1、课题3 石油、煤和天然气的综合利用课程标准导航1.了解石油的分馏及其产品和用途，了解石油的裂化和裂解。2了解煤的干馏和综合利用。3了解煤化工和天然气化工的发展。新知初探自学导引 自主学习一、石油和天然气 1.石油的炼制和石油化工 石油是烃的混合物，加工前称为_，石油要炼制，其目的是将混合物进行一定程度的分离，使之物尽其用。原油2.工业上常用_分馏和_分馏的方法把不同沸点的产品分离出来。为了提高汽油产量，还可采用_的方法。如十六烷分解反应方程式为C16H34C8H18C8H16。3.石油不仅是燃料资源，还是有机化工原料的重要来源。常压减压催化裂化4.乙烯的生产主要靠石油_，_的产量是衡量一个国家
2、石油化工发展水平的标志。5.天然气的主要用途：直接作燃料；_；合成甲醇及其他化工原料。裂解乙烯合成氨原料气(制H2)二、煤的综合利用 1.煤与炭的关系 木炭、焦炭等是碳的不纯单质，而煤是_和_组成的复杂混合物。煤除了主要含碳元素外还含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机矿物质(主要有硅、铝、钙、铁等元素)。有机物无机物2.煤的干馏(1)将煤_加强热使其分解的过程，叫做煤的干馏，也叫煤的焦化。(2)工 业 上 炼 焦 的 原 理 是 将 煤 粉 放 在_的炼焦炉中加热。隔绝空气隔绝空气3.煤的气化和液化(1)煤的气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压强下使煤中有机物与气化剂(如蒸气/空气或
3、氧气等)发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有_等气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。CO、H2、CH4(2)碳与水蒸气的反应式为_，属_反应。(3)煤的液化：煤的液化是把煤转化成液体燃料的过程，煤的液化分为_液化和_液化。直接液化是把煤炭制成煤浆,然后在_、_和在_条件下，通过加氢裂化生成液态碳氢化合物即“合成石油”。CH2O(g)=高温COH2吸热直接间接高温高压催化剂间接液化是把煤炭在高温下与水蒸气作用气化，产生合成气等，然后合成气通过催化合成生成性能优良的液态醇类、烃类及化学品等。三、煤化工和天然气化工的发展一碳化学 1.一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CH4、CH
4、3OH等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。2.煤气化的主要反应方程式为_。2CO2=高温2CO；CH2O=高温COH2；COH2O=高温CO2H2；CH4H2O=高温CO3H23.使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的产物，这就是合成气化学，由CH4、CH3OH等含一个碳原子的分子，通过_直接生成新的化合物，叫_化学和_化学。催化反应甲烷甲醇自主体验1.节能减排对发展经济、保护环境有重要意义。下列措施不能减少二氧化碳排放的是()A利用太阳能制氢B关停小火电企业C举行“地球一小时”熄灯活动D推广使用煤液化技术解析：选D。A项利用太阳能制氢一是节省电能，减少煤的燃烧，二是氢可代替一部分化
5、石燃料，减少CO2的排放，B项关停小火电企业减少煤的燃烧，C项举行熄灯活动，节省了煤电，减少了CO2的排放，D项煤液化成水煤气，燃烧后，CO2的排放没减少。2.下列变化，属于物理变化的是()A炭化 B裂化C分馏D干馏解析：选C。分馏只是利用混合物中各物质沸点不同将它们分离开，并没有新物质生成，属于物理变化。其他变化都有新物质生成，属于化学变化。3.为了更好地解决能源问题，人们一方面研究如何提高燃煤的燃烧效率，另一方面寻找能源,以下做法不能提高燃烧效率的是()A煤的气化与液化B液体燃料呈雾状喷出C通入大量的空气D将煤粉碎解析：选C。A、B、D都是通过改变燃料的状态，来增大反应物的接触面积，使其充
6、分燃烧；C通入大量空气，也能使燃料充分燃烧，但大量气体逸出时会带走热量。要点突破讲练互动 探究导引1 通过石油分馏就可以得到汽油、煤油、柴油等轻质油，为什么石油还要进行裂化制得汽油等轻质油？石油的炼制提示：通过分馏得到的汽油、煤油、柴油等轻质油仅占石油产量的25%左右，还不能满足社会的要求。为了获得更多的轻质油，特别是提高汽油的产量，采用催化裂化的方法，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。要点归纳石油化工炼制 和加 工方法 分馏 裂化 裂解 常压分馏 减压分馏 热裂化 催化裂化 原理 用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物 在一定条件
