化学必修 第二册第一节 自然资源的开发利用学案

这是一份化学必修 第二册第一节 自然资源的开发利用学案，共8页。
第3课时 煤、石油和天然气的综合利用
1．结合石油化工了解化学在生产中的具体应用，认识化学工业在国民经济发展中的重要地位。
2．以煤、石油、天然气的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。
煤 、 石油 、 天然气 是目前人类使用的主要能源(化石燃料)。
一．煤的组成及其综合利用
1．煤的组成：
煤是由 有机物 和少量 无机物 组成的复杂混合物，其组成以 碳元素 为主，还含有少量
氢、氧、氮、硫 等元素。
2．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。
高温
（1）煤的干馏是指 将煤隔绝空气加强热使之分解的过程 ，也叫 煤的焦化 。
（2）煤的气化是指 将其转化为可燃性气体的过程 ，主要的反应是： C + H2O（g）=== CO + H2
（3）煤的液化是指通过直接液化或间接液化转化为液体燃料的过程。
二．天然气的组成及其综合利用
天然气是一种清洁的 化石燃料 。
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 化合物组成的 混合物 。
2．石油的综合利用
（1）分馏： 利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程 。
（2）石油经分馏后可以获得 汽油 、 煤油 、 柴油 等含碳原子少的轻质油；还有很多含碳原子多的 重油 需要通过 催化裂化 过程将重油裂化为汽油等，再进一步 裂解 ，可以获得很多重要的化工原料，如 乙烯 、 甲烷 等短链烃。
（3）催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的 重新调整 ，可以使 链状烃
转化为 环状烃 ，如 苯 和 甲苯 等。
四．以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
1.三大合成高分子材料： 塑料 、 合成橡胶 、 合成纤维 ，这三大合成高分子材料主要是以煤、石油、天然气为原料生产的。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。
2.合成高分子化合物的常见反应类型
（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。
如nCH2＝CHCH3eq \(――→,\s\up7(一定条件))
在聚乙烯中，CH2＝CH2称为 乙烯 ； —CH2—CH2— 称为链节； n 称为聚合度，表示高分子化合物中所含链节的数目。
(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：
【总结】化学中的“三馏”、“两裂”和“六气”
1.“三馏”比较:
2.化学中“两裂”的比较:
2.化学“六气”的主要成分
1．关于能源，以下说法中不正确的是（ ）
A．煤、石油、天然气等燃料属不可再生能源
B．煤、石油、水煤气可从自然界直接获取，属一级能源
C．太阳能是一级能源、新能源、可再生能源
D．潮汐能来源于月球引力做功
【答案】B
【解析】A.煤、石油、天然气等化石燃料蕴藏量有限，不可再生，A正确；B.煤、石油等可从自然界直接获取，属一级能源，但水煤气是由焦炭与H2O(g)在高温下反应制取，属二级能源，B错误；C.太阳能既是一级能源、新能源，还是可再生能源，C正确；D.潮汐能来自于月球引力的做功，D正确；答案选B。
2．下列关于煤气、液化石油气和天然气的说法正确的是 （ ）
A.煤气主要成分是氢气、甲烷、乙烯和一氧化碳
B.液化石油气是将甲烷压缩后成为液态的燃料
C.北京奥运会“祥云”火炬和家用打火机所用燃料均为丙烷,它是液化石油气的成分之一
D.家用液化石油气与天然气成分相同,但纯度不同
【答案】C
【解析】焦炉气的主要成分为氢气、甲烷、乙烯和一氧化碳,而煤气的主要成分则为氢气和一氧化碳,A错;液化石油气的主要成分为丙烷和丁烷,B、D错误。
3．下列关于化石燃料的加工说法正确的是（ ）
A．石油裂化主要得到乙烯
B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油
C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气
D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
【答案】C
【解析】石油裂化主要得到更多的液态轻质油，A错误；石油的分馏是指在加热条件下将石油分成不同沸点范围的产物的过程属于物理变化，B错误；煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，其产物有焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气，C正确；由煤制取煤气的过程中，煤中的碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，两者的混合物被称为“水煤气”，这个过程发生的是化学变化，D错误。
