高中苏教版 (2019)第一单元 化石燃料与有机化合物课前预习ppt课件

这是一份高中苏教版 (2019)第一单元 化石燃料与有机化合物课前预习ppt课件，共57页。PPT课件主要包含了天然气的利用甲烷，基础实验，石油炼制乙烯，观察思考，乙烯的物理性质，乙烯的化学性质，乙烯与氧气的反应，乙烯的性质实验，酸性高锰酸钾溶液褪色，溴的红棕色很快褪去等内容，欢迎下载使用。

煤、石油和天然气等化石燃料是人们熟悉的物质，也是提高生活水平、发展国民经济、加强国防建设的重要资源。从化石燃料中能获得许多重要的有机化工原料。
我国西部丰富的天然气资源通过“西气东输”工程已在人们的日常生活和经济发展中发挥了巨大的作用，也为西部大开发和有效治理大气污染创造了条件。根据近年的勘察，我国先后在渤海、黄海、东海和北部湾等海域发现了多个较大的油气盆地。据《BP世界能源统计年鉴》统计，截至2016年底，我国石油的探明储量已高达35亿吨，但由于人口众多，我国的人均石油拥有量与世界平均水平之间仍存在着较大的差距。
天然气往往在地层与煤、石油伴生，其主要成分是甲烷，它是最简单的有机化合物。在我国南海和东海的海底已经发现了储量较大的天然气的水合物，并在南海成功进行了试开采。这种水合物外形似冰，被人们称为“可燃冰”。“可燃冰”的发现与开采，将在一定程度上帮助我们缓解目前面临的能源紧缺问题。
甲烷是一种无色、无味、难溶于水的气体，熔点为-182.5℃，沸点为-164℃，密度比空气小。
碳原子的最外层有4个电子，可以和其他原子形成4对共用电子对。甲烷分子中碳原子最外层的4个电子分别与4个氢原子的电子形成4个C一H共价键，其分子式为CH4。
从上图搭建的球棍模型可以看出，甲烷分子具有正四面体空间结构。与甲烷类似，有机化合物分子都有着一定的空间结构，这与有机物的性质有着密切的关系。 甲烷性质稳定，不与强酸、强碱、KMnO4等物质反应。
甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水。与许多气体燃料相比，在相同的条件下，等体积甲烷燃烧释放出较多的热，且燃烧后的产物可直接参与大气循环，所以甲烷是一种高效而洁净的燃料。
甲烷和氯气的混合气体在光照下发生反应，瓶壁上有油状液体生成物附着。这是因为甲烷和氯气在光照条件下发生了下列反应：
在上述反应中，甲烷分子里的4个氢原子逐步被氯原子取代，生成一系列甲烷的氯取代物，如一氯甲烷(CH3Cl，常温下呈气态)、二氯甲烷 (CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)和四氯化碳(CCl4)等，后三种生成物在常温下均为油状液体。像这样，有机化合物分子中的某种原子(或原子团) 被另一种原子 (或原子团) 所取代的反应，叫作取代反应。
从石油炼制的产品中可以获得一系列与甲烷结构很相似的化合物，如乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等，它们的结构简式分别为CH3CH3、CH3CH2CH3，结构式如下图所示:
这些有机化合物都由碳、氢两种元素组成，我们称之为碳氢化合物，又叫烃。在甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等分子中，碳原子都以碳碳单键相连，其余的价键均用于与氢原子结合，达到“饱和”，这一系列化合物被称为烷烃。
烷烃的分子组成可用通式CnH2n+2(n代表分子中碳原子的个数)表示。分子中含1~10个碳原子的烷烃，按分子中碳原子的数目依次称它们为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、已烷、庚烷、辛烷、壬烷和癸烷。如果分子中碳原子数超过10个，就直接根据碳原子数称之为某烷。例如，我们将C16H34称为十六烷。 我们把这些结构相似、分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。
石油是一种重要的化石燃料，其组成元素主要是碳和氢，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素。石油中含多种液态烃，并溶有少量的气态和固态烃。 通过炼制，我们可以从石油中获得多种有机化合物，石油炼制与国民经济发展的关系十分密切，无论工业、农业、交通运输，还是国防建设都离不开石油产品。分馏、催化裂化、裂解等都是炼制加工石油的常用手段。
