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2019-2020年高二化學(xué)教案石油和煤 人教版 [教學(xué)目標(biāo)] 1、了解石油的組成和石油產(chǎn)品的廣泛用途。 2、了解石油的分餾及裂化、裂解原理。 3、初步了解我國(guó)石油工業(yè)的概況和節(jié)約能源以及防止污染的重要性。 4、了解煤在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位，以及煤的綜合利用和環(huán)境保護(hù)。 [知識(shí)講解] 一、石油的成分： 1、組成元素：主要含碳?xì)湓?，同時(shí)還含有少量的硫、氧、氮等元素。 2、物質(zhì)類型：主要由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴組成，因而是混合物。 3、物質(zhì)狀態(tài)：大部分是液態(tài)烴，其中溶有少量氣態(tài)、固態(tài)烴。 二、石油的煉制 從油田里開采出來(lái)的沒(méi)有經(jīng)過(guò)加工處理的石油叫原油。原油成分復(fù)雜，還含有水和氯化鈣、氯化鎂等鹽類。含水多，在煉制時(shí)要浪費(fèi)燃料，食鹽多會(huì)腐蝕設(shè)備。所以原油必須經(jīng)過(guò)脫水、脫鹽等處理過(guò)程之后，才能進(jìn)行煉制。 1、煉制的目的：一方面是將石油中的各種成分進(jìn)行一定程度的分離，使它們各盡其用；另一方面是將含碳原子多的烴轉(zhuǎn)變成為含碳原子數(shù)較少的烴，以提高石油的利用價(jià)值。 2、煉制的方法 1)石油的分餾——根據(jù)石油中各種烴的沸點(diǎn)不同，利用不斷加熱和冷疑的方法，把石油分成不同沸點(diǎn)范圍內(nèi)的蒸餾產(chǎn)物。這是一個(gè)物理過(guò)程。每一種餾分仍然是多種烴的混合物。 說(shuō)明：(1)兩種或多種沸點(diǎn)相差較大且互溶的液體混合物，要進(jìn)行分離時(shí)，常用蒸餾或分餾的分離方法。 (2)分餾（蒸餾）實(shí)驗(yàn)所需的主要儀器：鐵架臺(tái)(鐵圈、鐵夾)、石棉網(wǎng)、蒸餾燒瓶、帶溫度計(jì)的單孔橡皮塞、冷凝管、牛角管、錐形瓶。 (3)蒸餾燒瓶中加入碎瓷片的作用是：___________________ (4)溫度計(jì)的位置：_______________________________________。 (5)冷凝管中進(jìn)、出水的原則：蒸氣在冷凝管內(nèi)管中的流動(dòng)方向與冷水在外管中的流動(dòng)方向相反，此時(shí)的冷凝效果最好。 煉油廠里分餾石油的原理與實(shí)驗(yàn)室中分餾石油的原理是一致的，只是設(shè)備更大，精度更高，且能進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。工業(yè)上分餾石油是在分餾塔內(nèi)進(jìn)行的。分餾的主要過(guò)程是把脫水、脫鹽處理的過(guò)的原油壓入加熱爐，加熱到3600C左右，使原油成為液體和氣體的混合物，從導(dǎo)管進(jìn)入分餾塔。在分餾塔里，按各種烴的沸點(diǎn)不同，在不同層的塔盤上分離出重油、柴油、煤油、汽油、石油氣（它們的沸點(diǎn)范圍依次降低）。石油氣經(jīng)過(guò)冷凝加壓充入罐內(nèi)，形成家庭用的液化石油氣。 從分餾塔底流出的重油主要是固態(tài)烴和液態(tài)烴的混合物，此時(shí)可利用減壓分餾進(jìn)行進(jìn)一步的分離（不能用常壓分餾，否則會(huì)炭化結(jié)焦，毀壞設(shè)備，影響生產(chǎn)）。重油經(jīng)減壓分餾后可得到瀝青、柴油、潤(rùn)滑油、石蠟等物質(zhì)。 