高二化学石油煤和天然气的综合利用

课题3石油、煤和天然气的综合利用●了解石油和煤是有机物的主要来源，是各类化工生产的基础。●理解石油分馏、裂化、裂解的基本原理；了解对石油初步加工的主要产品。●了解煤的干馏原理，了解煤干馏产品的主要成分和用途。●了解一碳化学的发展；通过调查讨论煤、石油和天然气等综合利用的最新进展。〔知识梳理〕1．石油所含的基本元素是，还含有少量的等。石油主要是由各种组成的混合物，因此，它没有固定的点和点。地下开采出来的原油是________色的状物质。2．工业上常用的方法，把石油分成沸点不同的产品，分离出来的产品叫，这些产品仍然是物。3．为了获得更多的轻质油，工业上常把相对分子质量较大、沸点较高的烷烃，采用的方法，进行分解，目的是为了提高的产量；也可以将长链烃在更高的温度下，进行深度裂化，目的是使长链烃断裂为、、等短链烃，这种方法又称为。4．煤的组成元素主要是，还有少量的等元素，煤是由无机物和物组成的复杂的混合物。将煤在使其分解的过程叫煤的干馏。煤干馏后的主要产品是；能有力证明煤的主要成分不是碳单质的事实是。5．为了减少煤对环境的污染，人们将煤进行和，使煤变成清洁的能源，同时提高煤的燃烧效率。写出煤的气化的有关化学方程式、。6．写出煤气化的主要反应的化学方程式：；天然气重整的化学方程式为。〔方法导引〕1．石油的炼制炼制方法分馏裂化裂解常压减压原理利用烃的不同沸点，将其分离成沸点不同的产物在一定条件下，使长链烃断裂为短链烃深度裂化（更高温度下的裂化）变化物理变化化学变化化学变化主要原料原油重油重油、石蜡等石油分馏产物（包括石油气）主要产品石油气、汽油、煤油、柴油、重油等柴油、润滑油、燃料油、石蜡、沥青等汽油、煤油、柴油等轻质油主要是乙烯、丙烯、丁烯2．煤的综合利用干馏气化液化直接液化间接液化原理将煤隔绝空气加强热使其分解把煤中的有机物转化为可燃性气体高温、高压下，与溶剂混合，使煤与H2作用生成液体燃料把煤气化成CO和H2，经催化合成液体燃料（CH3OH等）产品焦炭、煤焦油、焦炉气、出炉煤气低热值气CO、H2、N2、中热值气CO、H2、少量CH4高热值气CH4优质汽油、柴油、芳香烃和副产燃料气、液化石油气等合成汽油、甲醇等液体燃料3．几组易混淆概念的比较⑴分馏和干馏的本质区别：分馏是对石油固有的成分的分离，为物理变化；干馏是对煤强热分解得到新产物，为化学变化。⑵煤和木炭、焦炭组成不同：煤是以碳为主的复杂有机物和无机物的混合物，而木炭、焦炭的成分就是碳单质，所以木炭、焦炭易于燃烧，而煤不易燃料。⑶天然气和焦炉气不同：天然气是一种化石燃料，它蕴藏在地层内，从气井上开采的可燃性气体，其主要成分是CH4、C2H6、C3H8等小分子烷烃，主要是CH4，它既是一种重要能源，又是一种重要的工业资源。焦炉气是煤干馏所得产物之一，其主要成分是H2、CH4、CO、C2H4等，它也是重要的气体燃料和化工原料。[例题1]下列说法错误的是（）。A．化石燃料在任何条件下都能燃烧B．化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO、SO2等有害气体C．直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效果好D．固体煤变为气态燃料后，燃烧效率将更低[解析]本题考查燃料充分燃烧的条件及能源的综合利用等知识。化石燃料只有在一定的温度和氧气存在情况下才能燃烧。化石燃料不经深加工处理直接燃烧可产生污染物CO、SO2等有害气体。煤、石油等化石燃料经深加工后变为气体燃料，不仅能减少SO2对大气的污染，而且能提高燃烧效率，也便于输送。所以选项A、D错误，B、C是正确的。[答案]AD[例题2]有一套以天然气为燃料的灶具，改用石油气(C3H8)为燃料，使用时应采取的措施是，其原因是。