813煤石油和天然氣的綜合利用（學案）-2021-2022學年高一化學學習高效學講練（人教版2019）

20212022學年高一化學同步學習高效學與練（精品學案）第八章化學與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用第3課時煤、石油和天然氣的綜合利用課程學習目標1．結合石油化工了解化學在生產中的具體應用，認識化學工業(yè)在國民經濟發(fā)展中的重要地位。2．以煤、石油、天然氣的開發(fā)利用為例，了解依據(jù)物質性質及其變化綜合利用資源和能源的方法。3．認識化學對于構建清潔低碳、安全高效的能源體系所能發(fā)揮的作用，體會化學對促進人與自然和諧相處的意義。學科核心素養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析：1．能從物質的微觀角度說明煤、石油、天然氣的組成及綜合應用。2．能用不同的化學符號描述煤的氣化、石油裂化的過程。科學態(tài)度與社會責任：1．具有將化學成果應用于生產、生活的意識。2．能運用所學化學知識分析煤、石油、天然氣綜合利用對社會可持續(xù)發(fā)展可能帶來的雙重影響，并對這些影響從多個方面進行評估。3．主動關心資源開發(fā)利用，形成合理利用自然資源的觀念?！拘轮獙W習】煤、石油、天然氣是目前人類使用的主要能源(化石燃料)。一．煤的組成及其綜合利用1．煤的組成：煤是由有機物和少量無機物組成的復雜混合物，其組成以碳元素為主，還含有少量氫、氧、氮、硫等元素。2．煤的綜合利用：煤的綜合利用的主要途徑是煤的干餾、煤的氣化和液化，目的是獲得潔凈的燃料和多種化工原料。高溫（1）煤的干餾是指將煤隔絕空氣加強熱使之分解的過程，也叫煤的焦化。高溫（2）煤的氣化是指將其轉化為可燃性氣體的過程，主要的反應是：C+H2O（g）===CO+H2（3）煤的液化是指通過直接液化或間接液化轉化為液體燃料的過程。 二．天然氣的組成及其綜合利用天然氣是一種清潔的化石燃料。三．石油的組成及其綜合利用1．石油的組成：石油主要是由多種碳氫化合物化合物組成的混合物。2．石油的綜合利用（1）分餾：利用原油中各組分沸點的不同進行分離的過程。（2）石油經分餾后可以獲得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的輕質油；還有很多含碳原子多的重油需要通過催化裂化過程將重油裂化為汽油等，再進一步裂解，可以獲得很多重要的化工原料，如乙烯、甲烷等短鏈烴。（3）催化重整：石油在加熱和催化劑的作用下，可以通過結構的重新調整，可以使鏈狀烴轉化為環(huán)狀烴，如苯和甲苯等。四．以煤、石油和天然氣為原料生產合成材料1.三大合成高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維，這三大合成高分子材料主要是以煤、石油、天然氣為原料生產的。高分子化合物有天然的，如蛋白質、纖維素、淀粉等；也有人工合成的，如聚乙烯等。2.合成高分子化合物的常見反應類型（1）加聚反應：由許多小分子經過加成反應合成高分子化合物的反應稱為加成聚合反應，簡稱加聚反應。如nCH2＝CHCH3eq\o(→,\s\up7(一定條件))在聚乙烯中，CH2＝CH2稱為乙烯；—CH2—CH2—稱為鏈節(jié)；n稱為聚合度，表示高分子化合物中所含鏈節(jié)的數(shù)目。