高中化学强化讲义 第71节 石油和煤化工.docx

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高中化学强化讲义第71节石油和煤化工

第71节石油和煤化工

能源、材料和信息被称为人类社会发展的三大支柱。

石油和煤是“能源”中十分重要的一个部分。

一、石油和石油产品概述

1.石油的成分石油是由古代动植物遗体经过非常复杂的变化而形成的一种黏稠状液体，有“工业的血液”、“黑色的黄金”等美誉。

石油通常显黑色或深棕色，常有绿色或蓝色荧光，有特殊的气味，不溶于水，密度比水略小；没有固定的熔点和沸点。

石油所含的基本元素是碳和氢。

石油的化学成分随产地不同而不同，主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物。

石油的大部分组分是液态烃，同时在液态烃中溶有气态烃和固态烃

2.石油的炼制

（1）石油的分馏从油田中开采出来没有加工处理的石油叫原油。

原油在炼制前需将其中混有的水和盐水去除，以防止在炼制时浪费燃料、腐蚀设备。

经脱水、脱盐后，可根据各组分沸点的高低分馏，并根据不同的沸腾温度范围加以收集，得到的产物叫馏分。

如图13-44所示，将100mL石油注入到蒸馏烧瓶中，再加入几片碎瓷片（或沸石）。

然后用酒精灯加热，分别收集60℃~150℃和150℃~300℃时的馏分，就可以得到汽油和煤油。

上图13-45是石油分馏工艺的流程图。

图13-46是分馏塔的内部结构示意图。

从常压分馏塔底流出的重油可以再加以分离，但要提高分离温度，而在高温下，高沸点的烃会分解，甚至炭化结焦，损坏设备，影响生产，为此在石油炼制工业上又采用减压分馏法（在减压分馏塔中进行）。

石油分馏后的产品及其用途如下表所示：

表13-5石油分馏的产品和用途

注：

表内所示沸点范围不是绝对的，在生产时常需根据具体情况进行变动。

（2）裂化

在试管A中加入4g石蜡和3g氧化铝粉末，充分混合，再加热试管。

待石蜡熔化后继续加热5min~10min，点燃导管口的气体。

观察A、B、C处的反应现象，见图13-47。

石油通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料，仅占石油总量的25%。

为了提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量，在石油工业上采用了裂化的方法。

裂化就是在一定条件下，把相对分子质量大，沸点高的烃断裂为相对分子质量小，沸点低的烃的过程。

裂化有热裂化和催化裂化两种。

热裂化是将重油在500℃左右和一定的压强下进行裂化，除得到含碳原子数较少的轻质油馏分外，还可得到甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁烯等气体。

例如

由于热裂化所产生的汽油质量不够高，并且会发生结焦现象，为了克服这些缺点，常使用催化剂。

在催化条件下进行的裂化叫催化裂化。

（3）石油的催化重整

所谓重整就是将汽油中直链烃类的分子的结构“重新进行调整”排列，转变为芳香烃或具有支链的烷烃异构体等。

通常重整所用的催化剂有铂、铼或同时使用铂、铼。

根据重整时使用的催化剂的不同叫铂重整、铼重整或铂铼重整。

直链汽油经重整后不仅可制得芳香烃，同时还可以有效地提高汽油的质量。

3.石油化工

在石油化工生产过程中，常把含直链烷烃的石油分馏产品作原料经深度的裂化，使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。

