2019-2020学年新教材高中化学 第三章 简单的有机化合物 第二节 从化石燃料中获取有机化合物

-1-第1课时从天然气、石油和煤中获取燃料课程标准核心素养1.了解天然气和煤的组成。2.了解石油的组成，学习如何从石油中获取燃料，认识石油的炼制方法。3.能从有机化合物及其性质的角度对有关能源、材料、饮食、健康、环境等实际问题进行分析、讨论和评价。科学态度与社会责任通过对化石燃料中的有机化合物的性质与用途的分析，体验有机化合物在能源、材料领域中的应用价值及有机化学对人类社会发展作出的巨大贡献。天然气和煤直接用作燃料1．天然气的主要成分——甲烷(1)物理性质颜色气味状态密度水溶性无色无味气体比空气的小难溶于水(2)化学性质通常状况下，甲烷比较稳定，与强酸、强碱、强氧化剂都不反应，如甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但能够燃烧，燃烧的化学方程式为CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O。天然气水合物——可燃冰的主要成分也是甲烷。2．煤(1)成分：由有机化合物和无机物组成的复杂混合物。其中，有机化合物除了含有碳、氢元素外，还含有少量的氧、氮、硫等元素；无机物主要含有硅、铝、钙、铁等元素。(2)用途：直接烧煤可得到人们所需要的能量。(3)煤燃烧产生对环境影响的污染物有硫的氧化物、氮的氧化物、烟尘等。1．下列物质不属于化石能源的是()A．石油B．天然气C．煤D．核能解析：选D。化石能源包括石油、天然气、煤。2．在我国的南海、东海海底已发现天然气(甲烷等)的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为可燃冰。可燃冰的开采，有助于解决人类面临的能源危机。下列说法不正确的是()A．甲烷属于烃类B．在相同条件下甲烷的密度大于空气-2-C．甲烷难溶于水D．可燃冰是一种极具潜力的能源解析：选B。甲烷是最简单的烷烃，难溶于水；在相同条件下甲烷的密度小于空气；甲烷燃烧放出较多的热量且产物为CO2和H2O，所以可燃冰是一种极具潜力的能源。3．下列气体既能用排水法又能用向下排空气法收集的是()A．CO2B．CH4C．NOD．NO2解析：选B。NO只能用排水法收集，CO2、NO2只能用向上排空气法收集。从石油中获取燃料1．石油的组成(1)组成元素：主要是C、H两种元素，质量分数之和高达98%。(2)主要物质：由分子含有不同数目碳原子的烷烃、环烷烃等组成的复杂混合物。2．石油的炼制分馏裂化原理通过加热和冷凝，把石油分离成沸点范围不同的产物在一定条件(加热、使用催化剂)下，把相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃主要原料原油重油目的将原油分离成沸点范围不同的产品提高轻质液体燃料的产量和质量变化类型物理变化化学变化主要产品石油气、汽油、煤油、柴油、重油等汽油等轻质燃油1．石油炼制的工艺流程-3-2．实验室石油分馏装置3．直馏汽油和裂化汽油的区别获得方法主要化学成分鉴别方法直馏汽油原油直接分馏，物理变化一般是C5～C11的烷烃及少量的芳香烃(以后会学到)等，性质稳定能使溴的四氯化碳溶液褪色的是裂化汽油裂化汽油重油裂化，化学变化含有C5～C11的烷烃和烯烃，性质活泼1．判断正误(1)石油分馏可得到乙烯。()(2)汽油为石油分馏产品，属于纯净物。()(3)石油的分馏和裂化均属于化学变化。()(4)裂化汽油不能用于萃取溴水中的溴单质。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√2．下列说法正确的是()A．沸点：汽油、煤油、柴油依次降低B．石油的成分全部为有机化合物C．石油分馏时，沸点高的烃先汽化D．十六烷的一种裂化方式为C16H34――→催化剂△C8H18＋C8H16十六烷辛烷辛烯答案：D-4-课堂小结合格考训练1．石油分馏的主要目的是()A．将石油按其成分沸点的不同加以分离B．将石油按饱和烃与不饱和烃加以分离C．得到碳原子数多的烃类D．将石油中烷烃、环烷烃和芳香烃分开解析：选A。石油分馏是利用原油中各组分沸点的不同将石油分成不同沸点的蒸馏产物。2．