高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用教学设计

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1．煤的综合利用
(1)煤的组成
(2)煤的综合利用
2．天然气的综合利用
(1)主要成分：CH4
(2)
3．石油的综合利用
(1)石油的组成：由多种碳氢化合物组成的混合物
(2)石油的综合利用
①
②
③
④
4．煤、石油、天然气为原料生产合成材料
(1)三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。
(2)实例：乙烯制聚乙烯：nCH2==CH2eq \(――→,\s\up7(催化剂))CH2—CH2，丙烯制聚丙烯：nCH2==CH—CH3eq \(――→,\s\up7(催化剂))。
(1)把煤加强热使之分解的过程为煤的干馏( × )
提示 必须隔绝空气加强热。
(2)在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料( √ )
提示 煤与氢气可以生成液体燃料，该过程为煤的直接液化。
(3)煤的气化和液化都是物理变化( × )
提示 煤的气化为：C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))CO＋H2，煤的液化分直接液化和间接液化，直接液化为煤和氢气反应生成液体燃料，间接液化是以气化产物CO和H2为原料合成甲醇等，都为化学变化。
(4)石油的分馏产品为纯净物( × )
提示 石油的分馏产品为沸点相差不大的烃的混合物。
(5)石油的裂解是为了获得更多的汽油等液体燃料( × )
提示 石油的裂化目的是为了获取更多汽油等燃料，石油的裂解目的是为了获取乙烯等气态化工原料。
(6)许多性能优异的合成高分子材料的原始原料为煤、石油或天然气( √ )
1．煤的气化、液化是物质三态(气、液、固)之间的变化吗？为什么？
提示 不是，物质三态之间的变化是物理变化，煤的气化、液化是化学变化。
2．生活中汽车的车用燃料一般为裂化汽油。这种汽油和直馏汽油有何区别？如何鉴别？
提示 直馏汽油主要是饱和烃的混合物，裂化汽油中含不饱和烃；可用溴的四氯化碳溶液区别它们。
3．目前，多数石油产品仍作为燃料使用，如把石油产品来合成高分子材料，其价值将成倍提升，试写出用汽油(主要成分为辛烷C8H18)为原料，生成聚乙烯塑料的合成原理？
提示 首先汽油裂解eq \(C8H18,\s\d7(辛烷)) eq \(――――→,\s\up7(催化剂),\s\d5(加热、加压))eq \(C4H10,\s\d7(丁烷))＋eq \(C4H8,\s\d7(丁烯))
eq \(C4H10,\s\d7(丁烷))eq \(――――→,\s\up7(催化剂),\s\d5(加热、加压))eq \(C2H4,\s\d7(乙烯))＋eq \(C2H6,\s\d7(乙烷))
nCH2==CH2eq \(――→,\s\up7(催化剂))CH2—CH2
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。
2．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。
3．关于煤和石油的综合利用，下列说法正确的是( )
A．煤中含有甲苯、二甲苯等有机物，可以通过干馏得到
B．以煤为主要原料，可以合成甲醇
C．石油裂化的目的是获取短链不饱和气态烃
D．石油裂化生产的汽油不能使溴水褪色
答案 B
解析 煤中不含甲苯、二甲苯，它们是煤干馏后的产物，故A错误；煤可以通过间接液化合成甲醇，B正确；石油裂化的目的是获取更多更好的轻质液体燃料，故C错误；裂化汽油中含有烯烃，能使溴水褪色，故D错误。
4．(2018·河南西华一中高一检测)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。
化学中的“三馏”和“两裂”
(1)化学中“三馏”比较
(2)化学中“两裂”的比较
课时对点练
A组 基础对点练
题组一 煤、石油和天然气的综合利用
1．下列有关说法正确的是( )
A．煤干馏得到的焦炉气不能与溴水反应而使溴水褪色
B．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
C．煤经气化和液化两个物理变化过程，可变为清洁能源
D．煤的液化就是将煤转化成甲醇等液态物质的过程
答案 D
解析 煤干馏得到的焦炉气主要成分为氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳，因含有乙烯故能使溴水褪色；煤的气化是将固态煤转化为一氧化碳和氢气等气体燃料(由煤制煤气)的过程，煤的液化是将煤转化成甲醇等液态物质的过程，二者都属于化学变化，其产物都是清洁能源。
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。
3．在石油工业中，将重油制成乙烯的方法是( )
A．裂化 B．裂解
C．干馏 D．分馏
答案 B