(2)縮聚反應：由許多小分子經過縮合反應合成高分子化合物的同時生成許多小分子的反應稱為縮合聚合反應，簡稱縮聚反應。例如獲得聚對苯二甲酸乙二酯：【知識進階】煤、石油、天然氣的綜合利用,【問題探究】1．如何從石油中得到乙烯？乙烯是石油裂解得到的，是石油深度裂化的產物。2．裂化和裂解有何區(qū)別和聯(lián)系？二者均屬于化學變化。裂化和裂解的目的不同，裂解的目的主要是獲得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。裂化的目的是提高優(yōu)質、輕質油的產量，特別是提高汽油的產量。【知識歸納總結】1．化學“三餾”的比較名稱原理特點干餾隔絕空氣、高溫下使物質分解的過程屬于化學變化，產物為混合物蒸餾根據(jù)液態(tài)混合物中各組分沸點不同，加熱使某一組分蒸發(fā)進行分離屬于物理變化，產物為單一組分的餾出物分餾根據(jù)液態(tài)混合物中各組分沸點不同進行分離屬于物理變化，產物為沸點相近的各組分組成的混合物2．化學中“兩裂”的比較名稱定義目的裂化在一定條件下，把相對分子質量大、沸點高的烴斷裂為相對分子質量小、沸點低的烴提高輕質油的產量，特別是提高汽油的產量裂解在高溫下，使具有長鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴獲得短鏈不飽和烴3．化學“六氣”的主要成分高爐煤氣水煤氣天然氣液化石油氣焦爐氣裂解氣主要成分CO、CO2H2、COCH4C3H8、C4H10H2、CH4、C2H4、COC2H4、C3H6、C4H8、CH4【典例】如圖是實驗室干餾煤的裝置圖，根據(jù)圖示回答下列問題。(1)指出圖中儀器名稱：b；d。(2)裝置c的作用是，d中的液體有和_。煤焦油可以通過的方法使其中的重要成分分離出來。(3)e處點燃的氣體是，火焰的顏色是色。(4)b中剩余固體是。(5)點燃e處之前，必須進行。(6)下列敘述錯誤的是。A．煤發(fā)生了化學變化B．d中液體的pH>7C．d中液體只有一層D．e處的氣體可以還原氧化銅，可以使溴水褪色【答案】硬質玻璃管U形管將干餾生成的氣體進行降溫和冷凝粗氨水煤焦油分餾焦爐氣藍焦炭檢驗氣體的純度C【解析】煤的干餾生成焦炭、煤焦油和出爐煤氣，出爐煤氣包括焦爐氣、粗氨水等，經c裝置的降溫和冷凝，粗氨水和煤焦油變?yōu)橐后w在d中聚集，則液體顯堿性；焦爐氣中氫氣、一氧化碳、甲烷都具有還原性，可用于還原氧化銅，這些氣體燃燒產生藍色火焰；焦爐氣中含有乙烯可以使溴水褪色；煤焦油是有機物的液態(tài)混合物，應采用分餾的方法分離；煤干餾后剩余固體是焦炭，在e處點燃氣體之前應檢驗氣體的純度，防止爆炸。（變式訓練）下列說法中錯誤的是()A．石油中含有C5～C11的烷烴，可以通過石油的分餾得到汽油B．含C20以上的烷烴的重油經過催化裂化可以得到汽油C．煤是由有機物和無機物組成的復雜的混合物D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干餾后分餾的方法把它們分離出來【答案】D【解析】石油可以通過分餾的方法獲得汽油、煤油和柴油等輕質液體燃料，但產量不高。通常采用裂化的方法，提高汽油的產量。煤是由有機物和少量無機物組成的復雜混合物，主要含碳元素，還含有少量的氫、氧、氮、硫等元素，并不含苯和甲苯。煤干餾得到焦炭、煤焦油、焦爐氣等。煤焦油是含有多種芳香族化合物的混合物，可以生產芳香族化合物苯和甲苯?！拘Ч麢z測】1．下列不屬于化石燃料的是A．煤 B．石油 C．