煤、石油和天然氣的綜合利用-講義

高中化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

【8.1.2煤、石油和天然氣的綜合利用】【學(xué)習(xí)要點(diǎn)】

煤的綜合利用

石油的綜合利用

【知識(shí)梳理】

1.煤的綜合利用煤的組成：由有機(jī)物和少量無(wú)機(jī)物組成的復(fù)雜的混合物。以碳元素為主，還含有氫、氧、氮、硫等元素。煤的綜合利用①煤的干餾（煤的焦化）：將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使其分解的過(guò)程，工業(yè)上也稱為煤的焦化。產(chǎn)品主要成分用途出爐煤氣焦?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、二甲苯煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚類染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料瀝青筑路材料、制碳素電極焦炭碳冶金、合成氨造氣、電石、染料②煤的氣化：把煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過(guò)程。制水煤氣的反應(yīng)為③煤的液化：把煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的過(guò)程直接液化：煤+氫氣→液體燃料間接液化：煤+水→CO+H2甲醇

2.天然氣的綜合利用天然氣：主要成分為甲烷（CH4），作為化工原料它主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇（CH3OH）天然氣燃燒的主要產(chǎn)物是CO2和H2O，所以它是一種清潔能源。天然氣水合物①主要成分：甲烷水合物，其組成可表示為CH4·nH2O，甲烷分子處于由多個(gè)水分子形成的籠中。②特點(diǎn)：天然氣水合物的外觀像冰，具有可燃性，故又被稱為“可燃冰”。它被認(rèn)為是21世紀(jì)的高效清潔能源。但是，儲(chǔ)量巨大的天然氣水合物的分解和甲烷釋放，可能會(huì)誘發(fā)海底地質(zhì)災(zāi)害，加重溫室效應(yīng)。

3.石油的綜合利用石油的組成：石油是由多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物，成分復(fù)雜石油的分餾①概念：利用石油中各組分沸點(diǎn)的不同進(jìn)行分離的過(guò)程②主要產(chǎn)品：汽油、煤油、柴油等含碳原子少的輕質(zhì)油石油的裂化和裂解通過(guò)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。另外，石油在加熱和催化劑的作用下，可使鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴，如苯或甲苯等。

【典例分析】

例1.煤和石油等化石燃料對(duì)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要的作用，這些燃料合理的綜合利用是當(dāng)前節(jié)能減排的要求。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）石油分餾是石油煉制的重要環(huán)節(jié)，這種操作是在________(填設(shè)備名稱)內(nèi)完成的。工業(yè)上通常使用的分餾石油的方法有常壓分餾和________，分餾的目的是________。（2）石油不僅是重要的燃料，還是重要的化工原料的來(lái)源，如利用石油生產(chǎn)乙烯。為了使石油分餾產(chǎn)物進(jìn)一步生成更多的乙烯、丙烯等短鏈烴而采取________措施。（3）目前石油資源逐漸匱乏，人們把目光聚集到儲(chǔ)量相對(duì)豐富的煤上。目前煤綜合利用的主要方法是________、________和煤的氣化，煤氣化涉及的化學(xué)方程式：C＋O2CO2；2C＋O22CO;________(寫(xiě)出第三個(gè)化學(xué)方程式)。

【答案】（1）分餾塔；減壓分餾；為了獲得沸點(diǎn)不同的各種成分

（2）高溫裂解

（3）煤的干餾；煤的液化；C＋H2O(g)CO＋H2【解析】(1)石油分餾是在分餾塔中完成的，分餾的種類有常壓分餾和減壓分餾(注意：不是加壓分餾！)，這種分餾是物理變化。(2)為了獲得化工原料乙烯，往往對(duì)石油進(jìn)行裂解，需要較高的溫度(700～1000℃)，這種反應(yīng)屬于化學(xué)反應(yīng)。(3)煤的干餾是化學(xué)變化，這是煤的綜合利用；而煤的氣化、液化也是近年來(lái)煤綜合利用的重要方法。

