归纳与整理教学设计一等奖

第四章

化学与自然资源的开发利用

第4.2.1节

煤、石油、天然气的综合利用

生产、生活离不开能源，新能源的开发与利用已经成为当今社会科技进步与可持续发展的新焦点。本节课从能源的利用出发，要求学生了解三大化石能源的有关知识。

变化观念与平衡思想：煤、石油、天然气综合利用中基本的化学原理

宏观辨识与微观探析：了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概括

证据推理与模型认知：通过讨论、分析、对比的方法，培养学生的分析能力和主动探究能力

科学精神与社会责任：激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度，树立透过现象看本质的唯物主义观点

重点：煤、石油、天然气综合利用中基本的化学原理

难点：煤、石油、天然气综合利用中基本的化学原理

多媒体课件、学生自主预习

引入新课：

煤、石油、天然气是当今人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料，如乙烯和苯就是从石油和煤中提炼出来的。化石燃料是不可再生能源，其综合利用越来越受人们的重视。

新课讲授：

一、煤的综合利用

常见的煤的综合利用方法有：煤的气化、液化和干馏。

1、煤的干馏

将煤隔绝空气加强热使其分解的过程叫作煤的干馏，也叫焦化，主要产物有焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油和焦炭等。

煤的干馏方法分低温干馏、中温干馏和高温干馏。低温干馏温度控制在500~600℃之间，中温干馏温度

控制在700~900℃之间；高温干馏温度控制在90~110℃之间。

2、煤的气化

(1)定义：把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等，这个反应是吸热反应，需要的能量由碳燃烧提供：

点燃 高温

C + O2 == CO2， C + H2O == CO + H2

（2）煤的气化方法、产物及用途

高热值气

(合成天然气) 主要成分：甲烷

特点和用途：热值很高，可远距离输送

低热值气成分：CO、H2、相当量的氮气

特点和用途：热值较低，用作冶金、机械工业的燃料气

煤气化中热值气成分：CO、H2、少量甲烷

特点和用途：热值较高，可短距离输送，用于居民用煤气，也可用于合成氨、制甲醇等

（3）优点：消除了固体垃圾和烟尘的污染，减轻了运输负担，提高了热效率，减轻了二氧化硫对空气的污染等。

3、煤的液化

(1)煤的液化是指把煤转化为液体燃料的过程。

(2)煤的液化有直接液化和间接液化两种方式。

①直接液化法：是把煤与适当的溶剂混合后，在高温、高压和有催化剂的条件下，使煤与氢气作用生成液体燃料。直接液化法有氢化法和溶剂精炼法等。

②间接液化法：又称为气体液化法，首先把煤转化为H2、CO，然后经过催化合成液体燃料。

4、煤的干馏、气化、液化方法比较

干馏

气化

直接液液化

原理

将煤隔绝空气加强热使其分解

把煤中的有机物转化为可燃性气体

产品

焦炭、煤焦油、出炉煤气

低热值气、中热值气、高热值气

高温、高压和有催化剂条件下，使煤与氢气优质汽油、柴油、芳香烃和副产物作用生成液体燃料

把煤气化成CO和H2，经催化合成液体燃料

燃料气、液化石油气等

合成汽油、甲醇

化

间接液化

二、石油的综合利用

1、石油的组成

(1)物理性质：石油是蕴藏在地下深处的棕黑色可燃黏稠液体，具有特殊气味，密度比水小，不溶于水。

(2)形成：石油是古代海洋或湖泊中的生物遗体经过漫长的地质演化而形成的。

(3)组成：其化学成分主要是由C、H两种元素组成的各种烷烃、环烷烃和芳香烃，还含有少量的含硫、氮、氧等元素的烃类衍生物和少量金属有机化合物，是混合物。

2、石油的综合利用

(1)石油的分馏

①石油成分与沸点的关系

石油主要是由分子中含有不同数目碳原子的烃组成的混合物。分子中含有的碳原子数不等，烃的沸点就不同。通常情况下，分子中所含碳原子数多的烃具有较高的沸点，分子中所含碳原子数少的烃具有较低的沸点。

②石油分馏原理

加热液态烃类混合物时，沸点低的烃先汽化，经过冷凝先分离出来，随着温度的升高，较高沸点的烃再汽化，经过冷凝再分离出来。这样通过控制一定的温度范围，不断地加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物，这一过程就是石油的分馏。

③工业分馏石油

设备：分馏塔。

分馏产品：低沸点的烃从分馏塔的进料口的上部分离出来，分别得到汽油、煤油、柴油等轻质燃油；高沸点的烃从分馏塔的进料口下部分离出来，得到的是重油。

④重油的常压、减压分馏

重油的常压分馏必须在较高温度下才能进行，但高温时烃会分解，甚至炭化结焦，损坏设备影响生产。

减压分馏原理是利用降低分馏塔内压强的办法，使烃的沸点随压强减小而降低，这样重油就能在较低温度下分馏。

A、石油分馏得到的产物是混合物。B、石油的分馏是一个连续的操作过程。C、常压、减压分馏是物理变化

(2)石油的裂化

①裂化的定义：是指在一定条件下(加热、使用催化剂)，把相对分子质量大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量小、沸点较低的烃。