天然氣 D．生物質能【答案】D【詳解】三大化石燃料是：煤、石油、天然氣。生物質能不屬于化石燃料，故選D。2．人們在日常生活中大量使用各種高分子材料，下列說法正確的是A．天然橡膠易溶于水 B．羊毛是合成高分子化合物C．聚乙烯塑料是天然高分子材料 D．聚氯乙烯塑料會造成白色污染【答案】D【詳解】A．天然橡膠難溶于水，A項錯誤；B．羊毛主要成分是蛋白質，屬于天然高分子化合物，B項錯誤；C．聚乙烯塑料是合成高分子材料，C項錯誤；D．聚氯乙烯塑料難降解，會造成“白色污染”，D項正確；答案選D。3．下列屬于未來新能源的是①天然氣②煤③核能④石油⑤太陽能⑥生物質能⑦風能⑧氫能A．①②③④ B．②⑥⑦⑧ C．③⑤⑥⑦⑧ D．③④⑤⑥⑦⑧【答案】C【詳解】煤、石油、天然氣是傳統(tǒng)的化石能源，不是新能源，常見新能源有：太陽能、核能、地熱能、潮汐能、風能、氫能、生物質能等，答案選C。4．石油是由多種碳氫化合物組成的混合物，成分復雜，需要先在煉油廠進行精煉。利用石油中各組分沸點的不同進行分離的過程叫做分餾。石油經分餾后可以獲得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的輕質油，但其產量難以滿足社會需求，而含碳原子多的重油卻供大于求。因此，需要通過催化裂化過程將重油裂化為汽油等物質，再進一步裂解，可以獲得很多重要的化工原料。例如：C16H24(十六烷)C8H18(辛烷)+C8H16(辛烯)、C8H18(辛烷)C4H10(丁烷)+C4H8(丁烯)，通過石油裂化和裂解可以得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。根據(jù)石油催化裂化、催化裂解的規(guī)律分析，1分子丁烷(C4H10)催化裂解產生1分子乙烯的同時，還可能得到1分子下列物質中的A．CH4 B．C2H6 C．C3H6 D．C3H8【答案】B【詳解】由題中信息及質量守恒定律知：C4H10(辛烷)C2H6(乙烷)+C2H4(乙烯)，則另一個產物為C2H6；答案選B。5．煤、石油、天然氣和生物質能作為能源的共同特點是A．可再生能源，取之不盡、用之不竭B．不可再生能源，用一點少一點C．均來自太陽輻射的能量D．均為污染環(huán)境的能源【答案】C【詳解】A．煤、石油、天然氣屬于不可再生能源，生物質能屬于可再生能源，故A不符合題意；B．煤、石油、天然氣屬于不可再生能源，用一點，少一點，但生物質能屬于可再生能源，故B不符合題意；C．煤、石油、天然氣和生物質能蘊含的能量均來自太陽輻射的能量，故C符合題意；D．煤、石油為污染環(huán)境的能源，天然氣和生物質能屬于清潔能源，故D不符合題意；本題答案C。6．常用詩句“春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干”形容教師職業(yè)，其中“絲”和“淚”分別是A．纖維素、脂肪 B．蛋白質、固態(tài)烴 C．淀粉、油脂 D．蛋白質、纖維素【答案】B【詳解】“絲”和“淚”分別指蠶絲和石蠟，蠶絲主要成分是蛋白質，石蠟主要成分是固態(tài)烴，B滿足題意；答案選B。7．我國近年來已成功研發(fā)出多種可降解塑料，其中一種以淀粉為主，聚乙烯為輔制造的，下列說法正確的是A．聚乙烯可使溴水褪色 B．淀粉可降解C．淀粉屬于合成高分子 D．聚乙烯的結構簡式為—CH2—CH2—【答案】B【詳解】A．聚乙烯中不含碳碳雙鍵，不可使溴水褪色，故A錯誤；B．