第二节　资源综合利用　环境保护优秀教案

从煤、石油和天然气中获得基本化工原料

一、教学目标

1.知识与技能

①认识煤、石油和天然气等化石燃料综合利用意义。

②了解煤的干馏和干馏产品的应用以及煤的气化和液化的基本原理。

③了解石油的分馏、裂化、裂解和催化重整的基本原理。

2.过程与方法

①通过已学化学知识去理解化石燃料综合利用的原理。

②通过图片、文字信息了解化石燃料综合利用的途径和意义。

3.情感态度与价值观

从科学、技术和社会相互协调作用的角度，让学生体会化学在综合利用自然资源中的作用。

二、教学重点

煤、石油和天然气的综合利用

三、教学难点

石油裂化的原理

四、教学过程

【导语】工业生产需大量原料，消耗大量的能源，在得到所需产品的同时产生了大量废气、废水和废渣，处理不当就会污染环境。

气候变暖、臭氧层破坏、酸雨和赤潮(水华)等全球性和区域性环境问题，正日益威胁着人类的生存和发展。保护自然环境已成为实现人类社会可持续发展的重要课题。

今天我们开始学习几种重要的能源和环境保护的有关内容。

【导语】迄今为止，煤、石油、天然气仍是人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料。如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料所造成的环境污染，是人类面临的最大挑战。

【引入新课】

一、煤的综合利用

1.煤的组成

①成分：煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物。

②组成元素及主要成分的结构：

组成元素：C、H、O、N、S等。

煤主要成分的结构：

第

1 页，共

6 页

2.煤的综合利用

(1)煤的干馏

①定义：指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化(工业上亦称之为炼焦)。

②实验室干馏装置

③干馏产品及其用途：

(2)煤的气化

煤的气化是将其转化为可燃性气体的过程。

第

2 页，共

6 页

煤的气化的主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气。

(3)煤的液化

煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。

煤的间接液化：先将煤转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂作用下合成甲醇等。

煤的气化和液化是使煤变成清洁能源的有效途径，与此同时，煤的燃烧效率也得以提高。

二、天然气的组成及其综合利用

1.天然气的主要成分：CH4

2.用途：

①是一种清洁能源，可直接用作燃料。

②是一种重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇以及合成含两个或多个碳原子的其他有机化合物。

3.可燃冰

(1)成分及性状：主要为甲烷的水合物—CH4•nH2O，呈白色或灰色晶体，外貌似冰雪，可像固体酒精块一样点燃，故称之为“可燃冰”。

(2)形成条件：

①温度：适宜温度为

0 ~ 10℃。

②压力：30个

atm 以上。

③气源：丰富的天然气。

④适量的水。

(3)存在：

可燃冰存在于海底或陆地冻土层中。科学家估计海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年。

中国南海可燃冰的储量占全球70%，青藏高原可燃冰储量为350 m3，有人预测中国未来或成下一个“沙特”。

2017年5月18日，我国在南海试采可燃冰，是继美国、日本、印度之后第四个海底钻探获得可燃冰样品的国家。预计2025 ~ 2030年实现商业化开采。

(4)可燃冰的微观结构：

可燃冰具有三维笼状结构，从微观上看，就像一个一个由若干个水分子组成的笼子，每个笼子里“关”着一个甲烷分子。

第

3 页，共

6 页

(5)可燃冰作为能源的优缺点：

优点：a.1 m3可燃冰可产气

164 m3和水

0.8 m3，其能量密度是煤的10倍左右，是一种能量密度高的能源。

b.可燃冰燃烧后，污染比煤、石油小很多。

故可燃冰被誉为二十一世纪最理想的清洁能源。

缺点：可燃冰是一种危险能源，开采难度大，一旦开采不当，可能给人类自身带来危害。

可燃冰矿藏一旦受到破坏，会导致大量甲烷气体散失，引发的问题有：a.毒化海水，导致生物灭亡。b.诱发海底地质灾害。c.大量甲烷气体逸入到大气中，加剧温室效应(其产生的温室效应比二氧化碳要大10 ~ 20倍)，会造成全球气候失衡。

因此，研究可燃冰的合理开采方案已刻不容缓：

一是保证甲烷气体不泄露。

二是保证海底的稳定。

【跟踪训练】

一种可燃冰(甲烷水合物)的晶体中，平均46个水分子构成8个水分子笼，每个分子笼可容纳1个甲烷分子或水分子，若这8个分子笼中有6个容纳的是甲烷分子，另外2个被水分子填充，这种可燃冰的平均组成可表示为(

B

) A．CH4

B．CH4•8H2O

C．CH4•3H2O

D．3CH4•H2O 三、石油的组成及其综合利用

1.石油的组成

元素：主要是C、H(总含量达97% ~ 98%，还含有少量S、O、N等)。

成分：由各种烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物。大部分为液态，同时还溶有气态、固态烃。

原油：从油井中开采出来未经加工处理的石油，炼制前须经脱水、脱盐处理。

【思考与交流】

①石油是否存在固定的沸点？

否，因为石油是由各种烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物。

②烃的沸点高低主要取决于什么？

主要取决于烃分子的相对分子质量的大小，烃分子中碳原子数越多，相对分子质量越大，沸点越高。

③由混合物组成的原油可直接利用的价值不高，须将石油中的各组分进行一定程度的分离，使它们各尽其用，试问，应采用什么方法分离？能否将所有成分一一分离？

应采用蒸馏的方法分离。有些烃分子间的沸点相差太近，难以一一分离，只能通第

4 页，共

6 页

过控制温度获取一定温度范围的蒸馏产物。

2.石油的分馏

(1)分馏原理：利用蒸馏原理，将石油分离成不同沸点范围的蒸馏产物。每一个沸点范围收集到的成分叫做一种馏分。分馏是分离提纯沸点相近的混合液的已知方法，实质上就是多次蒸馏。

(2)石油分馏装置：

(3)分馏产品及其用途：

3.石油的裂化

(1)定义：在一定条件下(温度、催化剂)，将碳链长、分子量大、沸点高的烃断裂为碳链短、分子量小、沸点低的烃的过程。

(2)目的：提高轻质液体燃料的产量和质量，特别是汽油的产量和质量。

第

5 页，共

6 页

(3)原料：重油、石蜡。

(4)裂化产品：裂化汽油(煤油、柴油)等轻质液体燃料。

裂化汽油均由饱和烃及不饱和烃组成的混合物，同时还含有少量裂化气。

裂化汽油中增多了含支链的异构烃，提高了汽油的质量(即抗爆震性能增强)。

4.石油的裂解

(1)定义：以含支链烷烃的石油分馏产品(包括石油气)为原料，采用比裂化更高的温度(700℃

~ 800℃，甚至1000℃以上)，和催化剂作用下，以获得短链不饱和烃为主要成分的石油加工过程。实为深度裂化。

(2)产品：乙烯、丙烯、丁二烯等(同时含有甲烷、乙烷、H2、H2S等)。

(3)目的：为有机化工提供原料。

(4)原理：

5.催化重整

(1)定义：在加热和催化剂作用下，可通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃，从而获得苯、甲苯等芳香烃的石油加工过程。

(2)目的：使直馏汽油(石脑油)转变为成富含芳香烃的高辛烷值汽油(重整汽油)。

【布置作业】教材102页第1、2、3题

第

6 页，共

6 页