人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用学案

这是一份人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用学案，共7页。
知识点一 煤、天然气的综合利用
1．煤的组成
2．煤的综合利用
3.天然气的组成和利用
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)煤、石油和天然气是不可再生能源，也是新型清洁能源。(×)
(2)煤的液化与一般物质液化原理相同。(×)
(3)将煤在空气中强热分解的过程为煤的干馏。(×)
煤的干馏、气化和液化属于什么变化？
提示：化学变化。
知识点二 石油的综合利用
1．组成：石油是由多种碳氢化合物组成的混合物。
2．综合利用
(1)分馏
①定义：利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程叫做石油的分馏。
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，但其产量难以满足社会需求，而含碳原子多的重油却供大于求。
(2)催化裂化
①目的：将重油裂化为汽油等物质。
②例如：C16H34eq \(―――――→,\s\up10(催化剂),\s\d10(加热、加压))C8H18＋C8H16。
(3)裂解
①目的：得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。
②例如：C8H18eq \(――――→,\s\up10(催化剂),\s\d10(加热、加压))C4H10＋C4H8
C4H10eq \(――――→,\s\up10(催化剂),\s\d10(加热、加压))CH4＋C3H6
C4H10eq \(――――→,\s\up10(催化剂),\s\d10(加热、加压))C2H6＋C2H4。
(4)催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的调整，使链状烃转化为环状烃。
3．三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维，这三大合成材料，是以煤、石油和天然气为原料生产的。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)石油产品汽油、煤油、石蜡均为烃类物质。(√)
(2)石油的分馏、裂化和裂解均为化学变化。(×)
(3)裂化的目的为了提高汽油的质量与产量。(√)
(4)重油的裂化可以得到裂化汽油。(√)
1．煤的加工方法常有哪些？
提示：煤的干馏、煤的气化和煤的液化。
2．石油的裂化和裂解有何区别与联系？
提示：裂化是为了提高汽油的产量和质量，而裂解采用比裂化更高的温度，是为了获得大量的乙烯、丙烯等不饱和气体产物；裂化温度一般不超过500 ℃，而裂解温度一般在700～1 000 ℃，因此裂解是深度裂化。
3．分馏汽油和裂化汽油有何区别？如何区分二者？
提示：分馏汽油是饱和烃的混合物，裂化汽油中含不饱和烃；可用溴的四氯化碳溶液区分它们。
4．我国在南海北部神狐海域进行的“可燃冰”试开采获得成功，标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产量的国家，为可燃冰的开采迈出了重要的一步。可燃冰是一种由天然气与水在低温(0～10 ℃)、高压(>107Pa)条件下形成的类冰状结晶物质，又名天然气水合物。有人认为“可燃冰的开采和利用实现了由水变成油的梦想”，这种说法对吗？
提示：不对。因为可燃冰中含有CH4和H2O，可燃冰中并不是只有H2O，是其中的可燃性成分CH4的作用。
1．化学“三馏”的比较
注意：(1)石油常压蒸馏时所得馏分的先后顺序为石油气(C4以下)、汽油(C5～C11)、煤油(C11～C16)、柴油(C15～C18)、重油(C20以上)等。
(2)减压可以降低物质的沸点，石油的减压蒸馏可以在较低温度下，使重油、柴油等常压蒸馏产品继续分离，可得到燃料油、润滑油、石蜡等石油产品。
2．化学中“两裂”的比较
3．化学“六气”的主要成分
1．煤是“工业的粮食”，石油是“工业的血液”，有关煤和石油加工的说法正确的是( )
A．煤的干馏产物主要是各类有机物
B．石油的裂解、分馏和煤的干馏都属于化学变化
C．煤焦油经过分馏可得到苯、甲苯等，说明煤中含有苯和甲苯
D．石油的裂化，说明长链烃在高温条件下可以分解为短链烃
D [煤的干馏产物有粗氨水、煤焦油、焦炉气和焦炭等物质，其中焦炭居多，为无机物，故A错误；石油的分馏属于物理变化，故B错误；煤通过干馏得到苯、甲苯、二甲苯等有机物，但本身不含有苯等芳香烃，故C错误；石油的裂化、裂解是在一定条件下将长链的烃断裂为短链的烃的过程，烃在加热条件下是可以分解的，且碳链越长越易分解，故D正确。]
2．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．以煤、石油和天然气为原料，可生产塑料、合成橡胶和合成纤维
C [植物油是由C、H、O三种元素组成的有机物，不属于碳氢化合物。]
3．天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应前者大。下列叙述：①天然气与煤、石油相比是较洁净的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一；④用甲烷可生成CCl4；⑤甲烷易完全燃烧，故燃烧甲烷时不必保持空气流通。其中正确的是( )
A．只有①②③ B．只有③④⑤
C．只有①②④ D．①②③④⑤
C [天然气燃烧主要产生CO2和H2O，对环境污染小，与煤、石油相比是比较清洁的能源；等质量的CH4和CO2相比，前者的物质的量大，由题给信息知产生的温室效应前者大；燃烧天然气不是酸雨的成因之一；甲烷和氯气在光照条件下可以发生取代反应；甲烷燃烧时若空气不流通可能会发生爆炸。]
4．由于我国煤储藏量相对比石油和天然气丰富，能源消费以煤为主。将原煤作为燃料燃烧，既严重污染环境，效率又不高，因而国家大力提倡煤的综合利用。实施“煤变油”，其原理之一是先将煤与水蒸气反应制得水煤气(CO和H2)，再催化合成甲醇或烃类等液态能源。
(1)用CO和H2合成甲醇(CH3OH)的化学方程式是____________________