2）石油的裂化 (1)概念：石油的裂化是指一定的條件下，將相對(duì)分子質(zhì)量較大、沸點(diǎn)較高的烴斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量較小、沸點(diǎn)較低的烴的過(guò)程。這是一個(gè)化學(xué)過(guò)程。 (2)裂化的原因：石油通過(guò)分餾獲得的汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)液體油的產(chǎn)量比較少，僅占石油總產(chǎn)量的25%左右。為了提高這些輕質(zhì)油的產(chǎn)量，特別是提高汽油的產(chǎn)量，常采用裂化的煉制方法。 (3)裂化所用的原料：_____________。 (4)裂化的產(chǎn)物:_____________________-等. (5)裂化的方式:___________和________________ 說(shuō)明:熱裂化就是直接采用強(qiáng)熱的方式使烴中的C、C鍵斷裂.但熱裂化所產(chǎn)生汽油的質(zhì)量不夠高,且在生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)炭化結(jié)焦。為克服這些缺點(diǎn),常使用催化劑。在催化劑作用下的裂化叫催化裂化,經(jīng)催化裂化可得到質(zhì)量較高的汽油。因此目前工業(yè)上都采用催化裂化這一方式。如石蠟可在氧化鋁作催化劑的作用下催化裂化，此時(shí)相對(duì)分子質(zhì)量大的烴被分解成相對(duì)分子質(zhì)量小的烴。如:十六烷在裂化時(shí),既可生成甲烷和十五烯,又可生成乙烷與十四烯,還可生成丙烷與十三烯,也可生成辛烷和辛烯等等。而裂化生成的烴也可再進(jìn)行裂化.如:C16H34 C8H18+C8H16 C8H18 C4H8+C4H10 C4H10 CH4+C3H6 C4H10 C2H6+C2H4 可見,裂化所得的輕質(zhì)油(如汽油)、石油氣等,含有烯烴等不飽和烴,能使溴水褪色。而分餾得到的汽油中幾乎不含不飽和烴,因而不能使溴水褪色。所以可用溴水來(lái)區(qū)別裂化汽油和直餾汽油。不管是直餾汽油還是裂化汽油,其質(zhì)量的衡量都有一個(gè)重要的指標(biāo)-汽油的辛烷值(衡量爆震程度大小的標(biāo)準(zhǔn)) 3)石油的裂解 (1)概念:石油在化工生產(chǎn)中,采用比裂比更高的溫度使烴分解，成為氣態(tài)不飽和烴的混合物。可見,裂解是一種深度裂化,這也是一個(gè)化學(xué)過(guò)程。 (2)裂解的原因:在實(shí)際工業(yè)中,常需大量的不飽和氣態(tài)烴作原料,來(lái)生產(chǎn)其它的化工產(chǎn)品,而分餾和裂化的產(chǎn)物大部分為液態(tài)烴。因此常用裂解的化工方法進(jìn)一步對(duì)石油進(jìn)行煉制. (3)裂解的原料:石油的分餾產(chǎn)物(包括石油氣) (4)裂解的產(chǎn)物:主要含乙烯、丙烯、異丁烯,還含少量甲烷,乙烷等氣態(tài)烴. 三、煤的綜合利用 1、煤的種類:無(wú)煙煤(含碳:85-95%),煙煤(含碳:70-85%),褐煤(含碳50-70%),泥煤(含碳約50%) 2、煤的成分:有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的復(fù)雜混合物. 3、煤的組成元素:主要含碳元素,此外還含少量的氫、氮、氧、硫等元素,以及無(wú)機(jī)礦物質(zhì)(主要含硅、鋁、鈣、鐵等元素) 可見:煤不是炭,煤是主要含碳元素的混合物。 “炭”和 “碳”兩字的區(qū)別:“炭”是指主要含單質(zhì)碳,此外還含少量雜質(zhì)的無(wú)定形炭,如：木炭、焦炭、炭黑、活性炭。