石油_煤和天然气的综合利用（PPT33页)

核心要点突破课堂互动讲练学习目标课前自主学案知能优化训练课题3课题3石油、煤和天然气的综合利用学习目标1.了解石油的分馏及其产品和用途，了解石油的裂化和裂解。2.了解煤的干馏和综合利用。3.了解煤化工和天然气化工的发展。课前自主学案一、石油和天然气1．石油的炼制和石化工业石油是______________，加工前称为原油，石油要炼制，其目的是将混合物进行一定程度的______，使之物尽其用，另一方面，将含碳原子较多的烃转变为含碳原子较少的烃，作为基本___________原料。2．工业上常用______分馏和______分馏的方法把不同沸点的产品分离出来。烃的混合物分离有机化工常压减压为了提高汽油产量，还可采用___________的方法。如十六烷分解反应方程式为C16H34→C8H18＋C8H16。3．石油不仅是燃料资源，还是______________的重要来源。4．写出表示己烷裂解反应的方程式：_____________________________________________________________。5．乙烯的生产主要靠_____________，乙烯的产量是衡量一个国家_________化工发展水平的标志。催化裂化有机化工原料C6H14——————→700～900℃CH4＋CH2===CH2＋CH3CH===CH2＋其他石油裂解石油6．天然气的利用天然气的主要用途：①直接作燃料；②合成氨原料气(制H2)；③合成甲醇及其他化工原料。二、煤的综合利用1．煤与炭有何关系？木炭、焦炭等是碳的不纯单质，而煤是有机物和无机物组成的复杂混合物。煤除了主要含碳元素外还含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机矿物质(主要有硅、铝、钙、铁等元素)。2．煤的干馏(1)将煤隔绝空气_________________的过程，叫做煤的干馏，也叫煤的焦化。(2)工业上炼焦的原理是将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热，煤粉分解得到焦炭、煤焦油、焦炉气(可燃烧)、粗氨水和粗苯等。这些产物可用于生产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。加强热使其分解3．煤的气化和液化(1)煤的气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压强下使煤中__________与气化剂(如蒸气/空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。(2)碳与水蒸气的反应式为____________________，属________反应。有机物吸热C＋H2O===CO＋H2(3)煤的液化：煤的液化是把煤转化成__________的过程，煤的液化分为直接液化和间接液化。①直接液化是把煤炭制成煤浆，然后在_______、________和在________条件下，通过加氢裂化生成液态碳氢化合物即“合成石油”，直接液化的效率约为65%～75%，每吨煤可生产0.3～0.4t液化油。主要产品有汽油、柴油、芳香烃和其他____________。副产品有液化石油气、硫黄和氨气等。液体燃料高温高压催化剂化工原料②间接液化是把煤炭在高温下与水蒸气作用气化，产生合成气等，然后合成气通过_________生成性能优良的液态醇类、烃类及________等。间接液化的效率一般较低。三、煤化工和天然气化工的发展——一碳化学1．一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CH4、CH3OH等)为原料来合成一系列__________和________的化学。催化合成化学品化工原料燃料2．煤气化的主要反应方程式为2C＋O2===2CO；C＋H2O===CO＋H2；CO＋H2O===CO2＋H2；CH4＋H2O=====高温CO＋3H2。3．使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的产物，这就是________化学，由CH4、CH3OH等含一个碳原子的分子，通过____________直接生成新的化合物，叫________化学和_______化学。合成气催化反应甲烷甲醇核心要点突破一、石油的炼制方法原料原理目的分馏原油(常压分馏)重油(减压分馏)根据石油各组分沸点高低不同，利用加热汽化、冷凝、回流，把石油分成不同沸点范围的组分得到不同沸点范围的分馏产物——汽油、煤油、柴油、重油等方法原料原理目的裂化重油、石蜡在一定条件下，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液体燃料油的产量，特别是提高汽油的产量裂解(深度裂化)石油分馏产品(包括石油气)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，如乙烯、丙烯、丁二烯等二、煤的综合利用课堂互动讲练煤、石油和天然气的综合利用1．煤的干馏(1)原理：将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，煤的干馏是一个复杂的物理变化和化学变化过程。(2)煤的干馏产物①固态物质——焦炭。用途：冶金工业、制造电石。②液态物质煤焦油：芳香烃(苯的同系物、萘、蒽)、酚和沥青等。粗氨水：氨和铵盐。用途：可作氮肥。粗苯：苯的同系物。③气态物质——焦炉气(H2、CH4、C2H4、CO)。2．煤的气化将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气：C(s)＋H2O(g)=====高温CO(g)＋H2(g)。3．煤的液化(1)直接液化煤＋氢气――→催化剂高温液体燃料。(2)间接液化煤＋水――→高温CO＋H2――→催化剂高温甲醇等。4．天然气的主要成分是CH4，甲烷经化学变化形成含两个碳或多个碳的其他有机物。5．石油的分馏利用石油中各种烃的沸点不同，逐步升温使烃汽化，再经冷凝后将烃分离成不同沸点范围的产物的过程叫做分馏。其主要目的是得到汽油、煤油、柴油等轻质油。6．石油的裂化通过催化剂催化、高温等手段将含碳原子较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子较少、沸点较低的汽油等的过程，叫裂化。