淀粉可以被微生物分解成二氧化碳和水，所以是速降解材料，故B正確；C．淀粉的相對分子質量過萬，屬于天然有機高分子，故C錯誤；D．—CH2—CH2—是聚乙烯的鏈節(jié)，聚乙烯的結構簡式為[CH2—CH2]n，故D錯誤；故選B。8．下列說法正確的是A．石油分餾塔從上到下的分餾產品依次是汽油、石油氣、煤油、潤滑油、柴油、重油B．石油的各種分餾產品具有固定的沸點C．石油裂化的目的是提高汽油等輕質油的產量和質量D．石油裂解的主要目的是得到甲烷、丙烷等氣態(tài)烷烴【答案】C【詳解】A．石油分餾塔從上到下的分餾產品依次是石油氣、汽油、煤油、柴油、潤滑油、重油，A錯誤；B．石油的各種分餾產品仍然是混合物，因此不具有固定的沸點，B錯誤；C．裂化的目的是將C18以上的烷烴裂化為C5C11的烷烴和烯烴，得到裂化汽油，因而可以提高汽油的產量和質量，C正確；D．石油裂解是以裂化得到的汽油為原料，進行深度裂化，得到乙烯等化工基礎原料，D錯誤；故合理選項是C。9．有關下列說法正確的是①糖類、油脂、蛋白質都是高分子化合物，適當條件下均可發(fā)生水解②油脂、乙酸乙酯都是酯類，但不是同系物③石油的分餾，煤的氣化、液化、干餾等過程均為化學變化④塑料、橡膠和纖維都是天然高分子材料A．①③④ B．①②③④ C．② D．②③【答案】C【詳解】①油脂相對分子質量小于一萬，不是高分子化合物，單糖不可以水解，故①錯誤；②油脂、乙酸乙酯都是酯類，但酯基的數(shù)目不同，不是同系物，故②正確；③石油的分餾是物理變化，煤的氣化、液化、干餾等過程為化學變化，故③錯誤；④塑料是合成高分子材料，不是天然高分子材料；橡膠和纖維既有天然的，也有人工合成的，故④錯誤；②正確，故選C。10．下列變化屬于物理變化的是A．纖維素水解 B．重油裂化 C．煤的干餾 D．石油分餾【答案】D【詳解】A．纖維素水解反應，反應時氧橋斷裂，同時水分子加入，纖維素由長鏈分子變成短鏈分子，直至氧橋全部斷裂，變成葡萄糖，生成了新的物質，屬于化學變化，故A錯誤；B．重油裂化是將重油這種復雜的大分子有機化合物的化合鍵打開，生成小分子有機化合物、氫氣及焦炭，小分子的有機化合物，生成了新的物質，屬于化學變化，故B錯誤；C．煤的干餾是隔絕空氣加強熱生成煤焦油、粗氨水等，發(fā)生化學變化，生成了新的物質，屬于化學變化，故C錯誤；D．石油分餾是控制一定溫度范圍得到不同溫度范圍內的餾分，該過程中無新物質生成，屬于物理變化，故D正確；故選：D。11．化學與生產和生活密切相關，下列說法正確的是A．味精俗名谷氨酸鈉，是一種常見的增味劑，最早發(fā)現(xiàn)于海帶中。B．煤經過氣化和液化等物理變化可轉化為清潔燃料C．聚氯乙烯塑料袋可用于包裝食品D．葵花籽油、人造奶油、牛油均屬于高級脂肪酸高級酯【答案】A【詳解】A．味精俗名谷氨酸鈉，是一種常見的增味劑，最早發(fā)現(xiàn)于海帶中，故A正確；B．煤的氣化和液化過程中有新物質生成，屬于化學變化，故B錯誤；C．聚氯乙烯塑料在較高溫度分解產生氯化氫，對人體有害，不可用于包裝食品，故C錯誤；D．葵花籽油、人造奶油、牛油均屬于高級脂肪酸甘油酯，故D錯誤；故選A。12．下列關于能源的說法正確的是A．當今人類利用的主要能源煤、石油是可再生能源B．水能、風能是可再生能源C．電能是一次能源D．天然氣是一種清潔能源，所以我們可無盡地開發(fā)利用【答案】B【詳解】A．煤、石油是不可再生能源，故A錯誤；B．水能、風能是可再生能源，故B正確；C．電能是二次能源，故C錯誤；D．