高中化学人教版选修二教学案第二单元 课题3 石油煤和天然气的综合利用含答案.docx
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高中化学人教版选修二教学案第二单元课题3石油煤和天然气的综合利用含答案
2019-2020年高中化学人教版选修二教学案：
第二单元课题3石油、煤和天然气的综合利用（含答案）
石油和天然气
[自读教材·夯基础]
1．石油的炼制和石油化工
（1）石油炼制的目的：
①将石油中的混合物进行一定程度的分离，使它们物尽其用。
②将含碳原子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为基本有机化工原料，以提高石油的利用价值。
（2）石油炼制和加工的方法：
石油炼制和加工方法
分馏
裂化
裂解
常压分馏
减压分馏
热裂化
催化裂化
原理
用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物
在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程
在高于裂化的温度下，使长链烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃的过程
原料
脱水、脱盐的原油
重油
重油
石油分馏产品中的烃
目的
将原油分离成轻质油
将重油充分分离，并防炭化结焦
提高轻质汽油的产量和质量
获取短链气态不饱和烃
主要原品
溶剂油（C5～C8），汽油（C5～C11），煤油、柴油、重油
润滑油、凡士林等
汽油等轻质油
乙烯、丙烯、丁烯等
2．天然气的利用
用途
[跟随名师·解疑难]
（1）通过分馏得到的汽油、煤油、柴油等轻质油仅占石油产量的25%左右，还不能满足社会的要求。
为了获得更多的轻质油，特别是提高汽油的产量，采用催化裂化的方法。
（2）石油的裂化主要是长链烷烃发生分解的过程，如十六烷的裂化反应为C16H34C8H18＋C8H16（此式只表示十六烷裂化的一种情况，实际裂化过程要复杂得多，同一种烃在裂化过程中可以发生不同的分解反应）。
（3）直馏汽油是石油通过分馏的方法获得的汽油，其主要成分是烷烃、环烷烃等；裂化汽油主要是长链烷烃裂化后得到的饱和烷烃和不饱和烯烃的液态混合物。
可见直馏汽油与裂化汽油的成分主要的差异在于有无烯烃存在，因此，可用溴水鉴别直馏汽油和裂化汽油。
（4）石油的炼制过程：
[剖析典例·探技法]
[例1] 下列有关石油加工的叙述中，不正确的是（ ）
A．石油分馏所得的馏分仍是混合物
B．石油裂化的原料是石油分馏产品，主要指重油
C．石油裂化的主要目的是获得更多汽油等轻质油
D．石油裂解的产品是液态轻质燃料，如汽油
[名师解析] 石油分馏得到汽油、煤油、柴油、石油气等，每一种均为混合物；石油裂解的产品是小分子不饱和烃。
[答案] D
[名师点睛]
（1）石油是由各种烷烃、环烷烃、芳香烃所组成的混合物；石油分馏的产物仍然是混合物。
（2）石油的分馏是物理变化，而裂解是深度裂化，和裂化同属于化学变化，但原料、条件、目的各不相同。
煤的综合利用
[自读教材·夯基础]
1．组成成分
主要含碳元素，还含有少量的H、N、S、O等元素，是多种有机物和无机物组成的复杂混合物。
2．分类
无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤等。
3．煤的综合利用
原理
产品
干馏
将煤隔绝空气加强热使其分解的过程
焦炭、煤焦油、出炉煤气、焦炉气
气化
把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要化学反应为C＋H2O（g）CO＋H2
低热值气：
CO、H2、相当量的N2；
中热值气：
CO、H2、少量CH4；
高热值气：
CH4
液化
直接液化
煤＋H2液体燃料
优质汽油、柴油、芳香烃和副产品燃料气等
间接液化
煤CO＋H2烃类燃料、醇类燃料及化学品等
合成汽油、甲醇等
[跟随名师·解疑难]
（1）石油的分馏是物理变化，煤的干馏是化学变化。
（2）煤干馏的条件：
一要隔绝空气，以防止煤燃烧；二要加强热。
（3）焦炉气是煤的干馏产物，含有H2、CH4、C2H4、CO等气体。
[剖析典例·探技法]
[例2] 下列说法正确的是（ ）
A．把煤加强热使之分解的过程叫干馏
B．煤的干馏属于化学变化
C．煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，芳香烃主要存在于煤干馏所得的焦炉气中
D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来
