第45讲　烃　化石燃料的综合利用

1/1第45讲烃化石燃料的综合利用1.以甲烷、乙烯、乙炔、苯为例认识碳原子的成键特点，认识它们的官能团和性质及应用，知道氧化、加成、取代、聚合等有机反应类型，知道有机物在一定条件下是可以转化的。2.认识烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃的组成和结构特点，了解烃类在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。3.以煤、石油、天然气的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。考点一脂肪烃必备知识1.脂肪烃的结构特点及通式（1）分子结构及通式（2）烯烃的顺反异构①通过连接的原子或原子团不能绕键轴旋转，会导致其空间不同，产生顺反异构现象。②相同的原子或原子团位于双键，称为顺式结构；相同的原子或原子团位于双键，称为反式结构。例如：2.脂肪烃的物理性质3.脂肪烃的化学性质（1）烷烃的取代反应①反应条件：烷烃与气态卤素单质在光照条件下反应。②产物成分：多种卤代烃混合物（非纯净物）＋HX。③定量关系：，即取代1mol氢原子，消耗1mol卤素单质生成1molHX。（2）烯烃、炔烃的加成反应①烯烃的加成反应CH3—CHCH2＋Br2CH3—CHCH2＋H2OCH3CH2CH2OH或。CH2CH—CHCH2＋2Br2，CH2CH—CHCH2＋Br2（1，4加成）或（②乙炔的加成反应（3）加聚反应①丙烯发生加聚反应：。②乙炔发生加聚反应：。③1，3-丁二烯发生加聚反应生成顺式聚合物：。④1，3-丁二烯发生加聚反应生成反式聚合物：。〔人教选择性必修3〕导电高分子聚乙炔具有导电性。【思考】（1）聚乙炔（“有”或“无”）顺反异构。（2）一种理论认为聚乙炔能导电，和石墨导电原理相似，在聚乙炔中存在着一个巨大的离域大π键，电子可以在整个键上“自由移动”。假如某相对分子质量为40000的聚丙炔满足上述理论，则该聚丙炔的聚合度n＝，聚丙炔中存在的离域大π键可表示为。4.两种脂肪烃的实验室制法乙烯乙炔原理CH3CH2OHCH2CH2↑＋H2OCaC2＋2H2OCa（OH）2＋HC≡CH反应装置收集方法排水集气法排水集气法实验注意事项①乙醇与浓硫酸的体积比为1∶3；②乙醇与浓硫酸的混合方法：先向烧杯中加入5mL95％的酒精，再滴加15mL浓硫酸，边加边搅拌，冷却备用；③温度计的水银球应插入反应混合液的液面以下；④应在混合液中加几片碎瓷片以防止暴沸；⑤应使温度迅速升至170℃；⑥浓硫酸的作用：催化剂和脱水剂①因反应放热且电石易变成粉末，所以不能使用启普发生器或其简易装置；②为了得到比较平缓的乙炔气流，可用代替水；③因反应太剧烈，可用分液漏斗控制滴水速度来控制反应速率净化因乙醇会被炭化，且碳能与浓硫酸反应，则乙烯中会混有CO2、SO2等杂质，可用盛有溶液的洗气瓶将杂质除去因电石中含有磷和硫元素，与水反应会生成PH3和H2S等杂质，可用溶液将杂质除去易错辨析（1）（2023·全国甲卷）0.50mol异丁烷分子中共价键的数目为6.5NA。（）（2）（2023·湖北高考）HC≡CH能与水反应生成CH3CHO。（）（3）KMnO4溶液既可以用来鉴别乙烷和乙烯，又可以用来除去乙烷中混有的少量乙烯。（）（4）由乙炔的结构可推测所有的炔烃均为直线形结构。（）（5）乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色与使酸性KMnO4溶液褪色的原理相同。（）（6）聚乙炔可发生加成反应。（）关键能力考向1脂肪烃的结构与性质1.下列关于常见烃的认识正确的是（）A.C2H6与氯气发生取代反应、C2H4与HCl发生加成反应均可得到纯净的C2H5ClB.将甲烷和乙烯的混合气体通过盛有浓溴水的洗气瓶，即可提纯甲烷C.乙烯结构中含有碳碳双键，苯中不含有碳碳双键，但两者均可以发生加成反应D.甲烷和乙炔都是常见的燃料，燃烧时甲烷的火焰更明亮2.