煤、石油和天然气的综合利用2 2023-2024学年高一化学人教版2019必修2

人教版高一化学必2第二学期第八章8.1.2煤、石油和天然气的综合利用第八章化学与可持续发展第一节自然资源的开发利用

第2课时煤、石油和天然气的综合利用核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义，提高宏观辨识与微观探析的能力。2.变化观念与平衡思想：了解煤、石油、天然气综合利用的内容，培养变化观念的学科素养。3.证据推理与模型认知：使学生认识和体会化学在自然资源开发和利用的重要意义与作用。4.科学探究与创新意识：培养学生的分析归纳能力，发掘其潜力，促进其全面发展。5.科学精神与社会责任：了解节约能源及防止污染的重要性，培养关注社会可持续发展的科学态度与社会责任。教学目标教学重点：了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义教学难点：了解节约能源及防止污染的重要性，

一、煤的综合利用1、煤的分类和组成无烟煤：含碳量85%~95％左右(1）分类：烟煤：含碳量70~85%褐煤：含碳量50~70%泥煤：含碳量约50%(2）组成：煤除主要含碳外，还含少量的S、P、H、O、N等元素以及无机矿物质（主要含Si、Al、Ca.Fe)。因此，煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混和物。2、煤的干馅(1）定义：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，叫做煤的干馏（也叫煤的焦化）。(2）实验：煤的干馏(3）煤干馏的产品及用途干馏产品主要成分主要用图出炉煤气

焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化工原料粗氨水氨

铵盐氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸药、染料、医药、农药、合成材料

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、电石、燃料工业上炼焦，就属于煤的干馏，其原理是将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热，煤粉受热分解得到焦炭、煤焦油、焦炉气（可燃烧）、粗氨水、和粗苯等。这些产物可用于生产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。3、煤的气化(1）定义：煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽／空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH等可燃气体和CO2、N，等非可燃气体的过程。（2）气化条件：煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。煤气的成分及用途4、煤的液化(1）定义：把煤转化成液体燃料的过程，煤的液化分直接液化和间接液化。(2）类型：①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"合成石油"。主要产品有优质汽油、柴油、芳香烃和其他化工原料。副产品有液化石油气、硫黄和氨气等。②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，等，然后合成气通过催化合成得到性能优良的液态烃类、醇类等。优点：操作条件温和，几乎不依赖于煤的种类，关键是选择合适催化剂。缺点：投资及运行成本过高，不利用工业化生产。(3）前景：煤的液化是否能得到发展，决定于石油是否能满足不断增长的需要、煤跟石油的比价以及煤的液化技术的成熟程度。从世界范围来看，由于石油价格的增长，液化技术的日臻成熟，煤液化工业的再度兴起是可能的。对我国来说，目前汽油和煤的比价比国外更有利于发展以合成高级汽油为主要目的的煤的液化。在有煤地区发展煤的液化还是可以探索的。5.对比小结煤的干馏煤的气化

煤的液化原理直接液化间接液化将煤隔绝空气加强热使其分解把煤中的有机物转化为可燃性气体高温、高压下，与溶剂混合，使煤与H2作用生成液体燃料把煤气化成CO和H2经催化合成液体燃料(CH3OH)产品焦炭、煤焦油、焦炉气、出炉煤气低热值气：CO、H2、N2、中热值气：COH2、少量CH4高热值气：CH4优质汽油、柴油、芳香烃和副产燃料气、液化石油气合成汽油、甲醇等液体燃料二、煤化工和天然气化工的发展﹣﹣一碳化学

1、定义：一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物如CO、CH、CHOH等为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。CO是从煤的气化或合成气得到的，而CH4是天然气的主要成分，所以也可以说，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：3、合成气化学：大量的化工产品可以以合成气作为起始原料。使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的有机化合物产物，这就组成了所谓的合成气化学。由CH、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。它们都是由一系列典型的化学合成反应所组成的。4、几组易混淆概念的比较(1）分馏和干馏：分馏是对石油固有的成分的分离，为物理变化；干馏是对煤强热分解得到新产物，为化学变化。(2）煤炭、木炭、焦炭：煤是以碳为主的复杂有机物和无机物的混合物，而木炭、焦炭的成分就是碳单质。(4）直馏汽油与裂化汽油：直馏汽油是原油经常压分馏所得的汽油，一般不含烯烃；裂化汽油是将重油或石油分馏产品进行催化裂化得到的汽油，含有烯烃。所以可以用溴水或酸性高锰酸钾溶液来区分两种汽油。(3）天然气和焦炉气：天然气是一种化石燃料，它蕴藏在地层内，从气井上开采的可燃性气体，其主要成分是CH4、C2H6。、C3H8等小分子烷烃，主要是CH4，它既是一种重要能源，又是一种重要的工业资源。焦炉气是煤干馏所得产物之一，其主要成分是H2、CH4、CO、C2H4等，它也是重要的气体燃料和化工原料。3．天然气的综合利用天然气主要成为CH4应用清洁的化石燃料化工原料合成氨生产甲醇等(1)把煤加强热使之分解的过程为煤的干馏(