工业上把这种方法叫做石油的裂解。

生成的裂解气是一种复杂的混合气体，主要包括乙烯、丙烯、丁二烯等不饱和烃外，还含有甲烷、乙烷、氢气、硫化氢等。

裂解气中烯烃含量比较高。

因此，常把乙烯的

产量作为衡量石油化工发展水平的标志我国是世界上最早发现和利用石油和天然气的国家之一。

在1800年前，我国劳动人民就发现了天然气和石油，并积累了丰富的开采和利用石油天然气的经验。

在大力发展石油工业的过程中，必须注意防治三废，改革生产工艺，减少三废的排放，以保护环境，防止污染

二、煤和煤的综合利用

煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源。

煤可以分为无烟煤、烟煤和褐煤等，含碳量分别为：

无烟煤95%左右，烟煤70%~80%，褐煤50%~70%，泥煤50%~60%等。

煤除了含碳外还含有少量的S、P、H、N、O等元素，以及无机矿物质。

煤是有机物和无机物所组成的复杂的混合物，它的化学组成大致可用

来表示。

它的化学结构已提出约十余种模型。

图13-48与图13-49是煤的两种结构模型。

图13-48煤的经典结构模型

图13-49煤的现代结构模型

如图13-50所示，将烟煤粉放入硬质玻璃管中，隔绝空气加强热。

观察有什么现象发生。

待玻璃管尖嘴处有气体逸出时，点燃该气体。

把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，叫做煤的干馏。

煤经干馏能生产岀焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气等。

炼焦产品及其用途如下所示：

煤在燃烧过程中会放岀大量能污染空气的气体产物和粉尘，而且直接燃烧时煤的热效率一般很低。

解决这些问题的方法是煤的气化、煤的焦化以及煤的液化。

煤的气化是让煤在供氧不足的条件下反应，使煤中有机物变为可燃性气体和小分子有机物。

若在地下进行气化，可以让废渣留在地下。

煤的液化是在使煤由大分子裂解为小分子的同时进行催化加氢，从而产生液态燃料油，从而提高利用率。

我国是一个储煤量丰富的国家，利用煤作为能源由来已久。

煤是重要的工业资源。

在加工煤及使用煤作燃料的过程中，对产生的三废要加以合理的处理和利用，以消除污染，保护环境。

你知道“辛烷值”吗

人们把抗震性能作为衡量汽油质量高低的一种标准。

“辛烷值”通常是用来衡量汽油抗震性能大小的。

辛烷值越大，汽油的抗震性能越好。

为什么叫做辛烷值”呢？

原来有一种叫做异辛烷（2，2，4三甲基戊烷）的化合物，它的抗震性最弱，人们规定它的抗震性为100；另外选择一种抗震性极强的正庚烷（CnH16），规定它的抗震性为0.把汽油样品的抗震性跟这两种烃的不同成分的混合液的抗震性进行比较，就可以得出该汽油的辛烷值。

例如，经测定，一种汽油的抗震性跟含66%的异辛烷和34%的正庚烷的混合液的抗震性相等，那么，这种汽油的辛烷值就是66。

为了提高汽油的抗震性能，通常还可以在汽油中加入少量抗震剂。

这样，就可以提高汽油的辛烷值。

[例1]C8H18经多步裂化，最后完全转化为C4H8、C3H6、C2H4、C2H6、CH4五种气态混合物。

该混合物的平均相对分子质量可能是[]

（A）28

（B）30

（C）38

（D）40

[解析]因为C8H18的裂化方式不确定，导致混合气体的平均相对分子质量也不确定，所以可以用极值法解题。

①如果C8H18按下列方式裂化：

（或

）

混合气体的平均相对分子质量为：

。

这时所得平均相对分子质量为最大值。

1若按下列方式裂化：

（或

）

）

这种裂化方式所得混合气体中不含

，此时平均式量为：

，这时所得平均相对分子质量为最小值。

所以混合气体的平均式量的范围是

答案：

B、C

一、选择题

1.下列属于化学变化的是[]

（A）干馏（B）蒸馏（C）分馏（D）裂化

2.下列物质中，没有固定沸点的是[]

（A）石油

（B）氯仿

（C）甲苯

（D）异丁烷

3.工业上制取大量乙烯和丙烯常采用[]

（A）石油减压分馏

（B）重油热裂化

（C）把重油裂解

（D）天然气加工

4.关于石油组成的下列叙述中正确的是[]

（A）石油只含C、H两种元素，是多种烃的混合物

（B）石油主要含C、H两种元素，还含有少量的S、O、N、P等元素

（C）石油是液态物质，只含液态烃

（D）石油大部分是液态烃，其中溶有气态烃和固态烃

5.关于石油的炼制的说法中正确的是[]

（A）石油的炼制过程都是化学变化的过程

（B）石油分馏的目的是将含碳原子数较多的烃先气化，经冷凝而分离出来

（C）石油经过分馏、裂化等工序后即能得到纯净物

（D）石油经分馏得到的各馏分仍然是多种烃的混合物

6.有关煤的下列叙述中，不正确的是[]

