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第四章第二节

资源综合利用

环境保护

第1课时

煤、石油和天然气的综合利用

三维目标

知识与技能

过程与方法

情感、态度

与价值观

1．了解煤、石油和天然气的综合利用，特别是石油的利用

2．了解石油的裂化和裂解，了解加聚反应化学方程式的书写(重点) 通过化工案例的分析，了解石油化工对人类生活的重要性

了解我国石油化工、煤化工的发展状况，感受有机化工与现实生活和工农业生产的密切联系

思维激活

石油是工业的血液，石油化工是化学工业的主体，可以说，没有石油化工，就没有我们今天的现代化生活。你知道石油炼制的基本原理、产品及其用途吗？

自学导引

一、煤的组成及其综合利用

1．煤、石油、天然气是目前人类使用的主要能源(化石燃料)。

2．煤的组成：煤是由有机物和少量无机物组成的混合物，主要含有碳元素，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素。

3．煤的综合利用：煤的综合利用的主要途径是煤的干馏、煤的气化和液化，目的是获得洁净的燃料和多种化工原料。

(1)煤的干馏：是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，可获得燃料及多种重要的化工原料。煤干馏的主要产品有焦炉煤气(焦炉气、粗氨水、粗苯)、煤焦油、焦炭。

(2)煤的气化：煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程。主要反应是煤与水蒸气反应生成水煤气等，化学方程式为C(s)＋H2O(g)=====CO(g)＋H2(g)。

(3)煤的液化：煤的液化可分为直接液化和间接液化。煤的直接液化就是使煤与氢气作用生成液体燃料；煤的间接液化是先把煤转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂的作用下合成甲醇等液体燃料，其反应的化学方程式为CO＋2H2――→CH3OH。

二、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。

2．天然气的综合利用：天然气是一种清洁的化石燃料。天然气更是一种重要的化工原料，主要用于合成氨、生产甲醇等。

思考题1

我国三峡工程所提供的清洁、廉价、强劲的可再生能源——水电，相当于每年燃烧3000万吨原煤的火力发电厂产生的电能，因此三峡工程有助于控制(

) ①温室效应

②形成酸雨

③空气中的固体颗粒浓度

④白色污染

A．只有①

B．只有①②

C．①②③

D．①③④

答案

C

三、石油的组成及其综合利用

1．石油的组成：石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。

2．石油的综合利用：

(1)石油的分馏是利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程。石油通过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。

(2)石油的催化裂化：石油的催化裂化是指在催化剂的存在下将大分子的烃进行分解得到小分子的烃，从而提高轻质油的产量和质量的过程。裂化所用的原料是重油。裂化过程中一分子的烷烃分解为一分子的烷烃和一分子的烯烃，得到的汽油称为裂化汽油。

催化剂高温

(3)石油裂化的产品再经过进一步的裂解，可以获得很多重要的化工原料。

如以C16H34为例，写出裂化反应的化学方程式(以分子中碳原子平均断裂为例)：

C16H34――――→CH＋C8H16

加热、加压818C8H18――――→CH＋C4H8

加热、加压410C4H10――――→CH＋C2H4或

C4H10――――→CH4＋C3H6

加热、加压26加热、加压乙烯、丙烯、甲烷等都是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。

思考题2

石油的分馏、裂化、裂解都是化学变化吗？

答案

石油的分馏是物理变化，石油的裂化、裂解是化学变化。

四、聚合反应和高分子化合物

1．nCH2CH2――→CH2—CH2，该反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。在CH2—CH2中，CH2＝CH2称为单体；—CH2—CH2—称为链节；n称为聚合度，表示高分子化合物中所含链节的数目。

高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等；也有人工合成的，如聚乙烯等；塑料、合成橡胶和合成纤维是三大人工合成的高分子材料。

思考题3

如果要合成84 kg相对分子质量为28000的聚乙烯，理论上需要乙烯多少千克？

答案

84 kg

催化剂催化剂催化剂催化剂催化剂催化剂2．＋nHO—CH2—CH2—OH――→

＋(2n－1)H2O，该反应简称缩聚反应，也是合成高分子化合物的一类重要反应。

名师解惑

一、蒸馏、分馏和干馏有何区别

1．蒸馏：把液体加热到沸腾变为蒸气，再使蒸气冷却凝结成液体的操作。蒸馏可使混合物中沸点较低的组分挥发而达到混合物分离或除杂的目的。被蒸馏的混合物中至少有一种组分为液体。各组分沸点相差越大，挥发出的物质越纯。若不同组分之间沸点相差小，或不同组分互溶形成恒沸液体，则馏分不纯。常见的实验有蒸馏水的制取。