[名师解析] 煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，选项A中没有强调“隔绝空气”这个重要条件，因此是错误的；煤干馏时发生了分解反应，是化学变化，故选项B正确；煤高温干馏的产物主要是焦炭，同时得到焦炉气、煤焦油、粗氨水等。
焦炉气的主要成分是H2和CO等气体，芳香烃主要存在于煤焦油中，故选项C不正确；煤经过干馏发生复杂的物理、化学变化后得到煤焦油等物质，煤焦油是含有多种芳香族化合物的复杂混合物，煤焦油在170℃以下蒸馏出来的馏出物中主要含有苯、甲苯、二甲苯和其他苯的同系物等，所以不能说煤中含有苯和甲苯，故选项D不正确。
[答案] B
[名师点睛]
（1）煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，炭是由碳元素组成的单质，二者本质上不相同。
（2）煤中不含有苯、萘、蒽等芳香烃，苯、萘、蒽等芳香烃是煤的干馏产物煤焦油中含有的物质。
一碳化学
[自读教材·夯基础]
（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化工原料和燃料的化学。
也可以说，一碳化工就是新一代的煤化工和天然气化工。
（2）煤气化的主要反应式：
2C＋O22CO；
C＋H2O（g）CO＋H2；
CO＋H2O（g）CO2＋H2。
（3）天然气重整：
CH4＋H2O（g）CO＋3H2。
（4）使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的产物，这就是合成气化学，由CH4、CH3OH等含一个碳原子，通过催化反应直接生成新的化合物，叫甲烷化学和甲醇化学。
（5）CH4不仅是一种重要的清洁燃料，更是一种重要的化工原料。
[剖析典例·探技法]
[例3] 利用合成气（H2＋CO）生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化，合成气也可转化成醛、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，可以得到不同产物 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从合成气出发生成液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．①②④ B．②③④
C．②④⑤D．③④⑤
[名师解析] 以合成气为原料的反应生成物不一定是一种，所以不一定都是化合反应，①错；以合成气为原料的反应产物中可能有烯烃和水，这可通过题设条件来判断，⑤错。
[答案] B
[名师点睛]
一碳化学的原子利用率并不一定是100%，会常伴有副产物产生。
天然气、石油气、裂解气、焦炉气、水煤气的来源及主要成分
天然气
石油气
裂解气
焦炉气
水煤气
来源
地下矿藏
石油的分馏
石油的裂解
煤的干馏
碳与高温水蒸气反应
主要成分
甲烷
短链烷烃
乙烯、丙烯、丁烯
H2、CH4、C2H4、CO
CO、H2
1．在下列各种石油的加工处理过程中，属于裂化过程的是（ ）
A．分离汽油和煤油
B．将重油分离为润滑油等
C．十六烷变为辛烷和辛烯
D．将直链烃变为芳香烃
解析：
裂化是在一定条件下，把相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程，C属于此变化。
A、B属于分馏，D属于催化重整，故A、B、D均不符合题意。
答案：
C
2．[双选题]下列叙述正确的是（ ）
A．含有十八个以上碳原子的烷烃，经催化裂化可得到汽油
B．裂化汽油可用来萃取溴水中的溴
C．分馏和干馏都是物理变化
D．煤焦油是混合物，可通过分馏使其主要成分进一步分离开来
解析：
B项裂化汽油中含有不饱和烃，可与溴发生加成反应，故不能用来萃取溴水中的溴；C项中干馏属于化学变化。
答案：
AD
3．下列说法中正确的是（ ）
①煤是各种芳香烃组成的混合物
②煤燃烧时，会产生大量二氧化硫、碳氧化物和烟尘等污染物
③煤是以单质碳为主的复杂混合物
④以煤为主要原料，不仅可以合成甲醇，还可以加工成高级汽油
A．①②B．①③
C．②④D．③④
解析：
煤本身是由多种组成复杂、分子结构庞大的有机物所组成的，因此①③是错误的；煤燃烧会产生大量的二氧化硫等污染物，所以②正确，④正确。
答案：
C
4．某混合气体通过溴水（使其褪色），再通过灼热的氧化铜（使其黑色变红色），再通过无水CuSO4粉末（使其变蓝色），再通过澄清石灰水（石灰水由清变浑再变清），最后剩余气体在空气中点燃，火焰呈淡蓝色，这混合气体是（ ）
A．水煤气
B．焦炉气
C．石油液化气
D．高炉煤气（含CO、CO2和N2等）
解析：