4．下列说法不正确的是（ ）
A．煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠
B．煤可与水蒸气反应制成水煤气，水煤气的主要成分为CO和H2
C．汽油、煤油、柴油和植物油都是碳氢化合物
D．以石油、煤和天然气为原料，可生产塑料、合成橡胶和合成纤维
【答案】C
【解析】植物油是由C、H、O三种元素构成的有机物，属于酯类化合物，不属于碳氢化合物。
5．国家游泳中心（俗称“水立方”）采用了高分子膜材料“ETFE”，该材料是四氟乙烯（CF2=CF2）与乙烯（CH2=CH2）发生聚合反应得到的高分子材料，下列说法不正确的是（ ）
A．“ETFE”分子中可能存在“﹣CH2﹣CH2﹣CF2﹣CF2﹣”的连接方式
B．合成“ETFE”的反应为加聚反应
C．CF2=CF2和CH2=CH2均是平面形分子
D．CF2=CF2可由CH3CH3与F2两种物质直接反应制得
【答案】D
【解析】A．“ETFE”是由乙烯和四氟乙烯通过加聚反应生成的高分子化合物，“ETFE”分子中可能存在“﹣CH2﹣CH2﹣CF2﹣CF2﹣”的连接方式，A正确；B．合成“ETFE”的反应为加聚反应，B正确；C．CF2＝CF2和CH2＝CH2均是平面形分子，C正确；D．CH3CH3与F2光照条件下只发生取代反应，无法生成不饱和的有机物，D错误；答案选D。
6．下列说法中正确的是（ ）
A．苯和乙烷都能发生取代反应
B．石油的分馏和煤的干馏都是化学变化
C．工业上可通过石油分馏直接得到甲烷、乙烯和苯
D．乙烯和聚乙烯都能使溴的四氯化碳溶液褪色
【答案】A
【解析】A. 苯和液溴在铁做催化剂的条件下发生取代反应生成溴苯，乙烷和氯气在光照条件下发生取代反应生成氯乙烷，故A正确；B. 石油的分馏是物理变化，煤的干馏是化学变化，故B错误；C. 工业上可通过石油分馏可以直接得到甲烷，分馏是物理变化，得不到乙烯和苯，故C错误；D. 乙烯含有碳碳双键能使溴的四氯化碳溶液褪色，聚乙烯不含有碳碳双键不能使溴的四氯化碳溶液褪色，故D错误；故答案选A。
7．下列关于化石燃料的加工说法正确的是（ ）
A．石油裂化主要得到乙烯
B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油
C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气
D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
【答案】C
【解析】A．催化裂化的目的是得到轻质液体燃料汽油，选项A错误；
B．石油分馏是物理变化，选项B错误；C．煤隔绝空气加强热主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气，选项C正确；D．煤制煤气有新物质一氧化碳和氢气生成，是化学变化，选项D错误。答案选C。
8．我国在“煤变油”技术上已取得了重大突破，达到5吨煤可以合成1吨成品油的水平。下列有关叙述错误的是（ ）
A．煤的组成元素主要是C，还含有少量的H、N、S、O等元素
B．“煤变油”的方法之一是使煤与H2作用生成液态有机物
C．煤之所以能变“油”，是因为煤中含有大量的汽油、柴油和煤焦油
D．煤变成成品油需要经过一系列工艺流程，发生复杂的物理、化学变化才能实现
【答案】C
【解析】本题考查煤的组成及综合利用。煤之所以能变“油”，是通过煤的液化将煤中的有机物转化为可燃性液体燃油，并不是因为煤中含有汽油、柴油和煤焦油。
9．下列有关石油和煤的利用叙述不正确的是（ ）
A．煤的干馏就是将煤隔绝空气在高温条件下使之分解，得到焦炭、煤焦油等物质的过程
B．煤的液化就是将煤转化成甲醇、乙醇等液态物质的过程
C．煤的气化就是将煤在高温条件下由固态转化为气态的物理变化过程
D．石油通过催化裂化，可以获得碳原子数较少的轻质油
【答案】C
【解析】A项，煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，煤的干馏产品主要有焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等；B项，煤的液化是将煤转化为液体燃料(如甲醇等)的过程；C项，煤的气化是将煤转化为气体燃料(如CO、H2)的过程为化学变化；D项，石油的催化裂化是将相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小，沸点低的烃的过程，从而获得轻质油。
10．下列生活用品中主要由合成纤维制造的是 （ ）
A.尼龙绳 B.宣纸 C.羊绒衫 D.棉衬衣
【答案】A