)(2)煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质(

)(3)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(

)(4)在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料(

)(5)煤的气化和液化都是物理变化(

)(6)天然气是清洁的化石燃料，对环境没有污染(

)××√×××二、石油的综合利用化石能源与合成高分子材料1．石油的组成由多种______________组成的混合物。碳氢化合物2．石油的综合利用(1)石油的分馏：利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程，分馏后可获得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油。(2)石油的裂化①目的：提高汽油的产量和质量。②原理：C16H34

C8H18＋C8H16。催化剂加热、加压(3)石油的裂解①目的：生成乙烯等气态化工原料。②原理：C8H18

C4H10＋C4H8催化剂加热、加压C4H10

C2H6＋C2H4催化剂加热、加压C4H10

CH4＋C3H6催化剂加热、加压(4)石油的催化重整①目的：②产品：使链状烃转化为环状烃。苯或甲苯等化工原料。某研究学习小组在实验室中模拟石油的炼制，设计了如图的装置。实验过程中,可观察到b中试管内有少量液体凝结且闻到有汽油的气味，c中试管内酸性高锰酸钾溶液褪色。(1)实验研究小组模拟的是__________________(填化工工艺名称)。(2)b中试管内的液体_____(填“能”或“不能”)用来萃取溴水中的溴。若不能，请说明理由：_______________________________________(若能,此空不填)。(3)c中试管内酸性KMnO4溶液褪色，体现了酸性KMnO4溶液的______性。(4)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：____________________。(5)实验过程中，装置d中的溴的四氯化碳溶液褪色，写出验证烯烃与溴水的反应是加成反应而不是取代反应的方法：_____________________________________________________________________________________________。石油的裂化不能裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应氧化C16H34

C8H18＋C8H16催化剂△

向反应后的溶液中滴加石蕊溶液，溶液不变红，则说明该反应为加成反应而非取代反应3．化石能源与合成高分子材料(1)三大合成高分子材料包括：

塑料、合成橡胶、合成纤维。nCH2=CH2─CH2─CH2

─n催化剂②丙烯制聚丙烯：nCH2=CH2─CH3─CH2─CH

─n催化剂CH3①乙烯制聚乙烯：(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)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)裂化汽油不能用作提取溴的萃取剂(

)(4)含4个碳原子的烷烃，经催化裂解后，只能生成2种气态烃(

)(5)石油在加热和催化剂的作用下，可通过结构重整，获取苯、甲苯等环状烃(

)(6)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(

)√×√×√√随堂演练知识落实1．下列关于煤、石油及其所得产品的叙述正确的是(

)A．煤的气化和液化都是物理变化B．煤的干馏和石油的分馏发生的都是化学变化C．用溴的四氯化碳溶液可鉴别直馏汽油和裂化汽油D．煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成C2．下列关于煤和石油的说法不正确的是(

)①石油是混合物，其分馏产品煤油为纯净物②煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠③煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料④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⑤煤的干馏属于化学变化⑥煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源⑦通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品A．①③ B．②④⑥C．①②⑤ D．③④⑦A3．下列说法正确的是(

)A．裂化汽油和直馏汽油都可以与溴水反应使其褪色B．煤通过干馏可获得焦炉气、煤焦油、焦炭等C．石油通过分馏得到的汽油是纯净物D．煤通过气化、液化这样的物理变化可获得洁净的燃料B4．下列说法正确的是(

)A．汽油与水不相溶，可以用裂化汽油萃取溴水中的溴B．石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有机物C．煤的气化、液化是使煤变成清洁能源、减小环境污染的有效途径D．沸点范围：汽油>C5．如图所示，将浸透了石蜡油(17个碳以上的液态烷烃混合物)的石棉放在硬质玻璃管的底部，试管中加入碎瓷片，给碎瓷片加强热，石蜡油蒸气通过炽热的碎瓷片表面发生反应，生成一定量的气体。利用该气体进行如下实验：①将生成的气体通入酸性高锰酸钾溶液后，酸性高锰酸钾溶液褪色。②将生成的气体通入溴的四氯化碳溶液中，溴的四氯化碳溶液也褪色。请回答下列问题：(1)实验装置中石棉的作用是________________，碎瓷片的作用是____________。(2)酸性高锰酸钾溶液褪色，有机化合物发生的化学反应的类型是______________。(3)溴的四氯化碳溶液褪色，有机化合物发生的化学反应的类型是______________。(4)假设石蜡油中的某种烃的化学式为