水煤气的主要成分是CO和H2；焦炉气的主要成分是H2、CH4、C2H4和CO等；石油液化气的成分是C3～C5的烷烃。
能符合题给实验现象的气体只有焦炉气。
答案：
B
5．将煤直接作为燃料燃烧，不但热效率较低，且产生烟尘、二氧化硫、氮的氧化物等，带来严重的环境污染。
煤干馏是提高煤利用率、生产重要化工原料、降低污染物排放量的有效措施之一。
某化学学习小组在实验室条件下探究煤干馏的现象及产物，装置如下图，请回答有关问题：
（1）煤干馏的条件是______________________________________________________。
（2）盛有冷水的烧杯的作用是______________________________________________。
（3）实验后检验生成粗氨水的操作是_________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）已知CO不能使溴水褪色，若将具支试管出来的气体通入溴水中，发现溴水褪色，则说明产生了________。
（5）检验具支试管出来的气体的性质后，将尾气点燃，火焰的颜色为________。
（6）从煤焦油中分离出苯、甲苯、二甲苯的实验方法是___________________________
________________________。
解析：
（1）据煤干馏的定义可知其条件为隔绝空气加强热。
（2）冷水浴的作用是冷凝，使粗氨水和煤焦油冷凝下来。
（3）检验粗氨水时可用湿润的红色石蕊试纸检验有NH3逸出即可。
（4）溴水褪色，证明煤干馏时产生了乙烯等不饱和的烃类物质。
（5）CO、CH4等燃烧时火焰呈淡蓝色。
（6）煤焦油中苯与甲苯、二甲苯等互溶，故只能通过蒸馏的方法将其分离。
答案：
（1）隔绝空气加强热
（2）使粗氨水和煤焦油冷凝下来
（3）将具支试管取出加热，用事先润湿的红色石蕊试纸放在试管口，若变蓝，则产生了粗氨水
（4）乙烯等不饱和烃类物质 （5）淡蓝色 （6）蒸馏
[高考感悟]
1．（山东高考）化学与生产和生活密切相关，下列说法正确的是（ ）
A．聚乙烯塑料的老化是因为发生了加成反应
B．煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料
C．合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料
D．利用粮食酿酒经历了淀粉→葡萄糖→乙醇的化学变化过程
解析：
从物质的组成、结构、性质以及变化等角度进行分析，得出合理答案。
A项，聚乙烯分子中不含碳碳双键，不能发生加成反应，塑料老化是发生了氧化反应。
B项，煤的气化和液化均为化学变化，前者主要为碳与水蒸气反应生成H2和CO，后者主要是以煤为原料制取液体燃料。
C项，合成纤维和人造纤维属于有机高分子材料，而碳纤维的主要成分为碳，属于无机非金属材料。
D项，粮食酿酒要经过一系列化学变化，淀粉先发生水解，最终生成葡萄糖，葡萄糖再在酒化酶作用下生成乙醇和CO2。
答案：
D
2．（山东高考）化学与生产、生活密切相关。
下列叙述正确的是（ ）
A．煤的干馏和石油的分馏均属化学变化
B．BaSO4在医学上用作钡餐，Ba2＋对人体无毒
C．14C可用于文物的年代鉴定，14C与12C互为同素异形体
D．葡萄糖注射液不能产生丁达尔现象，不属于胶体
解析：
本题考查化学在生产、生活中的应用，意在考查考生运用化学知识解决实际问题的能力。
煤的干馏为化学变化，但石油的分馏为物理变化，A项错误；Ba2＋为重金属离子，对人体有害，B项错误；14C与12C为碳元素的两种不同原子，互为同位素，C项错误；胶体能够产生丁达尔现象，葡萄糖注射液不属于胶体，D项正确。
答案：
D
3．（山东高考改编）石油和煤炭加工过程涉及多种技术和设备。
（1）石油分馏时，在不断向________（填工业设备名称）内投放原料的同时获得产品，该过程为连续操作过程。
（2）石油裂化分为热裂化、________和加氢裂化，裂化的目的是提高________的产量。
（3）煤的洗选是为了降低原煤中灰分和________的含量。
煤的流化床燃烧是指空气从底部吹向煤炭颗粒，并使全部煤炭颗粒浮动进行燃烧的过程。
（4）煤的直接液化是煤与适当溶剂混合后在高温和________存在下与________作用生成液体燃料的过程。
解析：
（1）石油分馏在分馏塔中进行。
（2）石油裂化分为热裂化、催化裂化和加氢裂化，裂化的目的是提高轻质燃料油（汽油）的产量。
（3）煤的洗选是为了降低原煤中灰分和硫的含量。
煤的流化床燃烧是指空气从底部吹向煤炭颗粒，并使全部煤炭颗粒浮动进行燃烧的过程。
（4）煤的直接液化是煤与适当溶剂混合后在高温和催化剂存在下与H2作用生成液体燃料的过程。
答案：
（1）分馏塔
（2）催化裂化 轻质燃料油（或汽油）
