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【新教材】煤、石油和天然气的综合利用【学习目标】1、认识三大化石原料及其组成2、掌握石油的分馏、裂化和裂解的含义及煤的干馏、气化和液化的含义 【主干知识梳理】 一、煤的综合利用 1、煤的组成(1)物质组成：有机物和少量无机物组成的复杂混合物(2)元素组成：主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素 2、煤的综合利用 (1)煤的干馏①概念：煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使煤中的有机物分解的过程，工业上也叫煤的焦化②发生的变化：煤干馏过程中发生一系列复杂的化学反应，煤的干馏是一个复杂的物理变化和化学变化过程 ③煤干馏的产品及用途——煤焦油、焦炭、粗氨水、粗苯、焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳 氨、铵盐 ①煤的干馏必须隔绝空气，目的是防止煤在空气中燃烧②煤的干馏能够减少燃烧污染，提高燃煤的热效率，且能从煤中提取有价值的化工原料 ③煤的干馏过程中发生的主要是化学变化，而蒸馏的过程发生的是物理变化 ④化学“三馏”的比较(2)①概念：将煤转化为可燃性气体②主要反应：C(s)＋H 2O(g)=====高温CO(g)＋H 2(g)③发生的变化：化学变化 (3)煤的液化①概念：把煤转化成液体燃料的过程 ②发生的变化：化学变化 ③分类：直接液化和间接液化a.直接液化：把煤炭制成煤浆，然后在高温、高压和催化剂条件下，使煤与氢气作用生成液态碳氢化合物 即：煤＋H 2―→液体燃料b.间接液化：把煤炭在高温下与水蒸气作用气化，产生合成气CO 、H 2等，然后在催化剂作用下合成甲醇等即：煤−−→−气化CO ＋H 2−−→−催化剂甲醇 【对点训练1】1、下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是( )A ．图示实验中发生了化学变化B ．实验后水溶液的pH>7，溶液Y 是黑色黏稠的煤焦油，上层X 是粗苯等C ．气体Z 易燃，可以还原氧化铜D ．液体Y 是一种纯净物 2、下列属于物理变化的是( )①石油的分馏 ②煤的干馏 ③石油的裂化 ④铝热反应 ⑤由乙烯制备聚乙烯 ⑥将氧气转化为臭氧 ⑦乙烯催熟果实 ⑧将苯加入溴水中 ⑨海水蒸馏制取淡水 A ．①②③④ B ．①②⑤⑦ C ．①⑧⑨ D ．①②⑥⑨ 二、石油的综合利用 1、石油的形成及成分(1)形成：古代动植物遗体经过非常复杂的变化而形成的 (2)元素组成：碳、氢、硫、氧、氮等(3)物质组成：石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，主要是多种烷烃、环烷烃和芳香烃等，一般石油不含烯烃，从所含成分的状态看，大部分是液态烃，在液态烃里溶有气态烃和固体烃(4)物理性质：黑褐色的粘稠状物质，有特殊气味，比水轻，不溶于水，没有固定沸点 2、石油的炼制石油炼制的意义从油田里开采出来的没有经过加工处理的石油叫做原油，还含有杂质成分：水，氯化钙，氯化镁等盐类。
资源综合利用型：新授课审核：高一化学组【学习目标】1.知道煤、石油、天然气的主要成分，了解如何对它们进行综合利用；2.通过环境保护和绿色化学的有关知识，加强环保意识并培养绿色化学的理念。
【学习重点】煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用；【学习难点】石油裂化的原理【教学过程】一、煤、石油和天然气的综合利用1.煤的综合利用：煤是由和组成的复杂混合物，主要含元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。
（1）煤的干馏煤干馏是指，得到焦炭、煤焦油、煤气。
煤干馏过程中发生一系列复杂的化学反应，从煤干馏产物中可获得重要的化工原料，如氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、萘、酚类等。
（2）煤的气化将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应为：。
（3）煤的液化煤的直接液化：。
煤的间接液化：。
2.天然气的综合利用：天然气是一种的化石燃料；同时也是一种重要的，主要用于合成和生产。
[3.石油的加工：石油主要是由组成的混合物。
（1）石油的分馏石油分馏是利用原油中各组分的不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程。
