新版高中化学讲义：煤、石油和天然气的综合利用

一、煤的组成煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组成以碳元素为主，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

二、煤的综合利用 1．煤的干馏煤的干馏是指将煤_______空气加强热使煤中的有机物分解的过程，是一个复杂的_______变化和_______变化过程，工业上也叫煤的焦化。

煤的干馏可以得到煤焦油、焦炭、粗氨水、粗苯、焦炉气。

干馏产品主要成分主要用途 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 酚类、萘类 染料、医药、农药、合成材料沥青 筑路材料、制碳素电极 焦炭炭冶金、合成氨造气、电石、燃料【答案】隔绝 物理 化学 2．煤的气化将煤转化为可燃性气体，C(s)＋H 2O(g)=====高温CO(g)＋H 2(g)第27讲 煤、石油和天然气的综合利用知识导航知识精讲3．煤的液化把煤转化成液体燃料的过程，分为直接液化和间接液化(1)直接液化：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(2)间接液化：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−−→−催化剂甲醇三、石油的组成1．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。

2．石油是一种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。

四、石油的综合利用分馏①原理：利用原油中各组分沸点的不同进行分离②产物：获得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油(直馏汽油)裂化①原理：将含碳原子数较多、沸点较高的烃断裂为碳原子数较少、沸点较低的烃的过程。

如C 12H 26加热、加压催化剂−−→−C 6H 14 + C 6H 12 ②产物：碳原子数较少、沸点较低的烃。

裂解①原理：裂解就是深度裂化。

C 8H 18加热、加压催化剂−−→−C 4H 10＋C 4H 8C 4H 10加热、加压催化剂−−→−C 2H 6＋C 2H 4②产物：短链不饱和烃，如乙烯。

催化重整 ①原理：在加热和催化剂的作用下，通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃。

②产物：环状烃，如苯和甲苯等。

五、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，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。

2．天然气的综合利用(1)天然气是一种清洁的化石燃料，可以直接用作燃料； (2)重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇。

对点训练题型一：天然气及其综合利用【变1-1】煤、石油、天然气是人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料。

下列关于它们综合利用的叙述不正确的是A．以煤、石油和天然气为主要原料生产的合成材料是塑料、合成橡胶、合成纤维B．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源C．石油的裂解是为了提高轻质油(例如汽油)的产量D．天然气的主要成分是甲烷，属于不可再生资源【答案】C【解析】A．以煤、石油和天然气为主要原料生产的合成材料是塑料、合成橡胶、合成纤维，故A正确；B．煤的干馏可以获得苯、甲苯等芳香烃，故B正确；C．石油的裂解是为了得到乙烯、丙烯等小分子烯烃，故C错误；D．天然气的主要成分是甲烷，甲烷是不可再生资源，故D正确；选C。

题型二：煤及其综合利用【例2】中国是世界上最早利用煤的国家。

下列关于煤的描述正确的是()A．主要成分是硫B．是可再生资源C．燃烧只产生SO2D．煤干馏可制得焦炭【答案】D【解析】煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，含有的主要元素是碳，还有少量的氢、氧、硫、氮等元素，A错误；煤是化石燃料，是不可再生资源，B错误；煤燃烧产生的主要物质是CO2，C错误；煤干馏得到出炉煤气、煤焦油和焦炭，D正确。

【变2-2】煤被誉为“工业的粮食”，下列关于煤的说法正确的是()A．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等芳香烃B．煤的液化是在高温时将固体煤熔化为液体煤C．煤的气化在一定程度上实现了煤的高效、清洁利用D．向煤中加入适量CaSO4，可大大减少燃烧产物中SO2的量【答案】C【解析】A项，煤干馏可以得到苯、甲苯、二甲苯等芳香烃，但煤本身不含有这些芳香烃，错误；B项，煤的液化是煤在高温高压的条件下转化为液体燃料的过程，分为直接液化和间接液化，错误；C项，煤气化生成CO、H2，CO和H2的燃烧高效、清洁，正确；D项，向煤中加入适量CaCO3、CaO或Ca(OH)2，可大大减少燃烧产物中SO2的量，错误。

【例4】煤是一种常用燃料。

由于煤燃烧产生的废气中含有SO2、CO、NO2和NO等多种有害气体和烟尘，会对环境造成污染，因此需要对煤进行加工后再燃烧，或将废气净化后再排放。

(1)煤的气化和液化能提高煤的利用率，又能减少有害气体的排放。

写出煤气化的主要反应的化学方程式：__________________________________________________________________；煤液化是________(填“物理”或“化学”)变化。

