2024新教材高中化學(xué)第3章簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物第2節(jié)從化石燃料中獲取有機(jī)化合物第1課時(shí)從天然氣石油和煤中獲取燃料石油裂解與乙烯教案魯科版第二冊(cè)

PAGE9-第1課時(shí)從自然氣、石油和煤中獲得燃料石油裂解與乙烯核心素養(yǎng)發(fā)展重點(diǎn)學(xué)業(yè)要求1.通過(guò)對(duì)化石燃料性質(zhì)與用途的分析，體驗(yàn)有機(jī)化合物在能源中的應(yīng)用價(jià)值。2.通過(guò)乙烯的學(xué)習(xí)，體會(huì)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)與無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)條件、反應(yīng)試劑與生成物等方面的差異，深化“結(jié)構(gòu)確定性質(zhì)，性質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)”“性質(zhì)確定用途”等學(xué)科觀念。1.了解石油的成分及石油分餾、裂化和裂解的基本原理。2.駕馭乙烯的分子結(jié)構(gòu)、主要性質(zhì)和重要應(yīng)用，進(jìn)一步理解結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。3.了解加成反應(yīng)。學(xué)生自主學(xué)習(xí)從自然氣、石油和煤中獲得燃料1．自然氣和煤干脆用作燃料自然氣的主要成分是eq\o(□,\s\up3(01))甲烷(含量為80%～97%)，自然氣水合物——eq\o(□,\s\up3(02))可燃冰的主要成分是甲烷。煤是由eq\o(□,\s\up3(03))有機(jī)化合物和eq\o(□,\s\up3(04))無(wú)機(jī)物組成的困難混合物。其中，有機(jī)物除了含有eq\o(□,\s\up3(05))碳、eq\o(□,\s\up3(06))氫元素外，還含有少量的eq\o(□,\s\up3(07))氧、eq\o(□,\s\up3(08))氮、eq\o(□,\s\up3(09))硫等元素；無(wú)機(jī)物主要含有eq\o(□,\s\up3(10))硅、eq\o(□,\s\up3(11))鋁、eq\o(□,\s\up3(12))鈣、eq\o(□,\s\up3(13))鐵等元素。2．從石油中獲得燃料(1)石油的組成石油是由分子含有不同數(shù)目碳原子的eq\o(□,\s\up3(14))烷烴、環(huán)烷烴等組成的困難eq\o(□,\s\up3(15))混合物；組成石油的主要元素是eq\o(□,\s\up3(16))C、H，在石油中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和高達(dá)98%。(2)石油的分餾①原理：通過(guò)eq\o(□,\s\up3(17))加熱和eq\o(□,\s\up3(18))冷凝的方法把石油分別成eq\o(□,\s\up3(19))沸點(diǎn)范圍不同的產(chǎn)物。②目的：將原油分別成不同沸點(diǎn)范圍的產(chǎn)品。③主要產(chǎn)物：石油氣、汽油、煤油、柴油及重油等。(3)石油的裂化①原理：在加熱、運(yùn)用催化劑的條件下，把相對(duì)分子質(zhì)量eq\o(□,\s\up3(20))較大、沸點(diǎn)eq\o(□,\s\up3(21))較高的烴斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量較eq\o(□,\s\up3(22))小、沸點(diǎn)較eq\o(□,\s\up3(23))低的烴。②目的：提高eq\o(□,\s\up3(24))輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量和質(zhì)量。