石油分馏主要在分馏塔中进行，通过分馏可以获得、、等轻质油。
（2）石油的催化裂化石油的催化裂化是将含碳原子较、沸点较的烃断裂为含碳原子较、沸点较的汽油的过程。
石油裂化的产品再经过进一步裂解，可以获得很多重要的化工原料。
、、等都是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。
例如：H34 C8HH10 C4H10（3）其它的石油加工石油在加热和催化剂的作用下，可以通过使链状烃转化为环状烃，获得、等重要化工基本原料。
4.以煤、石油和天然气为原料生产合成其他材料（1）主要以煤、石油和天然气为原料生产的三大合成材料是、、。
（2）聚乙烯塑料的生产原理：在适当的温度、压强和催化剂存在的条件下，乙烯可以发生，形成相对分子质量巨大的。
用化学方程式表示改反应：像这种反应成称为，简称。
聚乙烯分子中，乙烯称为；重复结构单元－CH2－CH2－称为；n称为。
煤、石油和天然气的综合利用1．了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义。
2．了解煤、石油、天然气综合利用的内容。
一、煤、石油的综合利用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，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。
2．煤的综合利用(1)煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。
主要产品：出炉煤气(包括焦炉气、粗氨水、粗苯)、煤焦油、焦炭(2)煤的气化：定义：将煤转化为可燃性气体的过程。
主要反应：C+H 2O=====高温CO+H 2(3)煤的液化：①直接液化：煤＋H 2―→液体燃料；②间接液化：煤――→气化CO 和H 2――→催化剂甲醇等(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SO 2、NO x 、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，获得大量重要的化工原料。
3．天然气的成分及应用(1)天然气是一种清洁的化石燃料，主要成分是CH 4，常用作燃料，作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇等。
(2)天然气水合物是天然气与水在高压、低温条件下形成的类似冰状物质，主要成分是甲烷水合物，组成可表示为CH 4·n H 2O ，甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。
又称为“可燃冰”。
二、石油的综合利用1．石油的组成由多种碳氢化合物组成的混合物。
2．石油的综合利用(1)分馏概念：利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程。
目的：获得汽油、煤油、柴油等轻质油。
(2)裂化概念：将含碳原子较多、沸点较高的烃（重油）分裂为含碳原子较少、沸点较低的烃的过程。
目的：提高轻质液体燃料的产量，特别是汽油的产量。
原理：C 16H 34――――――→催化剂加热、加压C 8H 18＋C 8H 16。
十六烷辛烷辛烯(3)裂解概念：裂解就是深度裂化。
目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。
煤、石油和天然气的综合利用三维目标思维激活石油是工业的血液，石油化工是化学工业的主体，可以说，没有石油化工，就没有我们今天的现代化生活。
你知道石油炼制的基本原理、产品及其用途吗？自学导引一、煤的组成及其综合利用1．煤、石油、天然气是目前人类使用的主要能源(化石燃料)。
2．煤的组成：煤是由有机物和少量无机物组成的混合物，主要含有碳元素，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素。
3．煤的综合利用：煤的综合利用的主要途径是煤的干馏、煤的气化和液化，目的是获得洁净的燃料和多种化工原料。
(1)煤的干馏：是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，可获得燃料及多种重要的化工原料。
煤干馏的主要产品有焦炉煤气(焦炉气、粗氨水、粗苯)、煤焦油、焦炭。
(2)煤的气化：煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程。
主要反应是煤与水蒸气反应生成水煤气等，化学方程式为C(s)＋H 2O(g)=====高温CO(g)＋H 2(g)。
(3)煤的液化：煤的液化可分为直接液化和间接液化。
