【化學(xué)課件】煤、石油和天然氣的綜合利用 2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用(3)煤、石油和天然氣的綜合利用第八章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展應(yīng)用：煤、石油和天然氣仍然是人類使用的主要能源，也是重要的化工原料。缺點:不可再生、利用率低、環(huán)境污染。（三廢：廢氣、廢水、廢渣）三大化石能源煤—工業(yè)糧食石油—工業(yè)血液天然氣—清潔燃料目標(biāo):綜合利用、提高效率、減少污染。一、煤及其利用1.煤的形成古代植物遺體堆積層，埋在地下經(jīng)過長時期的地質(zhì)作用形成2.煤的組成——有機物+少量無機物組成的復(fù)雜混合物主要元素其他元素N\S的氧化物造成環(huán)境問題CO2會加劇溫室效應(yīng)CH、O、N、S等

：煤直接燃燒產(chǎn)生大量的煤灰、煤渣、廢氣。污染環(huán)境、且燃燒效率低！一、煤及其利用3.煤的綜合利用煤的干餾煤的氣化煤的液化

：煤直接燃燒產(chǎn)生大量的煤灰、煤渣、廢氣。污染環(huán)境、且燃燒效率低！注意：均有化學(xué)變化不是傳統(tǒng)的物質(zhì)三態(tài)轉(zhuǎn)變中的“蒸餾”“氣化”“液化”【物理變化】！一、煤及其利用(1)煤的干餾將煤隔絕空氣加強熱使它分解的過程，又稱煤的焦化U形管底部黑褐色粘稠油狀

物是煤焦油。成分：苯、甲苯、二甲苯等出現(xiàn)少量水層—pH堿性。

出爐煤氣中的粗氨水冷凝點燃，導(dǎo)管尖嘴處有明亮火焰。出爐煤氣：其中焦?fàn)t氣為H2、CH4、C2H4、CO等是復(fù)雜的物理和化學(xué)變化過程玻璃管中的煙煤粉最后變成黑灰色固體物質(zhì)。這是焦炭。3.煤的綜合利用一、煤及其利用3.煤的綜合利用(1)煤的干餾煤干餾的主要產(chǎn)品和用途（課本表8-1）產(chǎn)品主要成分用途出爐煤氣【氣】焦?fàn)t氣氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳?xì)怏w燃料、化工原料粗氨水氨、銨鹽化肥、炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料粗苯苯、甲苯、二甲苯煤焦油【液】苯、甲苯、二甲苯酚類、萘染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料瀝青筑路材料、碳素電極焦炭【固】碳冶金、合成氨造氣、電石、燃料(2)煤的氣化一、煤及其利用把煤中的有機物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程。也屬于化學(xué)變化C(s)＋H2O(g)====CO(g)＋H2(g)高溫水煤氣工業(yè)制水煤氣的方法主要反應(yīng)：【思考】為什么不小心將少量水灑在燒得通紅的煤上時，火不但沒有熄滅，反而燒得更旺？

發(fā)生煤的氣化，燒得通紅的煤與水蒸氣反應(yīng)生成可燃性氣體H2和CO，氣體燃燒效率高于固態(tài)的煤，所以燃燒更旺。3.煤的綜合利用(3)煤的液化一、煤及其利用將煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。也屬于化學(xué)變化。分為直接液化：間接液化：使煤與氫氣作用直接生成液體燃料煤先氣化與H2O(g)CO和H2催化劑CH3OH(甲醇)等CO(g)+2H2(g)======催化劑CH3OH(l)C(s)+H2O(g)====CO(g)+H2(g)高溫一定條件可作燃料；可作基本化工原料。3.煤的綜合利用一、煤及其利用煤的綜合利用有什么重要意義？①減少SO2、NOx、CO和煙塵等污染物的排放。②提高煤燃燒的熱效率。煤的氣化、液化是使煤變成清潔能源的有效途徑，所得氣態(tài)、液態(tài)燃料的燃燒效率高于固態(tài)的煤。③提取了煤中的化學(xué)原料。獲得多種化工原料，合理處理和利用了原本的煤灰、煤渣、廢氣、廢液等。3.煤的綜合利用二、天然氣的綜合利用1.天然氣的形成：古生物遺骸長期沉積地下,經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)化及變質(zhì)裂解而產(chǎn)生的氣態(tài)碳?xì)浠衔?.主要成分：甲烷（CH4）占絕大多數(shù)，另有少量乙烷、丙烷和丁烷等①燃料