例2.海水中有豐富的資源，多種多樣的海洋動(dòng)物和植物，海底有豐富的礦藏、石油、天然氣等，此外，海水中還含有大量的電解質(zhì)，它們電離產(chǎn)生Cl﹣、Br﹣、I﹣、SO42﹣、Na+、Mg2+、Ca2+等，都是重要資源．開(kāi)發(fā)和利用海水資源是當(dāng)前科學(xué)研究的一項(xiàng)重要任務(wù)，如圖是某化工廠對(duì)海水資源綜合利用的示意圖：請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列問(wèn)題：（1）寫(xiě)出步驟②、⑧分離提純的方法：②________⑧________．（2）步驟⑦分離提純過(guò)程中需要選用的玻璃儀器除燒杯外，還需要的儀器是________．（3）D具有殺菌消毒的作用，請(qǐng)寫(xiě)出反應(yīng)④的化學(xué)方程式________．（4）初步提純后的粗鹽中含有Ca2+、Mg2+、SO42﹣等雜質(zhì)，精制時(shí)所用的試劑為：①鹽酸

②氯化鋇溶液

③氫氧化鈉溶液

④碳酸鈉溶液，下列試劑添加順序合理的是

．A.②③④①

B.③④②①

C.④③②①

D.③②④①（5）若用來(lái)提取Br2，反應(yīng)⑤所用的氧化劑的來(lái)源較合理的是

．A.從外地購(gòu)買(mǎi)

B.在當(dāng)?shù)匦陆ㄉa(chǎn)廠

C.從本廠生產(chǎn)燒堿處循環(huán)（6）流程⑥將溴單質(zhì)從水溶液中分離出來(lái)是基于溴單質(zhì)具有________性，該方法對(duì)比有機(jī)溶劑萃取法的優(yōu)點(diǎn)是________．【答案】（1）過(guò)濾；蒸餾

（2）分液漏斗

（3）Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O

（4）A,D

（5）C

（6）揮發(fā)；經(jīng)濟(jì)，環(huán)保，方便【解析】解：（1）操作②是分離溶液和固體，用過(guò)濾操作，所以步驟②為過(guò)濾，粗鹽經(jīng)提純化學(xué)處理后過(guò)濾可得到氯化鈉溶液，⑦為碘的萃取和分液，⑧為從有機(jī)溶劑中提取碘單質(zhì)，需要蒸餾；（2）步驟②分離提純方法為萃取，需要選用主要玻璃儀器為分液漏斗、燒杯；

（3）反應(yīng)④是氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸、氯化鈉和水，分液的化學(xué)方程式為：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O；

（4）因用蒸發(fā)結(jié)晶的方法可以從海水中獲得食鹽，鎂離子用氫氧根離子沉淀，加入過(guò)量的石灰乳可以將鎂離子沉淀，硫酸根離子用鋇離子沉淀，加入過(guò)量的氯化鋇可以將硫酸根離子沉淀，至于先除鎂離子，還是先除硫酸根離子都行，鈣離子用碳酸根離子沉淀，除鈣離子加入碳酸鈉轉(zhuǎn)化為沉淀，但是加入的碳酸鈉要放在加入氯化鋇之后，這樣碳酸鈉會(huì)除去反應(yīng)剩余的氯化鋇，離子都沉淀了，在進(jìn)行過(guò)濾，最后再加入鹽酸除去反應(yīng)剩余的氫氧根離子和碳酸根離子，所以添加試劑的順序?yàn)棰冖邰堍倩颌邰冖堍伲?/p>

（5）若用來(lái)提取Br2，反應(yīng)⑤所用的氣態(tài)氧化劑為氯氣，本廠生產(chǎn)燒堿為電解氯化鈉溶液，產(chǎn)物中有氯氣，本廠生產(chǎn)鎂單質(zhì)、鈉單質(zhì)，通過(guò)電解無(wú)水氯化鎂、氯化鈉得到的產(chǎn)物為鎂、鈉和氯氣；

（6）溴單質(zhì)具有揮發(fā)性，將溴單質(zhì)從混合物中分離出來(lái)是基于溴單質(zhì)的揮發(fā)性，該方法對(duì)比有機(jī)溶劑萃取法的優(yōu)點(diǎn)是不需要試劑，無(wú)污染，操作和設(shè)備方便；

故答案為：（1）過(guò)濾，蒸餾；（2）分液漏斗；（3）Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O；（4）AD；（5）C；（6）揮發(fā)，經(jīng)濟(jì)，環(huán)保，方便；

【能力提升】

1.煤、石油、天然氣是人類使用的主要能源，同時(shí)也是重要的化工原料．下列關(guān)于它們的綜合利用敘述不正確的是（

）A.

