2020学年高中化学 第二单元 化学与资源开发利用 课题3 石油、煤和天然气的综合利用教学案

1 课题3 石油、煤和天然气的综合利用 石油和天然气 [自读教材·夯基础] 1．石油的炼制和石油化工 (1)石油炼制的目的： ①将石油中的混合物进行一定程度的分离，使它们物尽其用。 ②将含碳原子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为基本有机化工原料，以提高石油的利用价值。 (2)石油炼制和加工的方法： 石油炼制和加工方法 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 在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程

在高于裂化的温度下，使长链烃断裂成各种短链的气态烃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

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

主要原品 溶剂油(C5～C8)，汽油(C5～C11)，煤油、柴油、重油 润滑油、凡士林等 汽油等轻质油 乙烯、丙烯、丁烯等

2．天然气的利用

用途 直接用作燃料作为化工生产的原料 提供合成氨所需的氢气制乙烯制甲醇合成液体燃料，替代石油生产清洁汽油、柴油 等燃料油 2

[跟随名师·解疑难] (1)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。 (2)石油的裂化主要是长链烷烃发生分解的过程，如十六烷的裂化反应为

C16H34――→催化剂加热、加压C8H18＋C8H16(此式只表示十六烷裂化的一种情况，实际裂化过程要复杂得多，同一种烃在裂化过程中可以发生不同的分解反应)。 (3)直馏汽油是石油通过分馏的方法获得的汽油，其主要成分是烷烃、环烷烃等；裂化汽油主要是长链烷烃裂化后得到的饱和烷烃和不饱和烯烃的液态混合物。可见直馏汽油与裂化汽油的成分主要的差异在于有无烯烃存在，因此，可用溴水鉴别直馏汽油和裂化汽油。 (4)石油的炼制过程：

[剖析典例·探技法] [例1] 下列有关石油加工的叙述中，不正确的是( ) A．石油分馏所得的馏分仍是混合物 B．石油裂化的原料是石油分馏产品，主要指重油 C．石油裂化的主要目的是获得更多汽油等轻质油 D．石油裂解的产品是液态轻质燃料，如汽油 [名师解析] 石油分馏得到汽油、煤油、柴油、石油气等，每一种均为混合物；石油裂解的产品是小分子不饱和烃。 [答案] D [名师点睛] (1)石油是由各种烷烃、环烷烃、芳香烃所组成的混合物；石油分馏的产物仍然是混合物。 (2)石油的分馏是物理变化，而裂解是深度裂化，和裂化同属于化学变化，但原料、条件、目的各不相同。

煤的综合利用 [自读教材·夯基础] 1．组成成分 主要含碳元素，还含有少量的H、N、S、O等元素，是多种有机物和无机物组成的复杂 3

混合物。 2．分类 无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤等。 3．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的过程 焦炭、煤焦油、出炉煤气、焦炉气

气化 把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要化学反应为C＋H2O(g)=====高温CO＋H2 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

液化 直接液化 煤＋H2――→高温高压液体燃料 优质汽油、柴油、芳香烃和副产品燃料气等 间接液化 煤――→气化CO＋H2――→催化合成烃类燃料、醇

类燃料及化学品等 合成汽油、甲醇等

[跟随名师·解疑难] (1)石油的分馏是物理变化，煤的干馏是化学变化。 (2)煤干馏的条件：一要隔绝空气，以防止煤燃烧；二要加强热。 (3)焦炉气是煤的干馏产物，含有H2、CH4、C2H4、CO等气体。 [剖析典例·探技法] [例2] 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．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，芳香烃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 [名师解析] 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；煤干馏时发生了分解反应，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，所以不能说煤中含有苯和甲苯，故选项D不正确。 [答案] B [名师点睛] 4

(1)煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，炭是由碳元素组成的单质，二者本质上不相同。 (2)煤中不含有苯、萘、蒽等芳香烃，苯、萘、蒽等芳香烃是煤的干馏产物煤焦油中含有的物质。 一碳化学 [自读教材·夯基础] (1)一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CH4、CH3OH等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。也可以说，一碳化工就是新一代的煤化工和天然气化工。 (2)煤气化的主要反应式：