（3）硫（或S） （4）催化剂 氢气（或H2）
[课时跟踪训练]
一、选择题（本题包括10小题，每小题5分，共50分）
1．为了提高汽油产量，在石油炼制过程中常采用的化学方法是（ ）
A．常压分馏 B．催化裂化
C．减压分馏D．高压分馏
解析：
提高汽油产量的化学方法是催化裂化。
答案：
B
2．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
解析：
煤的综合利用包括煤的干馏（焦化）、气化和液化。
石油的综合利用包括分馏、裂化、裂解、重整等。
答案：
C
3．煤的干馏和石油的分馏，两种变化在本质上的差别是（ ）
A．加热的温度不同
B．得到的产品不同
C．前者要隔绝空气，后者不必
D．干馏是化学变化，分馏是物理变化
解析：
A、B、C是二者的不同点，但不是本质差别，而D是二者的本质差别。
干馏过程中发生了化学变化，而分馏是利用液体的沸点不同将混合物分离，是物理变化。
答案：
D
4．[双选题]下列关于石油加工的叙述中，不正确的是（ ）
A．石油分馏所得的产物是一种具有恒定沸点的纯净物
B．石油裂化的目的是提高汽油等轻质油的量
C．石油裂解的原料是石油分馏产物，包括石油气
D．石油炼制过程都是化学变化的过程
解析：
石油分馏得到的是不同沸点范围的产物，为混合物，A不正确；石油炼制过程包括石油的分馏、裂化、裂解、催化重整等，其中分馏为物理变化，裂化、裂解、催化重整为化学变化，D不正确。
答案：
AD
5．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是（ ）
A．石油含有C5～C11的烷烃，通过石油的常压分馏得不到汽油
B．石油产品都可用于聚合反应
C．天然气是一种清洁的化石燃料
D．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料
解析：
本题考查化石燃料的加工方面的知识。
石油中含有C5～C11的烷烃为汽油，通过常压分馏可以得到，A错误；石油产品中含有烷烃，它们不能发生聚合反应，B错误；天然气的主要成分是甲烷，属于清洁能源，C正确；水煤气的主要成分是一氧化碳和氢气，是煤的气化产物，D错误。
答案：
C
6．下列说法正确的是（ ）
A．石油是混合物，汽油是纯净物
B．沸点：
汽油>煤油>柴油>机油
C．分馏汽油和裂化汽油成分相同
D．蒸馏石油的实验装置也可用来制取蒸馏水
解析：
石油和汽油都是混合物，A不正确；石油分馏时，首先蒸馏出的是汽油，其次是煤油，再次是柴油，而机油是一种润滑油，故沸点：
汽油<煤油<柴油<机油，B不正确；分馏汽油中不含烯烃，裂化汽油中含有烯烃，二者的成分不完全相同，C不正确。
答案：
D
7．天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应前者大。
下列叙述：
①天然气与煤、石油相比是较洁净的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一；④甲烷可用于制造合成氨的原料气；⑤用甲烷可生成CCl4；⑥甲烷易完全燃烧，故燃烧甲烷时不必保持空气流畅。
其中正确的是（ ）
A．①②③B．③④⑤
C．①②④⑤D．①②③④⑤
解析：
天然气燃烧主要产生CO2和H2O，对环境污染小，与煤、柴油相比是比较清洁的能源；等质量的CH4和CO2相比，前者的物质的量大，由题给信息知产生的温室效应前者大；燃烧天然气对形成酸雨没有影响；甲烷和氯气在光照条件下可以发生取代反应生成CCl4；甲烷燃烧时若空气不流通可能会发生爆炸。
答案：
C
8.如图是实验室模拟煤干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是（ ）
A．图示实验中发生了化学变化
B．实验后水溶液的pH>7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等
C．气体Z易燃，可以还原氧化铜
D．液体Y是一种纯净物
解析：
煤的干馏是化学变化，产物煤焦油中一部分物质比水重，而粗苯比水轻，试管中液体分为三层，因为焦炉煤气中有氨气，所以溶液呈碱性，又因为含有CO、H2等气体，所以能还原氧化铜，但不管哪种产物，没分离前都是混合物。
答案：
D
9．下列说法中正确的是（ ）
A．煤油是石油加工所得的主要产品之一，对煤的加工不能得到煤油
B．利用“氢化法”可将煤加工成燃油，其过程中发生了化学变化
C．利用“气体－液化法”可将煤加工成燃油，其过程中只发生物理变化
D．用煤生成的燃油的化学式可表示为（CH2）n，它是一种高分子化合物
解析：
将煤进行低温（约500～600℃）干馏所得到的煤焦油，再进行分馏，分馏产品中有煤油。
