学年高中化学第4章第二节第1课时煤石油和天然气的综合利用学案新人教版必修2.docx
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学年高中化学第4章第二节第1课时煤石油和天然气的综合利用学案新人教版必修2
第1课时 煤、石油和天然气的综合利用
1．认识煤、石油、天然气等化石燃料的组成及综合利用。
2．掌握加聚反应和缩聚反应。
以聚乙烯为例，了解高分子材料在生活领域中的应用及对环境造成的压力。
一、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料
1．煤的综合利用
（1）煤的组成
煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。
（2）煤的综合利用
2．天然气的综合利用
（1）组成：
天然气的主要成分是甲烷。
（2）综合应用
①天然气是一种清洁的化石燃料，②作为一种化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇等。
3．石油的综合利用
（1）石油的组成
石油是由多种碳氢化合物组成的混合物。
（2）石油的综合利用
①分馏：
利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程。
②裂化：
将含碳原子数较多，沸点较高的烃断裂为碳原子数较少、沸点较低的烃的过程。
③裂解：
即深度裂化。
④催化重整：
石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃。
二、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
1．三大合成材料：
塑料、合成橡胶、合成纤维。
2．实例：
制取聚乙烯反应的化学方程式为nCH2===CH2
CH2—CH2。
3．四个概念
（1）加聚反应：
由不饱和的小分子化合物通过加成反应生成高分子化合物的反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。
（2）单体：
聚合成高分子化合物的小分子化合物，聚乙烯的单体为CH2===CH2。
（3）链节：
高分子化合物中的最小重复结构单元，聚乙烯的链节为—CH2—CH2—。
（4）聚合度：
高分子化合物中所含链节的数目，聚乙烯的聚合度为n。
1．（2018·浙江卷）下列属于物理变化的是（ ）
A．煤的气化B．天然气的燃烧
C．烃的裂解D．石油的分馏
解析：
煤的气化属于复杂的物理化学变化，A错误；天然气的燃烧属于化学变化，B错误；烃的裂解属于化学变化，C错误；石油的分馏属于物理变化，D正确。
答案：
D
2．（2018·甘肃师大附中期末）下列有关煤、石油、天然气等资源的说法正确的是（ ）
A．石油裂化得到的汽油是纯净物
B．煤的气化就是将煤在高温条件由固态转化为气态是物理变化过程
C．天然气是一种清洁的化石燃料
D．煤就是碳，属于单质
解析：
石油裂化得到的汽油是混合物，A错误；煤的气化是将其转化为可燃性气体的过程，属于化学变化，B错误；天然气燃烧只生成CO2和H2O，是一种清洁的化石燃料，C正确；煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组成以碳元素为主，D错误。
答案：
C
3．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）煤、石油、天然气都是洁净的化石燃料。
（ ）
（2）汽油、柴油都是混合物。
（ ）
（3）乙烯、聚乙烯含碳量相同，相同质量的乙烯、聚乙烯完全燃烧生成CO2相同。
（ ）
（4）煤的气化、液化与水的汽化、液化一样，均属于物理变化。
（ ）
（5）三大合成材料都主要是以煤、石油、天然气为原料生产的。
