高二化学教案-知识讲解_化石燃料 石油和煤的综合利用.doc

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1、化石燃料 石油和煤的综合利用编稿：宋杰 审稿:张灿丽【学习目标】 1知道石油的组成和分类，掌握石油的分馏原理。 2了解石油的催化裂化的方式及特点、石油催化重整的目的； 3掌握石油裂解原理，知道裂解气的成分，了解乙烯为原料合成的基本化工原料；4了解共聚技术，共聚产品及其特性，了解部分合成橡胶的组成及用途； 5了解煤成为洁净能源的方法有哪些，了解由煤生产燃油的方法有氢化法和气化液化法； 6了解煤的干馏，知道干馏产品及其用途。【要点梳理】要点一、从石油中提炼燃油 1石油的组成 元素：主要含C、H及少量S、N、O等元素 物质：烷烃、环烷烃、芳香烃、少量含S、N、O等元素的烃的衍生物和金属化合物 石蜡基

2、石油 2分类 环烃基石油 中间基石油 3石油的分馏 （1）分馏原理 在给原油加热时，沸点低的烃先汽化，经过冷凝先分离出来，随着温度的升高，较高沸点的烃再汽化，经过冷凝再分离出来。这样通过控制一定的温度范围，不断地加热和冷凝，把原油分成不同沸点范围的蒸馏产物，这一过程就是石油的分馏，得到的蒸馏产物叫馏分。 （2）工业分馏石油 设备：分馏塔 分馏产品：低沸点的烃从分馏塔的进料口的上部分离出来，分别得到汽油、煤油等轻质燃油。沸点高的烃从分馏塔进料口下部分离出来得到的是重油。 （3）石油分馏产品及其用途如下表分馏产品含碳原子个数的范围沸点范围用途汽油511220飞机、汽车以及各种汽油机的燃料煤油111

3、6180310喷气飞机、拖拉机等的燃料，工业洗涤剂柴油1518200360重型汽车、军舰、轮船、坦克、拖拉机、各种高速柴油机的燃料重油润滑油1618360以上机械上的润滑剂，减少机械磨损，防锈凡士林液态烃和固态烃的混合物润滑剂，防锈剂，制药膏石蜡2030制蜡纸，绝缘材料沥青3040铺路，建筑材料，防腐涂剂要点二、获得更多轻质燃油的方法 1裂化的定义：是指在一定条件下（加热或使用催化剂并加热），把相对分子质量大、沸点较高的烃分解为相对分子质量小、沸点较低的烃。 2裂化的种类：主要有热裂化、催化裂化、加氢裂化。其中以催化裂化应用最为广泛。 （1）热裂化：在一定压强下加强热，使相对分子质量大、沸点较

4、高的烃分解为相对分子质量小、沸点较低的烃的裂化方式。 如：C16H34C8H16+C8H18 十六烷 辛烯 辛烷 C20H42C12H24+C8H18 二十烷 十二烯 辛烷 （2）催化裂化：首先使分子中含碳原子数较多的烃汽化，然后气态反应物在固体催化剂的表面发生催化反应，使相对分子质量大、沸点较高的烃分解为相对分子质量小、沸点较低的烃的裂化方式。 如：C18H38C10H22+C8H16 十八烷 癸烷 辛烯 （3）加氢裂化：在一定的压强和温度下，含碳原子较多的烃分子在催化剂的作用下与H2反应而断裂成含碳原子数较少的烃分子的裂化方式。 如：C16H34+H22C8H18 十六烷 辛烷 C20H4

5、2+H2C12H26+C8H18 二十烷 十二烷 辛烷 3裂化的目的：提高原油炼制过程中轻质燃油特别是汽油的产量。要点三、提高汽油品质的方法 1衡量汽油品质的指标辛烷值 辛烷值是衡量汽油品质的指标。汽油辛烷值的确定是把异辛烷的辛烷值定为100，正庚烷的辛烷值为零，将这两种标准燃料以不同的体积比混合起来，可以得到各种不同抗爆燃性等级的混合液。在发动机工作条件相同的情况下，将其与待测汽油样品进行对比，抗爆燃性与样品相等的混合液所含异辛烷的百分数，就是该汽油样品的辛烷值。辛烷值越大，抗爆燃性越好，汽油的品质也就越好。 2提高汽油辛烷值的方法 （1）加抗爆剂 加四乙基铅：危害是造成严重的重金属污染 加

