高中人教版 (2019)第八章 化学与可持续发展第一节 自然资源的开发利用课时作业

一、煤的组成

煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组成以碳元素为主，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

二、煤的综合利用

1．煤的干馏

煤的干馏是指将煤_______空气加强热使煤中的有机物分解的过程，是一个复杂的_______变化和_______变化过程，工业上也叫煤的焦化。

煤的干馏可以得到煤焦油、焦炭、粗氨水、粗苯、焦炉气。

【答案】隔绝  物理  化学

2．煤的气化

将煤转化为可燃性气体，C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)

3．煤的液化

把煤转化成液体燃料的过程，分为直接液化和间接液化

(1)直接液化：在高温、高压和催化剂条件下，使煤与氢气作用生成液态碳氢化合物。即：煤＋H2 → 液体燃料

(2)间接液化：煤炭在高温下与水蒸气作用气化，产生合成气CO、H2等，然后在催化剂作用下合成甲醇等。即：煤CO＋H2甲醇

三、石油的组成

1．由多种碳氢化合物组成的混合物，主要是多种烷烃、环烷烃和芳香烃等，一般石油不含烯烃，从所含成分的状态看，大部分是液态烃，在液态烃里溶有气态烃和固体烃。

2．石油是一种黑褐色的粘稠状物质，有特殊气味，比水轻，不溶于水，没有固定沸点。

四、石油的综合利用

五、天然气的组成及其综合利用

1．天然气的组成：天然气的主要成分是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。

2．天然气的综合利用

(1)天然气是一种清洁的化石燃料，可以直接用作燃料；

(2)重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇。

题型一：天然气及其综合利用

【变1-1】煤、石油、天然气是人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料。下列关于它们综合利用的叙述不正确的是

A．以煤、石油和天然气为主要原料生产的合成材料是塑料、合成橡胶、合成纤维

B．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源

C．石油的裂解是为了提高轻质油(例如汽油)的产量

D．天然气的主要成分是甲烷，属于不可再生资源

【答案】C

【解析】

A．以煤、石油和天然气为主要原料生产的合成材料是塑料、合成橡胶、合成纤维，故A正确；

B．煤的干馏可以获得苯、甲苯等芳香烃，故B正确；

C．石油的裂解是为了得到乙烯、丙烯等小分子烯烃，故C错误；

D．天然气的主要成分是甲烷，甲烷是不可再生资源，故D正确；

选C。

题型二：煤及其综合利用

【例2】中国是世界上最早利用煤的国家。下列关于煤的描述正确的是(　　)

A．主要成分是硫 B．是可再生资源

C．燃烧只产生SO2 D．煤干馏可制得焦炭

【答案】　D

【解析】　煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，含有的主要元素是碳，还有少量的氢、氧、硫、氮等元素，A错误；煤是化石燃料，是不可再生资源，B错误；煤燃烧产生的主要物质是CO2，C错误；煤干馏得到出炉煤气、煤焦油和焦炭，D正确。

【变2-2】煤被誉为“工业的粮食”，下列关于煤的说法正确的是(　　)

A．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等芳香烃

B．煤的液化是在高温时将固体煤熔化为液体煤

C．煤的气化在一定程度上实现了煤的高效、清洁利用

D．向煤中加入适量CaSO4，可大大减少燃烧产物中SO2的量

【答案】　C

【解析】　A项，煤干馏可以得到苯、甲苯、二甲苯等芳香烃，但煤本身不含有这些芳香烃，错误；B项，煤的液化是煤在高温高压的条件下转化为液体燃料的过程，分为直接液化和间接液化，错误；C项，煤气化生成CO、H2，CO和H2的燃烧高效、清洁，正确；D项，向煤中加入适量CaCO3、CaO或Ca(OH)2，可大大减少燃烧产物中SO2的量，错误。

【例4】煤是一种常用燃料。由于煤燃烧产生的废气中含有SO2、CO、NO2和NO等多种有害气体和烟尘，会对环境造成污染，因此需要对煤进行加工后再燃烧，或将废气净化后再排放。