【解析】尼龙绳的主要成分是合成纤维,宣纸的主要成分是纤维素,羊绒衫的主要成分是蛋白质,棉衬衣的主要成分是纤维素。
11．加热聚丙烯废塑料可以得到炭、氢气、甲烷、乙烯、丙烯、苯和甲苯。用如图所示装置探究废塑料的再利用。下列叙述中不正确的是（ ）
A.聚丙烯的链节是—CH2—CH2—CH2—
B.装置乙的试管中可收集到芳香烃
C.装置丙中的试剂可吸收烯烃以制取卤代烃
D.最后收集的气体可作燃料
【答案】A
【解析】A.聚丙烯的链节是—CH2—CH（CH3）—，故A错误；B.加热聚丙烯废塑料可以得到芳香烃苯和甲苯，苯和甲苯的沸点较高，故B正确；C.烯烃可以与溴单质发生加成反应生成卤代烃，故C正确；D.最后收集的气体为氢气和甲烷，可作燃料，故D正确。
12．对煤干馏并检验其中部分产物，装置(夹持装置已略)如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．煤的干馏过程发生复杂的物理、化学变化
B．向b装置的水层中滴入紫色石蕊溶液，溶液变蓝
C．c装置可检验产生的气体中一定含有H2S
D．e装置中产生的现象是固体由黑色变为红色
【答案】C
【解析】煤干馏得到焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油、焦炭，据此分析；A．煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，发生复杂的物理、化学变化，得到焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油、焦炭，故A说法正确；B．煤的干馏得到产物中含有NH3，氨水显碱性，能使紫色石蕊溶液变蓝，故B说法正确；C．焦炉气中含有乙烯，乙烯也能使酸性KMnO4溶液褪色，故C说法错误；D．焦炉气中含有H2、CH4、CO都能还原CuO，使黑色变为红色，故D说法正确；答案：C。
13．聚丙烯是一种合成塑料，由丙烯制备聚丙烯的化学方程式为
____________________________________________________________，
聚丙烯单体的结构简式________，链节________。
【答案】
14．(1)如图是石油分馏塔的示意图。a、b、c三种馏分中________(填字母)。
A．a的沸点最高
B．b的熔点最低
C．c的平均相对分子质量最大
D．每一种馏分都是纯净物
(2)裂化汽油中除含有C5～C11的烷烃外，还含有C5～C11的烯烃及甲苯、二甲苯等苯的同系物。已知甲苯、二甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色。要用化学方法检验某裂化汽油样品中含有烯烃及苯的同系物，实验步骤为
①先逐滴加入________，振荡，如果看到________，则证明有________存在；②继续逐滴加入________至________为止，静置，用分液漏斗分出________(填“上”或“下”)层的裂化汽油样品，再加入________振荡，如果看到________，则证明裂化汽油中有________存在。
【答案】(1)C (2)①溴水 溶液褪色 烯烃
②溴水 不褪色 上 酸性KMnO4溶液 溶液褪色 苯的同系物
【解析】(1)由题图可知，a先分馏出来，c较a、b最后分馏出来，故熔、沸点高低顺序为a＜b＜c，熔、沸点越高，烃中含碳原子数越多，其相对分子质量越大。
(2)因为烯烃可使溴水、酸性KMnO4溶液褪色，而苯的同系物只能使酸性KMnO4溶液褪色，根据这一性质差异，则先用溴水检验烯烃的存在，再用酸性KMnO4溶液检验苯的同系物的存在。①向样品中逐滴加入溴水，振荡，如果看到溴水褪色，则证明有烯烃存在。②继续逐滴加入溴水至不再褪色为止，用分液漏斗分出上层的裂化汽油样品，因为加入足量溴水后，生成的卤代烃及水的密度均比烷烃和苯的同系物大，所以上层应是烷烃和苯的同系物的混合物。向分出的上层样品中加入酸性KMnO4溶液，如果紫色褪去，则证明有苯的同系物存在 。干馏
蒸馏
分馏
原理
隔绝空气加强热使物质分解
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
与蒸馏原理相同
产物
产物为混合物
产物为单一组分的纯净物
产物为沸点不同的各组分组成的混合物
反应
类型
化学变化
物理变化
物理变化
名称
定义
目的
裂化
在一定条件下,把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃
提高轻质油的产量,特别是提高汽油的产量
裂解
在高温下,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
获得短链不饱和烃
高炉
煤气
水煤气
天然气
液化
石油气
焦炉气
裂解气
主要
成分
CO、CO2
H2、CO
CH4
C3H8、
C4H10
C3H6
C4H8
H2、
CH4、
C2H4、
CO
C2H4、
C3H6、
C4H8、
CH4