（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）√ （4）× （5）√
化学“三馏”的比较
蒸馏
分馏
干馏
原理
根据物质沸点的差异，对液态混合物加热和冷凝，分离成两组不同沸点范围的物质
根据物质沸点的差异，对液态混合物不断地加热和冷凝，分离成多组不同沸点范围的物质
把固态混合物（如煤、木材）隔绝空气加强热使其分解的过程
变化类型
物理变化
物理变化
化学变化
实用举例
从海水中提取淡水；除去碘的四氯化碳溶液中的四氯化碳
将石油（原油）分离为石油气、汽油、煤油等；将煤焦油分离为苯、二甲苯、甲苯、酚类、萘和沥青
干馏煤、干馏木材
常用装置
下图是实验室干馏煤的装置图：
（1）指出图中仪器的名称：
b________，c________。
（2）仪器d的作用是____________________________，c中的液体中无机物有________，可用________检验出来。
有机物有________，可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。
（3）e处点燃的气体主要成分有________________，火焰颜色是________。
（4）反应结束后b中留有的固体是________。
【解析】 本题是关于煤干馏的实验，根据煤干馏的主要产品，e处放出的气体为焦炉气，c中得到常温下为液态的产品应为粗氨水、粗苯和煤焦油，b处得到固体产品焦炭。
c中液体无机物为粗氨水，呈碱性，用指示剂酚酞等可以检验；有机物有粗苯和煤焦油里的苯、甲苯、二甲苯、酚、萘等的混合物，它们是相互混溶且沸点不同的液体混合物，可用分馏将其分开。
焦炉气的主要成分为H2、CH4、C2H4、CO均为易燃烧气体，火焰呈淡蓝色。
【答案】
（1）硬质玻璃管 U形管
（2）对气体产物进行冷却，使其液化 粗氨水 酚酞溶液 煤焦油 分馏
（3）H2、CH4、CH2===CH2、CO 淡蓝色
（4）焦炭
下列过程属于物理变化的是（ ）
A．煤的干馏 B．煤的气化
C．石油分馏D．石油裂化
解析：
石油的分馏是通过控制沸点的不同来实现物质分离的方法，属于物理变化，C项符合题意；其他三项变化过程中均有新物质生成，为化学变化。
答案：
C
两组反应类型比较
1．加成反应和加聚反应
（1）相同点：
都是有机物分子中双键（或三键）两端的碳原子与其他的原子或原子团直接结合生成新的化合物。
（2）不同点：
加成反应生成的新化合物是小分子，加聚反应生成的是高分子。
举例：
加成反应：
2．加聚反应和缩聚反应
（1）相同点：
均为小分子反应生成高分子化合物。
（2）不同点：
加聚反应的产物只有高分子化合物；缩聚反应的产物有高分子化合物和小分子。
举例：
加聚反应：
聚苯乙烯的结构为
，试回答下列问题：
（1）聚苯乙烯的链节是________，单体是________，生成该物质的反应类型是________。
（2）实验测得某聚乙烯的相对分子质量（平均值）为52000，则该高聚物的聚合度n＝________。
【解析】
（1）把聚苯乙烯结构中的苯环看成氢原子，则可知该物质是通过加聚反应生成的，单体即为
，链节即重复的结构单元为
。
（2）相对分子质量等于52000，则聚合度
n＝
＝
＝500。
【答案】
（1）
加聚反应
（2）500
（双选）乙烯和丙烯按物质的量之比1∶1聚合成乙丙树脂，该高聚物的结构简式是（ ）
解析：
乙烯（CH2===CH2）和丙烯（CH3—CH===CH2）两种烯烃双键断开后的结构为—CH2—CH2—、
，两种不同结构按1∶1聚合成乙丙树脂时可得到
、
两种高聚物，故选A、B项。
答案：
AB
1.（2018·盐城市期末）下列气体主要成分是CH4的是（ ）
A．水煤气B．裂解气
C．焦炉气D．天然气
解析：
