高一化學(xué)新人教版同步精講必修2第27講煤石油和天然氣的綜合利用

第27講煤、石油和自然氣的綜合利用一、煤的組成煤是由有機(jī)物和少量無(wú)機(jī)物組成的困難混合物，其組成以碳元素為主，還含有少量氫、氧、氮、硫等元素。二、煤的綜合利用1．煤的干餾煤的干餾是指將煤_______空氣加強(qiáng)熱使煤中的有機(jī)物分解的過(guò)程，是一個(gè)困難的_______變更和_______變更過(guò)程，工業(yè)上也叫煤的焦化。煤的干餾可以得到煤焦油、焦炭、粗氨水、粗苯、焦?fàn)t氣。干餾產(chǎn)品主要成分主要用途出爐煤氣焦?fàn)t氣氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳?xì)怏w燃料、化工原料粗氨水氨、銨鹽氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚類、萘類染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料瀝青筑路材料、制碳素電極焦炭炭冶金、合成氨造氣、電石、燃料【答案】隔絕物理化學(xué)2．煤的氣化將煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體，C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO(g)＋H2(g)3．煤的液化把煤轉(zhuǎn)化成液體燃料的過(guò)程，分為干脆液化和間接液化（1）干脆液化：在高溫、高壓和催化劑條件下，使煤與氫氣作用生成液態(tài)碳?xì)浠衔铩＜矗好海獺2液體燃料（2）間接液化：煤炭在高溫下與水蒸氣作用氣化，產(chǎn)生合成氣CO、H2等，然后在催化劑作用下合成甲醇等。即：煤CO＋H2甲醇三、石油的組成1．由多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物，主要是多種烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等，一般石油不含烯烴，從所含成分的狀態(tài)看，大部分是液態(tài)烴，在液態(tài)烴里溶有氣態(tài)烴和固體烴。2．石油是一種黑褐色的粘稠狀物質(zhì)，有特殊氣味，比水輕，不溶于水，沒(méi)有固定沸點(diǎn)。四、石油的綜合利用分餾①原理：利用原油中各組分沸點(diǎn)的不同進(jìn)行分別②產(chǎn)物：獲得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的輕質(zhì)油（直餾汽油）裂化①原理：將含碳原子數(shù)較多、沸點(diǎn)較高的烴斷裂為碳原子數(shù)較少、沸點(diǎn)較低的烴的過(guò)程。如C12H26C6H14+C6H12②產(chǎn)物：碳原子數(shù)較少、沸點(diǎn)較低的烴。裂解①原理：裂解就是深度裂化。C8H18C4H10＋C4H8C4H10C2H6＋C2H4②產(chǎn)物：短鏈不飽和烴，如乙烯。催化重整①原理：在加熱和催化劑的作用下，通過(guò)結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，使鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴。②產(chǎn)物：環(huán)狀烴，如苯和甲苯等。五、自然氣的組成及其綜合利用1．自然氣的組成：自然氣的主要成分是甲烷，還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫等。2．自然氣的綜合利用（1）自然氣是一種清潔的化石燃料，可以干脆用作燃料；（2）重要的化工原料，主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇。題型一：自然氣及其綜合利用【變1-1】煤、石油、自然氣是人類運(yùn)用的主要能源，同時(shí)也是重要的化工原料。下列關(guān)于它們綜合利用的敘述不正確的是A．以煤、石油和自然氣為主要原料生產(chǎn)的合成材料是塑料、合成橡膠、合成纖維B．煤是工業(yè)上獲得芳香烴的一種重要來(lái)源C．石油的裂解是為了提高輕質(zhì)油(例如汽油)的產(chǎn)量D．自然氣的主要成分是甲烷，屬于不行再生資源【答案】C【解析】A．以煤、石油和自然氣為主要原料生產(chǎn)的合成材料是塑料、合成橡膠、合成纖維，故A正確；B．煤的干餾可以獲得苯、甲苯等芳香烴，故B正確；C．石油的裂解是為了得到乙烯、丙烯等小分子烯烴，故C錯(cuò)誤；D．