煤的直接液化就是使煤与氢气作用生成液体燃料；煤的间接液化是先把煤转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂的作用下合成甲醇等液体燃料，其反应的化学方程式为CO ＋2H 2――→催化剂CH 3OH 。
二、天然气的组成及其综合利用1．天然气的组成：天然气的主要成分是甲烷。
2．天然气的综合利用：天然气是一种清洁的化石燃料。
天然气更是一种重要的化工原料，主要用于合成氨、生产甲醇等。
思考题1 我国三峡工程所提供的清洁、廉价、强劲的可再生能源——水电，相当于每年燃烧3000万吨原煤的火力发电厂产生的电能，因此三峡工程有助于控制( )①温室效应 ②形成酸雨 ③空气中的固体颗粒浓度 ④白色污染A ．只有①B ．只有①②C ．①②③D ．①③④答案 C三、石油的组成及其综合利用1．石油的组成：石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。
2．石油的综合利用：(1)石油的分馏是利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程。
石油通过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。
(2)石油的催化裂化：石油的催化裂化是指在催化剂的存在下将大分子的烃进行分解得到小分子的烃，从而提高轻质油的产量和质量的过程。
裂化所用的原料是重油。
裂化过程中一分子的烷烃分解为一分子的烷烃和一分子的烯烃，得到的汽油称为裂化汽油。
(3)石油裂化的产品再经过进一步的裂解，可以获得很多重要的化工原料。
如以C 16H 34为例，写出裂化反应的化学方程式(以分子中碳原子平均断裂为例)：C 16H 34――――→催化剂加热、加压C 8H 18＋C 8H 16C 8H 18――――→催化剂加热、加压C 4H 10＋C 4H 8C 4H 10――――→催化剂加热、加压C 2H 6＋C 2H 4或 C 4H 10――――→催化剂加热、加压CH 4＋C 3H 6乙烯、丙烯、甲烷等都是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。
思考题2 石油的分馏、裂化、裂解都是化学变化吗？答案 石油的分馏是物理变化，石油的裂化、裂解是化学变化。
四、聚合反应和高分子化合物1．n CH 2CH 2――→催化剂CH 2—CH 2，该反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。
在CH 2—CH 2中，CH 2＝CH 2称为单体；—CH 2—CH 2—称为链节；n 称为聚合度，表示高分子化合物中所含链节的数目。
高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等；也有人工合成的，如聚乙烯等；塑料、合成橡胶和合成纤维是三大人工合成的高分子材料。
思考题3 如果要合成84 kg 相对分子质量为28000的聚乙烯，理论上需要乙烯多少千克？答案 84 kg2．＋n HO —CH 2—CH 2—OH ――→催化剂＋(2n －1)H 2O ，该反应简称缩聚反应，也是合成高分子化合物的一类重要反应。
名师解惑一、蒸馏、分馏和干馏有何区别1．蒸馏：把液体加热到沸腾变为蒸气，再使蒸气冷却凝结成液体的操作。
蒸馏可使混合物中沸点较低的组分挥发而达到混合物分离或除杂的目的。
被蒸馏的混合物中至少有一种组分为液体。
各组分沸点相差越大，挥发出的物质越纯。
若不同组分之间沸点相差小，或不同组分互溶形成恒沸液体，则馏分不纯。
常见的实验有蒸馏水的制取。
2．分馏：对多组分的混合物在不同温度下先后、连续进行两次或多次蒸馏。
分馏可使多组分混合物在一个完整的操作过程中分离为两种或多种馏分而达到混合物分离或除杂的目的。
常见的实验有石油的分馏，要注意的是石油分馏的产品都是混合物。
3．干馏：把固体混合物(如煤、木材)隔绝空气加强热使之分解的过程叫做干馏。
(1)在煤的干馏过程中所发生的是很复杂的化学变化和物理变化。
(2)将煤干馏的条件有两个：一是要隔绝空气，目的是防止煤在空气中燃烧；二是要加强热。
(3)煤在干馏过程中生成了许多新的物质，如苯、萘等，发生的是复杂的化学变化。
(4)煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，煤中并不含小分子有机物苯、萘等。
苯、萘等物质是煤的分解产物煤焦油中所含有的，这一点要注意。
[特别提醒]蒸馏和分馏都是物理变化，而干馏是化学变化。
二、直馏汽油和裂化汽油1．直馏汽油：石油经常压分馏获得的，主要成分为介于5个碳到11个碳之间的烷烃、环烷烃等。