而“碳”則是指含碳元素的純凈物,如:二氧化碳、碳酸鈣等。 四、煤的綜合利用方法 1)煤的干餾---將煤隔絕空氣強(qiáng)熱使其分解的過(guò)程。這是一個(gè)化學(xué)變化. (1)煤的干餾產(chǎn)物:______________________________________________。 (2)干餾產(chǎn)物的成分及用途 A、焦炭:主要含碳單質(zhì),可用于冶金(作還原劑) 、合成氨、制電石、作燃料等. B、煤焦油:主要含苯、甲苯、二甲苯等芳香烴及酚、萘、瀝青等有機(jī)物,可用于制炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥等化工合成。 C、焦?fàn)t氣:主要含H2、CH4、CO、C2H4等物質(zhì),可用作氣體燃料及化工原料. D、粗氨水:主要含NH3及銨鹽,可用于制氮肥 E、粗苯:主要含苯、甲苯、二甲苯等物質(zhì),可用于制炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥等化工合成。 說(shuō)明:在煤中原本并不含苯、甲苯、二甲苯等物質(zhì),它們是通過(guò)煤的干餾后分解產(chǎn)生的物質(zhì),再將這些干餾產(chǎn)物通過(guò)分餾的方法提取出來(lái),作化工原料。可見煤是工業(yè)上獲得芳香烴的一種重要來(lái)源. 2)煤的氣化和液化 (1)煤的氣化:把煤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過(guò)程. 點(diǎn)燃 主要反應(yīng):C(S)+H2O(g) CO(g)+H2(g)(吸熱反應(yīng)) 該反應(yīng)需要的熱量可由碳的燃燒來(lái)提供:C(g)+O2(g) CO2(g) 說(shuō)明:碳燃燒時(shí)可用空氣或O2,但得到的煤氣的成分、熱值及用途都不同. 煤氣化 碳在空氣中燃燒 碳在O2中燃燒 低熱值氣 成分:CO、H2、相當(dāng)量的N2 特點(diǎn)及用途:熱值較低,用作冶金、機(jī)械工業(yè)的燃料氣 中熱值氣 成分:CO、H2、少量CH4 特點(diǎn)及用途:熱值較高,可作居民使用煤氣,也可用于合成氨、甲醇 催化劑 催 化劑 高熱值氣 成分:主要是CH4 特點(diǎn)及用途:熱值高,可遠(yuǎn)距離輸送 CO+3H2 CH4+H2O (2)煤的液化:把煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的過(guò)程. A、直接液化法:把煤與適當(dāng)溶劑混合后,在高溫、高壓下(有時(shí)使用催化劑)使煤與H2作用生成液體燃料. 催化劑 B、間接液化法:先把煤氣化成CO和H2,再經(jīng)催化合成得到液體燃料。 如:CO+2H2 CH3OH(甲醇------常溫下為液體,可以燃燒,還可代替汽油作內(nèi)燃的燃料.) [典型例題] 例1、下列物質(zhì)由固定元素組成的是( ) A、空氣 B、石蠟 C、氨水 D、二氧化氮?dú)怏w 例2、丁烷催化裂化,其碳鏈按兩種方法斷裂:生成兩種烷烴和兩種烯烴。若丁烷的裂解率為90%,且裂解后兩種烯烴的質(zhì)量相等,則裂解后得到的相對(duì)分子質(zhì)量最小的氣態(tài)烴在混合物中的體積分?jǐn)?shù)為( ) A、11% B、19% C、40% D、50% 例3、CH4在一定條件下催化氧化可以生成C2H4、C2H6(水和其它反應(yīng)產(chǎn)物忽略不計(jì)).取一定量CH4經(jīng)催化氧化后得到一種混合氣體,它在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為0.780g/L.