煤、石油和天然气的综合利用-讲义.docx

高中化学人教版（2019）必修第二册
【8.1.2煤、石油和天然气的综合利用】
【学习要点】
煤的综合利用
石油的综合利用
【知识梳理】
1.煤的综合利用
（1） 煤的组成：由有机物和少量无机物组成的复杂的混合物。以碳元素为主，还含有氢、氧、氮、硫等元素。
（2） 煤的综合利用
①煤的干馏（煤的焦化）：将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，工业上也称为煤的焦化。
产品
主要成分
用途
出炉煤气
焦炉气
氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳
气体燃料、化工原料
粗氨水
氨、铵盐
化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料
粗苯
苯、甲苯、二甲苯
煤焦油
苯、甲苯、二甲苯
酚类
染料、医药、农药、合成材料
沥青
筑路材料、制碳素电极
焦炭
碳
冶金、合成氨造气、电石、染料

②煤的气化：把煤转化为可燃性气体的过程。制水煤气的反应为

③煤的液化：把煤转化为液体燃料的过程
直接液化：煤+氢气→液体燃料
间接液化：煤+水→CO+H2甲醇
2.天然气的综合利用
（1） 天然气：主要成分为甲烷（CH4），作为化工原料它主要用于合成氨和生产甲醇（CH3OH）
天然气燃烧的主要产物是CO2和H2O，所以它是一种清洁能源。
（2） 天然气水合物
①主要成分：甲烷水合物，其组成可表示为CH4·nH2O，甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。
②特点：天然气水合物的外观像冰，具有可燃性，故又被称为“可燃冰”。它被认为是21世纪的高效清洁能源。但是，储量巨大的天然气水合物的分解和甲烷释放，可能会诱发海底地质灾害，加重温室效应。
3.石油的综合利用
（1） 石油的组成：石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，成分复杂
（2） 石油的分馏
①概念：利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程
②主要产品：汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油
（3） 石油的裂化和裂解
通过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，石油在加热和催化剂的作用下，可使链状烃转化为环状烃，如苯或甲苯等。

【典例分析】
例1.煤和石油等化石燃料对促进社会经济发展起到了重要的作用，这些燃料合理的综合利用是当前节能减排的要求。请回答下列问题：

（1）石油分馏是石油炼制的重要环节，这种操作是在________(填设备名称)内完成的。工业上通常使用的分馏石油的方法有常压分馏和________，分馏的目的是________。

（2）石油不仅是重要的燃料，还是重要的化工原料的来源，如利用石油生产乙烯。为了使石油分馏产物进一步生成更多的乙烯、丙烯等短链烃而采取________措施。

（3）目前石油资源逐渐匮乏，人们把目光聚集到储量相对丰富的煤上。目前煤综合利用的主要方法是________、________和煤的气化，煤气化涉及的化学方程式：

C＋O2 CO2　；2C＋O2 2CO;________
(写出第三个化学方程式)。
【答案】 （1）分馏塔；减压分馏；为了获得沸点不同的各种成分
（2）高温裂解
（3）煤的干馏；煤的液化；C＋H2O(g) CO＋H2
【解析】(1)石油分馏是在分馏塔中完成的，分馏的种类有常压分馏和减压分馏(注意：不是加压分馏！)，这种分馏是物理变化。(2)为了获得化工原料乙烯，往往对石油进行裂解，需要较高的温度(700～1000℃)，这种反应属于化学反应。(3)煤的干馏是化学变化，这是煤的综合利用；而煤的气化、液化也是近年来煤综合利用的重要方法。

例2.海水中有丰富的资源，多种多样的海洋动物和植物，海底有丰富的矿藏、石油、天然气等，此外，海水中还含有大量的电解质，它们电离产生Cl﹣、Br ﹣、I﹣、SO42﹣、Na+、Mg2+、Ca2+等，都是重要资源．开发和利用海水资源是当前科学研究的一项重要任务，如图是某化工厂对海水资源综合利用的示意图：

