽油的产量。要点提示 裂化分热裂化和催化裂化，通常二者同时进行。石油的裂化方式主要是均裂平均分配碳原子。裂解又叫深度裂化，是石油化工生产过程
5、中，以比裂化更高的温度，使长链烃断裂成短链烃乙烯、丙烯等的加工过程。要点提示 石油分馏和裂化虽然能产生一部分碳数较少的烃，但远远不能满足人们的需求，所以采用比裂化更高的温度使高分子烃裂解为小分子烃。C16H34C8H18+C8H16 十六烷 辛烷 辛烯C8H18C4H10+C4H8C4H10CH4+C3H6C4H10C2H4+C2H6（4）石油的催化重整 石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃，如生成苯或甲苯等。苯、甲苯等也是重要的化工原料。4.三大合成材料之一聚乙烯 塑料、合成纤维和合成橡胶是三大合成材料。它们主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。 聚乙烯是
6、我们常见的塑料，可用来制造多种包装材料、食品周转箱、农用薄膜等。聚乙烯塑料的主要成分是聚乙烯，是石油裂解产物乙烯通过聚合反应制得的。 聚乙烯是乙烯通过加聚反应后得到的。加聚反应指不饱和单体通过加成反应互相结合成高分子化合物的反应，此反应可表示为:nCH2CH2 。要点提示 聚乙烯中，聚合度n有的相同，有的不同，所以它是混合物，没有固定的熔点和沸点，只是在一定温度范围内熔化和汽化。聚乙烯等高分子化合物不是天然存在的，而是人工合成的。5.回收利用废旧合成材料 回收、利用废旧合成材料主要有三种途径:一是通过熔融再生重新做成多种有用的材料；二是采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料；
7、三是将废旧合成材料作为燃料使用。二、环境保护与绿色化学1.环境问题 环境问题主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。当今发展中国家环境污染尤其严重，严重影响着人们的身体健康。根治污染的重点是控制污染源。2.三废及其危害 “三废”指“废水”“废气”“废渣”。大气污染物主要来自化石燃料的燃烧和工业生产过程中产生的废气及其携带的颗粒物；工业废水含有复杂成分，任意排放会导致土壤、水源的污染；废渣的处理方法:一是减少废渣，二是资源回收利用。（1） 水污染 污染水的物质主要有：重金属离子、有毒的有机物等。 水华、赤潮：水生植物藻类等疯狂生长
8、造成的淡水污染叫做水华，造成的海水污染叫做赤潮。要点提示 含有大量氮、磷的污水排向湖泊、水库和近海海域，造成了水体的富营养化，出现藻类大量繁殖形成赤潮、水华等严重污染问题。（2）酸雨 酸雨是指pH5.6的雨水。我国酸雨类型属于硫酸型，控制酸雨主要采取燃料预脱硫、炉内脱硫和烟囱排气除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、氨水等吸收脱硫。CaO(s)+SO2(g)CaSO3(s)2CaSO3(s)+O2(g)2CaSO4(s)SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3 再如，机动车辆的尾气排放也同样需要控制，其中的氮氧化物还是光化学污染的主要成因，它比硫氧化物更难消除，一般采用CH4、
9、H2、NH3等在Pt、Pd等催化作用下使氮氧化物还原，转化为N2、CO2、H2O等无害气体。CH4+4NO24NO+CO2+2H2OCH4+4NO2N2+CO2+2H2O3.绿色化学 绿色化学就是利用化学反应原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。绿色化学提倡原子经济性。最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物。要点提示 理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。问题探究问题1 什么是白色污染？废旧塑料有哪些危害？思路:造成白色污染的是废弃的塑料制品，但不是所有的塑料制品都会造成白色污染，能造成环境污染的一般指难