天然氣是不可再生能源，所以我們不能無盡地開發(fā)利用，故D錯誤；故答案為B。13．下列對合成材料的認識正確的是A．高分子鏈之間靠分子間作用力結合，分子間作用力弱，因此高分子材料的強度較小B．乙烯合成聚乙烯的化學方程式是：nCH2=CH2C．聚乙烯是由乙烯加聚生成的純凈物D．高分子材料只能靠人工合成【答案】B【詳解】A．雖然高分子鏈之間靠分子間作用力結合，分子間作用力弱，但高分子長鏈是由共價鍵結合的，結合較牢固，所以高分子材料的強度一般都較大，A項錯誤；B．乙烯合成聚乙烯的化學方程式是：nCH2=CH2，B項正確；C．聚乙烯可由乙烯加聚生成，聚乙烯中聚合度n不確定，則屬于混合物，C項錯誤；D．高分子材料可分為天然高分子材料和合成高分子材料兩大類，故高分子材料不都是人工合成的，D項錯誤；答案選B。14．下列說法正確的是A．裂化汽油不能使酸性KMnO4溶液褪色B．石油的分餾、裂化、裂解都屬于化學變化C．蒸餾石油實驗中溫度計的水銀球應伸入液面下D．裂解石油是工業(yè)生產乙烯的主要方法【答案】D【詳解】A．裂化汽油中含有不飽和烴，能使酸性KMnO4溶液褪色，故A錯誤；B．利用原油中各組分沸點的不同進行分離的過程叫分餾，屬于物理變化；通過石油的裂化、裂解可以得到小分子化合物，所以石油的裂化、裂解是化學變化，故B錯誤；C．蒸餾石油實驗中溫度計的水銀球應置于蒸餾燒瓶的支管口處，測量出去的蒸氣的溫度，故C錯誤；D．裂解石油使具有長鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，是工業(yè)生產乙烯的主要方法，故D正確；故選D。15．下列說法不正確的是A．石油的減壓分餾可以得到重柴油、潤滑油、石蠟、燃料油等餾分B．等體積的甲烷與氯氣混合，在光照下反應只生成一氯甲烷和氯化氫C．天然氣是清潔的化石能源，也可作為化工原料用于合成甲醇D．煤干餾主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦爐氣【答案】B【詳解】A．重柴油、潤滑油、石蠟和燃料油均屬于重油，物質的沸點較高，蒸餾時應注意防止炭化結焦現(xiàn)象，為降低沸點，可用減壓蒸餾，A正確；B．取代反應是逐步進行的，等體積的甲烷與氯氣混合，在光照條件下發(fā)生反應，能生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、三氯甲烷和氯化氫，而不是只產生一氯甲烷一種取代產物，B錯誤；C．天然氣廣泛用于民用及商業(yè)燃氣灶具、熱水器。天然氣也可用作化工原料，以天然氣為原料的一次加工產品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20個品種，C正確；D．煤干餾是將煤隔絕空氣加強熱使之分解的過程。通過煤的干餾，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦爐氣等多種物質，D正確；故合理選項是B。16．下列說法正確的是A．石油裂化的目的是為了提高輕質油的產量和質量B．煤的液化、氣化和石油的分餾都屬于物理變化C．為了有效利用化學能，可以將植物的秸桿直接燃燒獲得沼氣D．氫氣被稱為“綠色能源”，利用化石燃料燃燒放出的熱量使水分解產生氫氣，是氫能開發(fā)的研究方向【答案】A【詳解】A．石油裂化的目的為了提高輕質液體燃料（汽油，煤油，柴油等）的產量，特別是提高汽油的產量，故A正確；