6、甲基叔丁基醚（简称MTBE）：缺点是增加汽车尾气中氮氧化物的排放量 （2）催化重整 把直链烷烃重整为芳香烃，如： 使分子含六个或五个碳原子的环烷烃脱氢形成芳香烃，如： 把直链烷烃重整为分子含较多支链的烷烃、；如： 要点四、石油的裂解 1裂解与裂化的区别 裂解是将石油分馏产品在比裂化更高的温度（7001000）下进行深度裂化，主要得到小分子气态烃和少量轻质液态烃（汽油）。“裂解”和“裂化”虽是同一类反应，但目的不同，产物不同。裂解的主要目的是获得小分子气态烯烃、炔烃、烷烃的混合物，其中低级不饱和烃可直接成为合成塑料、橡胶、纤维的原料；而“裂化”（或“催化裂化”）则是为了提高汽油的产量和质量，以增

7、加轻质燃料油为主要目的。 2烷烃裂解时的化学反应断链Cm+nH2(m+n)+2CnH2n+CmH2m+2 脱氢CnH2n+2CnH2n+H2 环烷烃发生开环裂解，生成乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯和芳香烃等；烯烃脱氢可生成炔烃和二烯烃。 3乙烯工程 （1）裂解气的成分 石油裂解的化学反应过程是很复杂的，生成的裂解气是一种复杂的混合气体，其中除了含有乙烯、丙烯、丁烯等不饱和烃和苯等芳香烃外，还含有甲烷、乙烷、氢气、硫化氢等成分。 （2）乙烯工程 裂解气中乙烯的含量最高，因此常把乙烯的产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的标志。以石油裂解气为原料的石油化工，称为乙烯工程或乙烯工业。要点五、以乙烯为主要原

8、料的一些合成 1合成聚乙烯 （1）反应原理CH2CH2 n nCH2CH2 （2）产品用途：制聚乙烯塑料 2合成聚氯乙烯 （1）反应原理 4CH2CH2+2Cl2+O24CH2CHCl+2H2O 乙烯 氯乙烯 （2）产品用途 聚氯乙烯塑料应用非常广泛。聚氯乙烯塑料有两类产品：硬聚氯乙烯塑料，大量用于板材、管材及各种工业用型材的制造；软聚氯乙烯塑料，用于制造工业包装材料、农用薄膜、雨衣、台布等，由于其中含有增塑剂和稳定剂等有毒的添加剂，不能用于制造包装食品用的产品。聚氯乙烯纤维具有难燃、耐腐蚀、保暖的特性，适宜制作化工行业工作服及防火服等。 3合成聚对苯二甲酸乙二酯 （1）反应原理 （2）产品用

9、途 聚对苯二甲酸乙二酯简称聚酯，主要用于生产涤纶纤维。 4合成聚醋酸乙烯酯 （1）反应原理 （2）产品用途 以聚醋酸乙烯酯和甲醇、甲醛为原料可以生产维尼纶。以乙烯和苯为原料能制得苯乙烯，苯乙烯发生加成聚合反应能制得聚苯乙烯。乙烯与氯气或溴加成能制得卤代烃，卤代烃可用做溶剂、冷冻剂、杀虫剂和萃取剂等。要点六、以丙烯为主要原料的合成 1合成丙烯酸酯 （1）反应流程 丙烯丙烯酸丙烯酸酯 （2）产品用途 丙烯酸及其酯主要应用在塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、乳胶、黏合剂等工业部门。 2合成聚丙烯腈 3其他产品 以丙烯为原料能合成甘油（丙三醇），以甘油和邻苯二甲酸酐为原料能合成大量用做清漆的醇酸树脂。

10、丙烯聚合得到的聚丙烯树脂可以大量用于生产聚丙烯塑料，也可以用于生产聚丙烯纤维丙纶。 以丙烯和苯为原料可以生产苯酚和丙酮。丙酮与氢氰酸加成后水解所得产物与甲醇发生酯化反应能制得甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯聚合便能制得聚甲基丙烯酸甲酯即有机玻璃。要点七、共聚 1定义：由两种或多种单体发生聚合反应叫做共聚。 2共聚物的特点：共聚物能同时具有几种不同的优良性能。 3生产橡胶时广泛采用了共聚技术，部分橡胶的组成及用途如下表： 要点八、洁净煤技术 所谓洁净煤技术，其核心是提高煤燃烧的效率和减少环境污染，使煤成为洁净、高效、可靠的能源。洁净煤技术主要包括煤的洗选和加工技术、煤的转化技术、洁净煤发电技术和烟