（A）煤是由有机物组成的复杂混合物

（B）煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源

（C）煤的干馏属于化学变化

（D）通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品

7.某气体通过溴水时，能使溴水褪色，通过灼热的CuO时，可使黑色固体变亮红色，再通过无水CuSO4时，白色粉末变蓝色，再通过澄清石灰水，石灰水变浑浊，最后点燃剩余的气体，火焰呈淡蓝色，其生成物经冷却后有水滴生成并能使澄清石灰水变浑浊，这种气体是[]

（A）水煤气

（B）石油裂解气

（C）焦炉煤气

（D）石油液化气

8.若1mol某气态烃

完全燃烧，需用3molO2，则[]

（A）

（B）

（C）

（D）

二、非选择题

9.

（1）请将石油产品汽油、柴油、煤油、沥青、液化石油气按其组成物质分子中碳原子数递增的顺序排列：

______________________________。

（2）乙烯是石油裂解的主要产物之一，将乙烯通入溴水中，观察到的现象是__________________；其反应的化学方程式为__________________；乙烯对水果具有__________________功能。

（3）天然气和液化石油气（C~C5，设为丙烷）分别完全燃烧的化学方程式是__________________和__________________。

根据反应原理判断，一套以液化石油气作燃料的灶具欲改为天然气，从提高燃烧效率的目标出发，应进行灶具改造的办法是__________________________________________。

如果不进行改造，其不良后果是____________________________________。

10.汽油不仅是最重要的燃料，而且是重要的化工原料，它既可以裂解得到气态化工原料如乙烯等，还可以在催化剂催化下改变分子结构，由链烃变成芳香烃，如己烷变成苯，庚烷变成甲苯，这个变化叫异构化。

请根据以汽油为原料的下列衍变关系，写出相应的化学方程式，在括号中填反应类型。

（1）______________________________________________________

（2）______________________________________________________

（3）______________________________________________________

（4）______________________________________________________

11.目前我国城市大部分居民所使用的燃料主要是管道煤气，管道煤气的主要成分是CO、H2和少量烃类。

也有部分居民已开始使用天然气。

根据管道煤气和天然气燃烧反应的化学方程式判断：

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___________（填“增大”或“减小”）进风口，如不作改进可能产生的不良结果是_________________________________。

管道煤气中含有烃类，除甲烷外，还有少量乙烷、丙烷、丁烷等，它们的某些性质见下表：

乙烷

丙烷

丁烷

熔点（C）

-183.3

-189.7

-138.4

沸点（°C）

-88.6

-42.1

-0.5

试根据以上某个关键数据解释冬天有时管道煤气火焰很小，并且呈断续状态的原因是________________________________________。

12.相对分子质量为128的某烃完全燃烧后，生成的CO是同物质的量的乙烯完全燃烧生成的CO2的5倍，该烃的分子式为____________________，另一种烃的相对分子质量也是128，完全燃烧后生成的H2O是同物质的量的乙烯完全燃烧生成的H2O的5倍，则该烃的分子式为____________________。

“烃”单元练习

一、选择题

1.用下列实验证明某物质是否属于有机物：

①点火，观察是否能燃烧；②加热，观察是否易熔化；③加热，观察是否能分解；④通电，观察是否能导电。

上述方法的可行性判断中，你认为[]

（A）只有④可行

（B）全部可行

（C）只有①④可行

（D）全部不可行

2.当空气中混有5%~15%的甲烷时，点燃会发生爆炸，当爆炸最强烈时，甲烷的含量为[]

（A）9.5%

（B）0.5%

（C）10%

（D）5%

3.分子式为C6H14的链烃中，主链有4个碳原子的同分异构体有[]

（A）1种

（B）2种

（C）3种

（D）4种

4.已知烷烃在氧气不足时发生不完全燃烧，可生成CO、C等产物。

现引燃密闭容器中的己烷和氧气的混合气体，使其发生不完全燃烧。

在120℃时，测得反应前后气体的压强分别为

和

。

判断这一燃烧反应的化学方程式是[]

（A）

（B）

（C）

（D）

5.某液态烃和溴水发生加成反应生成2，3-二溴-2-甲基丁烷，则该烃是[]