（2025·浙江金华检测）立体异构包括对映异构、顺反异构等。2-丁烯存在如下顺反异构：下列关于2-丁烯的说法错误的是（）A.核磁共振氢谱不能区别顺、反-2-丁烯B.顺、反-2-丁烯与氯气发生加成反应后的产物都有2个手性碳原子C.与2-丁烯具有相同官能团的同分异构体有2种D.顺-2-丁烯沸点高于反-2-丁烯考向2烯烃、炔烃的加成规律及应用3.（2025·浙江绍兴检测）丙烯与氢卤酸的加成反应过程主要分两步完成，如图所知：其中，反应速率主要由第一步烯烃与H＋结合生成碳正离子决定。下列说法不正确的是（）A.反应物丙烯不存在顺反异构B.上述条件下，丙烯生成中间产物a的反应活化能较低C.上述反应，在适当条件下氢卤酸的酸性越强，反应速率越快D.若使用CF3CHCH2进行上述反应，则主要产物为CF3CHClCH4.Diels-Alder反应是不对称有机催化的经典反应，转化关系如图所示（—R1、—R2、—R3、—R4为不同的烃基）。已知：连接4个完全不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。＋下列说法错误的是（）A.上述反应属于加成反应B.X、Y都能使酸性KMnO4溶液、溴水褪色C.Z分子中六元环上有4个手性碳原子D.X可能与炔烃互为同分异构体（1）不对称烯烃（如CH3—CHCH2）与HX加成时，一般“氢”加到含氢原子数多的不饱和碳原子一侧（主要产物是），即遵循“马氏规则”。（2）炔烃（如R—C≡CH）与水以物质的量之比为1∶1发生加成反应时，因生成的烯醇式结构（）不稳定，会异构化为羰基化合物（）。考向3烯烃、炔烃的氧化规律及应用5.某烃的分子式为C11H20，1mol该烃在催化剂作用下可以吸收2molH2；用热的酸性KMnO4溶液氧化，得到丁酮（）、琥珀酸（）和丙酮（）三者的混合物。写出该烃的结构简式：。6.已知烯烃能发生如下反应：RCHO＋R'CHO。请写出经上述条件反应后产物的结构简式：。（1）烯烃的氧化产物①被KMnO4（H＋）氧化②被O3氧化（2）炔烃的氧化产物①被KMnO4（H＋）氧化RC≡CHRCOOH＋CO2↑②被O3氧化R—C≡CHRCOOH＋HCOOH考点二芳香烃必备知识1.芳香烃2.苯的结构与性质（1）苯的组成和结构分子式结构简式空间填充模型空间结构碳原子成键特点C6H6或平面均采取杂化（2）苯的物理性质：苯是无色、有特殊气味的液体，有毒，不溶于水，易挥发，密度比水的。（3）苯的化学性质①氧化反应：燃烧时火焰明亮，有浓烟，反应方程式为。②取代反应苯与液溴的反应：；苯的硝化反应：。③加成反应一定条件下与H2加成：。3.苯的同系物的结构与性质（1）苯及其同系物的相似性苯的同系物与苯都含苯环，因此在一定条件下，能发生溴代、硝化和催化加氢反应。例如，甲苯（）与氢气加成生成甲基环己烷，化学方程式为。（2）苯及其同系物的差异性由于苯环与烷基的相互作用，苯的同系物的化学性质与苯又有所不同。①烷基对苯环的影响甲苯分子中含有苯环和甲基，甲基使苯环上与甲基处于、的氢原子活化而易于被取代。例如，甲苯与浓硝酸、浓硫酸混合加热生成TNT，化学方程式为。②苯环对烷基的影响苯的同系物分子中对烷基的影响，使烷基活化，可被酸性KMnO4溶液氧化。例如：注意：①苯的同系物或芳香烃侧链为烃基时，不管烃基碳原子数为多少，只要直接与苯环相连的碳原子上有氢原子，均能被酸性KMnO4溶液氧化为羧基，且羧基直接与苯环相连。②不是所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色。如就不能使酸性KMnO4溶液褪色，原因是与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子。易错辨析（1）（2024·湖南高考）环己烷与苯分子中C—H键的键能相等。（）（2）（2024·安徽高考）用溴水鉴别苯和甲苯。（）（3）（2023·新课标卷）向溴水中加入苯，振荡后静置，水层颜色变浅，说明溴与苯发生了加成反应。（）（4）（2023·广东高考）苯分子的正六边形结构，单双键交替呈现完美对称。