利用“气化－液化法”可将煤加工成燃油，其过程可大概表示为：
首先把煤转化为氢气、一氧化碳等气体，然后在催化剂的作用下，其中的一氧化碳和氢气转化为燃油。
在该过程中发生了许多化学反应。
（CH2）n是燃油的组成成分，属于烃，通常呈液态，液态烃是小分子化合物而不是高分子化合物。
答案：
B
10．丁烷催化裂化，其碳链按两种方式断裂，生成两种烷烃和两种烯烃。
若丁烷的裂解率为90%，且裂解后两种烯烃的质量相等，则裂解后得到的相对分子质量最小的气态烃在混合气体中的体积分数为（ ）
A．11%B．19%
C．40%D．50%
解析：
本题主要考查混合气体的计算。
为了计算的方便，可假设两种烯烃的质量均为42g，即乙烯为1.5mol，丙烯为1mol。
由化学方程式C4H10―→CH4＋C3H6和C4H10―→C2H6＋C2H4可知：
CH4为1mol，C2H6为1.5mol，则未裂解的C4H10为2.5mol÷90%－2.5mol＝0.28mol。
故甲烷的体积分数为×100%＝19%。
答案：
B
二、非选择题（本题包括4小题，共50分）
11．（12分）下图是石蜡进行催化裂化和检验裂化产物的装置，根据图示回答：
（1）试管①中盛的是______________________________________________________。
（2）试管①至②上部导管的作用是__________________________________________。
（3）试管③中盛的是____________________，现象是___________________________
________________________________________________________________________。
解析：
石蜡催化裂化的产物中有烯烃，烯烃能使高锰酸钾酸性溶液褪色，或使溴水褪色。
答案：
（1）石蜡和催化剂
（2）导气和冷凝 （3）高锰酸钾酸性溶液（或溴水） 溶液颜色逐渐褪去
12．（12分）
（1）下列物质中，能用于萃取溴水的是________。
A．分馏汽油B．酒精
C．裂化汽油D．苯
（2）石油裂解是一个复杂的过程，其产物为混合物。
例如：
①上述烷烃和环烷烃裂解反应中，产物M的化学式为_______，N的化学式为______。
②下列关于
的说法中正确的是________。
A．可用溴水区别
和
B．等质量的
和
完全燃烧时的耗氧量相同
C.
可与水以任意比互溶
（3）工业上裂解反应的产物都是气态小分子烷烃和烯烃的混合物，将它们逐一分离的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）选择萃取剂的条件：
①与原溶剂互不相溶；②与溶质不反应；③溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度。
酒精与水互溶，裂化汽油中的不饱和烃会与Br2发生加成反应，故选AD。
（2）①由物料守恒定律可知，M是H2，N是C5H8；②
可以与溴水发生加成反应，而
不发生反应，且二者的化学式不相同，故耗氧量不相同。
二者均不能溶于水。
（3）将裂解产物逐一分离的原理应为根据沸点的不同分离，可采取降低温度的方法。
答案：
（1）AD
（2）①H2 C5H8 ②A （3）降低温度
13．（12分）石油是很多化工产品的基础原料，石油经炼制和催化裂化、裂解等可得汽油、煤油、烷烃、烯烃和芳香烃等化学品。
（1）石油加工能获得多种化工产品，石油蒸馏加工的主要目的是________（填序号）。
A．将石油按沸点不同加以分离
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
（2）已知碳原子数≥3的烷烃均可裂化为碳原子数更少的一种烷烃和一种烯烃，写出含有5个碳原子的烷烃催化裂化生成的烯烃：
________________________（写两种即可）。
（3）科研人员在实验室中按下列流程在催化反应器中装载不同的催化剂，探究不同催化剂对石油裂化反应的催化性能。
→→→
①该探究实验的条件控制非常重要，写出检测装置中选择的检测试剂及必须注意的问题：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②从安全的角度考虑，本实验尾气处理的方法是______________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）石油加工的主要目的是将石油按沸点不同分开，从而得到不同的石油产品。
（2）含有5个碳原子的
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