自然氣的主要成分是甲烷，甲烷是不行再生資源，故D正確；選C。題型二：煤及其綜合利用【例2】中國(guó)是世界上最早利用煤的國(guó)家。下列關(guān)于煤的描述正確的是()A．主要成分是硫 B．是可再生資源C．燃燒只產(chǎn)生SO2 D．煤干餾可制得焦炭【答案】D【解析】煤是由有機(jī)物和少量無(wú)機(jī)物組成的困難混合物，含有的主要元素是碳，還有少量的氫、氧、硫、氮等元素，A錯(cuò)誤；煤是化石燃料，是不行再生資源，B錯(cuò)誤；煤燃燒產(chǎn)生的主要物質(zhì)是CO2，C錯(cuò)誤；煤干餾得到出爐煤氣、煤焦油和焦炭，D正確?！咀?-2】煤被譽(yù)為“工業(yè)的糧食”，下列關(guān)于煤的說(shuō)法正確的是()A．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等芳香烴B．煤的液化是在高溫時(shí)將固體煤熔化為液體煤C．煤的氣化在肯定程度上實(shí)現(xiàn)了煤的高效、清潔利用D．向煤中加入適量CaSO4，可大大削減燃燒產(chǎn)物中SO2的量【答案】C【解析】A項(xiàng)，煤干餾可以得到苯、甲苯、二甲苯等芳香烴，但煤本身不含有這些芳香烴，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，煤的液化是煤在高溫高壓的條件下轉(zhuǎn)化為液體燃料的過(guò)程，分為干脆液化和間接液化，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，煤氣化生成CO、H2，CO和H2的燃燒高效、清潔，正確；D項(xiàng)，向煤中加入適量CaCO3、CaO或Ca(OH)2，可大大削減燃燒產(chǎn)物中SO2的量，錯(cuò)誤。【例4】煤是一種常用燃料。由于煤燃燒產(chǎn)生的廢氣中含有SO2、CO、NO2和NO等多種有害氣體和煙塵，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此須要對(duì)煤進(jìn)行加工后再燃燒，或?qū)U氣凈化后再排放。(1)煤的氣化和液化能提高煤的利用率，又能削減有害氣體的排放。寫出煤氣化的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________________________________________________；煤液化是________(填“物理”或“化學(xué)”)變更。(2)煤的干餾是煤綜合利用的重要途徑。煤干餾時(shí)得到的固體產(chǎn)品是________，其用途是________________________________________________________________________。(3)將煤干脆進(jìn)行燃燒，造成環(huán)境污染的主要方面之一是形成硝酸型酸雨。寫出有關(guān)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硝酸的化學(xué)方程式：___________________________________________________________。(4)向煤中添加生石灰是燃煤脫硫的一種方法，而且能變廢為寶，用化學(xué)方程式表示反應(yīng)原理：______________________________________________________________________________?！敬鸢浮?1)C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2化學(xué)(2)焦炭可作燃料及工業(yè)原料(3)2NO＋O2=2NO2，3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(4)CaO＋SO2=CaSO3，2CaSO3＋O2=2CaSO4題型三：石油及其綜合利用【例6】下列不屬于煤的綜合利用的是()A．將煤干餾制得煤焦油和焦炭B．在肯定條件下將煤與氫氣轉(zhuǎn)化為液體燃料C．煤變?yōu)槊猴濪．將煤干餾制得甲苯和乙烯【答案】C【解析】將煤干餾制得煤焦油和焦炭，屬于煤的綜合利用，故A項(xiàng)不符合題意；在肯定條件下將煤與氫氣轉(zhuǎn)化為液體燃料，屬于煤的綜合利用，故B項(xiàng)不符合題意；煤變?yōu)槊猴灒皇瞧湮锢硇螒B(tài)發(fā)生了變更，并未變更其成分及結(jié)構(gòu)，不屬于煤的綜合利用，故C項(xiàng)符合題意；將煤干餾制得甲苯和乙烯，屬于煤的綜合利用，故D項(xiàng)不符合題意。