7、下，将相对分子质量大、沸点高的烃断裂成小分子的过程 在高于裂化的温度下，将长链分子断裂成短链的气态和少量液态烃的过程 原料 脱水、脱 盐的原油 重油 重油 石油分馏产 品中的烃 炼制 和加 工方法 分馏 裂化 裂解 常压分馏 减压分馏 热裂化 催化裂化 条件 常压加热 减压加热 加热 催化剂、加热 高温 目的 将原油 分离成 轻质油 将重油 充分分 离，并防 炭化结焦 提高轻质汽油的产量和质量 获取短链气 态不饱和烃 炼制 和加 工方法 分馏 裂化 裂解 常压分馏 减压分馏 热裂化 催化裂化 主要 产品 溶剂油 (C5C8)，汽油(C5 C11)，煤油、柴 油、重油 润滑油、凡士林等 汽油等轻
8、质油 乙烯、丙烯、丁二烯等 即时应用1.下列关于石油及石油炼制的叙述中错误的是()A石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物B石油分馏所得的馏分是纯净物C为了防止重油进一步分馏时炭化结焦，常采用减压分馏D石油裂化的原料是重油、石蜡等解析：选B。石油分馏所得到的是由沸点相近的多种烃的混合物而非纯净物；减压分馏防止了重油的炭化结焦；重油、石蜡等含碳原子数较多的高沸点的烃，通过裂化可以得到沸点低的烃。煤的综合利用探究导引 2煤的干馏与石油的分馏本质上有何差别？提示：分馏：用加热蒸馏、冷凝的方法把液体混合物分成不同沸点范围的产物，里面无新物质生成，属于物理过程。煤的干馏是指把煤隔绝空气加强热，使煤
9、分解的过程，是化学变化。要点归纳煤的综合利用原理 产品 干馏 将煤隔绝空气加强热使其分解 焦炭、煤焦油、焦炉气、出炉煤气 气化 把煤中的有机物转化为可燃性气体 低热值气CO、H2、相当量的N2 中热值气CO、H2、少量CH4 高热值气CH4 原理 产品 液 化 直接液化 高温、高压和有催化剂条件下，与溶剂混合，使煤与H2作用生成液体燃料 优质汽油、柴油、芳香烃和副产燃料气、液化石油气等 间接液化 把煤气化成CO或H2，经催化合成液体燃料、醇类燃料(如CH3OH)等 合成汽油、甲醇等 即时应用2.(2012中山高二检测)下列说法正确的是()A把煤加强热使之分解的过程叫干馏B煤的干馏属于化学变化C
10、煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，主要存在于煤干馏所得的焦炉气中D煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来解析：选B。煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，选项A中没有强调“隔绝空气”这个重要条件，因此是错误的；煤干馏时发生了复杂的反应，是化学变化，故选项B正确;煤高温干馏的产物主要是焦炭，同时得到焦炉气、煤焦油、粗氨水等。焦炉气的主要成分是H2和CO等气体，芳香烃主要存在于煤焦油中，故选项C不正确；煤经过干馏发生复杂的物理、化学变化后得到煤焦油等物质，煤焦油是含有多种芳香族化合物的复杂混合物，煤焦油在170 以下蒸馏出来的馏出物中主要含有苯、甲苯、二甲苯和其他苯的同系物等，所
11、以不能说煤中含有苯和甲苯，故选项D不正确。题型探究技法归纳 石油的综合利用例1如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。资料1：石蜡是含有2030个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。资料2：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图所示。实验过程中可观察到烧瓶中固体石蜡先熔化，试管中有少量液体凝结，试管中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管中液体气味，具有汽油的气味。(1)该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为_，为保证实验成功，实验前必须进行的操作是_，装置中较长导管的作用是_；
