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高中化学人教版 (新课标)选修2 化学与技术课题3 石油、煤和天然气的综合利用多媒体教学课件ppt
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这是一份高中化学人教版 (新课标)选修2 化学与技术课题3 石油、煤和天然气的综合利用多媒体教学课件ppt，共37页。PPT课件主要包含了煤的气化与液化，知识点1，知识点2等内容，欢迎下载使用。
1.能说出石油、煤、天然气的组成和用途。2.了解石油的分馏、裂化及裂解等化工原理。3.了解煤的干馏、气化和液化。4.了解一碳化学的含义。
一、石油和天然气1.石油的炼制和石油化工(1)石油的成分。石油是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物,元素组成主要含有碳和氢元素,还有少量硫、氧、氮元素。(2)炼制目的。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)石油的分馏。①石油分馏的原理:工业上通过常压分馏和减压分馏的方法,把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物而分离出来。②石油分馏的产品:分馏出来的各种成分叫做馏分。③石油分馏的设备:分馏塔。石油的各种馏分有无固定的沸点?为什么?提示:石油的各种馏分仍然是多种烃的混合物,所以没有固定的沸点。
(4)石油的裂化和裂解。①石油的裂化。a.裂化的目的:获得较多的轻质油,特别是提高汽油的产量。b.裂化的原理:采用催化的方法,在一定条件下,将相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃。②石油的裂解。a.裂解的目的:获得乙烯、丙烯、丁烯等基本有机化工原料。b.裂解的原理:裂解即深度裂化。
直馏汽油和裂化汽油的成分有哪些,如何鉴别?提示:直馏汽油是石油通过直接分馏的方法获得的汽油,因而其主要成分是烷烃、环烷烃等;裂化汽油主要是长链烷烃裂化后得到的饱和烷烃和不饱和烯烃的液态混合物。可见直馏汽油与裂化汽油的成分主要差异在于有无烯烃存在,因此,可用溴水鉴别直馏汽油和裂化汽油。2.天然气的利用(1)直接用作燃料。(2)作为化工生产的原料,可用来制氢气、乙烯、甲醇等。
二、煤的综合利用1.煤综合利用的必要性
2.煤综合应用的三种主要方法
煤的干馏和石油的分馏都是化学变化,煤的液化和气化都是物理变化。对吗?提示:不对。煤的干馏、液化和气化都是化学变化,石油的分馏是物理变化。
三、煤化工和天然气化工的发展——一碳化学1.一碳化学一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CH4、CH3OH等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。2.一碳化工(1)煤气化:主要反应有3.合成气化学合成气化学使用不同催化剂,从合成气制出不同的产物。(1)甲烷化学:由CH4通过催化反应直接生成新的化合物。(2)甲醇化学:由CH3OH通过催化反应直接生成新的化合物。
一、石油化工常用炼制和加工方法1.石油的成分组成石油的基本元素是碳、氢(两者的质量分数之和可达97%~98%),同时还含有少量的硫、氧、氮等,它主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。石油的化学成分主要是各种液态的烃,其中还溶有气态和固态的烃。2.石油炼制和加工的主要目的(1)将石油中烃的混合物进行一定程度的分离,使它们各尽其用,如石油的分馏。(2)将石油中含碳原子数多的烃转变成含碳原子数较少的烃,以提高石油的利用价值,如石油的裂化和裂解。
3.石油的分馏(1)石油分馏的原理。分子中碳原子数不同,烃的沸点就不同。通常情况下,随着烃分子里碳原子数的增多,烃的沸点也相应升高。加热石油,沸点低的烃(分子中碳原子数较少)先汽化,经冷凝液化后分离出来,随着温度的升高,较高沸点的烃再汽化,经过冷凝液化后又分离出来;这样,不断地加热汽化和冷凝液化,就可以把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物,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。
(2)石油分馏的装置。工业上对石油的分馏既有常压分馏又有减压分馏,往往是常压分馏、减压分馏在一起连续进行。(如下流程图)石油分馏工艺流程示意图
(3)减压分馏的原因、原理及目的。①减压分馏原因:随着石油中烃分子里含碳原子数的增大,其沸点会逐渐升高;要把它们从混合物中分离出来,就必须再升高温度。但是,在高温下,高沸点的烃会分解,更严重的还会出现炭化结焦,损坏设备、影响生产。为了解决这一问题,故采用减压分馏。②减压分馏原理:利用外界压强对物质沸点的影响。因为外界压强越大,物质的沸点就越高;外界压强越小,物质的沸点就越低。通过降低分馏塔内的压强,使重油在较低温度沸腾,这一过程称为减压分馏。③减压分馏目的:防止炭化结焦,从重油中分离出润滑油、石蜡等成分。减压分馏的原料是重油。
