第22讲8.2煤、石油和天然气的综合利用(学生版)-2024年高中化学同步精品讲义(必修二)

第2课时 煤、石油和天然气的综合利用
一、煤、石油的综合利用 1．煤的组成
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、_____、______等元素。

2．煤的综合利用
(1)煤的干馏：将煤____________________使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。

主要产品：__________ (包括焦炉气、粗氨水、粗苯)、__________、__________ (2)煤的气化：
定义：将煤转化为______________的过程。

主要反应：______________________________ (3)煤的液化：
①直接液化：煤＋H 2―→__________；
②间接液化：煤――→气化 CO 和H 2――→催化剂
__________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________、________、_______和_______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__________的有效途径，煤的__________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__________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________，常用作燃料，作为化工原料主要用于__________和生产__________等。

(2)天然气水合物是天然气与水在__________、__________条件下形成的类似冰状物质，主要成分是________________，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____________________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__________的不同进行分离的过程。

目的：获得__________、__________、__________等轻质油。

(2)裂化
概念：将含碳原子________、沸点________的烃（重油）分裂为含碳原子________、沸点________的烃的过程。

目的：提高____________________的产量，特别是__________的产量。

原理：C 16H 34――――――→催化剂
加热、加压 ____________________。

十六烷 辛烷 辛烯 (3)裂解
概念：裂解就是深度裂化。

目的：获得__________、__________、__________等重要的基本化工原料。

原理：C 4H 10――――――→催化剂加热、加压 CH 4＋__________ C 4H 10――――――→催化剂
加热、加压 C 2H 4＋__________。

(4)催化重整
概念：石油在________和________的作用下，可以通过结构的调整，使________转化为________。

目的：获得_______、________等产品。

3．化石能源与合成高分子材料
(1)三大合成高分子材料：__________、__________、__________。

(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乙烯制聚乙烯：________________________________________ ②丙烯制聚丙烯：________________________________________。

►问题一 煤和天然气的综合利用
【典例1】某实验小组在实验室中用下图模拟煤的干馏，按要求回答相关问题：
(1)仪器d的作用是__________________，e处点燃的气体主要有____________________。

(2)c中液体分层，其中水层里溶有____________，有机物层可以通过________的方法使其中的重要成分分离
出来。

【变式练1-1】我国在“煤变油”技术上已取得了重大突破，达到5吨煤可以合成1吨成品油的水平。

下列叙述错误的是()
A．煤的组成元素主要是碳，但煤是混合物
B．“煤变油”的方法之一是使煤与H2作用生成液态有机物
C．煤之所以能变“油”，是因为煤中含有大量的汽油、柴油和煤焦油
D．煤变成成品油需要经过一系列工艺流程，发生复杂的物理、化学变化才能实现
【变式练1-2】有关煤的综合利用如图所示。

下列说法正确的是()
A．煤和水煤气都属于化石燃料
B．煤中含有焦炉气、煤焦油、焦炭等物质
C．①是将煤在空气中加强热使其分解的过程
D．②是煤的气化方式之一
►问题二石油的综合利用
【典例2】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)c中试管内酸性KMnO4溶液褪色，体现了酸性KMnO4溶液的________性。

(3)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：______________________________。

(4)实验过程中，装置d中的溴水褪色，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：
________________________________________________________________________。

【归纳小结】
(1)煤的干馏、气化和液化都是化学变化。

(2)石油分馏属于物理变化，由于石油中有些物质的沸点很接近，所以分馏产物一般为混合物。

常压蒸馏的原料为石油，减压蒸馏的原料为重油。

分馏时沸点低(相对分子质量小)的烃类先汽化，沸点高(相对分子质量大)的烃类后汽化。

(3)石油分馏所得汽油为直馏汽油，多为饱和烃。

石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不饱和烃，能与卤素单质反应。

(4)裂化是为了提高汽油等的产量和质量，而裂解采用比裂化更高的温度，是为了获得大量的乙烯、丙烯等不饱和气体产物作化工原料。

【变式练2-1】下列关于化石燃料的说法不正确的是()
A．石油是混合物，汽油也是混合物
B．石油分馏可以得到乙烯，煤干馏可以得到苯
C．“西气东输”的“气”指的是甲烷
D．石油的分馏是物理变化，而裂化和裂解属于化学变化
【变式练2-2】石油蒸馏装置如图所示，下列说法正确的是()
A．仪器W的名称：圆底烧瓶
B．碎瓷片的作用：催化剂
C．冷却水的流向：X进水，Y出水
D．收集到的60～150 ℃的馏分为混合物
【基础强化】
1．天然气水合物外形似冰，被人们称为“可燃冰”。

天然气的主要成分是()
A．氢气B．一氧化碳C．二氧化碳D．甲烷
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
3．下列不属于煤的综合利用的是( )
A ．将煤干馏制得煤焦油和焦炭
B ．在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料
C ．煤变为煤饼
D ．将煤气化为可燃性气体
4．煤、石油、天然气等化石燃料都是不可再生资源。

