高中化学必修2 第3课时 煤、石油和天然气的综合利用

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第3课时　煤、石油和天然气的综合利用学业要求核心素养对接1.了解煤、石油、天然气的组成。2.掌握煤、石油、天然气的综合应用。3.认识化学对环境保护的意义。通过煤、石油、天然气的组成及其综合利用，培养学生科学探究与创新意识。[知 识 梳 理]知识点　煤、石油和天然气的综合利用 如图是煤和石油化工的图片，它们究竟是如何获得化工原料的？请完成下列知识点：1．煤的组成和加工①煤的组成②煤的加工方法及产品2．天然气的组成和利用3．石油的组成和加工微判断（1）煤、石油和天然气是不可再生能源，也是新型清洁能源（　　）（2）把煤加强热使之分解的过程叫煤的干馏（　　）（3）化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一（　　）（4）天然气的主要用途就是作燃料（　　）（5）不能用裂化汽油萃取溴水中的溴（　　）答案　（1）×　（2）×　（3）×　（4）×　（5）√微训练1．下列说法中正确的是（　　）A．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来B．将煤在空气中加强热使之分解的过程，称为煤的干馏，也叫煤的焦化C．将石油分馏得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料D．用溴的四氯化碳溶液可鉴别分馏获得的汽油和裂化获得的汽油解析　A项，煤中不含苯和甲苯，煤干馏后从煤焦油或出炉煤气中能分离出来苯和甲苯，错误。B项，煤在隔绝空气加强热的条件下分解的过程称为煤的干馏，而不是在空气中，错误。C项，石油分馏主要得到汽油、煤油等，乙烯、丙烯等可通过石油裂化、裂解获得，错误。D项，分馏获得的汽油主要成分是饱和烃，裂化获得的汽油中含有不饱和烃，二者可用溴的四氯化碳溶液鉴别，正确。答案　D2．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。答案　C微思考1．煤的加工方法有哪些？提示　干馏、气化、液化。2．蒸馏与分馏的主要区别是什么？提示　它们的原理相同，主要区别是蒸馏得到的是单一产品为纯净物，分馏得到的是沸点相近的多种物质的混合物。学习任务　（核心素养）煤、石油、天然气的综合利用 一、知识要点1．“三馏”比较 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2.化学中“两裂”的比较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3.化学“六气”的主要成分  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、CO2H2、COCH4C3H8、C4H10H2、CH4、C2H4、COC2H4、C3H6、C4H8、CH4二、核心素养煤、石油和天然气的综合应用⇒培养学生科学精神与社会责任【素养解题】[典例示范]　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[解题思路]读题干关键词：不属于、煤的综合利用、石油的综合利用考察点：煤、石油的综合利用看选项A.煤的干馏B．煤的液化C．煤直接燃烧D．石油的裂解得答案C三、对点训练1．下列关于燃料的说法错误的是（双选）（　　）A．燃料燃烧产物CO2是温室气体之一B．化石燃料完全燃烧不会造成大气污染C．以液化石油气代替燃油不可减少大气污染D．燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一解析　A项，温室气体包括CO2、CH4等气体，正确；B项，二氧化硫主要来源于煤、石油等化石燃料的燃烧排放的废气，会造成大气污染，错误；C项，用液化石油气减少燃油中硫等杂质燃烧产生的空气污染物，错误；D项，燃料不完全燃烧会产生CO，CO易与血红蛋白结合而阻碍血红蛋白与氧的结合，使人体或动物窒息中毒，是大气污染物之一，正确。答案　BC2．下列说法中错误的是（　　）A．石油是混合物，石油分馏得到的汽油也是混合物B．含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油C．焦炭是煤干馏的一种重要产品D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来解析　石油通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料，但产量不高。通常采用裂化的方法，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，提高汽油的产量。煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素，并不含苯和甲苯。煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。煤焦油是含有多种芳香族化合物的混合物，可以生产芳香族化合物苯和甲苯。答案　D3．我国城市为了减少燃煤造成的大气污染，对于作民用燃料的煤进行了多方面的改进。（1）为了除去煤中的含硫化合物，采用FeCl3脱硫，即用FeCl3溶液浸洗煤粉，发生如下反应：FeS2＋14FeCl3＋8H2O===2FeSO4＋13FeCl2＋16HCl。①该反应中的氧化剂是　　　　，若有1 mol FeS2被除去，则发生转移的电子的物质的量是　　　　。②为了充分利用Fe2＋并减少酸（HCl）污染，本方法中可利用工业废铁屑和氯气让废液重新利用生成FeCl3。请写出这一过程中有关的离子方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________________________。 （2）另一种方法是采用“固硫法”，即在燃料中加入生石灰，使含硫煤在燃烧时生成的SO2不能逸出而进入炉渣中，试用化学方程式表示这一“固硫”过程：_________________________________________________________________、_________________________________________________________________。（3）某城市采用了以油制气代替煤作民用燃料的做法。油制气的主要成分是丙烷，请写出其燃烧的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________。（4）绿色能源是人类的理想能源，不会造成环境污染，下列能源属于绿色能源的是　　　　。　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．氢能源   B．太阳能  C．风能     D．石油解析　（1）反应中FeS2中S由－1价升高至＋6价，每1 mol FeS2被氧化，转移14 mol电子，FeCl3中Fe由＋3价降至＋2价，FeCl3作氧化剂。加入废铁屑是消耗H＋，减少污染，而通入Cl2是氧化Fe2＋。（2）“固硫法”是利用生石灰将SO2转化为CaSO3在高温时被氧化为CaSO4。（3）C3H8燃烧方程式为C3H8＋5O23CO2＋4H2O。（4）氢能源、太阳能、风能属于绿色能源。答案　（1）①FeCl3　14 mol　②Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－（2）SO2＋CaOCaSO3　2CaSO3＋O22CaSO4（3）C3H8＋5O23CO2＋4H2O　（4）ABC [学 考 练]1．下列说法不正确的是（　　）A．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯B．将重油经过裂化可以得到汽油C．将石油裂解制得乙烯等化工原料D．石油裂化的目的是提高汽油等轻质燃料的产量和质量解析　石油分馏得到不同沸点范围的烃的混合物，主要产物是石油气、汽油、煤油、柴油及重油等，A不正确；碳原子数较多的烃经裂化可以得到C5～C11的烷烃和烯烃的裂化汽油，B正确；石油裂解可得到乙烯、丙烯等短链烃，是重要的化工原料，C正确；裂化的目的就是提高汽油等轻质油的质量和产量，D正确。答案　A2．下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是（　　）A．图示实验中发生了化学变化B．实验后水溶液的pH>7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等C．气体Z易燃，可以还原氧化铜D．液体Y是一种纯净物解析　煤的干馏是化学变化，A项正确；所得产物有焦炉气（含有CH4、H2、C2H4、CO等）、煤焦油（不溶于水的一种多成分混合物）、粗氨水、焦炭等，焦炉气中的H2、CO可还原氧化铜，且易燃，C项正确；氨水的pH>7，煤焦油居于水层以下，粗苯密度小于水，在上层，故B项正确；煤焦油中含有多种物质，属混合物，D项错误。答案　D3．下列关于石油的说法不正确的是（双选）（　　）A．石油主要含C、H两种元素B．石油通过催化重整可得到环状烃C．石油裂化是物理变化D．石油分馏得到的汽油是纯净物解析　石油裂化是化学变化。答案　CD4．石油裂解的目的主要是（　　）A．提高轻质液体燃料的产量B．提高汽油的产量C．改善汽油的质量D．获得短链不饱和烃解析　石油裂解的主要目的是获得乙烯、丙烯等工业原料。答案　D5．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种解析　C6H14裂解的方式可能有下列四种：C6H14CH4＋C5H10C6H14C2H6＋C4H8C6H14C3H8＋C3H6C6H14C4H10＋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。答案　C6．如图是石油分馏塔的示意图，a、b、c三种馏分中 （　　）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解析　a、b、c三种馏分均为蒸气，故最上面的熔、沸点最低，c的熔点最高，对应的平均相对分子质量也最大。答案　C7．下列说法正确的是（　　）A．煤的干馏、气化、石油的分馏都是物理变化B．由于煤中含有苯，所以从煤干馏的产品中分离得到苯C．石油没有固定的熔、沸点，但分馏产物有固定的熔、沸点D．石油的裂解气、煤干馏得到的焦炉气都能使酸性高锰酸钾溶液褪色解析　煤的干馏、气化都是化学变化，而分馏是根据液体的沸点不同而分离的方法，是物理变化，A项错误；煤中不含苯，而是经过复杂的物理、化学变化而生成苯等，B项错误；石油及分馏产物都是混合物，没有固定的熔、沸点，C项错误；裂解气、焦炉气中含有烯烃，均能使KMnO4（H＋）溶液褪色。答案　D8．下列说法中，正确的是（双选） （　　）A．煤和石油都是可再生的化石能源，其主要组成元素均为碳、氢元素，二者都是混合物B．煤的干馏和石油的分馏原理相同，都是化学变化C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物D．煤干馏得到的煤焦油，其主要用途就是再经蒸馏得到苯、甲苯等解析　煤和石油属于不可再生能源，A不正确；煤的干馏是化学变化，石油分馏为物理变化，B不正确；煤焦油经蒸馏得到苯、甲苯、二甲苯等，不是高品质燃油，D正确。答案　CD9．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是（　　）A．石油裂解得到的汽油是纯净物B．