4.石油的裂化和裂解(1)直馏汽油和裂化汽油的比较。
(2)石油的各种炼制方法的比较。
二、煤的综合利用1.煤的组成和种类(1)煤的组成。煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物。煤除了主要含碳外,还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质。(2)煤的种类。煤可以分为无烟煤、烟煤、褐煤和泥煤,它们的含碳量不同(见下表),发热量也不同,一般含碳量高的,发热量也高。各种煤的含碳量范围
2.煤干馏的主要产品和用途
特别提醒①煤的干馏发生的条件有两个:一是隔绝空气以防止煤燃烧;二是加强热。②煤的干馏发生了复杂的物理、化学变化。③碳、煤、炭三者是相互联系的——都含碳元素,又是相互区别的:碳:化学元素C的名称。煤:远古时代的植物被埋于土中,经长期复杂变化而形成的固体矿物,叫煤或煤炭。炭:碳元素单质中的无定形体——木炭、焦炭、炭黑等。
【例题1】 如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题,将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。
资料一 石蜡是含有20~30个碳原子的烷烃的混合物,常温下呈固态。资料二 石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化,装置如上图。实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化,试管Ⅱ中有少量液体凝结,试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色,实验后闻试管Ⅱ中液体气味,具有汽油的气味。
(1)该装置仪器连接顺序遵循的原则为 ,为保证实验成功,实验前必须进行的操作是 ,装置中较长导管的作用是 。 (2)试管Ⅱ中少量液体凝结说明了 。 (3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了 。 (4)能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴,理由是 。 (5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式: 。 (6)石油裂化的重要意义是 。
解析:仪器连接的顺序应遵循:从下往上,从左到右的原则,装入药品之前要检验装置的气密性。依据石油分馏工业的分馏塔原理,设置了长导管,其作用除导气外,兼起冷凝气体的作用;依据催化裂化原理,下列反应皆有可能发生:
试管Ⅱ中有液体生成,说明生成5个碳原子数以上的烃,因为常温常压下,5个碳原子数以上的烃通常呈液体,试管Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色说明生成常温常压下呈气态的5个碳原子以下的烯烃;由于裂化产物中有烯烃生成,易与溴发生加成反应,所以不能用于卤素单质的萃取;从以上变化可以看出,石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃油,特别是汽油的产量和质量。
答案:(1)从下往上,从左到右 检验装置的气密性导气、冷凝气体(2)裂化生成了5个碳原子数以上的烃(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃(4)不能,因为裂化产物中有烯烃,易与溴发生加成反应,不能萃取溴(6)可提高石油产品中轻质燃油,特别是汽油的产量和质量
【例题2】 煤的干馏是煤气化的重要方法,是煤综合利用最“古老”的方法,也是最简单的方法。所谓煤的干馏是在隔绝空气和高温的条件下,煤可以发生分解,生成固态的焦炭、液态的煤焦油、气态的焦炉气。下面是某实验小组设计的煤干馏实验,装置如图所示。
取约2~3 g的煤粒,在研钵中研磨至粉末状态;用药匙将煤粉放入玻璃管中,在具支试管中加入2 mL水,然后按照如图所示安装好装置;点燃酒精灯,让玻璃管均匀受热后再集中受热,注意观察具支试管中气泡产生的速度;待具支试管中气泡产生的速度基本稳定后,用明火靠近具支试管的支管口处,可以观察到产生的气体能够燃烧。根据上述实验设计回答下列问题:(1)实验结束后,应该先把玻璃导管从溶液中取出,然后再熄灭酒精灯,这样操作的目的是 。 (2)焦炉气是一种混合性的可燃性气体,点燃焦炉气前必须进行 操作,目的是 ,但该实验没有进行此操作,实验中需要多排一会儿气体,至气泡均匀时再点燃。 (3)取下具支试管,可以发现其中的液体分为两层,上层是 ,下层是 ,在溶液中滴加酚酞溶液,溶液显 色,原因是 。