石油裂解、乙烯1．石油的裂解(1)原理：采納比裂化更高的溫度，使相對(duì)分子質(zhì)量較大的烴斷裂成eq\o(□,\s\up3(01))乙烯、丙烯等小分子烴。(2)目的：獲得乙烯、丙烯等小分子烯烴，用作有機(jī)化工原料。2．乙烯(1)乙烯的組成與結(jié)構(gòu)(2)乙烯的物理性質(zhì)(3)乙烯的化學(xué)性質(zhì)①氧化反應(yīng)a．乙烯能在空氣中燃燒，火焰eq\o(□,\s\up3(05))光明并伴有eq\o(□,\s\up3(06))黑煙：eq\o(□,\s\up3(07))C2H4＋3O2eq\o(→,\s\up17(點(diǎn)燃))2CO2＋2H2O。b．乙烯能eq\o(□,\s\up3(08))在酸性環(huán)境中被高錳酸鉀氧化，而使其溶液褪色。②加成反應(yīng)a．定義：有機(jī)物分子中eq\o(□,\s\up3(09))雙鍵上的碳原子與其他原子(或原子團(tuán))eq\o(□,\s\up3(10))干脆結(jié)合生成新的化合物分子的反應(yīng)叫加成反應(yīng)。b．將乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，現(xiàn)象是eq\o(□,\s\up3(11))溶液褪色，乙烯與溴發(fā)生了eq\o(□,\s\up3(12))加成反應(yīng)，生成了eq\o(□,\s\up3(13))1,2-二溴乙烷：課堂互動(dòng)探究一、從自然氣、石油和煤中獲得燃料1．比較汽油、煤油、柴油及潤(rùn)滑油的沸點(diǎn)凹凸？提示：沸點(diǎn)漸漸上升。2．裂化和裂解有何異同？提示：裂化和裂解都是使石油分餾產(chǎn)物中的長(zhǎng)鏈烴斷裂生成更短的鏈烴；裂解是深度的裂化，所需溫度比裂化所需溫度更高。1．石油煉制的工藝流程石油分餾產(chǎn)品、裂解和裂化產(chǎn)品都是混合物；石油分餾是物理改變，裂解和裂化是化學(xué)改變。2．直餾汽油與裂化汽油學(xué)問(wèn)拓展1．工業(yè)上，石油的分餾在分餾塔里進(jìn)行。試驗(yàn)室中，石油的分餾常用蒸餾裝置(如圖所示)進(jìn)行。主要儀器有蒸餾燒瓶、冷凝管、酒精燈、錐形瓶、牛角管、溫度計(jì)、鐵架臺(tái)(帶鐵圈、鐵夾)、石棉網(wǎng)等。提示：(1)溫度計(jì)的水銀球位于蒸餾燒瓶的支管口處。(2)為了防止暴沸，應(yīng)在蒸餾燒瓶中加入少量的碎瓷片或沸石。(3)冷凝管中冷凝水的流向是“下進(jìn)上出”。(4)蒸餾燒瓶中的液體體積不超過(guò)其容積的eq\f(2,3)，加熱時(shí)應(yīng)墊石棉網(wǎng)。2．蒸餾和分餾的區(qū)分和聯(lián)系蒸餾分餾聯(lián)系都用于分別液態(tài)混合物，發(fā)生的都是物理改變，沒(méi)有新物質(zhì)生成區(qū)分只進(jìn)行一次汽化和冷凝，分別出的物質(zhì)一般較純，如用自然水制取蒸餾水以及在工業(yè)酒精中加生石灰蒸餾制得無(wú)水乙醇等要連續(xù)進(jìn)行多次汽化和冷凝，分別出的物質(zhì)仍舊是混合物，只不過(guò)沸點(diǎn)范圍不同，如對(duì)石油進(jìn)行常壓、減壓分餾后可以得到沸點(diǎn)范圍不同的多種餾分3．分餾、裂化、裂解的區(qū)分(1)石油分餾屬于物理改變，由于石油中有些物質(zhì)的沸點(diǎn)很接近，所以分餾產(chǎn)物一般為混合物。分餾時(shí)沸點(diǎn)低(相對(duì)分子質(zhì)量小)的烴類先汽化，沸點(diǎn)高(相對(duì)分子質(zhì)量大)的烴類后汽化。(2)石油分餾所得汽油為直餾汽油，多為飽和烴。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不飽和烴，能與鹵素單質(zhì)反應(yīng)，因而當(dāng)用汽油萃取水中鹵素單質(zhì)時(shí)，需選用直餾汽油。