解析 将重油制成气态不饱和烃，应采取比裂化更高的温度才可以实现，采用裂解的方法。
4．合理利用燃料减小污染符合“绿色奥运”理念，下列关于燃料的说法正确的是( )
A．“可燃冰”是将水变为油的新型燃料
B．氢气是具有热值高、无污染等优点的燃料
C．乙醇是比汽油更环保、不可再生的燃料
D．石油和煤是工厂经常使用的可再生的化石燃料
答案 B
解析 可燃冰外观像冰，其化学组成是CH4·nH2O，根据元素守恒知，水不能变为油；氢能源具有来源广、热值高，且燃烧后生成水对环境无污染；乙醇中含有碳、氢、氧三种元素，其燃烧产物是二氧化碳和水，但乙醇为可再生能源；石油和煤都属于化石燃料，且属于不可再生能源。
5．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。
题组二 煤、石油、天然气的综合利用与可持续发展
6．乙烯的产量是衡量一个国家石油化工水平的重要标志。聚乙烯是以乙烯为原料合成的一种人们常用的高分子材料。下列有关聚乙烯的叙述中正确的是( )
A．乙烯合成聚乙烯的变化属于化合反应
B．乙烯合成聚乙烯的化学方程式是nCH2==CH2eq \(――→,\s\up7(催化剂))CH2==CH2
C．聚乙烯在自然界中很难降解，容易导致“白色污染”
D．聚乙烯是纯净物
答案 C
解析 乙烯合成聚乙烯的反应属于加聚反应，聚乙烯的结构简式为CH2—CH2，高聚物均为混合物。
7．在“绿色化学”工艺中，理想状态是反应中原子全部转化为要制取的产物，即原子利用率为100%。以下反应最符合绿色化学原子经济性要求的是( )
A．氯乙烯发生加聚反应制得聚氯乙烯高分子材料
B．用乙酸与乙醇制备乙酸乙酯
C．用淀粉发酵反应制得食用酒精
D．用乙醇催化氧化制乙醛
答案 A
解析 A项，氯乙烯发生加聚反应制得聚氯乙烯高分子材料，属于加聚反应，原子利用率为100%，符合要求，正确；B项，乙酸与乙醇反应制备乙酸乙酯，属于取代反应，伴随副产物，反应物没有全部转化为所需产物，错误；C项，用淀粉制酒精，反应物没有全部转化为所需产物酒精，错误。
8．利用水煤气(CO、H2)生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化，合成气也可转化为醛、酸、酯等多种产物，下列叙述不正确的是( )
A．以水煤气(CO、H2)为原料合成其他工业原料的反应都是化合反应
B．以水煤气(CO、H2)生产液态烃或醇类是实现“煤变油”的有效途径
C．以水煤气(CO、H2)为原料也可以合成烯烃
D．煤的气化和液化提高了煤的综合利用效率
答案 A
解析 以水煤气(CO、H2)为原料的反应不一定都是化合反应。
9．在一定条件下，动植物油脂与醇反应可制备生物柴油，化学方程式如下：
下列叙述错误的是( )
A．生物柴油由可再生资源制得
B．生物柴油是不同酯组成的混合物
C．动植物油脂是高分子化合物
D．“地沟油”可用于制备生物柴油
答案 C
解析 短链醇(如乙醇)可由淀粉或纤维素制取，动植物油脂和短链醇均是可再生资源；生物柴油中R1、R2、R3不同，可形成混合物；动物油脂的相对分子质量一般都是几百，不属于高分子化合物。
10．下图是实验室对煤进行干馏的装置图，回答下列问题：
(1)指出图中仪器名称：c________，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处点燃的气体的主要成分有________，火焰的颜色为________。
答案 (1)U形管 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 蒸馏(或分馏)
(3)H2、CH4、C2H4、CO 淡蓝色
解析 (1)c是U形管，d是烧杯。(2)煤的干馏产物主要有：焦炭(固体)、煤焦油、粗氨水(液体)、焦炉气(H2、CH4、C2H4、CO)等，利用d将蒸气冷却，无机物中溶有氨，可利用酚酞检验；有机物可利用蒸馏或分馏使其中的重要成分分离出来。(3)e处点燃的气体是焦炉气，火焰呈淡蓝色。
B组 综合强化练
1．下列气体主要成分是CH4的是( )
A．水煤气 B．裂解气
C．焦炉气 D．沼气
答案 D
解析 水煤气的主要成分是一氧化碳和氢气，A错误；裂解气的主要成分是甲烷及碳原子数为2～5的烯烃和烷烃，B错误；焦炉气中含量最高的气体是氢气，C错误；沼气为植物发酵生成的气体，主要成分为甲烷。
2．(2019·贵阳高一联考)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。
3．(2019·西安高一期末)十九大报告中指出：“绿水青山就是金山银山。”而利用化学知识降低污染，提高原料利用效率是化学工作者的首要任务，有关煤和石油的综合利用，下列说法正确的是( )
A．将煤块制成煤粉，可提高燃烧效益，减少SO2的排放
B．煤中含有苯等多种芳香烃，可先干馏后分馏把它们分离出来
C．可通过石油裂化获取乙烯等工业原料
D．以煤和石油为原料加工生成高分子化合物，可大大提高煤和石油利用效率
答案 D
4．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。
5．下列说法正确的是( )
A．利用化石燃料燃烧放出的热量使水分解产生氢气，是氢能开发的研究方向