(2)煤的干馏是煤综合利用的重要途径。

煤干馏时得到的固体产品是________，其用途是________________________________________________________________________。

(3)将煤直接进行燃烧，造成环境污染的主要方面之一是形成硝酸型酸雨。

写出有关物质转化为硝酸的化学方程式：___________________________________________________________。

(4)向煤中添加生石灰是燃煤脱硫的一种方法，而且能变废为宝，用化学方程式表示反应原理：______________________________________________________________________________。

【答案】 (1)C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2 化学 (2)焦炭 可作燃料及工业原料(3)2NO ＋O 2===2NO 2，3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO (4)CaO ＋SO 2===CaSO 3，2CaSO 3＋O 2===2CaSO 4题型三：石油及其综合利用【例6】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 ．将煤干馏制得甲苯和乙烯 【答案】 C【解析】 将煤干馏制得煤焦油和焦炭，属于煤的综合利用，故A 项不符合题意；在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料，属于煤的综合利用，故B 项不符合题意；煤变为煤饼，只是其物理形态发生了改变，并未改变其成分及结构，不属于煤的综合利用，故C 项符合题意；将煤干馏制得甲苯和乙烯，属于煤的综合利用，故D 项不符合题意。

【变6-3】下列有关石油的炼制及产品，说法正确的是( ) A ．石油的分馏和煤的干馏都属于化学变化 B ．石油分馏所得的馏分都是混合物 C ．通过石油分馏可以获得大量的芳香烃 D ．石油分馏得到汽油、煤油、乙烯等产品 【答案】 B【解析】 石油分馏为物理变化；煤的干馏为化学变化，芳香烃主要从煤的干馏产品煤焦油中获取。

【变6-5】下列说法正确的是A ．裂化汽油不能使酸性KMnO 4 溶液褪色B ．石油的分馏、裂化、裂解都属于化学变化C ．蒸馏石油实验中温度计的水银球应伸入液面下D ．裂解石油是工业生产乙烯的主要方法 【答案】D 【详解】A ． 裂化汽油中含有不饱和烃，能使酸性KMnO 4 溶液褪色，故A 错误；B ． 利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程叫分馏，属于物理变化；通过石油的裂化、裂解可以得到小分子化合物，所以石油的裂化、裂解是化学变化，故B 错误；C ． 蒸馏石油实验中温度计的水银球应置于蒸馏烧瓶的支管口处，测量出去的蒸气的温度，故C 错误；D ． 裂解石油使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，是工业生产乙烯的主要方法，故D 正确； 故选D 。

【变7】下列有关煤、石油及产品的说法正确的是( ) A ．煤的气化和液化都属于物理变化B ．将煤在空气中加强热使之分解的过程，称为煤的干馏，也叫煤的焦化C ．将石油分馏得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料D ．用溴的四氯化碳溶液可鉴别分馏获取的汽油和裂化获得的汽油 【答案】 D【解析】 煤的气化和液化都属于化学变化，A 错误；煤在隔绝空气加强热的条件下分解的过程称为煤的干馏，而不是在空气中，B 错误；石油分馏主要得到汽油、煤油等，乙烯、丙烯等可通过石油裂化、裂解获得，C 错误；分馏获得的汽油主要成分是饱和烃，裂化获得的汽油中含有不饱和烃，二者可用溴的四氯化碳溶液鉴别，D 正确。

【例9】某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图。

实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化，试管Ⅰ中有少量液体凝结，试管Ⅰ中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后发现试管Ⅰ中液体具有汽油的气味。

(1)该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为__________，加入药品之前的操作为__________________________，长导管的作用是________。

(2)试管Ⅰ中有少量液体凝结说明________________________________________________。

(3)试管Ⅰ中溶液褪色说明_______________________________________________________。

(4)能否用试管Ⅰ中的液体萃取溴水中的溴，理由是____________________________。

(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式：_____________________________。

(6)石油裂化的重要意义是__________________________________________________。

【答案】 (1)从下往上，从左往右 检验装置的气密性 导气和冷凝气体 (2)裂化生成了碳原子数大于4的烃 (3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃(4)不能，裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应 (5)C 20H 42――→Al 2O 3△C 10H 22＋C 10H 20 (6)提高石油产品中轻质燃油的产量，特别是汽油的产量和质量【解析】 实验室仪器连接的顺序应遵循从下往上、从左到右的原则，装入药品之前要检验装置的气密性；依据石油分馏塔原理，设置了长导管，除起导气作用外，兼起冷凝气体的作用。