观察实验室蒸馏石油的实验，分析有关操作和现象。在250 mL蒸留烧瓶中加入100 mL石油和一些沸石 (或碎瓷片) ，按图所示装置进行实验，分别收集60~150℃、150~300℃温度段的馏分。1.观察装置中温度计水银球的位置，并分析这样放置的原因。
2.观察实验中冷凝管内冷凝水的流向，并说明这样做的理由。3.结合下图说明石油分馏收集得到60~150℃、150~300℃温度段馏分的主要成分。分别取少量馏分点燃，观察并比较燃烧的现象。
加热石油时，沸点低的成分先汽化，经冷凝后收集，沸点较高的成分随后汽化、冷凝，这样不断操作，能使沸点不同的成分(馏分)逐步分离出来。这一过程在石油工业中是在分馏塔内进行的，称为石油分馏。
石油分馏得到的各种馏分都是混合物，各馏分含有沸点相近的若干种烃，各种烃分子中含有的碳、氢原子数各不相同。随着馏分中烃分子含有的碳原子数增加，碳链增长，相对分子质量增大，它们的沸点也逐渐升高。
为了提高石油分馏产品中低沸点的汽油等轻质油的产量和质量，可以用石油分馏产品中沸点较高的馏分为原料，在加热、加压和催化剂存在条件下，使相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂成相对分子质量较小、沸点较低的烃。石油在这种加工炼制过程中发生催化裂化。例如，相对分子质量较大的十六烷就可以被裂化为含8个碳原子的烷烃和烯烃。
常温下为无色、稍有气味的气体，比空气轻，难溶于水。
注：产生黑烟是因为乙烯中含碳量高，燃烧不充分。
（1）乙烯与酸性高锰酸钾的反应。
5C2H4+ 12KMnO4 + 18H2SO4= 12MnSO4+10CO2+28H2O+6K2SO4
乙烯能够被氧化剂氧化。
（2）乙烯的加成反应：
加成反应：有机物分子中双键（或三键）连接的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。
如果想要获得碳原子数更小的烃类(如乙烯)，我们就需要对石油分馏产物 (包括石油气)中的长链烃进行裂解，以比裂化更高的温度 (700 ~ 800℃，有时甚至高达1000℃以上)，使这些长链烃断裂成乙烯(CH2=CH2)、丙烯(CH3—CH=CH2)等气态短链烃。
汽油的辛烷值经催化裂化得到的汽油，称为裂化汽油，它就是汽油的基础油，但这种基础油抗爆性较差，无法直接使用。汽油的不完全燃烧造成发动机强烈震动，导致输出功率下降、机件受损。若想提高裂化汽油的抗爆性，必须向其中加入抗爆性优良的成分。早期使用的抗爆剂是四乙基铅，但由于其易造成环境污染，现已被淘汰，改用甲基叔丁基醚(MTBE) 等。
为确定所使用的某种汽油在气缸内的抗爆震能力，常常选择最理想的抗爆剂——异辛烷 (2,2,4-三甲基戊烷) 为参照标准，这就是通常所说的辛烷值，其值越高表示抗爆性越好。不同结构的烃类，具有不同的抗爆震能力。异辛烷的抗爆性好，其辛烷值定为100。正庚烷的抗爆性差，其辛烷值定为0。其他的碳氢化合物也有不同的辛烷值，有可能小于0(如正辛烷)，也有可能大于100(如甲苯)。
汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料进行的。调节标准燃料组成的比例，使标准燃料产生的爆震强度与试样相同，此时标准燃料中异辛烷所占的体积分数就是试样的辛烷值。如某种标号的汽油与含异辛烷90%、正庚烷10%的标准汽油具有相同的抗爆性，则该汽油的辛烷值为90。我们常用的93#汽油的辛烷值为93，就代表与含异辛烷93%、正庚烷7%的标准汽油具有相同的抗爆性，以此类推，97#汽油就是与含异辛烷97%、正庚烷3%的标准汽油抗爆性相同。
石油裂解的化学过程比较复杂，生成的裂解气也是成分复杂的混合气体。经过净化和分离后，我们才能得到纯度较高的乙烯、丙烯等基本有机化工原料。目前石油裂解已经成为生产乙烯的主要方法。
乙烯和乙烷都属于烃类，但两者的组成不同，分子中原子间的成键方式也有差异。乙烷分子中的化学键都是单键，乙烯分子中含有双键和单键，乙烯中6个原子都在同一平面上。乙烷的化学性质比较稳定，乙烯相对比较活泼。
乙烯能被酸性高锰酸钾溶液氧化，使酸性高锰酸钾溶液褪色。乙烯和溴的四氯化碳溶液反应时，乙烯分子双键中的一个键断裂，两个碳原子分别与一个溴原子结合，生成无色的1, 2-二溴乙烷，可观察到反应液的橙红色褪去。
2个碳原子和4个氢原子在同一平面上