_______________________________________________________。
(2)用CO和H2合成烃(CnHm)的化学方程式是________________________
___________________________________________________________________。
(3)气化和液化的优点是_______________________。
[答案] (1)CO＋2H2eq \(―――→,\s\up10(催化剂))CH3OH
(2)nCO＋eq \f(m＋2n,2)H2eq \(―――→,\s\up10(催化剂))CnHm＋nH2O
(3)使煤变成清洁能源，提高煤的燃烧效率
1．下列关于化石燃料及其使用的一些说法不正确的是( )
A．煤的气化是指将固态煤粉碎后高温下变为气态，以使煤燃烧时能与氧气充分接触而完全燃烧
B．天然气除可用作清洁燃料外，还可用于合成氨和生产甲醇等
C．石油通过催化裂化过程可将重油裂化为汽油
D．化石燃料是重要的化工原料，乙烯和苯就是分别来自于石油和煤的基本化工原料
A [煤的气化是将固态煤转化为可燃性气体的过程，主要反应的化学方程式为C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up10(高温))CO＋H2，选项A错误；天然气是一种清洁的化石燃料，它作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇等，选项B正确；含碳原子多的重油经过催化裂化过程可得到汽油等物质，选项C正确；天然气、煤和石油都是重要的化工原料，石油裂解可以得到乙烯，煤的干馏可以得到苯，选项D正确。]
2．下列转化不属于煤或石油的综合利用的是( )
A．将煤干馏制得煤焦油和焦炭
B．在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料
C．将煤变为煤饼作燃料
D．将石油裂解制得乙烯等化工原料
[答案] C
3．(素养题)(双选)2020年3月18日据新华社报道，中国海洋石油集团有限公司在渤海莱州湾北部地区获得大型发现——垦利6­1油田，是继千亿方大气田渤中19­6之后，在渤海获得的又一重要油气发现。下列说法中，正确的是( )
A．石油有固定的沸点，所以可进行分馏
B．重油经过催化裂化可以得到汽油
C．在石油加工过程中经过减压蒸馏可得到石蜡油
D．石油分馏所得的馏分是纯净物
BC [石油为混合物，没有固定的沸点，A错误；石油分馏的馏分为混合物，D错误。]
4．含有6个碳原子的烷烃，经催化裂化可生成的烷烃最多有( )
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
C [C6H14裂解的方式可能有下列四种：
C6H14eq \(――――→,\s\up10(催化剂),\s\d10(加热、加压))CH4＋C5H10、
C6H14eq \(――――→,\s\up10(催化剂),\s\d10(加热、加压))C2H6＋C4H8、
C6H14eq \(――――→,\s\up10(催化剂),\s\d10(加热、加压))C3H8＋C3H6、
C6H14eq \(――――→,\s\up10(催化剂),\s\d10(加热、加压))C4H10＋C2H4，
其中CH4、C2H6、C3H8分别为甲烷、乙烷、丙烷，没有同分异构体，而C4H10有2种同分异构体CH3—CH2—CH2—CH3、，因此考虑C4H10的同分异构体，最终生成的烷烃最多有5种。]
5．(素养题)某市家用燃料的更新经历了如图几个过程：
请回答下列问题：
(1)为了使煤充分燃烧，可采取的措施是__________________________________________________________。
(2)煤的气化可产生管道煤气，其主要反应是碳与水蒸气在高温下生成两种常见的可燃性气体，这两种气体是_____________________________。
(3)液化石油气的主要成分是丙烷(C3H8)，丙烷完全燃烧的化学方程式是_______________________________________________。
(4)天然气作燃料比煤更清洁的原因是______________________(答一条即可)。
[解析] (1)为了使煤充分燃烧，可以通入足量的空气或增大固体表面积(即将煤粉碎)。
(2)C＋H2O(g) eq \(=====,\s\up10(高温))CO＋H2，即碳与水蒸气在高温条件下反应生成CO和H2。
(3)丙烷完全燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式：C3H8＋5O2eq \(――→,\s\up10(点燃))3CO2＋4H2O。
(4)天然气燃烧生成二氧化碳和水，无粉尘污染。
[答案] (1)通入足量的空气，将煤粉碎
(2)CO和H2
(3)C3H8＋5O2eq \(――→,\s\up10(点燃))3CO2＋4H2O
(4)减少了粉尘污染(答案合理即可)
学 习 任 务
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。培养“社会责任”的核心素养。
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。培养“科学态度与科学探究”的核心素养。
3．认识化学对于构建清洁低碳、安全高效的能源体系所能发挥的作用，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。培养“科学精神与社会责任”的核心素养。
煤、石油和天然气的综合利用
名称
原理
特点
干馏
隔绝空气加强热使物质分解的过程
属于化学变化，产物为混合物
蒸馏
根据液态混合物中各组分沸点不同，加热使某一组分蒸发进行分离
属于物理变化，产物为单一组分的馏出物
分馏
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
属于物理变化，产物为沸点相近的各组分组成的混合物
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、N2
H2、CO
CH4
C3H8、C4H10
H2、CH4、C2H4、CO
C2H4、C3H6、C4H8、CH4