水煤气是CO和H2的混合气，A错误；裂解气主要成分是烷烃和烯烃，B错误；焦炉气主要成分是H2、CH4、C2H4、CO等，C错误；天然气主要成分是CH4，D正确。
答案：
D
2．下列说法错误的是（ ）
A．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油
B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物
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
解析：
汽油是C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到，也可由C18以上的烷烃经过裂化反应得到，A、B项正确；煤是由有机物和无机物所组成的复杂混合物，C项正确；煤干馏产物中有苯和甲苯，而煤本身不含有苯和甲苯，D项错误。
答案：
D
3．石油炼制过程中，既能提高汽油产量又能提高汽油质量的方法是（ ）
A．常压分馏B．减压分馏
C．裂解D．催化裂化
解析：
A项只能对石油初加工，各类烃仅占石油总量的25%左右；B项操作是对重油的加工不会得到汽油；C项所得产物主要是乙烯、丙烯等小分子短链化合物；D项主要目的就是对重油加工得到质量更高、产量更多的汽油。
答案：
D
4．日常生活中接触到的材料多为合成材料。
下列物质中，不属于合成材料的是（ ）
A．塑料B．棉花
C．合成纤维D．合成橡胶
解析：
合成材料为人造材料，是用化学方法合成的，A、C、D三项属于；B项棉花属于天然材料。
答案：
B
5．下列高分子不能通过加聚反应合成的是（ ）
解析：
A的单体为CH2===CH2，B的单体为
，D的单体为
，均含有碳碳双键，通过加聚反应生成高分子化合物；C项是通过
和HO—CH2—CH2—OH发生缩聚反应合成的。
答案：
C
1．下列说法中不正确的是（ ）
A．天然气、沼气的主要成分是甲烷
B．煤矿中的“瓦斯”爆炸是一定含量的甲烷在空气中遇明火燃烧所致
C．“西气东输”中所说的气是指天然气
D．以液化石油气作燃料的炉灶改用天然气作燃料时，应增大空气的进入量
解析：
甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。
“西气东输”就是将新疆等地的天然气，输送到长江三角洲。
液化石油气的主要成分为丙烷，C3H8＋5O2
3CO2＋4H2O，CH4＋2O2
CO2＋2H2O，根据燃烧方程式知相同体积的丙烷耗氧量大于甲烷，故D错误。
答案：
D
2．（2018·福建师大附中期末）下列说法正确的是（ ）
A．石油的分馏、裂化、裂解属于化学变化
B．煤的干馏、气化、液化属于物理变化
C．汽油、煤油、柴油是纯净物
D．天然气、沼气的主要成分均是甲烷
解析：
石油的分馏是物理变化，A错误；煤的干馏、气化、液化属于化学变化，B错误；汽油、煤油、柴油是混合物，C错误；天然气、沼气的主要成分均是甲烷，D正确。
答案：
D
3．下列关于化石燃料的加工说法正确的是（ ）
A．石油裂化主要目的是得到乙烯
B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油
C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气
D．天然气是重要的化工原料，经物理变化可合成甲醇
解析：
石油裂化主要目的是获得更多的液态轻质汽油，A项错误；石油分馏属于物理变化，B项错误；天然气的主要成分是甲烷，由甲烷合成甲醇发生了化学变化，D项错误。
答案：
C
4．下列对乙烯和聚乙烯的描述中不正确的是（ ）
A．乙烯是纯净物，常温下为气态，聚乙烯为固态，是混合物
B．乙烯性质比聚乙烯活泼，乙烯能发生加成反应，而聚乙烯不能
C．取等质量的乙烯和聚乙烯完全燃烧后，生成的CO2和H2O的质量分别相等
D．取等物质的量的乙烯和聚乙烯完全燃烧后，生成的CO2和H2O的物质的量分别相等