石油裂化的主要目的是()A．提高轻质液体燃料的产量B．便于分馏C．获得短链不饱和气态烃D．提高汽油的质量解析：选A。石油裂化的目的是提高轻质液体燃料的产量和质量，其中以提高产量为主要目的。3．以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是()选项氧化物环境问题主要来源ACO2酸雨化石燃料的燃烧BSO2光化学烟雾汽车尾气的排放CNO2温室效应工厂废气的排放DCOCO中毒燃料的不完全燃烧解析：选D。A中，CO2对应的环境问题是温室效应。B中，SO2对应的环境问题是酸雨，主要来源于煤的燃烧和硫酸厂排放的废气。C中，NO2对应的环境问题是酸雨及光化学烟雾，主要来源于汽车尾气的排放。4．下列有关甲烷的说法不正确的是()A．甲烷属于烷烃，在空气中完全燃烧生成二氧化碳和水B．实验室里可以用向上排空气法收集甲烷C．甲烷与氯气、溴蒸气均可发生取代反应D．可燃冰的主要成分是甲烷-5-解析：选B。甲烷的相对分子质量为16，相同条件下其密度小于空气，应用向下排空气法收集。5．(2019·长春高一测试)在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的是()A．溴水B．氯水C．氧气D．高锰酸钾溶液解析：选C。甲烷化学性质比较稳定，在常温常压下不易被氧气、高锰酸钾溶液氧化，但在点燃条件下与氧气发生反应；甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，但与溴水、氯水不反应。等级性测试1．下列关于甲烷的说法正确的是()A．实验室可以用排水法收集甲烷B．只有纯净甲烷才能在空气中安静燃烧C．甲烷能与溴水发生取代反应D．甲烷在空气中燃烧只生成二氧化碳和水解析：选A。甲烷难溶于水，可以用排水法收集，A项正确；甲烷与空气的混合物中甲烷的体积分数只要在爆炸极限之外，甲烷就能安静燃烧，B项错误；甲烷与气态卤素单质在光照条件下发生取代反应，甲烷不能与溴水反应，C项错误；在氧气不足条件下，甲烷燃烧会生成一氧化碳和水，D项错误。2．石油经过分馏提取汽油、煤油、柴油所剩余的固态与液态烃的混合物又叫作重油，其所含分子的碳原子数在20以上，黏度高，难挥发。工业上对重油进行分馏具有重要意义。下列对重油进行分馏的措施正确的是()A．加压、高温加热，冷凝B．减压、低温加热，冷凝C．加入催化剂低温加热，冷凝D．加入催化剂高温加热，冷凝解析：选B。重油难挥发，加压会升高重油组成成分的沸点，减压会降低重油组成成分的沸点；重油组成成分相对分子质量大，高温加热会使其炭化结焦；重油分馏属于物质变化中的物理变化，而催化剂是能够改变化学反应速率的物质，对物理变化无效。综合上述可知，对重油进行分馏的措施应是减压、低温加热，冷凝。3．如图是石油分馏塔的示意图。下列说法正确的是()-6-A．a的沸点最高B．b的熔点最低C．c的平均相对分子质量最大D．每一种馏分都是纯净物解析：选C。分馏塔内的温度从下往上逐渐降低。石油蒸气从分馏塔的底部进入，沸点低的馏分先汽化，冷凝后流出，沸点高的馏分后汽化，冷凝后流出，因此a、b、c的沸点依次升高。沸点高的物质熔点高、相对分子质量大。石油中有些成分的沸点很接近，因此石油分馏的馏分仍为混合物。4．可燃冰是海底蕴藏的资源之一，其主要成分是甲烷。以下是甲烷在空气中燃烧的微观过程模拟图，符合该反应微观过程先后顺序的选项是()A．②③①B．①③②C．③②①D．②①③解析：选D。甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水，该过程首先是分子状态的甲烷和氧气(图②)，然后化学键断裂形成原子(图①)，最后原子重新组合得到二氧化碳和水(图③)。5．下列叙述不正确的是()A．天然气是一种清洁、不可再生的化石燃料B．合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)有助于缓解能源紧缺C．煤是无机化合物，天然气和石油是有机化合物D．在能源的开发和利用中必须同时考虑对环境的影响解析：选C。煤是由有机化合物和无机物组成的复杂混合物。6．鉴别CH4、CO、H2三种无色气体的方法是()A．点燃——通入澄清石灰水——加入溴的四氯化碳溶液B．