12、(2)试管中少量液体凝结说明了_；(3)试管中溶液褪色说明了_；(4)能否用试管中的液体萃取溴水中的溴，理由是_。(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式_。(6)石油裂化的重要意义是_。【解析】仪器连接的顺序应遵循从下往上，从左到右的原则，装入药品之前要检验装置的气密性。依据石油分馏工业的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，兼起冷凝气体的作用；依据催化裂化原理，下列反应皆有可能发生：aC20H42Al2O3C10H20C10H22 bC10H22Al2O3C5H12C5H10 cC5H12Al2O3C2H4C3H8 dC5H12Al2O3CH4C4H8。试管中有液体生成，说明生成
13、了碳原子数大于5的烃，因为常温常压下，5个碳原子数以上的烃大都呈液体，试管中KMnO4溶液褪色说明生成常温常压下呈气态的5个碳原子数以下的烯烃；由于裂化产物中有烯烃生成，易与溴发生加成反应，所以不能用来萃取卤素单质；从以上变化可以看出，石油裂化的主要意义是可提高轻质燃油特别是汽油的产量和质量。【答案】(1)从下往上，从左往右 检验装置的气密性 导气、冷凝气体(2)裂化生成了碳原子数大于5的烃(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃(4)不能，因为裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应(5)C20H42Al2O3C10H22C10H20(6)可提高石油产品中轻质燃油特别是汽油的产量和质量煤的综合利用例
14、2 气化和液化是使煤变成清洁能源的有效途径。煤的气化的重要反应是：CH2O(g)=高温COH2，CO 和 H2的混合气体是合成多种有机物的原料气，研究由 CO、H2 合成有机物的化学称为一碳化学。下图是合成某些物质的路线：其中，D易溶于水，且与CH3COOH互为同分异构体，F分子中的碳原子数是D中的3倍，H经催化氧化可得到G。请回答下列问题：(1)写出下列物质的结构简式：A_，H_；指出A和H的关系：_。(2)利用合成气(H2CO)生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化，合成气也可合成醛、酸、酯等多种产物，下列表述正确的是_。以合成气为原料的反应都是化合反应改变合成气中CO与H2的体积比，可得到
15、不同的产物合成气的转化反应需在适当的温度和压强下通过催化完成从合成气出发生成气态烃或醇类有机物是实现“煤变油”的有效途径以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水A BC D(3)写出下列反应的化学方程式：CH3COOHEF：_；D与新制氢氧化铜加热：_。【解析】本题以能源为载体考查烃的衍生物的性质，命题着眼点在于煤的气化和液化，同时它又结合有机化学反应类型，要求整合新信息得出结论。(1)由题图知，A经两次催化氧化得到C，则A为CH3OH，B为HCHO，C为HCOOH，且H应为CH3CH2CH2CH2OH，G为CH3CH2CH2CHO，D的分子式为C2H4O2，易溶于水，说明不是酯，则D为HO
16、CH2CHO，E为HOCH2CH2OH，F为CH3COOCH2CH2OOCCH3。(2)依题意，CO和H2可合成汽油，汽油是烃类，所以必然生成水，不是化合反应，和都不正确。【答案】(1)CH3OH CH3CH2CH2CH2OH 同系物(2)B(3)2CH3COOHHOCH2CH2OH浓硫酸CH3COOCH2CH2OOCCH32H2OHOCH2CHO2Cu(OH)2HOCH2COOHCu2O2H2O课堂达标即时巩固 热点示例思维拓展 经典案例 下图为实验室干馏煤的装置图，请回答下列问题：(1)指出图中各仪器的名称：a：_；b：_；c：_；d：_。(2)装置c的作用是_，d中的液体有_和_。其中的无机物里溶有_，可用_检验出来；有机化合物可以通过_的方法使其中的重要成分分离出来。在170230 时可得到_，加热到230 以上可以得到_。(3)e处点燃的气体主要是_，火焰的颜色是_色。【解析】煤干馏是将煤隔绝空气加强热使其发生分解的过程，煤干馏后得到焦炭、煤焦油、焦炉气和出炉煤气。【答案】(1)酒精喷灯 铁管 烧杯 U形管(2)冷水浴 煤焦油 粗氨水 氨 酚酞 分馏 酚类和萘 更复杂的芳香族化合物(3)CH4、H2 淡蓝
