第四章 化学与可持续发展-- 资源综合利用 环境保护

第四章化学与可持续发展

课时2 资源综合利用环境保护

【学习目标】

1、了解煤的组成及综合利用方法；

2、了解石油的组成及综合利用原理和产品；

3、通过乙烯聚合了解常见高分子材料合成，了解聚合反应的原理。

【要点梳理】

要点一、煤的综合利用

1、煤的组成

从组成物质方面来说，煤是由结构复杂的多种有机物和多种无机物组成的复杂混合物。从组成元素方面来说，煤中最主要的元素是碳，其次是氢，还含有少量的硅、硫、钙、铁、氧、氮、铝等。

2、煤的干馏

煤的干馏是指将煤隔绝空气加高温使之分解的过程。

要点诠释：

（1）煤的干馏必须隔绝空气，否则会使分解出来的成分燃烧。

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（2）煤的干馏能够减少燃煤污染，提高燃煤的热效率，且能从煤中提取有价值的化工原料。

（3）煤的干馏过程中发生的主要是化学变化，而蒸馏的过程发生的是物理变化。

煤干馏的主要产品和用途，如下表：

焦炉气（含有甲烷、氢气、乙烯、一氧化碳等）、煤焦油（不溶于水的一种多成分混合物）、粗氨水（溶于水）

3、煤的气化

在一定条件下，将煤转化为可燃性气体的过程就是煤的气化，主要反应为：

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C (s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

4、煤的液化

使煤与氢气作用生成液体燃料，称为煤的直接液化。也可以先将煤转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇等，称为煤的间接液化。

要点诠释：

（1）煤的气化和液化过程都是化学变化过程。

（2）水煤气的主要成分是CO和H2。

类型一：煤的综合利用

例1．下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是（）

A．图示实验中发生了化学变化

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B．实验后水溶液的pH>7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等

C．气体Z易燃，可以还原氧化铜

D．液体Y是一种纯净物

【思路点拨】本题考查了煤的干馏，解题的关键是明确煤是一种由多种有机物和无机物组成的复杂的混合物，通过干馏可得到各种产品。

【答案】D

【解析】煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使其分解，可得到多种物质，属于化学变化，A正确。所得的产物有焦炉气（含有甲烷、氢气、乙烯、一氧化碳等）、煤焦油（不溶于水的一种多成分混合物）、粗氨水（溶于水）、焦炭等，焦炉气中的氢气等可以还原氧化铜，且易燃，C正确。氨水的pH>7，煤焦油居于水层以下，苯及二甲苯等居于水层以上，故B正确。由于煤焦油中含有多种物质成分，属于混合物，D错误。

【总结升华】煤被誉为“黑色的金子”，对煤进行干馏后得到的一系列产物，具有十分重要的工业价值。因此，应推广对煤进行干馏等深加工的综合应用技术，这对改变我国的能源结构、提高煤的综合利用价值、降低环境污染、获得重要的工业原料、提高能源的利用率等，均具有十分重要的现实意义。

举一反三：

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【变式1】下列关于煤的干馏的叙述中，正确的是（）

A．煤加强热而分解的过程叫做煤的干馏

B．煤干馏可以得到冶金用的优质焦炭

C．煤的干馏和石油的分馏的本质差别是干馏是化学变化而分馏是物理变化

D．工业上芳香烃原料可由煤干馏得到，其存在于干馏所得的焦炉气中

【答案】BC

【解析】干馏要在隔绝空气的条件下进行，A项不正确。煤干馏的产物主要是焦炭，同时得到焦炉气、煤焦油等物质，B项正确。煤干馏时发生了分解反应，是化学变化；分馏仅仅是利用沸点不同而分开混合物中的各成分，是物理变化，C项正确。芳香烃主要存在于煤焦油中，D项不正确。

要点二、石油的综合利用

1、石油的组成

石油是由多种不同物质组成的混合物。石油所含的物质里大多数是烃，其组成元素主要是C、H，碳和氢在石油中的质量分数之和可达97%～98%，另外，还含有少量的S、O、N等元素。

2、石油的分馏

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石油是以多种烃为主的混合物，无固定的沸点。加热石油，低沸点的烃先气化，其蒸气经冷凝变为液体从混合物里分离出来；随着温度的升高，较高沸点的烃又气化，经过冷凝后又分离出来。这样，通过不断地加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围产物的方法，叫做石油的分馏。

要点诠释：

（1）石油分馏主要在分馏塔中进行，通过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。

（2）由于石油中有些物质的沸点很接近，所以石油分馏的产物仍然是多种烃的混合物。

（3）石油的分馏为物理变化过程。

（4）干馏、蒸馏和分馏的比较：

蒸馏、分馏和干馏（有人称之为化学实验的“三馏”）是用于不同目的的实验操作。蒸馏是将液态物质加热到沸腾（气化），并使其冷凝（液化）的连续操作过程。蒸馏的目的是从溶液中分离出某种（或几种）纯液态物质，它要求溶液中的其他组分是难以挥发的或沸点与馏出物相差很大的物质。

分离沸点比较接近的液态混合物，用蒸馏的方法则难以达到分离的目的，这就需要借助另一种操作—分馏。分馏的原理跟蒸馏的基本相同，也是加热使混合液体气化冷凝的连续操作过程，只是在实验装置中添加一个分馏柱（工业上为分馏塔盘），被加热的混合蒸气进入分馏柱，与内壁上已冷凝（空气冷却）回流的液体发生对流而交换热量，使其中沸点较高的成分放热被液化，回流液体中沸点较低的成分吸热又气化。这种反复液化与气化过程中使沸点较低的蒸气成分

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上升进入冷凝器（水冷却）液化而分离出来。

干馏是将有机物（如煤、干柴等）在密闭装置内（隔绝空气）加强热使之分解的过程，其装置和原理都与蒸馏及分馏有很大的区别，干馏属于化学反应。

3、石油的裂化

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、沸点较低的烃的石油加工方法叫做石油的裂化。例如：

石油裂化的主要目的是提高轻质液体燃料的产量和质量，特别是提高汽油的质量。

要点诠释：

（1）石油的裂化为化学变化。

（2）石油分馏所得的汽油为直馏汽油，其成分多为饱和烃。石油裂化所得的汽油叫做裂化汽油，其成分中含有较多像辛烯这样的不饱和烃。

4、石油的裂解

在石油化工生产中，采用比石油裂化更高的温度（700～1000℃以上），使石油分馏产品中长链烃断裂成小分子烃的

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