2．分馏：对多组分的混合物在不同温度下先后、连续进行两次或多次蒸馏。分馏可使多组分混合物在一个完整的操作过程中分离为两种或多种馏分而达到混合物分离或除杂的目的。常见的实验有石油的分馏，要注意的是石油分馏的产品都是混合物。

3．干馏：把固体混合物(如煤、木材)隔绝空气加强热使之分解的过程叫做干馏。

(1)在煤的干馏过程中所发生的是很复杂的化学变化和物理变化。

(2)将煤干馏的条件有两个：一是要隔绝空气，目的是防止煤在空气中燃烧；二是要加强热。

(3)煤在干馏过程中生成了许多新的物质，如苯、萘等，发生的是复杂的化学变化。

(4)煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，煤中并不含小分子有机物苯、萘等。苯、萘等物质是煤的分解产物煤焦油中所含有的，这一点要注意。

[特别提醒] 蒸馏和分馏都是物理变化，而干馏是化学变化。

二、直馏汽油和裂化汽油

1．直馏汽油：石油经常压分馏获得的，主要成分为介于5个碳到11个碳之间的烷烃、环烷烃等。由于它的成分中不含烯烃，所以它不能与溴发生加成反应，因而不能使溴水(或溴的CCl4溶液)褪色，可作为从卤素单质的水溶液中萃取出卤素单质的萃取剂。

2．裂化汽油：是重油经催化裂化制得的，主要成分为介于5个碳到11个碳之间的烷烃、

烯烃等。由于它的成分中含有烯烃，所以能与溴发生加成反应，因而可使溴水(或溴的CCl4溶液)褪色，不能用做提取卤素单质的萃取剂。

三、聚合反应

1．加聚反应：由许多小分子经过加成反应合成高分子化合物的反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。如nCH2＝CHCH3――→一定条件。

2．缩聚反应：由许多小分子经过缩合反应合成高分子化合物的同时生成许多小分子的反应称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。例如获得聚对苯二甲酸乙二酯：

＋nHOCH2CH2OH一定条件――→＋(2n－1)H2O [特别提醒] 一般可从以下两个方面区别加聚反应和缩聚反应：①高分子的链节中链上不全是碳原子，一般是缩聚反应生成的；如果链上全是碳原子，一般是加聚反应生成的。②从反应的形式来看，在反应中只得到高分子的反应是加聚反应，而得到高分子的同时又生成了小分子的反应则是缩聚反应。

3．有机加聚产物单体的确定

(1)链节的主链中只存在碳碳单键时，以两个碳原子为单元分段断键，可得到“乙烯型”单体。如的单体为CH2＝CH2、CH2＝CHCl。

(2)链节的主链中存在CC的高聚物，则以四个碳原子为单元(CC在中间)分段进行断键，然后单键变双键，双键变单键，即可得到单体。如的单体为。

典例导析

知识点1：煤的干馏实验及产品分析

例1

观察下图，判断下列叙述中错误的是(

) ．．A．图示实验中发生了化学变化

B．液体X的pH＞7，液体Y是一种黑色黏稠状液体

C．气体Z易燃，可还原CuO

D．液体Y是一种纯净物

解析

煤在隔绝空气加强热条件下，可分解得到多种物质，这个过程叫煤的干馏，属于化学变化，A项正确；所得产物中有气体(焦炉气)、液体(煤焦油)和固体(焦炭)，此外，还有粗氨水，B项正确；焦炉气的主要成分有氢气、甲烷，另有少量的CO、C2H4等气体，C项正确；煤焦油是含有许多芳香族化合物的复杂混合物，D项错误。

答案

D 跟踪练习1

下列说法中错误的是(

) ．．A．煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物

B．为使煤变成清洁能源，可将煤进行气化和液化

C．煤的组成以碳元素为主，还含有少量的H、N、S、O等元素

D．煤中主要含苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把苯和甲苯从煤中分离出来

答案

D 知识点2：石油的裂化和裂解

例2

丁烷裂解时有两种断裂方式，生成两种烷烃和两种烯烃。如果丁烷完全裂解，且裂解生成的两种烯烃的质量相等，那么裂解后所得到的混合气体中，相对分子质量最小的气体所占的体积分数为(