B．煤的氣化是煤與碳反應生成一氧化碳和氫氣，煤的液化是指煤與氫氣作用形成甲醇等液體燃料，二者屬于化學變化，故B錯誤；

C．植物秸稈、枝葉、雜草含有生物質能，將植物的秸稈、枝葉、雜草和人畜糞便加入沼氣發(fā)酵池中，在厭氧條件下進行，可發(fā)酵制取甲烷，從而有效利用生物質能，故C錯誤；

D．利用化石燃料燃燒放出的熱量，消耗不再生能源，且燃燒排放污染物，應研究高效催化劑使水分解制備氫氣，是氫能開發(fā)的研究方向，故D錯誤；

故選：A。17．下列說法正確的是A．煤的氣化、液化和干餾都是物理變化B．加熱能殺死病毒，是因為蛋白質受熱發(fā)生變性C．石油裂解可以得到更多的汽油，這種汽油是一種純凈物D．動物脂肪和稀硫酸混合加熱，可得到肥皂的主要成分和甘油【答案】B【詳解】A．煤的氣化、液化和干餾過程中都產生了新的物質，因此發(fā)生的變化屬于化學變化，A錯誤；B．加熱能殺死病毒，是因為病毒主要是由蛋白質構成，蛋白質受熱時會失去其生理活性而發(fā)生變性，B正確；C．石油裂解可以得到更多的汽油，這種汽油中含有多種烷烴和烯烴，因此是一種混合物，C錯誤；D．動物脂肪在堿性條件下加熱會發(fā)生水解反應產生高級脂肪酸鹽和甘油，高級脂肪酸鹽是肥皂的主要成分，故油脂在堿性條件下的水解反應為皂化反應。而在酸性條件下水解產生的是高級脂肪酸和甘油，D錯誤；故合理選項是B。18．石油是由多種碳氫化合物組成的混合物，石油精煉可以獲得多種化工原料。請根據(jù)上圖回答下列問題：（1）由原油獲得汽油，分離的方法是__________________________。（2）丙烯在一定條件下生成聚丙烯，這種高分子化合物的鏈節(jié)為____________________________。（3）石油裂化是為了得到更多的汽油，裂化汽油可以使溴的四氯化碳溶液褪色，其原因是_______?！敬鸢浮糠逐s裂化汽油中含有烯烴等不飽和烴，能與發(fā)生加成反應，從而使溴的四氯化碳溶液褪色【詳解】（1）汽油、煤油、柴油的沸點不同，工業(yè)常用分餾的方法分離，故答案為：蒸餾或分餾；（2）丙烯在一定條件下生成聚丙烯，聚丙烯的鏈節(jié)是：，故答案為：；（3）裂化汽油中含有烯烴，烯烴中含有碳碳雙鍵，能與Br2發(fā)生加成反應，可以使溴的四氯化碳溶液褪色，故答案為：裂化汽油中含有烯烴，能與Br2發(fā)生加成反應，可以使溴的四氯化碳溶液褪色；【點睛】本題考查石油的分餾、同分異構體、石油裂解和有機物的性質，注意雙鍵能使高錳酸鉀褪色，苯環(huán)不能。難點（2）注意聚丙烯的鏈節(jié)的表示方法，中兩個基的位置不能寫錯。19．已知煤的部分結構模型如圖所示：(1)我國大約70％的煤是直接用于燃燒的。從煤的結構模型來看，在提供熱量的同時產生大量的________等氣體物質，造成嚴重的大氣污染。(2)“型煤”技術不僅可以減少87％的廢氣排放量，煙塵排放量也可減少80％，致癌物3.4苯并芘的排放量也減少，同時節(jié)煤20％～30％?！靶兔骸奔夹g的原理是利用固硫劑在燃燒過程中生成穩(wěn)定的硫酸鹽。下列物質中適宜作固硫劑的有________（填字母）。A．氯化鈣B．氧化鈣C．硫酸鈣D．氫氧化鈣(3)某“型煤”生產廠利用石灰石作固硫劑，試用化學方程式表示其“固硫”過程：_____________________________________________________________。(4)除上述的“型煤”技術外，為了