11、气净化技术。 1煤的洗选与加工技术 煤的洗选与加工技术 煤的洗选技术 方法：通过物理方法和表面化学方法将原煤中的可燃物和非可燃物（灰分）进行分离成效：使灰分和硫的含量显著降低，从而减少燃烧中烟尘、二氧化硫等污染物的排放 煤的成型技术 方法：通过煤的成型加工，将粉煤变成块状型煤 成效：型煤与散煤相比，燃烧效率显著提高，烟尘和二氧化硫的排放量大大减少 煤的水煤浆技术 方法：水煤浆技术是将煤粉、水和少量化学添加剂，经过特定的工艺流程加工成水煤浆液体 成效：水煤浆可以像重油一样燃烧，并且具有火焰中心温度低、燃烧效率高、二氧化硫及氮氧化物排放量少等特点 2煤的转化技术 煤的转化技术 煤的气化技术 本质：

12、将煤转化为气体燃料如：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g） 目的：生产民用、工业用燃料气和合成气（主要成分是一氧化碳和氢气），并使煤中的硫、灰分等在气化过程中或气化之后得到脱除，从而控制污染物的排放 煤的液化技术 本质：将煤转化为液体燃料 分类：直接液化技术：煤液体燃料 间接液化技术：煤合成气烃类化合物 3洁净煤发电技术 洁净煤发电技术 常规煤粉发电机组加烟气污染物控制技术 方法：在常规燃煤发电机组中增加烟气净化设备 特点：通过烟气脱硫、去氮氧化物和除尘，达到降低二氧化硫、氮氧化物和烟尘排放的目的 流化床燃烧技术 方法：应用流化床使煤与空气的接触面积增加，使煤的燃烧效率提高 特点：煤在

13、流化床中可以在较低温度下燃烧，所以可控制氮氧化物的生成，从而减轻空气污染 整体煤气化联合循环发电技术方法：将煤气化成燃料气，驱动燃气轮机发电，其尾气通过余热锅炉产生水蒸气，驱动汽轮机发电，这样就形成联合循环发电过程特点：效率高、污染物排放量低 4烟气净化技术 烟气净化技术主要是指对煤燃烧后的废气进行除尘和脱硫、去氮处理，从而减少烟尘、二氧化硫、氮氧化物等的排放，减轻空气污染。要点九、煤生产燃油的方法 1氢化法 氢化法是把煤粉和煤液化过程中产生的油与氢气混合，在高温下经催化剂催化进行加氢解聚反应，同时脱去硫、氮、氧等成分，形成固液混合物。经过分离可以得到液体燃料油。氢化法在本质上是增加煤中氢元素

14、含量，提高氢原子数与碳原子数的比值。 2气化液化法 气化液化法是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，将其中的一氧化碳和氢气转化为燃油。要点十、煤的干馏 1原理：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。 2目的：获得优质焦炭 3干馏产品 焦炭：灰黑色物质，用于高炉炼铁 焦炉气：主要成分H2、CH4、C2H4、CO等 粗氨水：用来制氮肥和铵盐 煤焦油：黑褐色油状粘稠物，含芳香族化合物4以苯为原料的合成 （1）以苯合成苯酚 以苯为原料可以制得苯酚，苯酚与甲醛发生聚合反应可制得酚醛树脂 以苯酚为原料可以生产环氧树脂。环氧树脂是性能优良的黏合剂。以苯酚为原料还可以生产锦纶6和锦纶66，以

15、苯酚和丙酮为主要原料可以生产工程塑料聚碳酸酯。 （2）以苯合成苯胺 （3）苯胺生成重氮盐 （4）重氮盐转化成偶氮化合物 偶氮化合物一般都有颜色，在工业上常用做染料或合成其他染料的中间体。【典型例题】类型一、石油的初加工 例1：下列说法不正确的是（ ） A为了获得燃油，工业上通常采用分馏的方法对原油进行加工 B石油的分馏是化学变化过程 C工业上用来分馏石油的主要设备是分馏塔D沸点高的烃从分馏塔进料口下部分离出来，得到重油 【答案】B【解析】石油的分馏是根据组成石油的各组分的沸点不同进行分离的方法，属物理变化过程。B不正确。举一反三：【变式1】下列石油分馏产物中，沸点范围最高的是（ ） A汽油 B