解析:这是实验室中进行煤干馏的实验方法。该题考查了实验安全问题,煤干馏产生的气体的可燃性及煤焦油的成分,值得注意的是煤干馏的产物中含有部分氨气,且煤焦油中多为苯、甲苯等芳香族化合物,不溶于水,实际上煤焦油中有机化合物的成分多达几千种。答案:(1)防止因先撤走酒精灯导致玻璃管内温度降低、压强变小,具支试管中的溶液沿玻璃导管倒吸入热的玻璃管中,使玻璃管炸裂(2)验纯 防止爆炸(3)水溶液 煤焦油 红 溶液中溶解了氨气
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1下列关于煤、石油、天然气等能源的说法正确的是( )A.石油裂解得到的汽油是纯净物B.石油产品都可用于聚合反应C.天然气是一种清洁的化石燃料D.水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料解析:汽油是混合物,石油产品中的烯烃才可以发生聚合反应,水煤气是通过煤的气化得到的。答案:C
2石油减压分馏的目的是( )A.使高沸点的重油进一步分离B.得到更多的重油C.分离得到汽油、煤油等轻质油D.得到高质量的汽油解析:石油分馏有常压分馏和减压分馏两种,减压分馏的目的是使高沸点的重油进一步分离。答案:A
3煤的干馏和石油的分馏,两种变化在本质上的差别是 ( )A.加热的温度不同B.得到的产品不同C.前者要隔绝空气,后者不必D.干馏是化学变化,分馏是物理变化解析:分馏是用加热蒸馏、冷凝的方法把液体混合物分成不同沸点范围的产物,无新物质生成,属于物理过程。煤的干馏是把煤隔绝空气加强热,使煤分解的过程,是化学变化。答案:D
4工业上获得乙烯和丙烯的方法是( )A.石油分馏B.煤的干馏C.石蜡催化裂化D.重油裂解解析:裂解是指石油分馏产物(包括石油气)中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等各种短链气态烃和少量液态烃的过程。答案:D
5煤和石油等化石燃料对促进经济、社会发展起到了重要的作用,这些燃料合理的综合利用是当前节能减排的要求。请回答下列问题:(1)石油分馏是石油炼制的重要环节,这种操作是在 (填设备名称)内完成的。工业上通常用于分馏石油的方法有常压分馏和 ,分馏的目的是 。 (2)石油不仅是重要的燃料,还是重要化工原料的来源,如利用石油生产乙烯。为了使石油分馏产物进一步生成更多的乙烯、丙烯等短链烃而采取 措施。 (3)目前石油资源逐渐匮乏,人们把目光聚集到储量相对丰富的煤上。煤综合利用的主要方法是 、 和煤的气化,煤气化涉及的化学方程式有: (写出第三个化学方程式)。
1.能说出石油、煤、天然气的组成和用途。2.了解石油的分馏、裂化及裂解等化工原理。3.了解煤的干馏、气化和液化。4.了解一碳化学的含义。
一、石油和天然气1.石油的炼制和石油化工(1)石油的成分。石油是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物,元素组成主要含有碳和氢元素,还有少量硫、氧、氮元素。(2)炼制目的。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)石油的分馏。①石油分馏的原理:工业上通过常压分馏和减压分馏的方法,把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物而分离出来。②石油分馏的产品:分馏出来的各种成分叫做馏分。③石油分馏的设备:分馏塔。石油的各种馏分有无固定的沸点?为什么?提示:石油的各种馏分仍然是多种烃的混合物,所以没有固定的沸点。
(4)石油的裂化和裂解。①石油的裂化。a.裂化的目的:获得较多的轻质油,特别是提高汽油的产量。b.裂化的原理:采用催化的方法,在一定条件下,将相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃。②石油的裂解。a.裂解的目的:获得乙烯、丙烯、丁烯等基本有机化工原料。b.裂解的原理:裂解即深度裂化。
直馏汽油和裂化汽油的成分有哪些,如何鉴别?提示:直馏汽油是石油通过直接分馏的方法获得的汽油,因而其主要成分是烷烃、环烷烃等;裂化汽油主要是长链烷烃裂化后得到的饱和烷烃和不饱和烯烃的液态混合物。可见直馏汽油与裂化汽油的成分主要差异在于有无烯烃存在,因此,可用溴水鉴别直馏汽油和裂化汽油。2.天然气的利用(1)直接用作燃料。(2)作为化工生产的原料,可用来制氢气、乙烯、甲醇等。
二、煤的综合利用1.煤综合利用的必要性
2.煤综合应用的三种主要方法
煤的干馏和石油的分馏都是化学变化,煤的液化和气化都是物理变化。对吗?提示:不对。煤的干馏、液化和气化都是化学变化,石油的分馏是物理变化。