已知反應(yīng)中CH4消耗了20.0%,計(jì)算混合氣體中C2H4的體積百分含量(本題計(jì)算過(guò)程中請(qǐng)保留3位有效數(shù)字)。 例4、煤焦油的成分主要是酚類和萘.萘的分子式為C10H8,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為: .萘也能發(fā)生硝化反應(yīng),其一硝基萘和二硝基萘分別有幾種? [練習(xí)] 一、選擇題 1、下列物質(zhì)能用于萃取溴水中的溴的是( ) A、直餾汽油 B、裂化汽油 C、酒精 D、己烷 2、下列物質(zhì)中,沒(méi)有固定沸點(diǎn)的是( ) A、苯 B、石油 C、煤油 D、氯仿 3、下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ) A、石油中含有C5—C11的烷烴,可以通過(guò)分餾得到汽油. B、重油經(jīng)過(guò)裂化可得到汽油 C、煤是有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的復(fù)雜混合物 D、煤中含有苯和甲苯,可以用先干餾后分餾的方法把它們分離出來(lái) 4、下列石油分餾產(chǎn)品中沸點(diǎn)范圍最低的是( ) A、潤(rùn)滑油 B、瀝青 C、汽油 D、柴油 5、通常用來(lái)衡量一個(gè)國(guó)家石油化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志是( ) A、石油的產(chǎn)量 B、乙烯的產(chǎn)量 C、合成纖維的產(chǎn)量 D、硫酸的產(chǎn)量 6、在相同條件下,下列哪種燃料產(chǎn)生的污染程度最低( ) A、沼氣 B、石油 C、煤 D、木柴 7、下列盛放物質(zhì)的方法錯(cuò)誤的是( ) A、把汽油放在帶橡皮塞的玻璃瓶中 B、把硝酸銀放在棕色試劑瓶中 C、把NaOH放在帶橡皮塞的玻璃瓶中 D、把氫氟酸放在塑料瓶中 8、在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間,科威特大批油井被炸著火,在滅火工作中,下列措施不能用于滅火的是( ) A、設(shè)法阻止石油噴射 B、設(shè)法降低火焰溫度 C、設(shè)法降低石油著火點(diǎn) D、設(shè)法使火焰隔絕空氣 9、我國(guó)即將全面禁止使用含鉛汽油,其主要目的是( ) A、減少汽車尾氣中氮氧化物的排放 B、提高汽油的燃燒值 C、提高汽油的抗震性 D、消除汽車尾氣中的鉛對(duì)大氣的污染 10、實(shí)驗(yàn)室制乙烯和分餾石油的實(shí)驗(yàn)中,相同之處是( ) A、都需要冷凝器 B、都需加沸石 C、都需加熱 D、溫度計(jì)都要插入液體中 二、填空題 11、如何用化學(xué)方法檢驗(yàn)一瓶裂化汽油中是否含有甲苯或二甲苯等苯的同系物,寫出其步驟 12、有一套以天然氣為燃料的灶具,改用石油氣(C3H8)為燃料,使用時(shí)應(yīng)采取的措施是 ,其原因是 13、把下列各物質(zhì)的制取方法填寫在各題后面的橫線上 (1)用煤制煤焦油 (2)用煤焦油制二甲苯 (3)用石蠟制汽油 (4)用煤油制乙烯 [答案] 一、選擇題 1、AD 2、BC 3、D 4、C 5、B 6、A 7、A 8、C 9、D 10、BC 二、填空題 11、取少量的汽油于試管中,先逐滴加溴水直至溴水不再褪色為止,然后加入酸化的KMnO4溶液.若溶液紫色褪去或變淺,則證明汽油里含有甲苯等苯的同系物. 12、增大空氣的進(jìn)量,或減少石油氣的進(jìn)氣量。因燃燒等體積的天然氣、石油氣時(shí),石油氣消耗的O2的體積較大. 13、(1)干餾 (2)分餾 (3)催化裂化 (4)裂解