请根据以上信息回答下列问题：
（1）写出步骤②、⑧分离提纯的方法：
②________⑧________．
（2）步骤⑦分离提纯过程中需要选用的玻璃仪器除烧杯外，还需要的仪器是________．
（3）D具有杀菌消毒的作用，请写出反应④的化学方程式________．
（4）初步提纯后的粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42﹣等杂质，精制时所用的试剂为：
①盐酸    ②氯化钡溶液  ③氢氧化钠溶液  ④碳酸钠溶液，
下列试剂添加顺序合理的是　    　 ．
A.②③④①
B.③④②①
C.④③②①
D.③②④①
（5）若用来提取Br2 ， 反应⑤所用的氧化剂的来源较合理的是　    　 ．
A.从外地购买
B.在当地新建生产厂
C.从本厂生产烧碱处循环
（6）流程⑥将溴单质从水溶液中分离出来是基于溴单质具有________性，该方法对比有机溶剂萃取法的优点是________．
【答案】 （1）过滤；蒸馏
（2）分液漏斗
（3）Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
（4）A,D
（5）C
（6）挥发；经济，环保，方便
【解析】解：（1）操作②是分离溶液和固体，用过滤操作，所以步骤②为过滤，粗盐经提纯化学处理后过滤可得到氯化钠溶液，⑦为碘的萃取和分液，⑧为从有机溶剂中提取碘单质，需要蒸馏；
（2）步骤②分离提纯方法为萃取，需要选用主要玻璃仪器为分液漏斗、烧杯；
（3）反应④是氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸、氯化钠和水，分液的化学方程式为：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O；
（4）因用蒸发结晶的方法可以从海水中获得食盐，镁离子用氢氧根离子沉淀，加入过量的石灰乳可以将镁离子沉淀，硫酸根离子用钡离子沉淀，加入过量的氯化钡可以将硫酸根离子沉淀，至于先除镁离子，还是先除硫酸根离子都行，钙离子用碳酸根离子沉淀，除钙离子加入碳酸钠转化为沉淀，但是加入的碳酸钠要放在加入氯化钡之后，这样碳酸钠会除去反应剩余的氯化钡，离子都沉淀了，在进行过滤，最后再加入盐酸除去反应剩余的氢氧根离子和碳酸根离子，所以添加试剂的顺序为②③④①或③②④①；
（5）若用来提取Br2 ， 反应⑤所用的气态氧化剂为氯气，本厂生产烧碱为电解氯化钠溶液，产物中有氯气，本厂生产镁单质、钠单质，通过电解无水氯化镁、氯化钠得到的产物为镁、钠和氯气；
（6）溴单质具有挥发性，将溴单质从混合物中分离出来是基于溴单质的挥发性，该方法对比有机溶剂萃取法的优点是不需要试剂，无污染，操作和设备方便；
故答案为：（1）过滤，蒸馏；（2）分液漏斗；（3）Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O；（4）AD；（5）C；（6）挥发，经济，环保，方便；

【能力提升】
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．下列关于它们的综合利用叙述不正确的是（   ）
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
2.煤、石油、天然气是重要的能源和化工原料，下列说法正确的是（   ）
A. 石油裂解得到的汽油是纯净物        B. 石油产品都可用于聚合反应
C. 水煤气是通过煤的液化得到的气态燃料    D. 天然气是清洁燃料
3.下列关于煤、石油和天然气及其相关产品的叙述错误的是（　　）
A. 液化天然气（LNG）和罐装液化石油气（LPG）主要成分都属于烃类
B. 煤经过干馏可以得到焦炭和煤焦油等产品，分馏煤焦油可以获得多种芳香烃
C. 石油裂化的主要目的是提高轻质液体燃料的产量和质量
D. 石油的分馏、煤的液化、煤的气化属于物理变化
4.下列关于石油、煤、天然气等化石能源的说法正确的是（   ）
A. 石油产品﹣﹣直馏汽油和裂化汽油的成分相同    
B. 获得上述化石能源的过程均为化学变化
C. 水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料       
D. 天然气是一种清洁能源
5.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. 在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料
C. 将煤变为煤饼作燃料        D. 将石油裂解制得乙烯等化工原料

【参考答案】
1.【答案】C
【解析】解：A．合成材料又称人造材料，是人为地把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成的材料；以石油、煤和天然气为主要原料生产的材料属于有机合成材料，如：塑料、合成橡胶、合成纤维，故A正确； B、因煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，故B正确；
C、根据石油裂化是提高轻质液体燃料的产量和质量，而石油裂解的目的是为了获得乙烯、丙烯、1，3﹣丁二烯等气态短链烃等，故C错误；
D．天然气的主要成分是甲烷，属于不可再生资源，故D正确；
故选C．
2.【答案】D
【解析】解：A．裂解汽油主要成分为C6～C9烃类，有时也包含C5烃以及C9以上重质烃类，故A错误； B．只有含有双建或三键的物质才可以用于聚合反应，石油分馏产品为烷烃，不能发生聚合反应，故B错误；
C．水煤气是通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成份是一氧化碳、氢气，不是煤的液化，是煤的气化，故C错误；
D．天然气的燃烧产物是二氧化碳和水，对环境污染小，是一种清洁的化石燃料，故D正确．
故选D．
3.【答案】D
【解析】解：A．天然气主要成分是甲烷，液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷，都是烃，都能燃烧，故A正确； B．煤经过干馏可以得到焦炭和煤焦油等产品，煤焦油中含多种芳香烃，分馏煤焦油可以获得多种芳香烃，故B正确；
C．石油裂化的主要目的是提高轻质液体燃料的产量和质量，故C正确；
D．煤的气化是将其转化为可燃性气体的过程，属于化学变化；煤的液化是使煤与氢气作用生成液体燃料，属于化学变化，故D错误．
故选D．
4.【答案】D
【解析】解：A．直馏汽油的成分是烷烃，裂化汽油是较大分子的烃通过裂化反应生成的，含有烯烃，故A错误； B．直馏汽油是石油通过分馏获得的，属于物理变化，裂化属于化学变化，故B错误；
C．水煤气是气体燃烧，煤的气化得到水煤气，煤的液化可以得到液态燃料，故C错误；
D．天然气的主要成分是甲烷，甲烷燃烧生成二氧化碳和水，燃烧产物无污染，属于清洁能源，故D正确．
故选D．
．
5.【答案】 C
【解析】将煤变为煤饼只是改变了煤的形状，不属于煤的综合利用。