三、煤化工和天然气化工的发展——一碳化学1.一碳化学一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CH4、CH3OH等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。2.一碳化工(1)煤气化:主要反应有3.合成气化学合成气化学使用不同催化剂,从合成气制出不同的产物。(1)甲烷化学:由CH4通过催化反应直接生成新的化合物。(2)甲醇化学:由CH3OH通过催化反应直接生成新的化合物。
一、石油化工常用炼制和加工方法1.石油的成分组成石油的基本元素是碳、氢(两者的质量分数之和可达97%~98%),同时还含有少量的硫、氧、氮等,它主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。石油的化学成分主要是各种液态的烃,其中还溶有气态和固态的烃。2.石油炼制和加工的主要目的(1)将石油中烃的混合物进行一定程度的分离,使它们各尽其用,如石油的分馏。(2)将石油中含碳原子数多的烃转变成含碳原子数较少的烃,以提高石油的利用价值,如石油的裂化和裂解。
3.石油的分馏(1)石油分馏的原理。分子中碳原子数不同,烃的沸点就不同。通常情况下,随着烃分子里碳原子数的增多,烃的沸点也相应升高。加热石油,沸点低的烃(分子中碳原子数较少)先汽化,经冷凝液化后分离出来,随着温度的升高,较高沸点的烃再汽化,经过冷凝液化后又分离出来;这样,不断地加热汽化和冷凝液化,就可以把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物,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。
(2)石油分馏的装置。工业上对石油的分馏既有常压分馏又有减压分馏,往往是常压分馏、减压分馏在一起连续进行。(如下流程图)石油分馏工艺流程示意图
(3)减压分馏的原因、原理及目的。①减压分馏原因:随着石油中烃分子里含碳原子数的增大,其沸点会逐渐升高;要把它们从混合物中分离出来,就必须再升高温度。但是,在高温下,高沸点的烃会分解,更严重的还会出现炭化结焦,损坏设备、影响生产。为了解决这一问题,故采用减压分馏。②减压分馏原理:利用外界压强对物质沸点的影响。因为外界压强越大,物质的沸点就越高;外界压强越小,物质的沸点就越低。通过降低分馏塔内的压强,使重油在较低温度沸腾,这一过程称为减压分馏。③减压分馏目的:防止炭化结焦,从重油中分离出润滑油、石蜡等成分。减压分馏的原料是重油。
4.石油的裂化和裂解(1)直馏汽油和裂化汽油的比较。
(2)石油的各种炼制方法的比较。
二、煤的综合利用1.煤的组成和种类(1)煤的组成。煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物。煤除了主要含碳外,还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质。(2)煤的种类。煤可以分为无烟煤、烟煤、褐煤和泥煤,它们的含碳量不同(见下表),发热量也不同,一般含碳量高的,发热量也高。各种煤的含碳量范围
2.煤干馏的主要产品和用途
特别提醒①煤的干馏发生的条件有两个:一是隔绝空气以防止煤燃烧;二是加强热。②煤的干馏发生了复杂的物理、化学变化。③碳、煤、炭三者是相互联系的——都含碳元素,又是相互区别的:碳:化学元素C的名称。煤:远古时代的植物被埋于土中,经长期复杂变化而形成的固体矿物,叫煤或煤炭。炭:碳元素单质中的无定形体——木炭、焦炭、炭黑等。
【例题1】 如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题,将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。
资料一 石蜡是含有20~30个碳原子的烷烃的混合物,常温下呈固态。资料二 石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化,装置如上图。实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化,试管Ⅱ中有少量液体凝结,试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色,实验后闻试管Ⅱ中液体气味,具有汽油的气味。
(1)该装置仪器连接顺序遵循的原则为 ,为保证实验成功,实验前必须进行的操作是 ,装置中较长导管的作用是 。 (2)试管Ⅱ中少量液体凝结说明了 。 (3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了 。 (4)能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴,理由是 。 (5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式: 。 (6)石油裂化的重要意义是 。