例如：C16H34―————―→催化剂加热、加压C8H18＋C8H16C8H18―————―→催化剂加热、加压C4H8＋C4H10C4H10―————―→催化剂加热、加压CH4＋C3H6C4H10―————―→催化剂加热、加压C2H4＋C2H6。主要目的是提高轻质燃料油的含量，所得轻质油和直接分馏所得轻质油的区别是前者含有不饱和烯烃，因此裂化汽油可使溴水、酸性KMnO4溶液褪色。7．石油的裂解石油在更高的温度下发生深度裂化，石油中的烃分子断裂成以乙烯为主的小分子的过程叫裂解。裂解的目的是获得重要化工原料乙烯等气态不饱和烃。8．乙烯的聚合反应9．通常所说的环境问题，主要是指由于人类不合理的开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。环境污染类型有大气污染、水污染和土壤污染。例(2011年广州高二检测)如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。资料1：石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。资料2：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。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，实验后闻试管Ⅱ中液体气味，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__________________，为保证实验成功，实验前必须进行的操作是________________，装置中较长导管的作用是__________________；(2)试管Ⅱ中少量液体凝结说明了________________________________________；(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了________________________________________；(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___________________________________________________________________________________。【解析】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。依据石油分馏工业的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，兼起冷凝气体的作用；依据催化裂化原理，下列反应皆有可能发生：a．C20H42――→Al2O3△C10H20＋C10H22b．C10H22――→Al2O3△C5H12＋C5H10c．C5H12――→Al2O3△C2H4＋C3H8d．C5H12――→△CH4＋C4H8。试管Ⅱ中有液体生成，说明生成5个碳原子数以上的烃，因为常温常压下，5个碳原子数以上的烃大都呈液体，试管Ⅲ中KMnO4溶液褪色说明生成常温常压下呈气态的5个碳原子数以下的烯烃；由于裂化产物中有烯烃生成，易与溴发生加成反应，所以不能用来萃取卤素单质；从以上变化可以看出，石油裂化的主要意义是可提高轻质燃油特别是汽油的产量和质量。【答案】(1)从下往上，从左往右检验装置的气密性导气、冷凝气体(2)裂化生成了5个碳原子数以上的烃(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃(4)不能，因为裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应(5)C20H42――→Al2O3△C10H22＋C10H20(6)可提高石油产品中轻质燃油特别是汽油的产量和质量变式训练气化和液化是使煤变成清洁能源的有效途径。煤的气化的重要反应是：C＋H2O(g)=====高温CO＋H2，CO和H2的混合气体是合成多种有机物的原料气，研究由CO、H2合成有机物的化学称为一碳化学。下图是合成某些物质的路线：其中，D易溶于水，且与CH3COOH互为同分异构体，F分子中的碳原子数是D中的3倍，H经催化氧化可得到G。请回答下列问题：(1)写出下列物质的结构简式：A________________，H________________；指出A和H的关系：________________。(2)利用合成气(H2＋CO)生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化，合成气也可合成醛、酸、酯等多种产物，下列表述正确的是________。①以合成气为原料的反应都是化合反应②改变合成气中CO与H2的体积比，可得到不同的产物③合成气的转化反应需在适当的温度和压强下通过催化完成④从合成气出发生成气态烃或醇类有机物是实现“煤变油”的有效途径⑤以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水A．①②④B．②③④C．②④⑤D．③④⑤(3)写出下列反应的化学方程式：①CH3COOH＋E→F：______________________________________________________________________________________；②D与新制氢氧化铜加热：_____________________________________________________________________________________。解析：本题以能源为载体考查烃的衍生物的性质，命题着眼点在于煤的气化和液化，同时它又结合有机化学反应类型，要求整合新信息得出结论。(1)由题图知，A经两次催化氧化得到C，则A为CH3OH，B为HCHO，C为HCOOH，且H应为CH3CH2CH2CH2OH，G为CH3CH2CH2CHO，D的分子式为C2H4O2，易溶于水，说明不是酯，则D为HOCH2CHO，E为HOCH2CH2OH，F为CH3COOCH2CH2OOCCH3。(2)依题意，CO和H2可合成汽油，汽油是烃类，所以