（A）3-甲基-1-丁烯

（B）2-甲基-2-丁烯

（C）2-甲基-1-丁烯

（D）1-甲基2-丁烯

6.下列单体中能在一定条件下发生加聚反应生成：

，

则该单体是[]

（A）

（B）

和

（C）

（D）

二、非选择题

7.化合物

中的碳原子不可能都在同一平面上，但有一个平面包含的碳原子数最多，请指出这个平面上的碳原子的编号。

________________________________________________________________。

8.4-甲基环己烯

可以简写成

，现

的有机物分子式为________________，如果保持6个碳原子的环不变，支链完全不变（种类、位置），环中的双键移位（两个双键不能连在同一碳原子上），用上述简写法，写出该有机物可能的同分异构体的结构简式________________。

9.有些油田开采的石油中溶有一种碳氢化合物—金刚烷，它的分子立体结构如图所示

。

（1）金刚烷的分子式为______________。

（2）某学生想要讨论金刚烷有几种不同的二氯代物。

他的分析推理过程如下：

①观察金刚烷的结构简式，分析金刚烷的结构特点：

它是由___________个六元环构成的立体笼状结构，其分子中有___________个碳原子为三个环共有。

金刚烷的分子中有___________个“

”结构，___________个

结构，而且分子高度对称；

②其分子中的等价氢原子总共有_______种，其中一个氢原子被取代生成的一氯代物有_______种；

③针对每种不同的一氯代物分别讨论第二个氢原子发生取代时的情况：

当两个C1原子都取代

中的H原子时，有_______种二氯代物；当一个C1取代一个

中的H原子，另一个Cl取代另一个

中的H原子时，有_______种二氯代物；当两个C1原子都取代

中的H原子时，有______种二氯代物。

综合上述分析，金刚烷的二氯代物共有____________种

10.图13-51（a）为化学课本上实验室制溴苯的装置，该装置较简单，操作也较简便，但也有不足之处。

为弥补不足，有学生另行设计了如图13-51（b）的反应装置。

（1）苯、溴在分液漏斗中混合后现象为______________，说明：

_______________________。

（2）将混合液滴入反应管几秒钟后，能观察到的现象是：

c处__________，d处______________，e处______________________。

（3）在2min~3min后，可以在a管底部得到_________，b中现象为______________。

（4）改进装置与原课本装置相比，优点是____________________。

11．在

的条件下，将1L丙烷和若干氧气混合点燃，燃烧后恢复到原温度和压强时，测得混合气体的体积为mL。

将燃烧后的气体再通过碱石灰，气体剩余nL，已知

。

请通过计算回答下列问题。

（1）若a=7，则剩余的nL气体的成分是什么？

（2）若燃烧后始终保持

的条件，则a的最大值为_____，理由是____________。

12.完全燃烧某液态烃A1mol，比完全燃烧1mol苯（C6H6）多消耗1molO2，但生成的CO2的物质的量相同。

如果1mol该烃在催化剂存在时最多可以和1mol氢气起加成反应，反应后得到一种产物，该产物的一卤代物只有一种。

推断此烃的结构简式。

13.甲、乙两学生设计了不同的实验来确定某气态烃A的分子组成

（1）甲设计了如下实验：

一定量A

产物

增重2.7g

增重6.6g，由此可得出A的最简式为___________。

（2）乙学生认为将A燃烧生成的气体用NaOH溶液吸收并分析反应后所得溶液中溶质的成分，根据A的最简式，就可推断出A的分子组成。

取1molA完全燃烧并将生成的气体通入1.5L4mol/L的NaOH溶液（足量）中，填写下表，分析A的分子组成。

溶质的化学式

A的分子式

1

2

3

4

14.乙烯和乙烷的混合气体共amol，与bmol的氧气共存于一密闭容器中，点燃后充分反应，乙烯和乙烷全部消耗完，得到CO和CO2的混合气体和45g水。

则：

（1）当a=1时，乙烯和乙烷的物质的量之比为多少？

（2）当a=1时，且反应后CO和CO2的混合气体的物质的量为反应前氧气的

，计算b的值和此时生成CO和CO2的物质的量的比值。

（3）a的取值范围是多少？