) A．20% B．25% C．36% D．40% 解析

丁烷的两种裂解方式为：

C4H10――――→

CH4＋C3H6(丙烯)；C4H10――――→CH加热、加压加热、加压26＋C2H4(乙烯)。

设丁烷为1 mol，则反应后混合气体的总物质的量为2 mol。其中相对分子质量最小的烃为CH4，求其物质的量是本题的关键。可设CH4为a

mol，C2H6为b

mol，则由n(C3H6)＝n(CH4)，n(C2H6)＝n(C2H4)，得，则CH4所占体积分数(即物质的量分数)0.4为2×100%＝20%。

答案

A 跟踪练习2

含有4个C原子的烷烃，裂解可生成的烯烃有(

) A．1种

B．2种

C．3种

D．4种

答案

B 知识点3：加聚产物单体的判断

例3

某工程塑料ABS的结构简式为

，它的单体为____________。

催化剂催化剂解析

解法一

该高聚物主链全是碳，依照规律“见双键，四个碳，无双键，两个碳”划线断开，故断键方式为：

，

再将单双键互换得单体、CH2＝CH—CH＝CH2和。

解法二

由ABS的结构可知，应为加聚反应形成的高聚物，由加聚反应的特点，可用“弯箭头”法判断其单体。

依次从后向前，以主链上两个碳原子为单位“弯箭头”，“箭尾”处减一键，“箭头”处加一键。如上图所示，①③⑦⑨处键断开，⑤处双键变单键，②④⑥⑧处单键变双键，即得各单体。

答案

、CH2＝CH—CH＝CH2和

跟踪练习3

高分子化合物的单体是(

) A．

B．CH2＝CH—CH3

C．D．CH2＝CH2与答案

D

同步测控

小试牛刀

1.2008年6月5日是第37个世界环境日，保护环境、建设环境友好型社会再次成为人们关注的焦点。在相同条件下，下列燃料燃烧时对环境污染最小的是(

) A．天然气

B．秸秆

C．煤

D．木柴

答案

A 2．我国很多城市已经推广使用清洁燃料，如压缩天然气(CNG)类，液化石油气(LPG)类。这两类燃料的主要成分都属于(

) A．醇类

B．CO C．H2

D．烃类

答案

D 3．近年来，我国部分地区陆续发现了“毒油”。所谓“毒油”是指混有汽油的食用油，不能食用。下列说法中正确的是(

) A．汽油是纯净物，有固定的沸点

B．汽油只能由石油分馏得到

C．可用静置后看是否分层来判断食用油中是否混有汽油

D．汽油是含碳原子数为5～11的多种烃的混合物

答案

D 4．石油催化裂化和裂解的目的是(

) A．使长链烃分子断裂为短链烃分子

B．使直链烃转化为芳香烃

C．除去石油中的各种杂质

D．前者是提高汽油的产量和质量，后者是得到短链的不饱和气态烃，提供有机化工原料

答案

D 5.2008年8月26日，广西宜州广维化工股份有限公司的有机车间发生爆炸。据了解，该厂生产的主要产品是乙烯、甲醇和聚乙烯醇{}等。下列有关说法中正确的是(

) A．乙烯可由石油分馏获得

B．甲醇不可用来兑制白酒

C．聚乙烯醇是由缩聚反应制得

D．乙烯、甲醇均属于烃类物质

答案

B 6．下列变化中属于化学变化，且产物中兼有气体、液体、固体的是

(

) A．石油分馏

B．石油裂解

C．煤的干馏

D．煤的气化

答案

C 7．煤是人类使用的传统能源之一，下列有关煤和煤的综合利用的说法中正确的是(

) A．煤是由各种芳香烃组成的混合物

B．煤干馏是工业上获得芳香烃的一种重要手段，其主要存在于干馏时产生的焦炉煤气中

C．煤的干馏是复杂的物理、化学变化，石油的分馏是物理变化

D．煤的气化是指将煤加强热使其升华的过程

答案

C 8．下列高分子化合物不能通过加聚反应合成的是(

) ．．答案

C 9．聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的墙面涂料之一，它具有弹性好、不易老化、耐擦洗、色泽亮丽等优点。聚丙烯酸酯的结构简式可表示为，是由丙烯酸酯加聚得到的。下列关于聚丙烯酸酯的说法中不正确的是(

) ．．．A．属于高分子化合物

B．链节为—CH2—CH—

C．单体为CH2＝CH—COOR D．一定条件下能发生水解反应

答案

B 10．把下列各物质的制取方法或反应类型填写在各题后的横线上(填字母)：