[解析]天然气的主要成分是CH4，其燃烧的化学方程式为：CH4＋2O2→CO2＋2H2O；石油气燃烧的方程式为：C3H8＋5O2→3CO2＋4H2O，由方程式可知，燃烧等体积的天然气和石油气，石油气消耗O2的体积大。故改装灶具时应该增大空气的进气量或减少石油气的进气量。[答案]应增大空气的进气量或减少石油气的进气量；因燃烧等体积的天然气和石油气时，石油气消耗的氧气的体积大。[例题3]科学家致力于CO2“组合转化”技术研究，把过多的CO2转化为有益于人类的物质，如将CO2和H2按1﹕4的比例混合，通入反应器，在适当的条件下，可获得一种主要的能源，请完成以下化学方程式：CO2＋4H2→（）＋2H2O若将CO2与H2混合，在一定条件下以1﹕3的比例发生反应，生成某种重要的化工原料和水，该化工原料可能是（）。A．烷烃B．烯烃C．炔烃D．芳香烃[解析]从原子守恒来讲，1molCO2与4molH2反应生成2molH2O，同时另一种物质必有1molC和4molH，所以是CH4。同理，1molCO2＋3molH2→2molH2O＋1molCH2，即该烃的最简式为CH2，即为烯烃。[答案]CH4；B〔基础训练〕1．天然气的主要成分是（）。A．COB．CH4C．C2H4D．H22．下列变化不属于化学变化的是（）。A．煤的干馏B．石油的分馏C．催化裂化D．裂解3．在相同条件下，对环境污染程度最小的燃料是（）。A．液化气B．煤油C．煤饼D．木柴4．石油裂化的目的是（）。A．提高轻质液体燃料的产量B．获得短链不饱和气态烃C．主要是提高汽油的质量D．主要是提高汽油的产量5．工业上获得大量的乙烯、丙烯、丁二烯采用的方法是（）。A．石油的分馏B．石油的裂化C．石油的裂解D．直馏汽油的催化重整6．通常用来衡量一个国家的石油化学工业发展的标志是（）。A．石油的产量B．乙烯的产量C．合成纤维的产量D．硫酸的产量7．某人坐在空调车内跟在一辆卡车后面，观察到这辆卡车在起动、刹车时排出黑烟，由此可推断这辆卡车所用的燃料是（）。A．酒精B．汽油C．柴油D．液化石油气8．为了减少大气污染，许多城市推广清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类，一是压缩天然气，另一类是液化石油气。这两类燃料的主要成分是（）。A．碳水化合物B．碳氢化合物C．氢气D．醇类9．我国即将全面禁止使用含铅汽油（含铅汽油中溶有能提高汽油抗震性的四乙基铅），其主要目的是（）。A．减少汽车尾气中氮的氧化物的排放量B．提高汽油的燃烧值C．消除汽车尾气中的铅对大气的污染D．提高汽油的抗震性10．下列说法正确是（）。A．煤的干馏是物理变化B．石油裂解的目的主要是为了得到更多的汽油C．石油分馏能得到不同沸点范围的产物D．石油裂化主要得到是乙烯、丙烯等11．我国最近从国外引进一套设备，它可以有效地消除“白色污染”，把回收的废旧塑料加工成汽油、煤油等。试分析在该加工过程中发生的主要反应类型为（）。A．裂解B．裂化C．分馏D．干馏12．含有5个C原子的烷烃催化裂化可生成的烯烃最多是（）。A．2种B．4种C．5种D．6种13．近年来，我国部分地区陆续发现了“毒油”，所谓“毒油”是指混有汽油的食用油，不宜食用。下列有关说法中正确的是（）。A．汽油是纯净物，有固定的沸点B．汽油只能是石油分馏得到C．可用静置后看其是否分层来判断食用油中是否混有汽油D．汽油是含碳原子数为5～11的多种烃的混合物14．把下列各物质的制取方法填写在各题后面的空格中：⑴用煤制取煤焦油；⑵用煤焦油制取二甲苯；⑶用石蜡制汽油；⑷用煤油制乙烯。15．能源在我国的社会主义建设中的作用举足轻重，目前我国主要的能源品种仍然是煤、石油、天然气，试以它们各自的主要成分C、CnH2n＋2、CH4为代表，写出燃烧的化学方程式、、。比较当它们质量相同时，哪一种燃料对环境造成的负面影响（产生温室效应）最小。