煤中含有苯、甲苯和二甲苯等物质，通过煤的干馏即可得到这些物质C．石油分馏可以得到轻质液体燃料，煤干馏可获得焦炭、煤焦油、焦炉气等化工原料D．水煤气是通过煤的干馏得到的气体燃料解析　石油裂解产物有烯烃和烷烃，属于混合物，A不正确；煤中不含苯和甲苯，煤干馏后产品中的煤焦油中能分离出苯和甲苯，依据苯和甲苯沸点不同，可以用分馏的方法进行分离，B不正确；水煤气是炭和水蒸气高温反应得到的CO和H2的混合气体，故D不正确。答案　C10．将煤直接作为燃料燃烧，不但热效率较低，且产生烟尘、二氧化硫、氮氧化物等物质，造成严重的环境污染。煤的干馏是提高煤的利用率、生产重要化工原料、降低污染物排放量的有效措施之一。某化学学习小组在实验室条件下探究煤干馏的现象及产物，装置如图所示，请回答有关问题：（1）煤干馏的条件是_______________________________________________。（2）盛有冷水的烧杯的作用是____________________________________________________________________________________________________。（3）实验后检验有粗氨水生成的操作是____________________________________________________________________________________。（4）已知CO不能使溴水褪色，若将从具支试管支管口处逸出的气体通入溴水中，发现溴水褪色，则说明煤的干馏产生了___________________________。（5）点燃尾气，火焰的颜色为_______________________________________。（6）从煤焦油中分离出苯、甲苯、二甲苯的实验方法是____________________________________________________。解析　解答本题的关键是要掌握煤的干馏原理。（1）根据煤干馏的定义可知其条件为隔绝空气加强热。（2）冷水浴的作用是冷凝，使粗氨水和煤焦油冷凝液化。（3）可用湿润的红色石蕊试纸检验是否有NH3逸出。（4）溴水褪色，证明煤干馏过程产生了不饱和烃类物质。（5）CO、CH4等气体燃烧时火焰呈淡蓝色。（6）煤焦油中苯及其同系物与其他成分互溶，可通过分馏的方法将它们分离。答案　（1）隔绝空气加强热（2）使粗氨水和煤焦油冷凝液化（3）将具支试管取出，塞上试管塞并加热，将润湿的红色石蕊试纸放在支管口处，若试纸变蓝，则说明有粗氨水生成（4）不饱和烃类物质（5）淡蓝色　（6）分馏11．实验室用下列仪器组装一套石油分馏的装置，并进行相关实验，可以得到汽油和煤油。（1）写出下列仪器的名称：①　　　　　　；②　　　　　　；③　　　　　　。（2）将以上仪器按从左到右的顺序，用字母a、b、c……进行连接：e接（　）接（　）接（　）接（　）接（　）接（　）接（　）接（　）接（　）。（3）仪器②中A是　　　　（填“进水口”或“出水口”，下同），B是　　　　。（4）蒸馏时，温度计水银球应在　　　　　　　（位置）。（5）在①中注入原油后，加几片碎瓷片的目的是　　　　　　　　　　　　　　。（6）在实验结束后，为了探究石油中是否含有烯烃，某学生用③中的物质做了一个探究实验，其操作、现象及结论是　　　　　　　　　　　　。解析　实验装置的一般安装顺序为“自下而上，从左到右”。冷凝管采用逆流原理，即上口为出水口，下口为进水口；温度计需要测定馏分的温度，所以温度计水银球与蒸馏烧瓶支管口应在同一水平线上，以保证水银球被馏分蒸气包围。答案　（1）①蒸馏烧瓶　②冷凝管　③锥形瓶　（2）c　d　a　k　l　b　f　g　w（3）进水口　出水口（4）蒸馏烧瓶支管口处（5）防止暴沸（6）用一支洁净的试管，取约2～3 mL容器③中的馏出物，再向试管中滴加3～4滴酸性KMnO4溶液（或溴水），若溶液颜色不消失，则石油中不含有烯烃；若溶液颜色消失，则石油中含有烯烃[能 力 练]12．下图是实验室干馏煤的装置图：（1）指出图中仪器名称：a.　　　　，d.　　　　。（2）仪器d的作用是_______________________________________________________________________________________________________________，c中液体有　　　　和　　　　，其中无机物里溶有　　　　，可用　　　　检验出来。有机物可以通过　　　　的方法使其中的重要成分分离出来。（3）e处点燃的气体主要成分有　　　　（填化学式），火焰的颜色是　　　　。解析　本题是关于煤干馏的实验，根据煤干馏的主要产品，b中得到的应是焦炭，c中得到的应是粗氨水和煤焦油，e处点燃的应是焦炉气。其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞溶液等检验；煤焦油主要是苯、甲苯、二甲苯的混合物，应用分馏的方法分离；焦炉气的主要成分有CH4、CO、H2、CH2=== CH2，燃烧时呈淡蓝色火焰。答案　（1）酒精喷灯　烧杯（2）盛装冷水对蒸气进行冷却　粗氨水　煤焦油　氨　酚酞溶液　分馏（3）H2、CH4、CH2===CH2、CO　淡蓝色13．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。解析　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，如看到溴水褪色，则证明有烯烃存在。（2）继续逐滴加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，因为加足量溴水后，生成的卤代烷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。答案　（1）溴水　溴水褪色　烯烃（2）溴水　不褪色　上　酸性KMnO4溶液　溶液褪色　苯的同系物