下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是( )
A ．干馏所得气体中只含无机气体
B ．天然气、天然气水合物都是清洁的化石燃料
C ．石油裂解气中主要成分为甲烷
D ．石油产品都能发生加聚反应 5．下列说法正确的是( )
A ．煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成
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>煤油>柴油>重油 6．下列说法错误的是( )
A ．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
B ．含
C 18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C ．石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃
D ．石油裂化和裂解都属于物理变化
7．“煤制油”的关键技术是煤的气化，而目前煤的气化主要是煤中的碳和水蒸气的反应：C(s)＋H 2O(g)=====
高温
CO(g)＋H 2(g)，该反应是吸热反应，反应所需能量是由间歇进行的碳的燃烧(氧气用空气代替)来提供的：C ＋O 2=====点燃
CO 2。

下面关于该过程的说法不正确的是( ) A ．煤的气化可以减少煤直接燃烧对环境造成的粉尘污染
B ．第一个反应需要吸热，所以煤的气化从能量角度来看，得不偿失
C ．煤气化后作为燃料，燃烧充分，热利用率高
D ．上述两个反应，反应后的混合气体中除去CO 、CO 2后主要就是合成氨的两种原料气体
8．石油化工是指石油的后处理，比如裂解，催化裂化以及后续的产品比如丙烯等精细产品的加工。

下列说
法错误的是( )
石油――→① 分馏产品――→② 乙烯――→③
CH 2BrCH 2Br A ．石油主要是由烃组成的混合物
B．①主要发生物理变化
C．②包括裂化、裂解等过程
D．③是加成反应，产物名称是二溴乙烷9．某市家用燃料的更新经历了如图几个过程：
历史悠久的燃料——煤―→
使用方便的燃料——
液化石油气或管道煤气
―→
清洁的燃料
——天然气
请回答下列问题：
(1)为了使煤充分燃烧，可采取的措施是________________________________。

(2)煤的气化可产生管道煤气，其主要反应是碳与水蒸气在高温下生成两种常见的可燃性气体，这两种气体
是____________。

(3)液化石油气的主要成分是丙烷(C3H8)，丙烷完全燃烧的化学方__________________________________。

(4)天然气作燃料比煤更清洁的原因是________________________________(答一条即可)。

10．用石油裂化和裂解过程得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路线如下：
根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题：
(1)由CH2==CH2制得有机物A的化学反应类型是______________。

(2)丙烯醛(CH2==CHCHO)中含有的官能团是________________(填名称)。

(3)A与B合成丙烯酸乙酯反应的化学方程式是___________________________________________；该反应的
类型是____________。

(4)由石油裂解产物乙烯合成聚乙烯塑料的化学方程式是______________________________。

【能力提升】
1．化学在人类社会发展中发挥着重要作用，下列事实不涉及化学反应的是()
A．利用废弃的秸秆生产生物质燃料乙醇
B．利用石油生产塑料、化纤等高分子材料
C．利用基本的化学原料生产化学合成药物
D．利用反渗透膜从海水中分离出淡水
2．C8H18在一定条件下受热可完全裂解生成CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C4H8五种气体的混合气，此混合气对相同条件下氢气的相对密度为()
A．38B．57C．19D．无定值
3．用石油和煤可以得到有机化工生产中需要的众多原料，例如用由石油得到的乙烯和由煤得到的苯可制取聚苯乙烯。

其生产过程如下：
①CH 2==CH 2＋―→ ②
――→
－H 2
③n ―→
下列说法不正确的是( )
A ．通过裂解可以从石油中获得更多的乙烯
B ．煤干馏可以直接得到纯净的苯
C ．制聚苯乙烯的反应中①为加成反应
D ．反应③为加聚反应
4．中科院研制出一种多功能催化剂，首次实现将CO 2转化为汽油(主要成分是C 5～C 11的烃类混合物)，过
程示意图如下。

下列说法错误的是( )
A ．该技术能助力“碳中和”(二氧化碳“零排放”)的战略愿景
B ．该多功能催化剂能加快化学反应速率
C ．a 和b 的一氯代物均有4种
D ．反应①的产物中含有水，反应②只有碳氢键的形成
5．煤气化是有效利用化石能源的手段之一，有关反应为①C ＋H 2O(g)=====高温
CO ＋H 2、②CO ＋H 2O
一定条件
CO 2＋H 2，获得的气体称为水煤气。

某研究性学习小组为探究气体的成分，进行了如下实验： [实验] 使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后的气体。

[提出假设] 对气体的成分提出了三种假设。

假设1：该气体是CO 、H 2、H 2O 。

假设2：该气体是CO 2、H 2、H 2O 。

(1)假设3：____________________________________。

[设计实验方案，验证假设]
拟用图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设3(加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已经排尽)。

(2)按气流从左至右连接各仪器，用题中小写字母表示接口的连接顺序(仪器可重复使用)：混合气
→dc→______→________→________→________→________→ij。

(3)仪器A中需要加入的试剂名称为__________，其中反应的化学方程式可能有
___________________________________________________________________。

(4)仪器B中需加入试剂的名称是____________，其作用是_____________________________。

(5)本实验的尾气需处理，处理的方法为_______________________________________。