(1)煤的气化和液化能提高煤的利用率，又能减少有害气体的排放。写出煤气化的主要反应的化学方程式：__________________________________________________________________；

煤液化是________(填“物理”或“化学”)变化。

(2)煤的干馏是煤综合利用的重要途径。煤干馏时得到的固体产品是________，其用途是________________________________________________________________________。

(3)将煤直接进行燃烧，造成环境污染的主要方面之一是形成硝酸型酸雨。写出有关物质转化为硝酸的化学方程式：___________________________________________________________。

(4)向煤中添加生石灰是燃煤脱硫的一种方法，而且能变废为宝，用化学方程式表示反应原理：______________________________________________________________________________。

【答案】　(1)C＋H2O(g)CO＋H2　化学

(2)焦炭　可作燃料及工业原料

(3)2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

(4)CaO＋SO2===CaSO3，2CaSO3＋O2===2CaSO4

题型三：石油及其综合利用

【例6】下列不属于煤的综合利用的是(　　)

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．煤变为煤饼

D．将煤干馏制得甲苯和乙烯

【答案】　C

【解析】　将煤干馏制得煤焦油和焦炭，属于煤的综合利用，故A项不符合题意；在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料，属于煤的综合利用，故B项不符合题意；煤变为煤饼，只是其物理形态发生了改变，并未改变其成分及结构，不属于煤的综合利用，故C项符合题意；将煤干馏制得甲苯和乙烯，属于煤的综合利用，故D项不符合题意。

【变6-3】下列有关石油的炼制及产品，说法正确的是(　　)

A．石油的分馏和煤的干馏都属于化学变化

B．石油分馏所得的馏分都是混合物

C．通过石油分馏可以获得大量的芳香烃

D．石油分馏得到汽油、煤油、乙烯等产品

【答案】　B

【解析】　石油分馏为物理变化；煤的干馏为化学变化，芳香烃主要从煤的干馏产品煤焦油中获取。

【变6-5】下列说法正确的是

A．裂化汽油不能使酸性KMnO4 溶液褪色

B．石油的分馏、裂化、裂解都属于化学变化

C．蒸馏石油实验中温度计的水银球应伸入液面下

D．裂解石油是工业生产乙烯的主要方法

【答案】D

【详解】

A． 裂化汽油中含有不饱和烃，能使酸性KMnO4 溶液褪色，故A错误；

B． 利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程叫分馏，属于物理变化；通过石油的裂化、裂解可以得到小分子化合物，所以石油的裂化、裂解是化学变化，故B错误；

C． 蒸馏石油实验中温度计的水银球应置于蒸馏烧瓶的支管口处，测量出去的蒸气的温度，故C错误；

D． 裂解石油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，是工业生产乙烯的主要方法，故D正确；

故选D。

【变7】下列有关煤、石油及产品的说法正确的是(　　)

A．煤的气化和液化都属于物理变化

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取的汽油和裂化获得的汽油

【答案】　D

【解析】　煤的气化和液化都属于化学变化，A错误；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，B错误；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，C错误；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，D正确。

【例9】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，实验后发现试管Ⅱ中液体具有汽油的气味。

(1)该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为__________，加入药品之前的操作为__________________________，长导管的作用是________。

(2)试管Ⅱ中有少量液体凝结说明________________________________________________。

(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明_______________________________________________________。

(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__________________________________________________。

【答案】　(1)从下往上，从左往右　检验装置的气密性　导气和冷凝气体

(2)裂化生成了碳原子数大于4的烃

(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃

(4)不能，裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应

(5)C20H42C10H22＋C10H20

(6)提高石油产品中轻质燃油的产量，特别是汽油的产量和质量

【解析】　实验室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；依据石油分馏塔原理，设置了长导管，除起导气作用外，兼起冷凝气体的作用。试管Ⅱ中有液体生成，说明生成了碳原子数大于4的烃。试管Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色说明生成了常温、常压下呈气态的碳原子数小于5的烯烃。由于裂化产物中有烯烃生成，易与溴发生加成反应，所以不能用试管Ⅱ中的液体来萃取卤素单质。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，特别是提高汽油的产量和质量。