10、降解的塑料制品。探究:“白色污染”是指废弃的塑料制品（如塑料包装袋、一次性快餐盒等，它们通常是白色的）对环境造成的污染。全世界每年产生数千万吨的废旧塑料，它们聚集在海洋里、地面上和土壤中，造成“白色污染”。漂浮于海面的塑料垃圾或是被海生动物误认为海蜇吞食造成生态失衡，或是缠绕在海轮的螺旋桨上造成海难事故。被填埋的塑料垃圾，经久不烂，会破坏土壤结构，降低肥力，污染地下水。焚烧废旧塑料尤其是焚烧含氯塑料，会严重污染大气。问题2 煤是人类生产和生活中使用的主要燃料之一，但在我国很多城市里却禁止直接使用散煤，这是为什么呢？思路:做问答题时必须从多个角度进行综合分析，如该问题就应该从煤的成分、环境污染、
11、燃烧效率等多个角度进行综合分析。探究:从煤中所含物质和所含元素角度，直接烧煤可得到我们所需要的能量，但同时会带来大量的污染物，如碳的氧化物、氮的氧化物、硫的氧化物、烟尘等。如何解决燃煤污染、提高燃煤的热效率，尤其是怎样从煤中提取有关物质并将其转化成有价值的化工原料，成为化学家们一直致力研究的问题。 典题热题例1 一定量的石油分馏产品C8H18受热完全裂化为CH4、C2H4、C2H6、C3H6和C4H8五种气体组成的混合物，求该混合气体的平均相对分子质量。解析：在裂化过程中发生如下变化:C8H18C4H8+C4H10C4H10C2H4+C2H6C4H10CH4+C3H6 经分析完全裂化后总气体体
12、积变为原体积的3倍，故平均相对分子质量是C8H18的。答案：38深化升华 裂化的特点是由1 mol含较多碳原子的烷烃断裂成1 mol含较少碳原子的烷烃和1 mol较少碳原子的烯烃。所以经过1次完全裂化以后得到的混合气体的平均相对分子质量是原烷烃的一半。例2 在自然环境中，一次性使用聚苯乙烯材料带来的“白色污染”极为严重。这种材料难分解、处理麻烦。最近研制出一种新材料能代替聚苯乙烯，它是由乳酸(一种有机羧酸)缩聚而成，它能在乳酸菌的作用下降解而消除对环境的污染。下列关于聚乳酸的说法正确的是（ ）A.聚乳酸是一种纯净物 B.聚乳酸是一种羧酸C.聚乳酸的单体是 D.其聚合方式与苯乙烯相同解析：分析新
13、材料的结构特征，它是由官能团、OH经缩聚脱水而成的，单体为。答案：C深化升华 聚合反应按反应后是否生成小分子，可以分为加聚反应（没有小分子生成）和缩聚反应（有小分子生成）。不论是加聚反应还是缩聚反应，都有高分子物质生成，而这些高分子物质由于n值各不相同，所以均属于混合物。例3 以下说法正确的是（ ）A.淀粉、油脂、蛋白质都是天然有机高分子化合物B.市场上销售的“环保汽车”是指所排放的尾气污染较轻的汽车C.煤的液化和气化过程中均要消耗一部分能量，因此将煤液化和气化后再使用，会降低煤的利用率D.地球上的金属矿产是可以再生的资源解析：油脂不是天然有机高分子化合物，煤液化和气化后再使用，可以提高煤的利
14、用率，地球上的金属矿产是不可再生的资源。答案：B深化升华 煤的液化和气化是将煤转变成液态、气态燃料的过程。通过煤的液化和气化不仅可以提高煤的利用率，而且可以减少煤在燃烧过程中产生的环境污染。例4 下列反应制取乙醇，原子经济性最差的是（ ）A.乙烯水化法:CH2CH2+H2OCH3CH2OHB.乙醛还原法:CH3CHO+H2CH3CH2OHC.卤代烃水解法:CH3CH2Br+H2OCH3CH2OH+HBrD.酯类水解法:CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH解析：根据原子利用率=期望产物总质量与生成物总质量之比，及A、B生成物都是期望产物，可知它们的原子利用率都是100%。C、D比较，都生成1 mol C2H5OH时，C的副产物是HBr，D的副产物是CH3COOH，且都是1 mol。由于Mr(HBr)=81Mr(CH3COOH)=60，故原子利用率DC。答案：C深化升华 当只有一种产物时，原子利用率为100%；当存在多种产物时，可比较生成1 mol目标产物时，其他产物的质量，其他产物的质量越大则原子利用率越低，反之亦然。