【變6-3】下列有關(guān)石油的煉制及產(chǎn)品，說(shuō)法正確的是()A．石油的分餾和煤的干餾都屬于化學(xué)變更B．石油分餾所得的餾分都是混合物C．通過(guò)石油分餾可以獲得大量的芳香烴D．石油分餾得到汽油、煤油、乙烯等產(chǎn)品【答案】B【變6-5】下列說(shuō)法正確的是A．裂化汽油不能使酸性KMnO4溶液褪色B．石油的分餾、裂化、裂解都屬于化學(xué)變更C．蒸餾石油試驗(yàn)中溫度計(jì)的水銀球應(yīng)伸入液面下D．裂解石油是工業(yè)生產(chǎn)乙烯的主要方法【答案】D【詳解】A．裂化汽油中含有不飽和烴，能使酸性KMnO4溶液褪色，故A錯(cuò)誤；B．利用原油中各組分沸點(diǎn)的不同進(jìn)行分別的過(guò)程叫分餾，屬于物理變更；通過(guò)石油的裂化、裂解可以得到小分子化合物，所以石油的裂化、裂解是化學(xué)變更，故B錯(cuò)誤；C．蒸餾石油試驗(yàn)中溫度計(jì)的水銀球應(yīng)置于蒸餾燒瓶的支管口處，測(cè)量出去的蒸氣的溫度，故C錯(cuò)誤；D．裂解石油使具有長(zhǎng)鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，是工業(yè)生產(chǎn)乙烯的主要方法，故D正確；故選D?！咀?】下列有關(guān)煤、石油及產(chǎn)品的說(shuō)法正確的是()A．煤的氣化和液化都屬于物理變更B．將煤在空氣中加強(qiáng)熱使之分解的過(guò)程，稱為煤的干餾，也叫煤的焦化C．將石油分餾得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料D．用溴的四氯化碳溶液可鑒別分餾獲得的汽油和裂化獲得的汽油【答案】D【解析】煤的氣化和液化都屬于化學(xué)變更，A錯(cuò)誤；煤在隔絕空氣加強(qiáng)熱的條件下分解的過(guò)程稱為煤的干餾，而不是在空氣中，B錯(cuò)誤；石油分餾主要得到汽油、煤油等，乙烯、丙烯等可通過(guò)石油裂化、裂解獲得，C錯(cuò)誤；分餾獲得的汽油主要成分是飽和烴，裂化獲得的汽油中含有不飽和烴，二者可用溴的四氯化碳溶液鑒別，D正確。【例9】某探討性學(xué)習(xí)小組在試驗(yàn)室中模擬石油的催化裂化，裝置如圖。試驗(yàn)過(guò)程中可視察到燒瓶Ⅰ中固體石蠟先熔化，試管Ⅱ中有少量液體凝聚，試管Ⅲ中酸性高錳酸鉀溶液褪色，試驗(yàn)后發(fā)覺(jué)試管Ⅱ中液體具有汽油的氣味。(1)該裝置儀器連接的依次應(yīng)遵循的原則為_(kāi)_________，加入藥品之前的操作為_(kāi)_________________________，長(zhǎng)導(dǎo)管的作用是________。(2)試管Ⅱ中有少量液體凝聚說(shuō)明________________________________________________。(3)試管Ⅲ中溶液褪色說(shuō)明_______________________________________________________。(4)能否用試管Ⅱ中的液體萃取溴水中的溴，理由是____________________________。(5)寫出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化學(xué)方程式：_____________________________。(6)石油裂化的重要意義是__________________________________________________。【答案】(1)從下往上，從左往右檢驗(yàn)裝置的氣密性導(dǎo)氣和冷凝氣體(2)裂化生成了碳原子數(shù)大于4的烴(3)裂化生成了碳原子數(shù)小于5的烯烴(4)不能，裂化產(chǎn)物中有烯烴，易與溴發(fā)生加成反應(yīng)(5)C20H42eq\o(→,\s\up7(Al2O3),\s\do5(△))C10H22＋C10H20(6)提高石油產(chǎn)品中輕質(zhì)燃油的產(chǎn)量，特殊是汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量【解析】試驗(yàn)室儀器連接的依次應(yīng)遵循從下往上、從左到右的原則，裝入藥品之前要檢驗(yàn)裝置的氣密性；依據(jù)石油分餾塔原理，設(shè)置了長(zhǎng)導(dǎo)管，除起導(dǎo)氣作用外，兼起冷凝氣體的作用。試管Ⅱ中有液體生成，說(shuō)明生成了碳原子數(shù)大于4的烴。試管Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色說(shuō)明生成了常溫、常壓下呈氣態(tài)的碳原子數(shù)小于5的烯烴。