B．光合作用是将光能转化为化学能的有效途径
C．石油、煤、天然气属于二次能源
D．绿色化学最显著的特征是在生产化工产品过程中必须以绿色动植物为原料
答案 B
解析 利用化石燃料燃烧法使水分解制氢气需要消耗大量的能源，A错误；光合作用是将光能转化为化学能的有效途径，B正确；石油、煤、天然气属于一次能源，C错误；绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，反应物的原子全部转化为期望的最终产物，D错误。
6．(2018·河南信阳一中月考)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。
7．(2019·湖北黄冈高一检测)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)C20H42eq \(――→,\s\up7(Al2O3),\s\d5(△))C10H22＋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。
8．(2019·张家口期末)煤气化是有效利用化石能源的手段之一，有关反应为①C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))CO＋H2、②CO＋H2Oeq \(,\s\up7(一定条件))CO2＋H2，获得的气体称为水煤气。某研究性学习小组为探究气体的成分，进行了如下实验。
【实验】 使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后流出的气体。
【提出假设】 对气体的成分提出了三种假设。
假设1：该气体是CO、H2、H2O。
假设2：该气体是CO2、H2、H2O。
(1)假设3：________________________________________________________________。
【设计实验方案，验证假设】
拟用图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设3。(加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已经排尽)
(2)按气流从左至右连接各仪器，用题中小写字母表示接口的连接顺序(仪器可重复使用)：混合气→dc→________→________→________→________→________→ij。
(3)仪器A中需要加入的试剂名称为________，其中的反应的化学方程式可能有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)仪器B中需加入试剂的名称是__________，其作用是
________________________________________________________________________。
(5)本实验的尾气需处理，处理的方法为______________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)该气体是CO、H2、H2O、CO2
(2)ij gh ef ab dc
(3)氧化铜(或其他合理答案) CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(△))Cu＋H2O、CuO＋COeq \(=====,\s\up7(△))Cu＋CO2
(4)无水硫酸铜 检验混合气体中是否有水
(5)可在装置最后的导气管口放一燃着的酒精灯将气体燃烧(或其他合理答案)
解析 (1)根据反应原理，混合气体组成存在三种情况，第三种情况的气体组成为CO、H2、H2O、CO2。
(2)为了验证混合气中含CO、H2、H2O、CO2，实验仪器的先后连接顺序为检验水分→检验二氧化碳→除掉二氧化碳→除掉水分→还原装置→检验水分→检验二氧化碳，仪器连接顺序为混合气体→dc→ij→gh→ef→ab→dc→ij。
(3)仪器A用于检验氢气和一氧化碳，可以选用氧化铜，利用氢气、一氧化碳加热还原氧化铜完成检验，反应的化学方程式为CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(△))Cu＋H2O，CuO＋COeq \(=====,\s\up7(△))Cu＋CO2。
(4)白色的无水硫酸铜遇水后变为蓝色，所以可在装置B中加入无水硫酸铜(CuSO4)，通过观察颜色是否改变来确定混合气体中是否有水蒸气。
(5)一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染环境，可在装置最后的导管口处放一个点燃的酒精灯，利用燃烧的方法消除CO的污染等。
名称
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
混合物
单一组分的纯净物
沸点相近的各组分组成的混合物
类型
化学变化
物理变化
物理变化
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