【题1】国内能源供应紧张形势日益加剧，煤的涨价导致部分地区电荒，煤在国民经济中的重要地位由此可见一斑。下列关于煤的说法正确的是(　　)

A．煤属于有机化合物

B．在物质变化类型上，煤的干馏包含了物理变化和化学变化

C．煤中含有大量的苯、甲苯等芳香烃，煤是芳香烃的主要来源

D．煤转化为水煤气再燃烧放出的热量不会增加，因此煤的气化并无意义

【答案】　B

【解析】　煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物；苯和甲苯是煤中的某些干馏产物中的主要成分，并不是煤本身含有的，是煤干馏过程中发生化学反应生成的；煤气化后变成清洁高效的燃料，再燃烧可提高其利用率，意义重大。

【题2】下列属于物理变化的是(　　)

①石油的分馏　②煤的干馏　③石油的裂化　④铝热反应　⑤由乙烯制备聚乙烯　⑥将氧气转化为臭氧　⑦乙烯催熟果实　⑧将苯加入溴水中　⑨海水蒸馏制取淡水

A．①②③④   B．①②⑤⑦

C．①⑧⑨   D．①②⑥⑨

【答案】　C

【解析】　蒸馏和分馏的原理相同，都是利用沸点不同分离物质，将苯加入溴水中不发生化学反应，而是苯萃取溴水中的溴，故①⑧⑨均属于物理变化，其余各项均发生了化学变化。

【题3】有关煤的综合利用如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．煤的干馏是将煤中有机物在高温下蒸馏出来，故为物理变化

B．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机物

C．②是放热的过程

D．B为甲醇或乙酸时，原子利用率均达到100%

【答案】　D

【解析】　A项，煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，错误；B项，煤通过干馏得到苯、甲苯、二甲苯等有机物，错误；C项，反应②是碳和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，为吸热反应，错误；D项，甲醇(CH4O)可写为(H2)2·CO，乙酸(C2H4O2)可写为(H2)2·(CO)2，原子利用率均达到100%，正确。

【题4】下列说法正确的是

A．煤的气化、液化和干馏都是物理变化

B．加热能杀死病毒，是因为蛋白质受热发生变性

C．石油裂解可以得到更多的汽油，这种汽油是一种纯净物

D．动物脂肪和稀硫酸混合加热，可得到肥皂的主要成分和甘油

【答案】B

【详解】

A．煤的气化、液化和干馏过程中都产生了新的物质，因此发生的变化属于化学变化，A错误；

B．加热能杀死病毒，是因为病毒主要是由蛋白质构成，蛋白质受热时会失去其生理活性而发生变性，B正确；

C．石油裂解可以得到更多的汽油，这种汽油中含有多种烷烃和烯烃，因此是一种混合物，C错误；

D．动物脂肪在碱性条件下加热会发生水解反应产生高级脂肪酸盐和甘油，高级脂肪酸盐是肥皂的主要成分，故油脂在碱性条件下的水解反应为皂化反应。而在酸性条件下水解产生的是高级脂肪酸和甘油，D错误；

故合理选项是B。

【题5】下列说法正确的是：

A．石油的分馏、裂化、裂解均属于化学变化   B．煤的干馏、气化、液化均属于物理变化

C．汽油、煤油、柴油、聚乙烯均是纯净物   D．天然气、沼气的主要成分均是甲烷

【答案】D

【解析】

A． 裂化、裂解均属于化学变化，石油的分馏是利用石油中各组分的沸点的不同，用加热冷凝的方法将各组分分离的过程，没有新物质生成，属于物理变化，故A错误；       

B． 煤的干馏、气化、液化均有新物质生成，属于化学变化，故B错误；

C． 石油分馏后所得的汽油、煤油和柴油仍属于混合物，聚乙烯是高分子化合物，聚合度不确定，也是混合物，故C错误；       

D． 天然气、沼气的主要成分均是甲烷，故D正确；

故选D。

【练1】天然气是目前推广使用的清洁燃料，它的主要成分是(　　)