由于裂化產(chǎn)物中有烯烴生成，易與溴發(fā)生加成反應(yīng)，所以不能用試管Ⅱ中的液體來(lái)萃取鹵素單質(zhì)。從以上變更可以看出，石油裂化的主要目的是為了獲得更多的輕質(zhì)燃油，特殊是提高汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量?！绢}1】國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)驚慌形勢(shì)日益加劇，煤的漲價(jià)導(dǎo)致部分地區(qū)電荒，煤在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位由此可見(jiàn)一斑。下列關(guān)于煤的說(shuō)法正確的是()A．煤屬于有機(jī)化合物B．在物質(zhì)變更類型上，煤的干餾包含了物理變更和化學(xué)變更C．煤中含有大量的苯、甲苯等芳香烴，煤是芳香烴的主要來(lái)源D．煤轉(zhuǎn)化為水煤氣再燃燒放出的熱量不會(huì)增加，因此煤的氣化并無(wú)意義【答案】B【解析】煤是由有機(jī)物和少量無(wú)機(jī)物組成的困難混合物；苯和甲苯是煤中的某些干餾產(chǎn)物中的主要成分，并不是煤本身含有的，是煤干餾過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的；煤氣化后變成清潔高效的燃料，再燃燒可提高其利用率，意義重大?！绢}2】下列屬于物理變更的是()①石油的分餾②煤的干餾③石油的裂化④鋁熱反應(yīng)⑤由乙烯制備聚乙烯⑥將氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧⑦乙烯催熟果實(shí)⑧將苯加入溴水中⑨海水蒸餾制取淡水A．①②③④ B．①②⑤⑦C．①⑧⑨ D．①②⑥⑨【答案】C【解析】蒸餾和分餾的原理相同，都是利用沸點(diǎn)不同分別物質(zhì)，將苯加入溴水中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是苯萃取溴水中的溴，故①⑧⑨均屬于物理變更，其余各項(xiàng)均發(fā)生了化學(xué)變更?！绢}3】有關(guān)煤的綜合利用如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A．煤的干餾是將煤中有機(jī)物在高溫下蒸餾出來(lái)，故為物理變更B．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)物C．②是放熱的過(guò)程D．B為甲醇或乙酸時(shí)，原子利用率均達(dá)到100%【答案】D【解析】A項(xiàng)，煤的干餾是指將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使之分解的過(guò)程，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，煤通過(guò)干餾得到苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)物，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，反應(yīng)②是碳和水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，為吸熱反應(yīng)，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，甲醇(CH4O)可寫為(H2)2·CO，乙酸(C2H4O2)可寫為(H2)2·(CO)2，原子利用率均達(dá)到100%，正確。【題4】下列說(shuō)法正確的是A．煤的氣化、液化和干餾都是物理變更B．加熱能殺死病毒，是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)受熱發(fā)生變性C．石油裂解可以得到更多的汽油，這種汽油是一種純凈物D．動(dòng)物脂肪和稀硫酸混合加熱，可得到肥皂的主要成分和甘油【答案】B【詳解】A．煤的氣化、液化和干餾過(guò)程中都產(chǎn)生了新的物質(zhì)，因此發(fā)生的變更屬于化學(xué)變更，A錯(cuò)誤；B．加熱能殺死病毒，是因?yàn)椴《局饕怯傻鞍踪|(zhì)構(gòu)成，蛋白質(zhì)受熱時(shí)會(huì)失去其生理活性而發(fā)生變性，B正確；C．石油裂解可以得到更多的汽油，這種汽油中含有多種烷烴和烯烴，因此是一種混合物，C錯(cuò)誤；D．