解析:仪器连接的顺序应遵循:从下往上,从左到右的原则,装入药品之前要检验装置的气密性。依据石油分馏工业的分馏塔原理,设置了长导管,其作用除导气外,兼起冷凝气体的作用;依据催化裂化原理,下列反应皆有可能发生:
试管Ⅱ中有液体生成,说明生成5个碳原子数以上的烃,因为常温常压下,5个碳原子数以上的烃通常呈液体,试管Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色说明生成常温常压下呈气态的5个碳原子以下的烯烃;由于裂化产物中有烯烃生成,易与溴发生加成反应,所以不能用于卤素单质的萃取;从以上变化可以看出,石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃油,特别是汽油的产量和质量。
答案:(1)从下往上,从左到右 检验装置的气密性导气、冷凝气体(2)裂化生成了5个碳原子数以上的烃(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃(4)不能,因为裂化产物中有烯烃,易与溴发生加成反应,不能萃取溴(6)可提高石油产品中轻质燃油,特别是汽油的产量和质量
【例题2】 煤的干馏是煤气化的重要方法,是煤综合利用最“古老”的方法,也是最简单的方法。所谓煤的干馏是在隔绝空气和高温的条件下,煤可以发生分解,生成固态的焦炭、液态的煤焦油、气态的焦炉气。下面是某实验小组设计的煤干馏实验,装置如图所示。
取约2~3 g的煤粒,在研钵中研磨至粉末状态;用药匙将煤粉放入玻璃管中,在具支试管中加入2 mL水,然后按照如图所示安装好装置;点燃酒精灯,让玻璃管均匀受热后再集中受热,注意观察具支试管中气泡产生的速度;待具支试管中气泡产生的速度基本稳定后,用明火靠近具支试管的支管口处,可以观察到产生的气体能够燃烧。根据上述实验设计回答下列问题:(1)实验结束后,应该先把玻璃导管从溶液中取出,然后再熄灭酒精灯,这样操作的目的是 。 (2)焦炉气是一种混合性的可燃性气体,点燃焦炉气前必须进行 操作,目的是 ,但该实验没有进行此操作,实验中需要多排一会儿气体,至气泡均匀时再点燃。 (3)取下具支试管,可以发现其中的液体分为两层,上层是 ,下层是 ,在溶液中滴加酚酞溶液,溶液显 色,原因是 。
解析:这是实验室中进行煤干馏的实验方法。该题考查了实验安全问题,煤干馏产生的气体的可燃性及煤焦油的成分,值得注意的是煤干馏的产物中含有部分氨气,且煤焦油中多为苯、甲苯等芳香族化合物,不溶于水,实际上煤焦油中有机化合物的成分多达几千种。答案:(1)防止因先撤走酒精灯导致玻璃管内温度降低、压强变小,具支试管中的溶液沿玻璃导管倒吸入热的玻璃管中,使玻璃管炸裂(2)验纯 防止爆炸(3)水溶液 煤焦油 红 溶液中溶解了氨气
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1下列关于煤、石油、天然气等能源的说法正确的是( )A.石油裂解得到的汽油是纯净物B.石油产品都可用于聚合反应C.天然气是一种清洁的化石燃料D.水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料解析:汽油是混合物,石油产品中的烯烃才可以发生聚合反应,水煤气是通过煤的气化得到的。答案:C
2石油减压分馏的目的是( )A.使高沸点的重油进一步分离B.得到更多的重油C.分离得到汽油、煤油等轻质油D.得到高质量的汽油解析:石油分馏有常压分馏和减压分馏两种,减压分馏的目的是使高沸点的重油进一步分离。答案:A
3煤的干馏和石油的分馏,两种变化在本质上的差别是 ( )A.加热的温度不同B.得到的产品不同C.前者要隔绝空气,后者不必D.干馏是化学变化,分馏是物理变化解析:分馏是用加热蒸馏、冷凝的方法把液体混合物分成不同沸点范围的产物,无新物质生成,属于物理过程。煤的干馏是把煤隔绝空气加强热,使煤分解的过程,是化学变化。答案:D
4工业上获得乙烯和丙烯的方法是( )A.石油分馏B.煤的干馏C.石蜡催化裂化D.重油裂解解析:裂解是指石油分馏产物(包括石油气)中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等各种短链气态烃和少量液态烃的过程。答案:D
5煤和石油等化石燃料对促进经济、社会发展起到了重要的作用,这些燃料合理的综合利用是当前节能减排的要求。请回答下列问题:(1)石油分馏是石油炼制的重要环节,这种操作是在 (填设备名称)内完成的。工业上通常用于分馏石油的方法有常压分馏和 ,分馏的目的是 。 (2)石油不仅是重要的燃料,还是重要化工原料的来源,如利用石油生产乙烯。为了使石油分馏产物进一步生成更多的乙烯、丙烯等短链烃而采取 措施。 (3)目前石油资源逐渐匮乏,人们把目光聚集到储量相对丰富的煤上。煤综合利用的主要方法是 、 和煤的气化,煤气化涉及的化学方程式有: (写出第三个化学方程式)。
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