16、煤油 C柴油 D润滑油 【答案】D 【解析】汽油为C5C11的烃，沸点范围220，煤油为C11C16的烃，沸点范围180310，柴油为C15C18的烃，沸点范围200360，润滑油为C16C18的烃，沸点范围360以上。类型二、石油的深加工 例2：下列关于石油裂化的说法中错误的是（ ） A裂化是在一定条件下，使分子中碳原子数多、相对分子质量大、沸点高的烃断裂为分子中碳原子数少、相对分子质量小、沸点低的烃的过程 B裂化可分为热裂化、催化裂化和加氢裂化 C裂化的目的是提高汽油的品质D裂化过程是化学变化过程 【思路点拨】题目考查裂化的定义、分类，需要了解裂化与裂解的区别。 【答案】C【解析】石油裂化

17、的目的是为了提高石油炼制过程中轻质燃油，特别是汽油的产量，而不是提高汽油的质量。 【总结升华】裂解是将石油分馏产品在比裂化更高的温度（7001000）下进行深度裂化，主要得到小分子气态烃和少量轻质液态烃（汽油）。“裂解”和“裂化”虽是同一类反应，但目的不同，产物不同。裂解的主要目的是获得小分子气态烯烃、炔烃、烷烃的混合物，其中低级不饱和烃可直接成为合成塑料、橡胶、纤维的原料；而“裂化”（或“催化裂化”）则是为了提高汽油的产量和质量，以增加轻质燃料油为主要目的。举一反三： 【变式1】在石油炼制过程中，如温度过高常会发生结焦现象的炼制方式是（ ） A蒸馏 B热裂化 C催化裂化 D加氢裂化 【答案】

18、B 【变式2】在石油炼制过程中，在催化剂的作用下，使汽油中烃分子的结构重新形成新的分子结构的过程叫（ ）A催化重整 B催化裂化 C蒸馏 D裂解 【答案】A【解析】在石油炼制过程中，通常是在催化剂作用下，使汽油中烃分子的结构重新形成新的分子结构，这个过程叫做催化重整。【变式3】石油的炼制方法中，催化重整的目的是（ ） A使碳原子数多的烃断裂为碳原子数少的烃 B提高汽油的产量 C使芳香烃和支链烷烃的含量增加 D提高汽油的品质 【答案】CD 【解析】对汽油进行铂重整可以使芳香烃和支链烷烃的含量增加，从而能得到高品质的汽油。 【变式4】有关石油裂解的说法中不正确的是（ ） A裂解是以石油分馏产品中的各

19、种烃为原料，隔绝空气加强热使其分解的过程 B裂解的目的是获得更多的汽油 C裂解是深度裂化，目的是得到裂解气 D裂解是一物理变化过程 【答案】BD 【解析】在石油化工生产过程中，以石油分馏产品中的各种烃为原料，在隔绝空气和高温条件下（700800，有时高达1000），使具有长链的烃分子发生断链、脱氢反应等，可生成各种短链的烃分子。工业上把这一加工过程叫做石油裂解（pyrolysis）。裂解是深度裂化，目的是获得以短链不饱和烃为主要成分的基本化工原料。裂解过程是化学变化过程。BD不正确。【变式5】石油裂解生成的裂解气是一种复杂的混合气体，其中含量最高的是（ ） A乙烯 B丙烯 C甲烷 D乙烷 【答

20、案】A 【解析】裂解气中含有乙烯、丙烯、丁烯、苯、芳香烃，还含有甲烷、乙烷、氢气、硫化氢等成分，其中乙烯的含量最高。类型三、源自石油的化学合成 例3：有机玻璃具有广泛而又重要的应用，硬质隐形眼镜的主要成分之一就是有机玻璃。有机玻璃的主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯，结构简式是。 （1）聚甲基丙烯酸甲酯不能具有的性质是（用符号填空）_。 A热固性 B热塑性 C易燃烧 D易溶于水 E易溶于有机溶剂 （2）直接生成聚甲基丙烯酸甲酯的低分子的结构简式是_。 （3）目前大量使用的隐形眼镜是软质隐形眼镜，聚甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）是制造软质隐形眼镜最常用的材料。聚甲基丙烯酸羟乙酯分子的结构单元上只有一个甲基