A．CO   B．H2

C．CH4   D．CH3OH

【答案】　C

【解析】　天然气的主要成分为甲烷(CH4)。

【练2】下列关于石油的说法不正确的是(　　)

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混合物

【答案】　C

【解析】　石油裂化是化学变化。

【练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，后者不用隔绝空气

D．干馏是化学变化，分馏是物理变化

【答案】　D

【解析】　石油的分馏为物理变化；煤的干馏为化学变化。

【练4】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．在一定条件下将煤气化或液化生成气体或液体燃料

C．将煤制成煤球作燃料

D．将石油裂解制得乙烯等化工原料

【答案】　C

【解析】　将煤制成煤球作燃料还是直接燃烧，并没有综合利用。

【练5】下列有关煤和石油的说法正确的是(　　)

A．煤和石油都属于有机化合物

B．煤的干馏和石油的分馏都属于化学变化

C．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料

D．石油在加热和催化剂的作用下可使烃分子重整生成苯、甲苯等有机物

【答案】　D

【解析】　煤和石油都是混合物，A错误；煤的干馏为化学变化，而石油的分馏为物理变化，B错误；水煤气主要成分为CO和H2，是煤经过气化生成的，C错误；石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构调整，使链状烃转化为环状烃，如苯、甲苯等，D正确。

【练6】下列有关说法正确的是(　　)

A．通过石油分馏可以获得大量的芳香烃

B．液化石油气和天然气的主要成分都是甲烷

C．煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠

D．石油裂解可以得到更多的汽油，这种汽油是一种纯净物

【答案】　C

【解析】　芳香烃主要从煤的干馏产品煤焦油中获取，A错误；液化石油气的主要成分是含有3个或4个碳原子的烃，天然气的主要成分是甲烷，B错误；煤油是由石油经分馏或裂化得到的，可用作燃料，且密度比钠小，可用于保存少量金属钠，C正确；石油分馏得到的汽油仍为混合物，D错误。

【练7】煤、石油、天然气为人类生产生活提供能量，糖类、油脂、蛋白质是生命活动的物质和能量基础。下列说法正确的是

A．煤的气化、液化是化学变化

B．石油通过催化裂化得到的汽油不能使溴水褪色

C．蔗糖和淀粉的水解产物相同

D．蛋白质的水解产物是高级脂肪酸和甘油

【答案】A

【详解】

A．煤的气化、液化是指把煤转化为可燃的气体和液体的过程，其过程是化学变化，故A正确；

B．石油通过催化裂化得到的汽油含有不饱和烃，能使溴水褪色，故B错误；

C．蔗糖水解的产物是葡萄糖和果糖，而淀粉的水解产物是葡萄糖，故C错误；

D．蛋白质的水解产物是氨基酸，油脂的水解产物是高级脂肪酸和甘油，故D错误；

本题答案A。

【练9】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)从煤焦油中分离出苯、甲苯、二甲苯的实验方法是___。

【答案】     隔绝空气加强热     使粗氨水和煤焦油冷凝液化     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     不饱和烃类物质     分馏

【解析】

(1)煤干馏是指煤在隔绝空气条件下加热、分解，生成焦炭(或半焦)、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程，根据定义可知条件为隔绝空气加强热；

(2)冷水温度较低能使粗氨水和煤焦油冷凝下来，冷水浴的作用是冷凝，使粗氨水和煤焦油冷凝液化；

(3)粗氨水受热分解生成氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可用湿润的红色石蕊试纸检验是否有逸出；

(4)乙烯等不饱和烃类物质能使溴水褪色，则溴水退色，证明煤干馏过程产生了不饱和烃类物质；

(5)煤焦油中苯及其同系物与其他成分互溶，但苯及其同系物沸点不同，可通过分馏的方法将它们分离。

【点睛】

分馏分离的是沸点相差比较大的液体，是物理变化。