解析：
乙烯：
CH2===CH2，聚乙烯：
CH2—CH2，乙烯发生加聚反应生成聚乙烯，双键变为单键，性质变得稳定，不再能发生加成反应，并且聚乙烯为高分子化合物，常温下为固态，因为n值不同，所以为混合物，A、B正确；因为乙烯和聚乙烯分子中C、H百分含量相同，相对分子质量不同，所以等质量的二者分别完全燃烧生成的CO2和H2O的量分别相等，但等物质的量的二者燃烧生成的CO2和H2O，聚乙烯比乙烯要多，故C正确，D错误。
答案：
D
5．某混合气体通过溴水，溴水褪色，再通过灼热的氧化铜，氧化铜由黑色变为红色，再通过无水硫酸铜白色粉末，无水硫酸铜变为蓝色，再通过澄清的石灰水，石灰水由澄清变浑浊再变澄清，最后剩余气体在空气中点燃，火焰呈淡蓝色，则混合气体是（ ）
A．水煤气B．焦炉气
C．石油液化气D．天然气
解析：
水煤气的成分是H2和CO；焦炉气主要成分是H2、CH4、C2H4、CO等；石油液化气主要是含4个碳原子以下的烷烃等饱和烃；天然气的主要成分是CH4。
从题给信息分析该混合气体含有使溴水褪色的气体，含有还原性气体，故只有焦炉气满足条件，选B项。
答案：
B
6．某高分子化合物的结构简式为
，下列有关叙述正确的是（ ）
A．其单体是CH2===CH2和HCOOC2H5
B．其链节是CH3CH2—COOC2H5
C．它是缩聚反应产物
D．其单体是CH2===CH—COOC2H5
解析：
是加聚反应的产物，其单体是CH2===CH—COOC2H5，其链节为
，故选D项。
答案：
D
7．某同学设计了如下图所示装置进行石油蒸馏的实验，回答下列问题：
（1）指出实验装置中仪器A、B、C、D的名称：
A________，B________，C________，D________。
（2）指出该同学所设计的实验装置中存在的错误，并给予改正。
（3）实验装置改正后，应如何检查气密性？
解析：
（1）各仪器名称依次为：
蒸馏烧瓶、冷凝管、牛角管（或尾接管）、锥形瓶。
（2）蒸馏实验要用蒸馏烧瓶，且温度计水银球置于支管口处，为了测蒸气的温度。
蒸气出来后需用冷凝管冷却，冷却水的方向与蒸气方向相反，即采用“逆流”原理，这样冷却效果会很好，故该装置此处错误。
（3）整套装置检查其气密性用微热法。
要点为：
封闭体系→加热→气泡→停止加热→倒吸稳定水柱→气密性好。
答案：
（1）蒸馏烧瓶 冷凝管 牛角管（或尾接管） 锥形瓶
（2）错误：
冷凝水水流方向错误。
改正：
冷凝水应下口进，上口出。
（3）连接好装置后，将尾接管换成导管，并将导管下端浸没在水中，对烧瓶加热，看到导管口有气泡冒出，冷却后，导管内倒吸一段水柱，水柱高度保持不变，证明装置气密性好。
8．（2018·云南民族大学附中期中）Ⅰ.现代以石油化工为基础的三大合成材料除塑料外，还有________、________。
Ⅱ.了解一些用药常识，有利于自我保健。
（1）药品常用淀粉作黏合剂，淀粉水解的最终产物是________。
（2）现有下列药物：
青霉素、阿司匹林、麻黄碱、抗酸药（有效成分为碳酸镁）。
①其中属于解热镇痛药物的是_______，青霉素的作用_______。
②碳酸镁可治疗胃酸过多的原理是（用离子方程式表示）________________。
解析：
Ⅰ.现代以石油化工为基础的三大合成材料除塑料外，还有合成纤维和合成橡胶。
Ⅱ.
（1）淀粉属于多糖，淀粉水解的最终产物为葡萄糖，淀粉水解的化学方程式为
（2）青霉素是消炎药；阿司匹林具有解热镇痛作用，用于治感冒；麻黄碱具有止咳平喘作用，用于治疗支气管哮喘、鼻黏膜充血引起的鼻塞等；抗酸药用于治疗胃痛，能中和胃里过多的盐酸，缓解胃部不适。
①属于解热镇痛药的是阿司匹林。
青霉素的作用是抗菌消炎。
②MgCO3与胃里过多的HCl反应的离子方程式为MgCO3＋2H＋===Mg2＋＋CO2↑＋H2O。
答案：
Ⅰ.
（1）合成纤维 合成橡胶 Ⅱ.