動(dòng)物脂肪在堿性條件下加熱會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生高級(jí)脂肪酸鹽和甘油，高級(jí)脂肪酸鹽是肥皂的主要成分，故油脂在堿性條件下的水解反應(yīng)為皂化反應(yīng)。而在酸性條件下水解產(chǎn)生的是高級(jí)脂肪酸和甘油，D錯(cuò)誤；故合理選項(xiàng)是B?！绢}5】下列說(shuō)法正確的是：A．石油的分餾、裂化、裂解均屬于化學(xué)變更 B．煤的干餾、氣化、液化均屬于物理變更C．汽油、煤油、柴油、聚乙烯均是純凈物 D．自然氣、沼氣的主要成分均是甲烷【答案】D【解析】A．裂化、裂解均屬于化學(xué)變更，石油的分餾是利用石油中各組分的沸點(diǎn)的不同，用加熱冷凝的方法將各組分分別的過(guò)程，沒(méi)有新物質(zhì)生成，屬于物理變更，故A錯(cuò)誤；

B．煤的干餾、氣化、液化均有新物質(zhì)生成，屬于化學(xué)變更，故B錯(cuò)誤；C．石油分餾后所得的汽油、煤油和柴油仍屬于混合物，聚乙烯是高分子化合物，聚合度不確定，也是混合物，故C錯(cuò)誤；

D．自然氣、沼氣的主要成分均是甲烷，故D正確；故選D?！揪?】自然氣是目前推廣運(yùn)用的清潔燃料，它的主要成分是()A．CO B．H2C．CH4 D．CH3OH【答案】C【解析】自然氣的主要成分為甲烷(CH4)。【練2】下列關(guān)于石油的說(shuō)法不正確的是()A．石油主要含C、H兩種元素B．石油通過(guò)催化重整可得到環(huán)狀烴C．石油裂化是物理變更D．石油分餾得到的汽油是混合物【答案】C【解析】石油裂化是化學(xué)變更?！揪?】煤的干餾和石油的分餾，兩種變更在本質(zhì)上的差別是()A．加熱的溫度不同B．得到的產(chǎn)品不同C．前者要隔絕空氣，后者不用隔絕空氣D．干餾是化學(xué)變更，分餾是物理變更【答案】D【解析】石油的分餾為物理變更；煤的干餾為化學(xué)變更?！揪?】下列轉(zhuǎn)化不屬于煤或石油的綜合利用的是()A．將煤干餾制得煤焦油和焦炭B．在肯定條件下將煤氣化或液化生成氣體或液體燃料C．將煤制成煤球作燃料D．將石油裂解制得乙烯等化工原料【答案】C【解析】將煤制成煤球作燃料還是干脆燃燒，并沒(méi)有綜合利用。【練5】下列有關(guān)煤和石油的說(shuō)法正確的是()A．煤和石油都屬于有機(jī)化合物B．煤的干餾和石油的分餾都屬于化學(xué)變更C．水煤氣是通過(guò)煤的液化得到的氣體燃料D．石油在加熱和催化劑的作用下可使烴分子重整生成苯、甲苯等有機(jī)物【答案】D【解析】煤和石油都是混合物，A錯(cuò)誤；煤的干餾為化學(xué)變更，而石油的分餾為物理變更，B錯(cuò)誤；水煤氣主要成分為CO和H2，是煤經(jīng)過(guò)氣化生成的，C錯(cuò)誤；石油在加熱和催化劑的作用下，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)調(diào)整，使鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴，如苯、甲苯等，D正確?！揪?】下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．通過(guò)石油分餾可以獲得大量的芳香烴B．液化石油氣和自然氣的主要成分都是甲烷C．煤油可由石油分餾獲得，可用作燃料和保存少量金屬鈉D．石油裂解可以得到更多的汽油，這種汽油是一種純凈物【答案】C【解析】芳香烴主要從煤的干餾產(chǎn)品煤焦油中獲得，A錯(cuò)誤；液化石油氣的主要成分是含有3個(gè)或4個(gè)碳原子的烴，自然氣的主要成分是甲烷，B錯(cuò)誤；煤油是由石油經(jīng)分餾或裂化得到的，可用作燃料，且密度比鈉小，可用于保存少量金屬鈉，C正確；石油分餾得到的汽油仍為混合物，D錯(cuò)誤。【練7】煤、石油、自然氣為人類生產(chǎn)生活供應(yīng)能量，糖類、油脂、蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量基礎(chǔ)。下列說(shuō)法正確的是A．煤的氣化、液化是化學(xué)變更B．石油通過(guò)催化裂化得到的汽油不能使溴水褪色C．蔗糖和淀粉的水解產(chǎn)物相同D．蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物是高級(jí)脂肪酸和甘油【答案】A【詳解】A．煤的氣化、液化是指把煤轉(zhuǎn)化為可燃的氣體和液體的過(guò)程，其過(guò)程是化學(xué)變更，故A正確；B．石油通過(guò)催化裂