(3)石油的裂化和裂解方法裂化裂解原理在肯定條件下把相對(duì)分子質(zhì)量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量較小、沸點(diǎn)較低的烴在高溫下，把石油分餾產(chǎn)品(包括石油氣)中相對(duì)分子質(zhì)量較大的烴斷裂為乙烯、丙烯等小分子烴反應(yīng)條件加熱、運(yùn)用催化劑比裂化更高的溫度目的為了提高輕質(zhì)液體燃料(優(yōu)質(zhì)汽油等)的產(chǎn)量和質(zhì)量為了獲得乙烯、丙烯等小分子烴，用作有機(jī)化工原料主要改變類型化學(xué)改變化學(xué)改變1．下圖為試驗(yàn)室石油分餾的裝置圖，回答下列問(wèn)題：(1)裝置中的玻璃儀器有____________________________________。(2)蒸餾燒瓶中要加入碎瓷片，碎瓷片的作用是____________。(3)溫度計(jì)的水銀球的位置為_(kāi)___________________。(4)冷凝管的冷卻水的進(jìn)水口為_(kāi)_______(填“a”或“b”)。答案(1)酒精燈、蒸餾燒瓶、溫度計(jì)、冷凝管、牛角管、錐形瓶(2)防止液體暴沸(3)與蒸餾燒瓶的支管口相平(4)a2．下列說(shuō)法正確的是()A．石油是混合物，其分餾產(chǎn)品汽油為純凈物B．煤油可由石油裂化獲得，可用做燃料和保存少量金屬鈉C．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石油分餾獲得的汽油和石油裂化獲得的汽油答案D解析石油是多種烷烴和環(huán)烷烴等的混合物，其分餾產(chǎn)品汽油仍為混合物，故A錯(cuò)誤；煤油是石油的分餾產(chǎn)品之一，能用于金屬鈉的保存，同時(shí)還是一種燃料，故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)石油裂解獲得，故C錯(cuò)誤；分餾獲得的汽油中的主要成分是飽和烴，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，故D正確。規(guī)律方法直餾汽油中不含不飽和烴，可用作鹵素單質(zhì)的萃取劑；而裂化汽油含有不飽和烴，易與鹵素單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，故不能用作鹵素單質(zhì)的萃取劑。二、石油裂解、乙烯1．為什么甲烷燃燒沒(méi)有黑煙，而乙烯燃燒有黑煙？提示：因?yàn)榧淄榉肿永锖剂康?，燃燒充分；乙烯分子里含碳?85.7%)比較大，未完全燃燒，產(chǎn)生碳的小顆粒。2．乙烯能使酸性KMnO4溶液和溴的CCl4溶液褪色，二者的褪色原理是否相同？提示：二者褪色原理不同。乙烯使酸性KMnO4溶液褪色是因?yàn)橐蚁┌l(fā)生氧化反應(yīng)，KMnO4將乙烯氧化成CO2；乙烯使溴的CCl4溶液褪色是因?yàn)橐蚁┡cBr2發(fā)生加成反應(yīng)。1．乙烯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)1個(gè)乙烯分子比1個(gè)乙烷分子(C2H6)少2個(gè)氫原子，乙烯分子中的單鍵可以旋轉(zhuǎn)，碳碳雙鍵不能旋轉(zhuǎn)，分子里碳原子之間的共價(jià)鍵是雙鍵，并且乙烯分子中的2個(gè)碳原子和4個(gè)氫原子都處于同一平面內(nèi)，它們彼此之間的鍵角都是120°。(2)乙烯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式不行以寫(xiě)成CH2CH2，而應(yīng)寫(xiě)成CH2=CH2，即必需把其中的碳碳雙鍵體現(xiàn)出來(lái)，碳碳雙鍵肯定不能省略。(3)由于乙烯碳碳雙鍵中的兩個(gè)碳碳鍵不完全相同，其中一個(gè)鍵不穩(wěn)定，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)易斷裂，因此乙烯的化學(xué)性質(zhì)活潑。2．