（1）葡萄糖
（2）①阿司匹林 抗菌消炎 ②MgCO3＋2H＋===Mg2＋＋CO2↑＋H2O
1．下图是石油分馏塔的示意图，a、b、c三种馏分中（ ）
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：
由题图可知，a先分馏出来，c最后分馏出来，故熔沸点高低顺序为a答案：
C
2．对图示中的变化叙述错误的是（ ）
A．图示实验中发生了化学变化
B．液体X溶液的pH>7，液体Y是一种黑色黏稠状液体
C．气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴水褪色
D．试管A中产生浓的白烟
解析：
本题考查煤的干馏实验，干馏产物有固态的焦炭；液态的氨气、水等无机物和煤焦油等难溶于水的有机物；气态的H2、CO、C2H4、CH4。
煤的干馏是化学变化，A正确；液体X为氨水呈碱性pH>7，液体Y为煤焦油是黏稠液体，B正确；气体H2、CO均易燃，可还原CuO，C2H4能使溴水褪色，C正确；试管A中产生黄色的烟，D错误。
答案：
D
3．下列对合成材料的认识不正确的是（ ）
A．有机高分子化合物称为聚合物或高聚物，是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应而制得的
C．聚乙烯（CH2—CH2）是由乙烯加聚生成的纯净物
D．高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类
解析：
聚乙烯是混合物，C项错误。
答案：
C
4．某高分子化合物含有如下结构片段，对此结构的分析中正确的是（ ）
A．它是缩聚反应的产物
B．合成它的小分子是CH3OH
C．合成它的小分子是CH3CH2COOCH3
D．合成它的小分子是CH2===CHCOOCH3
解析：
由高分子结构片段知链节为
，单体为
，由该单体反应生成高聚物的反应为加聚反应（类似乙烯）。
答案：
D
5．（2018·襄阳市期末）下图是丁烷（C4H10）裂解的实验流程。
连接好装置后，需进行的实验操作有：
①检查整套装置的气密性；②排出装置中的空气；③给D、G装置加热等。
G后面装置以及铁架台等已省略；CuO能将烃氧化成CO2和H2O。
请回答下列问题：
（1）丁烷裂解的可能方程式为C4H10
CH4＋C3H6，__________________。
（2）写出甲烷与氧化铜反应的化学方程式__________________。
（3）若对反应后E装置中的混合物（溴水足量），再按以下流程实验：
①分离操作Ⅰ和Ⅱ的名称分别是________、________（填字母）。
a．蒸发b．过滤
c．分液d．蒸馏
②Na2SO3溶液的作用是（用离子方程式表示）________________。
③已知A的碳原子数大于B的碳原子数，请写出B的名称____________。
（4）假定丁烷完全裂解，流经D、G装置中的气体能完全反应。
当（E＋F）装置的总质量比反应前增加了0.49g，G装置的质量比反应前减少了1.44g，则丁烷的裂解产物中甲烷和乙烷的物质的量之比为________。
解析：
（1）丁烷裂解除生成CH4和C3H6，还会裂解生成C2H6和C2H4，裂解方程式为C4H10
C2H6＋C2H4。
（2）根据CuO能将烃氧化成CO2和H2O可知，甲烷与氧化铜反应的化学方程式为CH4＋4CuO
4Cu＋CO2＋2H2O。
（3）①亚硫酸钠与有机物不互溶，故操作Ⅰ的分离方法是分液；操作Ⅱ是分离互溶的液体用蒸馏。
②Na2SO3溶液可吸收溴单质，反应的离子方程式为SO
＋Br2＋H2O===SO
＋2H＋＋2Br－。
③由B的碳原子数大于A的碳原子数可知，B为1,2 二溴丙烷CH3—CHBr—CH2Br，A为1,2 二溴乙烷CH2Br—CH2Br。
（4）“当（E＋F）装置的总质量比反应前增加了0.49g”，根据质量守恒可以知道烯烃的质量为0.49g，设C2H4的物质的量为x，C3H6的物质的量为y，则乙烷和甲烷的物质的量分别是x、y，故有28x＋42y＝0.49，再根据G装置的质量比反应前减少了1.44g即氧原子的守恒可得4x＋3x＋2y＋2y＝1.44/16，解得x＝0.01mol、y＝0.005mol，则甲烷和乙烷的物质的量之比为1∶2。
答案：
（1）C4H10
C2H6＋C2H4
（2）CH4＋4CuO
4Cu＋CO2＋2H2O （3）①c d ②SO
＋Br2＋H2O===SO
＋2H＋＋2Br－ ③1,2 二溴乙烷
（4）1∶2
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