②裂化主要有催化裂化、加氢裂化，其中以催化裂化应用最为广泛。

③裂化的目的：提高轻质燃油的产量和质量。

A、热裂化、催化裂化、加氢裂化都属于化学变化。

B、裂化的原料是石油分馏得到的重油

(3)石油的裂解

①裂解的定义：在石油化工生产过程中，以石油分馏产品为原料，采用比裂化更高的温度，使相对分子质量较大的烃发生断链、脱氢等反应，可生成各种小分子烃。

②实质和目的：裂解是深度裂化，目的是获得以短链不饱和烃为主要成分的基本化工原料。

③裂解气的主要成分：裂解气是一种复杂的混合物，主要含有乙烯、丙烯、丁烯等不饱和烃和苯等芳香烃，还含有甲烷、乙烷、氢气。

三、天然气的综合利用

1、天然气的成分

天然气的主要成分是甲烷，还含有少量的一氧化碳、硫化氢等气体，所以天然气在开采过程中要防止泄漏造成环境污染。

2、天然气的用途

(1)作燃料：甲烷是含氢量最高的烃，与其他含碳气体燃料相比，在相同条件下充分燃烧时产生的二氧化碳最少，可以减少温室气体的排放。

(2)化工原料

①制合成氨所需的氢气

②制乙烯、乙炔、炭黑

③制甲醇

④合成液体燃料

四、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料

1、塑料

塑料的主要成分是合成树脂，此外还有根据需要加入的具有某些特定用途的添加剂，如能提高塑性的增塑剂，防止塑料老化的防老剂等。

2、合成纤维

合成纤维和人造纤维统称为化学纤维。

棉花、羊毛、木材和草类的纤维都是天然纤维。用木材、草类的纤维经化学加工制成的粘胶纤维属于人造纤维；以石油化工产品、天然气、煤化工产品作原料制得单体，再经聚合反应制成的纤维属于合成纤维。

3、合成橡胶

橡胶可以分为天然橡胶和合成橡胶。合成橡胶是以石油、天然气为原料生产的，它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能。常用的合成橡胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶等。

4、新型有机高分子材料

(1)新型有机高分子材料的特点及分类

新型有机高分子材料是在传统的合成高分子材料基础上开发出的用途更加广泛、性能更加优异、更符合环保要求的材料。例如目前已经开发成功的纳米塑料、可降解塑料、导电聚合物等。新型高分子材料分为两大类，分别为功能高分子材料和复合材料。

(2)功能高分子材料的性能、分类及应用

功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又具有某些特殊功能的高分子材料。

①高分子分离膜：高分子分离膜能够有选择地让某些物质通过，而把另外一些物质分离掉，广泛应用于生活污水和工业废水的处理、回收废液中的有用成分及海水的淡化等；在食品工业中，分离膜可用于浓缩天然果汁、乳制品加工和酿酒等。

②医用高分子材料：医用高分子材料可以制造成皮肤、骨骼、心、肺、肝、肾等各种人体器官，一般具有优异的生物相容性，较少受到排斥，可以满足以下要求：无毒，且是化学惰性的；与人体组织和血液相溶性好；具有较高的机械性能；容易制备、纯化、加工和消毒

(3)复合材料

复合材料一般具有强度高、质量轻、高温、耐腐蚀等优异性能。航空航天领域是复合材料的重要应用领域。另外复合材料在汽车工业、机械工业、体育用品等领域的应用前景也十分广阔。

课堂练习：

1.近年来我国部分地区陆续发现了“毒油”,如吉林市卫生防疫部门一次查获“毒油”178.3 t。所谓“毒油”是指混有汽油的食用油,不宜食用。下列有关说法正确的是(

)。

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.可用静置后看其是否分层来判断食用油中是否混有汽油

D.汽油中烃分子内所含碳原子数为5~11 【答案】D 【解析】汽油为碳原子数为5~11的烃的混合物,它可通过石油的分馏或裂化制得,汽油能与植物油混溶。

2.下列说法正确的是(

)。

A.煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料,是取之不尽的

B.煤是由无机物和有机物所组成的复杂的混合物,主要含有碳和氢两种元素

C.石油主要含有碳和氢两种元素,同时还含有少量的硫、氧、氮等元素

D.煤和石油都是由古代植物遗体埋在地底下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的

【答案】C 【解析】煤、石油、天然气三大矿物燃料在地球上的蕴藏量是有限的,不是取之不尽的,A错;煤主要含有碳元素,而不是碳和氢两种元素,B错;C正确;石油是由古代动植物遗体在地壳中经过非常复杂的变化形成的,D不确切。

3.煤在干馏时得到的气态产物是(

)。

A.天然气

C.焦炉气

【答案】C 【解析】煤干馏时得到的气体是焦炉气,主要成分为氢气、甲烷、乙烯和一氧化碳。

B.水煤气

D.高炉煤气

4.地球大气中因二氧化碳含量增加而引起“温室效应”,下面关于大气中二氧化碳增加的主要来源的说法中,最不合理的一种是(

)。

A.人和动物呼出的二氧化碳

B.石油产品大量燃烧

C.森林大面积缩小,吸收二氧化碳的能力减小

D.煤的燃烧

【答案】A 【解析】二氧化碳主要是由煤、石油和天然气的燃烧造成的;另外森林面积的不断缩小也是个重要的因素。

5.下列物质不能萃取溴水中的溴的是(

)。

A.直馏汽油

C.苯

【答案】B 【解析】作为萃取剂有两个必须条件:与原溶剂不互溶,与被萃取的物质不反应。裂化汽油含不饱和键,能与溴反应,不能作萃取剂。

B.裂化汽油

D.己烷