2个碳原子和6个氢原子不在同一平面上
注意：乙烷的化学性质比较稳定，乙烯相对比较活泼。
我们把有机物分子中双键(或三键) 连接的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应，叫作加成反应。研究发现，乙烯在一定条件下还能与水、氢气、卤化氢 (用HX表示，其中X代表卤素原子) 等发生加成反应。
烷烃是饱和的碳氢化合物。碳原子所结合的氢原子数小于饱和烃里的氢原子数的碳氢化合物属于不饱和烃。不饱和烃除了含有碳碳双键的烯烃外，还有含碳碳三键的炔烃。乙炔是最简单的炔烃，分子式为C2H2，乙炔分子中4个原子都在同一条直线上。
乙炔的加成反应加成反应是不饱和碳碳键所具有的特征反应，乙炔也可以发生加成反应。例如，乙炔与足量溴的四氯化碳溶液反应，分子中碳碳三键中有两个键可以断裂发生加成反应，每个碳原子与两个溴原子结合，生成新的物质。
煤是由有机物和无机物所组成的复杂混合物。煤中含量最高的元素是碳，其次是氢和氧，另外还有少量的硫、磷、氮等元素。
煤的气化、液化和干馏是煤综合利用的主要方法，利用这些加工手段可以从煤中获得多种有机化合物。
使煤隔绝空气加强热，使其分解的过程
把煤中的有体内物转化为可燃性气体的过程
把煤转化为液体燃料的过程
焦炭、煤焦油、焦炉煤气等
液体燃料（柴油、汽油等）
煤的气化就是把煤转化为可燃性气体的过程。在高温下，煤和水蒸气作用得到CO、H2等气体，可作为燃料或化工原料气。 煤的液化是把煤转化为液体燃料的过程。在高温、催化剂存在条件下，煤和氢气作用可以得到液体燃料，也可以获得洁净的燃料油(汽油、煤油、柴油等)和化工原料。
煤的干馏是将煤隔绝空气加强热，使其发生复杂的变化，得到焦炭、煤焦油、焦炉煤气、粗苯和粗氨水等。从煤干馏得到的煤焦油、粗苯中均可分离出苯、甲苯和二甲苯等有机化合物，利用这些有机化合物可以制得染料、化肥、农药、洗涤剂、溶剂和多种合成材料。
从煤焦油中分离得到的苯是一种重要的化工原料。苯的分子式是C6H6，它是一种无色、有特殊气味的液态烃。苯具有较强的挥发性，有毒，使用苯时应注意防护，并保持良好的通风条件。
我国的炼焦和煤化工产业的生产规模和产能巨大，传统的煤干馏工艺能耗大，对环境有一定的影响。目前，煤焦工艺改造以清洁能源产业要求为目标，探索清洁高效的气体燃烧技术和提升能源利用效率，实现污染气体零排放和CO2气体低排放，建构清洁高效的煤干馏工艺过程。同时，新型煤化工将向煤炭—能源化工一体化方向转型，以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，减轻燃煤造成的环境污染，降低对进口石油的依赖，促进煤化工的绿色发展。
苯的物理性质： 无色带有特殊气味的液体，比水轻，不溶于水，易挥发，蒸气有毒，沸点80.1℃，熔点5℃。
实验证明，苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色，也不能被酸性高锰酸钾溶液氧化，这说明苯分子中不存在碳碳双键，也不具有碳碳单键和碳碳双键交替出现的结构。研究表明，苯分子的碳碳键是一种介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊共价键。苯分子中6个碳原子连接成平面正六边形，每个碳原子分别结合1个氢原子，分子中6个碳原子和6个氢原子完全等价。人们称苯的这种特殊结构为苯环结构。
苯具有可燃性，完全燃烧生成水和二氧化碳。苯在空气中不易燃烧完全，燃烧时会有明亮的火焰，并伴有浓烟产生。
在一定条件下，苯能发生多种化学反应，苯分子中的氢原子可被其他原子或原子团所取代，生成一系列重要的有机化合物。例如，苯能与浓硝酸在浓硫酸作催化剂和一定的温度条件下发生取代反应，生成硝基苯和水。
苯与高酸性锰酸钾和溴水的反应：
上层橙黄色，下层几乎无色
产生明亮的火焰，并伴有浓烟
苯发生取代反应得到一系列生成物，如氯苯、溴苯、苯磺酸(右图)，它们都是重要的有机化工原料，常被用来合成多种染料、医药、农药和炸药等。
有机化合物分子中的基团有机化合物分子失去一个原子或原子团剩余的部分被称为基团。常见的基团有甲基 (—CH3)、乙基 (—C2H5)、羟基(—OH) 等。如一氯甲烷 (CH3Cl) 分子可以看成是由甲基(—CH3) 原子团和氯原子结合而成的；硝基苯分子可以看成是由苯基 (—C6H5) 原子团和硝基 (—NO2) 原子团结合而形成的。