点燃——罩上干而冷的小烧杯——加入澄清石灰水C．点燃——通入澄清石灰水-7-D．点燃——通入酸性KMnO4溶液解析：选B。根据燃烧后的产物来判断，甲烷燃烧后生成CO2和H2O，H2燃烧后生成H2O，CO燃烧后生成CO2。在火焰的上方罩一个干而冷的小烧杯，烧杯内壁出现水珠的是甲烷和H2，没有水珠的是CO；然后在有水珠的两个小烧杯里加入澄清石灰水，出现浑浊的是甲烷，无现象的是H2。7．将标准状况下的11.2L甲烷和22.4L氧气混合点燃，恢复到原状况后，气体的体积为()A．11.2LB．22.4LC．33.6LD．44.8L解析：选A。CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O，因此，标准状况下11.2L甲烷与22.4L氧气恰好完全反应生成11.2L的CO2气体，故选A。8．一定量的甲烷燃烧后得到的产物是CO、CO2和H2O(g)，此混合气体的质量为49.6g，当其缓慢通过足量的无水氯化钙时，质量减少25.2g，则此混合物中CO的质量为()A．24.4gB．13.2gC．12.5gD．11.2g解析：选D。通过足量的无水氯化钙，气体质量减少的是25.2gH2O(g)，则生成的CO、CO2的质量和为49.6g－25.2g＝24.4g。由氢元素守恒可求得：n(CH4)＝25.2g18g·mol－1×2×14＝0.7mol。设生成CO、CO2的物质的量分别为x、y，则有x＋y＝0.7mol，28g·mol－1×x＋44g·mol－1×y＝24.4g。解得x＝0.4mol，y＝0.3mol。所以CO的质量为0.4mol×28g·mol－1＝11.2g。9．已知正四面体形分子E和单质分子G反应，生成四面体形分子L和分子M(组成E分子的元素的原子序数小于10，组成G分子的元素为第3周期的元素)，如图所示，则下列判断中不正确的是()A．常温常压下，E、L均为气态有机物B．E是一种含有10个电子的分子C．上述反应的类型是置换反应D．上述4种物质中有3种为共价化合物解析：选C。由题意可知，E为正四面体形分子，组成E分子的元素的原子序数都小于10，由题图可知，E由两种元素组成，灰色球只形成一个共价键，所以是H，黑色球表示C，所以E是甲烷；G为直线形分子，组成G分子的元素为第3周期的元素，且G是双原子分子，所以-8-G是Cl2，该反应是甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢，即L是一氯甲烷，M是氯化氢。常温常压下，甲烷、一氯甲烷均是气体，A项正确；E是甲烷分子，含有10个电子，B项正确；甲烷中的氢原子被氯原子取代生成一氯甲烷，属于取代反应，生成物中没有单质，不是置换反应，C项错误；四种物质中甲烷、一氯甲烷和HCl均属于共价化合物，所以4种物质中有3种为共价化合物，D项正确。10．天然气作为清洁能源，在助力节能减排的同时，也带来“气荒”等问题，于是出现了“油改气”或“煤改气”。(1)天然气主要成分的分子式是________，电子式为________，结构式为________；分子里各原子的空间分布呈________结构。(2)天然气主要成分在空气中燃烧的实验现象是________________，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。(3)天然气主要成分与Cl2在光照条件下反应生成一氯甲烷的化学方程式为________________________________________________________________________。解析：(1)天然气的主要成分是甲烷，甲烷的分子式、电子式、结构式分别为CH4、，甲烷分子是正四面体结构。答案：(1)CH4正四面体(2)产生淡蓝色火焰CH4＋2O2――→点燃CO2＋2H2O(3)CH4＋Cl2――→光照CH3Cl＋HCl11．将下表所列仪器组装为一套实验室蒸馏石油的装置，并进行蒸馏，得到汽油和煤油。(1)图中A、B、C三种仪器的名称分别是____________、____________、____________。(2)将以上仪器按顺序连接为一整套装置：e接()；()接()；()接()；()接()；()接()。(填字母)