由于它的成分中不含烯烃，所以它不能与溴发生加成反应，因而不能使溴水(或溴的CCl 4溶液)褪色，可作为从卤素单质的水溶液中萃取出卤素单质的萃取剂。
2．裂化汽油：是重油经催化裂化制得的，主要成分为介于5个碳到11个碳之间的烷烃、烯烃等。
由于它的成分中含有烯烃，所以能与溴发生加成反应，因而可使溴水(或溴的CCl 4溶液)褪色，不能用做提取卤素单质的萃取剂。
三、聚合反应1．加聚反应：由许多小分子经过加成反应合成高分子化合物的反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。
如n CH 2＝CHCH 3――→一定条件。
2．缩聚反应：由许多小分子经过缩合反应合成高分子化合物的同时生成许多小分子的反应称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。
例如获得聚对苯二甲酸乙二酯：＋n HOCH 2CH 2OH――→一定条件＋(2n －1)H 2O[特别提醒]一般可从以下两个方面区别加聚反应和缩聚反应：①高分子的链节中链上不全是碳原子，一般是缩聚反应生成的；如果链上全是碳原子，一般是加聚反应生成的。
②从反应的形式来看，在反应中只得到高分子的反应是加聚反应，而得到高分子的同时又生成了小分子的反应则是缩聚反应。
3．有机加聚产物单体的确定(1)链节的主链中只存在碳碳单键时，以两个碳原子为单元分段断键，可得到“乙烯型”单体。
如的单体为CH 2＝CH 2、CH 2＝CHCl 。
(2)链节的主链中存在C C 的高聚物，则以四个碳原子为单元(C C 在中间)分段进行断键，然后单键变双键，双键变单键，即可得到单体。
如的单体为。
典例导析知识点1：煤的干馏实验及产品分析例1 观察下图，判断下列叙述中错误．．的是( )A ．图示实验中发生了化学变化B ．液体X 的pH ＞7，液体Y 是一种黑色黏稠状液体C ．气体Z 易燃，可还原CuOD ．液体Y 是一种纯净物解析 煤在隔绝空气加强热条件下，可分解得到多种物质，这个过程叫煤的干馏，属于化学变化，A 项正确；所得产物中有气体(焦炉气)、液体(煤焦油)和固体(焦炭)，此外，还有粗氨水，B 项正确；焦炉气的主要成分有氢气、甲烷，另有少量的CO 、C 2H 4等气体，C 项正确；煤焦油是含有许多芳香族化合物的复杂混合物，D 项错误。
答案 D跟踪练习1 下列说法中错误．．的是( ) A ．煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物B ．为使煤变成清洁能源，可将煤进行气化和液化C ．煤的组成以碳元素为主，还含有少量的H 、N 、S 、O 等元素D ．煤中主要含苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把苯和甲苯从煤中分离出来 答案 D知识点2：石油的裂化和裂解例2 丁烷裂解时有两种断裂方式，生成两种烷烃和两种烯烃。
如果丁烷完全裂解，且裂解生成的两种烯烃的质量相等，那么裂解后所得到的混合气体中，相对分子质量最小的气体所占的体积分数为( )A ．20%B ．25%C ．36%D ．40%解析 丁烷的两种裂解方式为： C 4H 10――――→催化剂加热、加压 CH 4＋C 3H 6(丙烯)；C 4H 10――――→催化剂加热、加压C 2H 6＋C 2H 4(乙烯)。
设丁烷为1 mol ，则反应后混合气体的总物质的量为2 mol 。
其中相对分子质量最小的烃为CH 4，求其物质的量是本题的关键。
可设CH 4为a mol ，C 2H 6为b mol ，则由n (C 3H 6)＝n (CH 4)，n (C 2H 6)＝n (C 2H 4)，得，则CH 4所占体积分数(即物质的量分数)为0.42×100%＝20%。
答案 A跟踪练习2 含有4个C 原子的烷烃，裂解可生成的烯烃有( )A ．1种B ．2种C ．3种D ．4种答案 B知识点3：加聚产物单体的判断例3 某工程塑料ABS 的结构简式为，它的单体为____________。
解析 解法一 该高聚物主链全是碳，依照规律“见双键，四个碳，无双键，两个碳”划线断开，故断键方式为：，再将单双键互换得单体、CH 2＝CH —CH ＝CH 2和。
解法二 由ABS 的结构可知，应为加聚反应形成的高聚物，由加聚反应的特点，可用“弯箭头”法判断其单体。
依次从后向前，以主链上两个碳原子为单位“弯箭头”，“箭尾”处减一键，“箭头”处加一键。
如上图所示，①③⑦⑨处键断开，⑤处双键变单键，②④⑥⑧处单键变双键，即得各单体。
答案、CH2＝CH—CH＝CH2和跟踪练习3高分子化合物的单体是() A．B．CH2＝CH—CH3C．D．CH2＝CH2与答案 D。