乙烯的加成反應(yīng)(1)CH2=CH2＋H2eq\o(→,\s\up17(催化劑),\s\do15(△))CH3CH3；(2)CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up17(肯定條件))CH3CH2OH(工業(yè)制酒精)；(3)CH2=CH2＋HCleq\o(→,\s\up17(催化劑),\s\do15(△))CH3CH2Cl(工業(yè)制氯乙烷)。3．加成反應(yīng)與取代反應(yīng)的比較4．乙烯的用途(1)乙烯是石油煉制的重要產(chǎn)物之一，乙烯的產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)記。(2)乙烯是重要的化工原料，用來(lái)制造聚乙烯塑料、聚乙烯纖維、乙醇等。(3)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中做植物生長(zhǎng)調(diào)整劑和催熟劑。學(xué)問(wèn)拓展(1)乙烯屬于易燃、易爆氣體，在點(diǎn)燃之前肯定要先檢驗(yàn)純度。檢驗(yàn)乙烯純度的方法與檢驗(yàn)氫氣、甲烷純度的方法相同。乙烯燃燒伴有黑煙是因?yàn)橐蚁┲刑荚氐馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)較大。(2)乙烯使酸性高錳酸鉀溶液褪色，是因?yàn)榘l(fā)生氧化反應(yīng)，酸性高錳酸鉀溶液能把乙烯最終氧化為CO2和H2O。酸性高錳酸鉀溶液可以用來(lái)鑒別甲烷和乙烯，但不能用來(lái)除去甲烷中的乙烯。(3)乙烯使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色，是因?yàn)榘l(fā)生加成反應(yīng)。溴水可用來(lái)鑒別甲烷和乙烯，也能除去甲烷中的乙烯。3．下列有關(guān)乙烯化學(xué)性質(zhì)的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是()A．乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，是由于乙烯發(fā)生了氧化反應(yīng)B．乙烯可在氧氣中燃燒，該反應(yīng)屬于乙烯的氧化反應(yīng)C．乙烯能使溴的四氯化碳溶液褪色，該反應(yīng)屬于加成反應(yīng)D．將乙烯通入溴水中，反應(yīng)后得到均一、透亮的液體答案D解析A項(xiàng)，乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，是由于乙烯能夠被酸性KMnO4溶液氧化，即乙烯發(fā)生了氧化反應(yīng)，正確；B項(xiàng)，乙烯可在氧氣中燃燒，該反應(yīng)中乙烯被氧氣氧化，正確；C項(xiàng)，乙烯與溴發(fā)生加成反應(yīng)，使溴的四氯化碳溶液褪色，正確；D項(xiàng)，乙烯與溴發(fā)生加成反應(yīng)，生成的1,2-二溴乙烷是油狀液體，不溶于水，溶液分層，錯(cuò)誤。4．下列操作中，既可以鑒別甲烷和乙烯，又可以除去甲烷中混有的少量乙烯的是()A．氣體通過(guò)盛有酸性KMnO4溶液的洗氣瓶B．氣體通過(guò)盛有足量溴水的洗氣瓶C．氣體通過(guò)盛有足量蒸餾水的洗氣瓶D．在肯定條件下通入HCl氣體答案B解析A項(xiàng)，乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，最終乙烯被氧化成二氧化碳和水，生成的二氧化碳?xì)怏w又混在甲烷氣體中，所以不能用此法來(lái)除去混在甲烷中的少量乙烯，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，乙烯和溴水發(fā)生加成反應(yīng)而使溴水褪色，加成產(chǎn)物1,2-二溴乙烷為液體，所以既能用溴水鑒別甲烷和乙烯，又能用溴水除去甲烷中的少量乙烯，正確；C項(xiàng)，用水洗的