第二节　资源综合利用　环境保护优质教案设计

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

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。

煤干馏的主要产品和用途

(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，高温化学方程式为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，催化剂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。

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：

石油的炼制：原油成分复杂，还含有水和氯化钙、氯化镁等盐类。原油必须先经过脱水、脱盐等处理过程，才能进行炼制。

经过脱水、脱盐的石油主要是烃类的混合物，因此没有固定的沸点。给石油加热时，低沸点的烃先气化，经过冷凝先分离出来。随着温度升高，较高沸点的烃再气化，经过冷凝也分离出来。这样继续加热和冷凝，就可以把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物。这种方法叫做石油的分馏。工业上分馏石油是在分馏塔中进行。石油通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料。但产量不高，仅占石油总质量的25％左右。

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为了提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量，在石油工业上采用了裂化的方法。裂化就是在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。

(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。

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)：

催化剂C16H34加热、加压――――→C8H18＋C8H16

催化剂C8H18加热、加压――――→C4H10＋C4H8

催化剂催化剂C4H10加热、加压――――→C2H6＋C2H4或

C4H10加热、加压――――→CH4＋C3H6

(3)石油裂化的产品再经过进一步的裂解，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，可以获得很多重要的化工原料。

在石油化工生产过程里，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，采用比裂化更高的温度（700～800℃，有时甚至高达1000℃以上），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，以提供有机化工原料。工业上把这种方法叫做石油的裂解。所以说裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成分的石油加工过程。

原油的分馏及裂化产品用途示意图

3、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。

4、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。

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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。

四、聚合反应和高分子化合物

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。

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。一定条件如nCH2＝CHCH3――→。

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：

一定条件＋nHOCH2CH2OH――→

＋(2n－1)H2O 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

合成有机高分子化合物的主要途径是通过加聚反应和缩聚反应来进行的，因此，有机高分子化合物的单体必须具有不饱和键或相应的官能团。确定有机高分子化合物单体时，要从加聚反应和缩聚反应的机理出发，分析它的链节，逆向推理，从而恢复其不饱和度、官能团或单体的种类和数目。具体方法如下：

(1)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。

(2)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。

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