21、，参考甲基丙烯酸甲酯的结构简式写出聚甲基丙烯酸羟乙酯的结构简式_。 【思路点拨】本题考查化学合成，需要深入分析题目并结合要求正确解答。 【解析】由已知的结构简式可知，聚甲基丙烯酸甲酯分子是线型高分子，故它有热塑性没有热固性。易溶于有机溶剂难溶于水。聚甲基丙烯酸甲酯是由甲基丙烯酸和甲醇生成的酯。同理，聚甲基丙烯酸羟乙酯，是由甲基丙烯酸和羟基乙醇生成的酯。乙醇的结构简式是CH3CH2OH，则羟基乙醇的结构简式是HOCH2CH2OH。 【总结升华】源自石油及煤的化学合成，经常考查的是利用乙烯、丙烯及苯为原料的合成，可结合知识讲解的内容做深入了解。举一反三：【变式1】乙烯和丙烯按11物质的量比聚合时，

22、生成乙丙树脂，该聚合物的结构简式可能是（ ）【答案】AB 【变式2】新型弹性材料“丁苯吡橡胶”的结构为： 其单体可能是： 正确的组合是（ ）A B C D 【答案】B【解析】由于主链中全是碳原子，故为加 反应产物，据“单变双、双变单”得到 再从价键多于4个的两个碳原子间断开得到3种单体，即CH2CHCHCH2、。【变式3】维通橡胶是一种耐腐蚀、耐油、耐高温、耐寒性能都特别好的氟橡胶。它的结构简式如下， 则合成它的单体为（ ） A氟乙烯和全氟异丙烯 B1，1-二氟乙烯和全氟丙烯 C1-三氟甲基-1，3-丁二烯 D全氟异戊二烯类型四、煤的组成及加工 例4：下列不属于洁净煤技术的是（ ）A煤的洗选与

23、加工技术 B洁净煤发电技术 C烟气净化技术 D煤的干馏技术 【思路点拨】本题考查洁净煤的技术，可结合知识讲解内容正确解答。 【答案】D【解析】所谓洁净煤技术，其核心是提高煤燃烧的效率和减少污染，使煤成为洁净、高效、可靠的能源。洁净煤技术主要包括煤的洗选与加工技术、煤的转化技术、洁净煤发电技术和烟气净化技术。而煤的干馏主要目的是得到优质焦炭。 【总结升华】所谓洁净煤技术，其核心是提高煤燃烧的效率和减少环境污染，使煤成为洁净、高效、可靠的能源。洁净煤技术主要包括煤的洗选和加工技术、煤的转化技术、洁净煤发电技术和烟气净化技术。举一反三：【变式1】下列有关煤的说法中不正确的是（ ） A煤主要是由C元素

24、组成的，此外还含有少量的H、N、S、O、Si、Al、Ca、Fe等元素 B煤的主要组成部分是有机质，另外还有灰分 C煤中氢原子与碳原子数之比大于0.8D煤中有机质的基本结构是以缩合芳香烃为主体的带有侧链和官能团的大分子。 【答案】C【解析】煤和石油都是主要由碳和氢元素组成的物质，其本质区别是氢原子数与碳原子数的比值不同。在煤中氢原子与碳原子数之比小于0.8，而石油中氢原子数与碳原子数之比大于1.8。C不正确。【变式2】在洁净煤技术中，下列不属于型煤技术的是（ ） A将煤粉碎 B将煤粉制成煤球 C将煤粉制成煤坯 D将煤粉制成峰窝煤 【答案】A 【解析】型煤技术是将粉煤变成块状型煤。 【变式3】目前煤综合利用的一个重要途径是对煤进行干馏。煤干馏的本质是（ ）A使煤燃烧 B使煤液化 C使煤气化 D使煤在隔绝空气的条件下分解 【答案】D【解析】煤的干馏就是把煤在隔绝空气的条件下加强热，随着温度的升高，煤中的有机物质逐渐开始分解，其中挥发性物质呈气态逸出，冷凝所得液态混合物是粗氨水和煤焦油，残留的固态物质就是焦炭。【变式4】煤在干馏时得到气态产物是（ ） A天然气 B水煤气 C焦炉气 D高炉煤气 【答案】C