以煤、石油和天然氣為主要原料生產(chǎn)的合成材料是塑料、合成橡膠、合成纖維

B.

煤是工業(yè)上獲得芳香烴的一種重要來(lái)源

C.

石油的裂解是為了提高輕質(zhì)油（例如汽油）的產(chǎn)量

D.

天然氣的主要成分是甲烷，屬于不可再生資源2.煤、石油、天然氣是重要的能源和化工原料，下列說(shuō)法正確的是（

）A.

石油裂解得到的汽油是純凈物

B.

石油產(chǎn)品都可用于聚合反應(yīng)

C.

水煤氣是通過(guò)煤的液化得到的氣態(tài)燃料

D.

天然氣是清潔燃料3.下列關(guān)于煤、石油和天然氣及其相關(guān)產(chǎn)品的敘述錯(cuò)誤的是（）A.

液化天然氣（LNG）和罐裝液化石油氣（LPG）主要成分都屬于烴類

B.

煤經(jīng)過(guò)干餾可以得到焦炭和煤焦油等產(chǎn)品，分餾煤焦油可以獲得多種芳香烴

C.

石油裂化的主要目的是提高輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量和質(zhì)量

D.

石油的分餾、煤的液化、煤的氣化屬于物理變化4.下列關(guān)于石油、煤、天然氣等化石能源的說(shuō)法正確的是（

）A.

石油產(chǎn)品﹣﹣直餾汽油和裂化汽油的成分相同

B.

獲得上述化石能源的過(guò)程均為化學(xué)變化

C.

水煤氣是通過(guò)煤的液化得到的氣體燃料

D.

天然氣是一種清潔能源5.下列轉(zhuǎn)化不屬于煤或石油的綜合利用的是(

)A.

將煤干餾制得煤焦油和焦炭

B.

在一定條件下將煤與氫氣轉(zhuǎn)化為液體燃料

C.

將煤變?yōu)槊猴炞魅剂?/p>

D.

將石油裂解制得乙烯等化工原料

【參考答案】

1.【答案】C【解析】解：A．合成材料又稱人造材料，是人為地把不同物質(zhì)經(jīng)化學(xué)方法或聚合作用加工而成的材料；以石油、煤和天然氣為主要原料生產(chǎn)的材料屬于有機(jī)合成材料，如：塑料、合成橡膠、合成纖維，故A正確；B、因煤是工業(yè)上獲得芳香烴的一種重要來(lái)源，故B正確；

C、根據(jù)石油裂化是提高輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量和質(zhì)量，而石油裂解的目的是為了獲得乙烯、丙烯、1，3﹣丁二烯等氣態(tài)短鏈烴等，故C錯(cuò)誤；

D．天然氣的主要成分是甲烷，屬于不可再生資源，故D正確；

故選C．

2.【答案】D【解析】解：A．裂解汽油主要成分為C6～C9烴類，有時(shí)也包含C5烴以及C9以上重質(zhì)烴類，故A錯(cuò)誤；B．只有含有雙建或三鍵的物質(zhì)才可以用于聚合反應(yīng)，石油分餾產(chǎn)品為烷烴，不能發(fā)生聚合反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；

C．水煤氣是通過(guò)熾熱的焦炭而生成的氣體，主要成份是一氧化碳、氫氣，不是煤的液化，是煤的氣化，故C錯(cuò)誤；

D．天然氣的燃燒產(chǎn)物是二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境污染小，是一種清潔的化石燃料，故D正確．

故選D．

3.【答案】D【解析】解：A．天然氣主要成分是甲烷，液化石油氣的主要成分是丙烷和丁烷，都是烴，都能燃燒，故A正確；B．煤經(jīng)過(guò)干餾可以得到焦炭和煤焦油等產(chǎn)品，煤焦油中含多種芳香烴，分餾煤焦油可以獲得多種芳香烴，故B正確；

C．石油裂化的主要目的是提高輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量和質(zhì)量，故C正確；

D．煤的氣化是將其轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過(guò)程，屬于化學(xué)變化；煤的液化是使煤與氫氣作用生成液體燃料，屬于化學(xué)變化，故D錯(cuò)誤．

故選D．

4.【答案】D【解析】解：A．直餾汽油的成分是