16．作为国家正在实施的“西气东输”工程终点站，上海将逐步改变以煤、石油气为主的能源结构，这对解决城市环境污染意义重大。目前上海大部分城市居民所使用的燃料主要是管道煤气，浦东新区开始使用东海天然气作为民用燃料，管道煤气的主要成分是CO、H2和少量烃类，天然气的主要成分是CH4，它们的燃烧反应如下：2CO＋O22CO22H2＋O22H2OCH4＋2O2CO2＋2H2O根据以上化学方程式判断：燃烧相同体积的管道煤气和天然气，消耗空气体积较大的是，因此燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的改进方法是进风口（填“增大”或“减小”），如不作改进可能产生的不良结果是。点燃点燃点燃管道煤气中含有的烃类，除甲烷外，还有少量乙烷、丙烷、丁烷等，它们的某些性质见右表：试根据以上某个关键数据解释冬天严寒季节有管道煤气火焰很小，并且呈断续状态的原因是。〔拓展提高〕17．下面是对三种不同类型汽车（以序号1、2、3表示）的废气排放情况进行了比较。这三种汽车分别是以汽油为燃料的汽车、以天然气（主要成分是甲烷）为燃料的汽车和电动汽车。请判断其中序号为⑴的是汽车，序号为⑶的是汽车。18．家用液化石油气的主要成分是烷烃和烯烃的混合物，它们在1.01×105Pa的沸点如下表所示：名称甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷乙烯丙烯丁烯戊烯沸点/℃－161.7－88.6－42.2－0.536.1－102.4－47.7－6.530.1有人发现液化石油气用完后,残留在钢瓶内的液体能溶解油脂,就将它倒出用来擦洗物件上的油污,这种废物利用的做法，是否可取？。原因是。19．汽车工业同能源工业的发展有着密切的联系。由石油炼制可得到汽油和柴油等燃料。它们的主要成分是类化合物。目前有些国家把煤气化成CO和H2，然后再经催化合成液体燃料甲醇，甲醇代替汽油作发动机的燃料。⑴试写出CO、H2合成甲醇的化学方程式，甲醇燃烧的化学方程式为。⑵在汽车尾气中，造成大气污染的主要物质是和。现在人们正研究在汽车尾气出口处安装催化转化装置，可消除主要污染物，试写出化学方程式。乙烷丙烷丁烷熔点/℃－183.3－189.7－138.4沸点/℃－88.6－42.1－0.5⑶氢气最有希望成为未来汽车的理想燃料，氢气作为燃料的主要优点是。20．用CO和H2在443K～473K的温度下，并用钴(Co)作催化剂时，可以反应生成n＝5～8的烷烃，这是人工合成汽油的方法之一。⑴写出用CnH2n+2表示的人工合成汽油的配平化学方程式。⑵如果向密闭的合成塔里通入恰好能完全反应的CO和H2，当完全反应时，合成塔温度不变，而塔内气体压强降低为原来的2/5，通过计算说明这里有无汽油生成。⑶要达到上述合成汽油的要求，CO和H2的体积比的取值范围是多少？基础训练参考答案1．B2．B3．A4．AD5．C6．B7．B8．B9．C10．C11．B12．C13．D14．⑴干馏⑵蒸馏⑶裂化⑷裂解15．C＋O2CO2CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2OCH4＋2O2CO2＋H2OCH416．天然气增大不能充分燃烧，生成有毒的CO丁烷遇冷凝结为液体使管道内气流不畅17．电动以汽油为燃料18．不可取因残留物为戊烷和戊烯，在空气中它们易挥发成气体，当空气中它们达到一定比例后，遇明火会发生爆炸，所以不可取19．烃⑴CO＋2H2CH3OH2CH3OH＋3O22CO2＋4H2O⑵碳的氧化物氮的氧化物2CO＋2NON2＋2CO2⑶燃料热高，无污染20．⑴nCO＋(2n+1)H2→CnH2n+2＋nH2O⑵无汽油生成⑶≤≤点燃点燃催化剂点燃催化剂V(CO)V(H2)115178点燃3n+12