——

清潔能源液化天然氣公交車天然氣灶3.應(yīng)用：②化工原料——合成氨、生產(chǎn)甲醇、合成兩碳或多碳有機物等CH4

＋2O2CO2＋2H2O點燃CH4C

＋2H2（H2進一步用于合成氨）高溫CH4+

H2OCH3OH

＋H2催化劑一定條件二、天然氣的綜合利用另：可燃冰——天然氣水合物（主成分CH4·nH2O）可燃冰易燃燒，外形似冰。是由天然氣與水在低溫

(0～10℃)、高壓

(>107Pa)條件下形成的類冰狀結(jié)晶物質(zhì)。1.石油的形成：古代生物遺骸，經(jīng)高溫、高壓作用，復(fù)雜生化作用轉(zhuǎn)化而成。2.石油中元素：主要C、H（占97%-98%）+

少量

O、N、S等3.石油的成分：主要為多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物4.石油的物性：粘稠液體，呈黑色或深棕色，有特殊氣味；不溶于水，比水稍輕；沒有固定的熔沸點。1~50個碳原子的烷烴及環(huán)烷烴，一般不含烯烴三、石油及其利用三、石油及其利用汽油、煤油、柴油等直接從礦井里開采出來的石油加工處理原油石油的綜合利用分餾裂化裂解催化重整(1)石油的分餾石油氣(C1

~

C4)汽油(C5~C11)煤油(C11~C16)柴油(C15~C18)重油(C20以上)（脫鹽后）原油常壓分餾——利用原油中各組分的沸點不同，將復(fù)雜的混合物

分離成簡單混合物。柴油、燃料油、石蠟、潤滑油、瀝青輕質(zhì)液體燃料物理變化！5.石油的綜合利用三、石油及其利用隨上升，逐層降溫液化減壓分餾工業(yè)分餾裝置實驗室：裝置同蒸餾。溫度由低到高，分段依次蒸出。減壓~降沸點：節(jié)能+防結(jié)焦5.石油的綜合利用三、石油及其利用供大于求供不應(yīng)求碳原子數(shù)相對較多的重油，如瀝青、石蠟等碳原子數(shù)相對較少的輕質(zhì)油（汽、煤、柴油）和石油氣還需對重油化學(xué)轉(zhuǎn)化：裂化（長鏈斷為短鏈）、裂解（狠狠斷成氣）另外，一些環(huán)狀烴是重要化工原料——催化重整，由鏈變環(huán)原油完成分餾(物理分離)后……提高輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量①裂化目的：②裂化原理：C16H34C8H18+C8H16催化劑加熱加壓十六烷辛烷辛烯5.石油的綜合利用三、石油及其利用(2)石油的裂化③例子：問：如何區(qū)分直餾汽油

和裂化汽油？分餾所得汽油：主要為烷烴，

不能使KMnO4(aq)、溴水褪色。裂化所得汽油：

烷烴

+烯烴等不飽和烴

能使KMnO4(aq)、溴水褪色。催化劑、加熱加壓含碳原子多的烴含碳原子較少的烴斷裂原料：重油（如石蠟）產(chǎn)物：汽油、煤油、柴油、潤滑油等（包括“熱裂化”和“催化裂化”，區(qū)別在于是否使用催化劑）重油在催化劑、加壓、更高溫下，