（）（5）苯乙烯属于芳香族化合物，属于芳香烃，属于苯的同系物。（）关键能力考向1苯及苯的同系物的结构与性质1.下列关于苯的叙述不正确的是（）A.反应①为取代反应，有机产物的密度比水大B.苯在发生反应④时只断裂π键C.反应④中1mol苯最多能与3molH2发生加成反应，是因为苯分子中含有三个碳碳双键D.反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并带有较多的黑烟2.（2025·江苏徐州检测）解析以下反应，下列推论不正确的是（）①②＋＋产物物质的量分数依次为58％、4％、38％。③＋＋产物物质的量分数依次为6％、93％、1％。A.甲苯比苯容易硝化，硝基苯比苯难硝化B.甲基为吸电子基、硝基为推电子基，对苯环产生不同影响C.甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活化而易被硝基取代D.硝基使苯环上与硝基处于邻、对位的氢原子比间位的更难被硝基取代有机物分子中基团之间的相互影响苯的同系物分子中，苯环与侧链相互影响，示例如下：考向2溴苯和硝基苯的制取实验3.实验室制备溴苯的反应装置如图所示，下列关于实验操作或叙述错误的是（）A.向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开KB.实验装置b中的液体逐渐变为浅红色C.装置c中碳酸钠溶液的作用是吸收溴化氢D.反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、结晶，得到溴苯4.实验室制备硝基苯的原理是在50～60℃下，苯与浓硝酸在浓硫酸作用下发生反应：＋HNO3＋H2O，实验装置如图所示（夹持装置已略去）。下列说法不正确的是（）A.水浴加热的优点是使反应物受热均匀，容易控制温度B.反应完全后，可用仪器a、b蒸馏得到产品C.硝基苯的密度比水的大，不溶于水D.将浓硫酸、浓硝酸和苯混合时，应向浓硝酸中加入浓硫酸，待冷却至室温后，将所得混合物加入苯中考点三化石燃料的综合利用必备知识1.煤的综合利用煤的成分煤是由和少量组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素煤的干馏定义把煤加强热使其分解的过程气态物质焦炉气：H2、CO、CH4、C2H4液态物质粗氨水：氨、铵盐；粗苯：苯、甲苯、二甲苯；煤焦油：苯、酚类等固态物质焦炭煤的气化将煤转化为可燃性气体的过程，目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气，化学方程式为煤的液化①直接液化：煤＋氢气液体燃料；②间接液化：煤＋水蒸气水煤气甲醇等2.石油的综合利用（1）石油的成分①元素组成：以及少量的O、S、N等。②物质组成：烷烃、环烷烃及少量芳香烃等。（2）石油加工3.天然气的综合利用（1）天然气的主要成分是，它是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料。（2）天然气与水蒸气反应制取H2的原理：CH4＋H2O（g）CO＋3H2。易错辨析（1）（2024·安徽高考）煤煤油。（）（2）（2024·安徽高考）石油乙烯。（）（3）（2024·江苏高考）丁烷催化裂化为乙烷和乙烯，丁烷断裂σ键和π键。（）（4）（2024·全国甲卷）石油裂化可生产汽油。（）（5）（2023·北京高考）重油在高温、高压和催化剂作用下转化为小分子烃，该过程与水解反应过程无关。（）（6）（2023·天津高考）“长征七号”采用了液氧煤油发动机，煤油是混合物。（）（7）石油裂解气能使溴的CCl4溶液褪色，原因是石油裂解可得到乙烯等不饱和烃。（）关键能力1.下列关于煤和石油的说法正确的是（）A.由于石油中含有乙烯，所以石油裂解气中乙烯的含量较高B.由于煤中含有苯、甲苯等芳香族化合物，所以可从煤干馏的产品中分离出苯C.石油没有固定的熔、沸点，但其分馏产物有固定的熔、沸点D.石油的裂解气、煤干馏得到的