初中科学华师大版九年级上册3 煤、石油和天然气教案及反思

4.3 煤、石油和天然气

【教学目标】

1．了解煤、石油和天然气的综合利用，特别是石油的利用；

2．掌握石油的裂化和裂解。

【教学重难点】

1．石油的分馏、裂解、裂化，煤的干馏；

2．分馏与干馏的区别。

【教学过程】

一、石油和天然气

1．石油的炼制和石油化工。

（1）石油的组成成分和特点：

①组成元素：主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素。

②组成物类别：主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物。

③组成物度状态：大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。

（2）石油炼制和加工的目的：

①一方面是将石油中的混合物进行一定程度的分离使它们物尽其用。

②另一方面，将含碳原子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为基本有机化工原料，以提高石油的利用价值。

（3）石油炼制和加工的方法：

①分馏：利用原油中各组分的沸点不同进行分离（蒸发冷凝）的过程。  所得馏分仍为混合物。分馏---物理变化！

A．常压分馏：以原油为原料，产品为石油气、汽油、煤油、柴油、重油等含碳原子少的轻质油。

B．减压分馏：以重油为原料，产品为柴油、润滑油、石蜡、燃料油、沥青等。

C．减压原理？

石油通过分馏获得的汽油、煤油、柴油等轻质油的产量低，仅占石油总产量的25％左右。远远不能满足社会的需求，为了提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量，采用裂化的方法从重油中获取轻质油。

②裂化：

A．在一定的条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。裂化---化学变化！

例如，在加热、加压和催化剂存在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：

B．裂化的分类：

热裂化：

目的：提高汽油的产量。

缺点：温度过高，易发生碳化结焦现象。

催化裂化：

目的：提高汽油的质量和产量。

催化剂：硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）。

③裂解：

定义：所以说裂解就是深度裂化（700 -1000℃）。

目的：获得短链不饱和烃。

产品：它除了主要含有乙烯、丙烯、丁烯（三烯）等不饱和烃外，还含有甲烷、乙烷、氢气、硫化氢等。

产品应用：合成纤维工业、塑料工业、橡胶工业等方面得到广泛应用。

己烷裂解：

2．天然气的利用：

A．天然气的来源？

B．请列举出一些天然气的用途。

作燃料、化工生产的原料。例如，合成氨所需的氢气、制乙烯、制甲醇、合成液体燃料。

二、煤的综合利用

1．煤的成分：

组成元素：主要含碳外还含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机矿物质。

组成物类别：煤是有机物和无机物组成的复杂混合物。

2．煤的干馏：

将煤隔绝空气加强热使其分解的过程叫煤的干馏。是一个化学变化过程。（焦化）。

（1）石油的分馏和煤的干馏的区别？

（2）煤干馏的主要目的？获得优质焦炭。

（3）装置：

（4）产品：焦炉气、焦碳、煤焦油、水溶液、氢气、甲烷、C、苯，甲苯、氨、案盐

乙烯、CO、萘等。

3．煤的气化与液化：

（1）煤的气化：

① 含义：将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。

② 反应原理：煤气化的主要化学反应是碳和水蒸气的反应C+H2O（g）=== CO＋H2．这是一个吸热反应，所需热量一般由同时进行的碳的燃烧反应来提供。C＋O2 ===CO2．

（2）煤的液化：

①煤的液化：将煤转化为液体燃料的过程。煤的液化分为直接液化和间接液化两个途径。

②直接液化：

过程：煤（与适当的溶剂混合）＋氢气→液体燃料（高温高压）。

产品：主要产品→汽油、煤油、芳香烃、其它化工原料、副产燃料气、液化石油气、硫磺和氨等。（内蒙古镁制油装置）。

③间接液化：（气化-液化法）。

过程：首先把煤转化为H2，CO和CH4．然后用催化剂把气态物质转变为烃类燃料、醇类燃料及化学品等。

优点：间接液化的条件温和，几乎不依赖煤的种类，关键是催化剂的选择。

缺点：投资运行成本高，工业化生产受限。

前景：我国煤炭资源相对比较丰富，加快煤制油的发展对经济可持续发展意义深远。

三、煤化工和天然气化工的发展——碳化学

1．一碳化学：以分子中只含一个碳原子的化合物（如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等）为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。

也可以说，一碳化工就是新一代的煤化工和天然气化工。

2．煤气化的主要反应：

2C＋O2 =2CO；

C+H2O =CO＋H2；

CO+H2O =CO2＋H2．

高温：

3．天然气重整：CH4＋H2O == CO＋3H2．

4．使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的产物，这就是合成气化学，由CH4，CH3OH等含一个碳原子，通过催化反应直接生成新的化合物，叫甲烷化学和甲醇化学。