2C＋O2=====点燃2CO； C＋H2O(g)=====高温CO＋H2； CO＋H2O(g)=====高温CO2＋H2。 (3)天然气重整：CH4＋H2O(g)=====高温CO＋3H2。 (4)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，通过催化反应直接生成新的化合物，叫甲烷化学和甲醇化学。 (5)CH4不仅是一种重要的清洁燃料，更是一种重要的化工原料。 [剖析典例·探技法] [例3] 利用合成气(H2＋CO)生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化，合成气也可转化成醛、酸、酯等多种产物。下列表述正确的是( ) ①以合成气为原料的反应都是化合反应 ②改变合成气中CO与H2的体积比，可以得到不同产物 ③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 ④从合成气出发生成液态烃或醇类有机物是实现“煤变油”的有效途径 ⑤以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水 A．①②④ B．②③④ C．②④⑤ D．③④⑤ [名师解析] 以合成气为原料的反应生成物不一定是一种，所以不一定都是化合反应，①错；以合成气为原料的反应产物中可能有烯烃和水，这可通过题设条件来判断，⑤错。 [答案] B [名师点睛] 一碳化学的原子利用率并不一定是100%，会常伴有副产物产生。 5

天然气、石油气、裂解气、焦炉气、水煤气的来源及主要成分 天然气 石油气 裂解气 焦炉气 水煤气

来源 地下矿藏 石油的分馏 石油的裂解 煤的干馏 碳与高温水蒸气反应 主要成分 甲烷 短链烷烃 乙烯、丙烯、丁烯 H2、CH4、C2H4、CO CO、H2

1．在下列各种石油的加工处理过程中，属于裂化过程的是( ) A．分离汽油和煤油 B．将重油分离为润滑油等 C．十六烷变为辛烷和辛烯 D．将直链烃变为芳香烃 解析：裂化是在一定条件下，把相对分子质量较大、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，C属于此变化。A、B属于分馏，D属于催化重整，故A、B、D均不符合题意。 答案：C 2．[双选题]下列叙述正确的是( ) A．含有十八个以上碳原子的烷烃，经催化裂化可得到汽油 B．裂化汽油可用来萃取溴水中的溴 C．分馏和干馏都是物理变化 6

D．煤焦油是混合物，可通过分馏使其主要成分进一步分离开来 解析：B项裂化汽油中含有不饱和烃，可与溴发生加成反应，故不能用来萃取溴水中的溴；C项中干馏属于化学变化。 答案：AD 3．下列说法中正确的是( ) ①煤是各种芳香烃组成的混合物 ②煤燃烧时，会产生大量二氧化硫、碳氧化物和烟尘等污染物 ③煤是以单质碳为主的复杂混合物 ④以煤为主要原料，不仅可以合成甲醇，还可以加工成高级汽油 A．①② B．①③ C．②④ D．③④ 解析：煤本身是由多种组成复杂、分子结构庞大的有机物所组成的，因此①③是错误的；煤燃烧会产生大量的二氧化硫等污染物，所以②正确，④正确。 答案：C 4．某混合气体通过溴水(使其褪色)，再通过灼热的氧化铜(使其黑色变红色)，再通过无水CuSO4粉末(使其变蓝色)，再通过澄清石灰水(石灰水由清变浑再变清)，最后剩余气体在空气中点燃，火焰呈淡蓝色，这混合气体是( ) A．水煤气 B．焦炉气 C．石油液化气 D．高炉煤气(含CO、CO2和N2等) 解析：水煤气的主要成分是CO和H2；焦炉气的主要成分是H2、CH4、C2H4和CO等；石油液化气的成分是C3～C5的烷烃。能符合题给实验现象的气体只有焦炉气。 答案：B 5．将煤直接作为燃料燃烧，不但热效率较低，且产生烟尘、二氧化硫、氮的氧化物等，带来严重的环境污染。煤干馏是提高煤利用率、生产重要化工原料、降低污染物排放量的有效措施之一。 某化学学习小组在实验室条件下探究煤干馏的现象及产物，装置如下图，请回答有关问题：

(1)煤干馏的条件是______________________________________________________。