經(jīng)更多步斷裂變成短鏈烴（主要為C4及以下）。裂解——“深度裂化”②裂解的目的：獲得乙烯、丙烯、甲烷、丁烯等重要化工基本原料。5.石油的綜合利用三、石油及其利用(3)石油的裂解預(yù)測溫度對比：裂化VS裂解？①原理：C8H18C4H10+C4H8催化劑加熱加壓C4H10CH4+C3H6催化劑加熱加壓C4H10C2H6+C2H4催化劑加熱加壓辛烷丁烷丁烯丁烷乙烷乙烯丁烷甲烷丙烯注：石油裂解是目前生產(chǎn)乙烯的主要方法（乙烯產(chǎn)量~衡量國家石化水平）。石油在加熱和催化劑的作用下，結(jié)構(gòu)調(diào)整，使鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴。①提高所得汽油的質(zhì)量②獲得副產(chǎn)物氫氣③獲得苯、甲苯等重要的化工原料（目的僅掌握③即可）目的：5.石油的綜合利用三、石油及其利用(4)石油的催化重整5.石油的綜合利用三、石油及其利用石油分餾、裂化及產(chǎn)品用途（p.104）多數(shù)石油產(chǎn)品仍作燃料使用；

僅一部分轉(zhuǎn)化為化工、紡織、建材、醫(yī)藥、日化品等行業(yè)的基本原料。

[產(chǎn)出價值高]塑料合成橡膠合成纖維回顧：三大合成材料四、以煤、石油和天然氣為原料生產(chǎn)合成材料更高價值的生活用品高分子材料聚合反應(yīng)人工合成高分子材料煤、石油、天然氣基礎(chǔ)化工原料路線：四、以煤、石油和天然氣為原料生產(chǎn)合成材料弊端——合成高分子廢棄物帶來“白色污染”新思路——生物質(zhì)資源利用（p.105）【有了解即可】課堂小結(jié)煤天然氣石油分餾裂化裂解干餾催化重整氣化液化能源/化工原料干餾蒸餾分餾原理產(chǎn)物反應(yīng)類型隔絕空氣、高溫下使物質(zhì)分解液態(tài)混合物中各組分沸點不同，進行分離與蒸餾原理相同，是前者的進一步應(yīng)用產(chǎn)物為混合物理論上每一組分產(chǎn)物為純凈物產(chǎn)物為沸點相近的各組分組成的混合物化學(xué)變化物理變化物理變化化學(xué)“三餾”的比較課堂辨析高爐煤氣水煤氣天然氣液化石油氣焦?fàn)t氣裂解氣主要成分COCO2H2COCH4C3H8C4H10H2CH4C2H4CO乙烯C2H4丙烯C3H6丁烯C4H8甲烷CH4等化學(xué)“六氣”的主要成分課堂辨析將石油氣加壓液化煉鐵尾氣煤的干餾石油裂解也是煤層氣沼氣的主要成分(6)石油的裂化和裂解原理相似，目的也相同。(

)(7)裂化汽油不能用作提取溴的萃取劑。(

)(8)丁烷經(jīng)催化裂解后，只能生成2種氣態(tài)烴。(

)(9)加熱和催化劑作用下，石油通過結(jié)構(gòu)重整，可獲取苯、甲苯等環(huán)狀烴。(

)(10)許多性能優(yōu)異的合成高分子材料的原料為煤、石油和天然氣。()√×√×√√課堂練習(xí)1.正誤判斷：(1)煤的氣化是可使煤轉(zhuǎn)化成清潔燃料的物理過程。(

)(2)煤的干餾可得到甲烷、苯和氨等物質(zhì)。(

)(3)石油的分餾、裂化和裂解都屬于化學(xué)變化。(

)(4)石油裂解的原料

是

石油分餾產(chǎn)品。(

)(5)石油的分餾為物理變化，獲取的各種產(chǎn)品為混合物。(

)××√√乙烯+乙烷、丙烯+甲烷重油（如石蠟油等）2.【多選】我國在“煤變油”技術(shù)上取得重大突破，每5噸煤可合成1噸液態(tài)成品燃料油。下列敘述錯誤的是(

)A．煤的組成元素主要是碳，因此煤是純凈物B．“煤變油”的方法之一是使煤與H2作用生成液態(tài)有機物C．煤之所以能變“油”，是因為煤中含有大量的汽油、柴油和煤焦油D．煤變成成品油需要經(jīng)過一系列工藝，發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化AC課堂練習(xí)煤的直接液化3.下列變化中，屬于化學(xué)變化的是()A．用苯從溴水中萃取溴B．重油裂化得到輕質(zhì)燃料油C．從煤焦油中提取苯、甲苯、二甲苯D．石油分餾得到