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第一节 自然资源的开发利用
第3课时：煤、石油和天然气的综合利用
第八章 化学与可持续发展
煤、天然气的综合利用
01
石油的综合利用及合成材料
02
学习目标
1.通过阅读教材，运用分析、推理的方法，结合图片信息，认识煤的干馏、气化、液化原理和主要产品及用途，了解煤的综合利用对可持续发展的重要性。
2.通过讨论交流、图示分析，了解石油的分馏和裂化产品的用途及石油化工产品的应用及投产与产出，认识合理开发和利用化石能源的重要性和必要性。
3.通过联系实际，问题探究，能举例说明重要资源和能源的主要类型、成分和作用，对资源的开发利用和能源的使用方案进行评价，认识合成高分子材料的重要性及石油化工废弃物带来的环境影响。
近年来，每年中国从俄罗斯进口原油超过1200万吨，大约占到了中国石油进口总量的10%。随着中国经济的快速向前发展，所需要的能源消耗也越来越多，因此中国必须要正确制定能源战略，积极与多个国家进行能源合作。迄今为止，煤、石油和天然气仍是人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料。如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料所造成的环境污染，是人类面临的最大挑战。
煤—工业粮食
石油—工业血液
天然气—清洁能源
环境污染
煤、天然气的综合利用
煤、天然气的综合利用
任务一、认识煤的组成及综合利用
学生活动1：阅读教材P102页第一、二自然段内容，思考煤的组成和结构
有何特点？对煤进行综合利用有何意义？
①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 H、O、N、S 等元素。
②煤根据组成成分中含碳量不同，由高到低可以将煤分为无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤等。煤直接燃烧会产生大量的煤灰、煤渣、废气，污染环境、燃烧效率低等
煤、天然气的综合利用
任务一、认识煤的组成及综合利用
学生活动1：阅读教材P102页第一、二自然段内容，思考煤的组成和结构
有何特点？对煤进行综合利用有何意义？
③煤综合利用的意义：一是减少煤燃烧产生的大量SO2、NOx、碳的氧化物和粉尘等污染物的排放；二是提高煤燃烧的效率—煤的气化、液化都是使煤变成清洁能源的有效途径，煤的燃烧效率也有很大的提高；三是生产基本化工原料—通过煤的干馏，获得大量的基本化工原料。
【温馨提示】迄今为止，煤、石油和天然气仍是人类使用的主要能源，同时它们也是重要的化工原料。世界上多数国家利用的能量(如热能、电能等)主要来自化石燃料的燃烧。例如：在我国，很大一部分电能是由煤燃烧产生的热能转化而来的。
煤、天然气的综合利用
任务一、认识煤的组成及综合利用
煤、天然气的综合利用
任务一、认识煤的组成及综合利用
学生活动2：阅读教材P102页低二、三自然段，结合表8-1，思考煤的综
合利用有哪些主要途径？各途径的原理及特点分别是什么？
①实现煤的综合利用的主要途径是干馏、气化和液化，目的是获得清洁的燃料和多种化工原料。
②煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程,工业上也叫煤的焦化。
干馏产品 主要成分及名称 主要用途
气态
液态
固态
焦碳
煤焦油（苯、甲苯、二甲苯、酚类、萘、沥青）
焦炉气（H2、CH4、CO等）、粗氨水、粗苯
燃料、化肥、炸药、医药、农药、合成材料
炸药、医药、农药、合成材料、染料、筑路材料、制碳素电极
冶金、合成氨造气、电石、燃料
煤、天然气的综合利用
任务一、认识煤的组成及综合利用
学生活动2：阅读教材P102页低二、三自然段，结合表8-1，思考煤的综
合利用有哪些主要途径？各途径的原理及特点分别是什么？
【温馨提示】煤的干馏、气化、液化（产品为煤油、汽油等）均属于化学变化。
③煤的气化是指将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应的方程式为：
C + H2O（g） CO + H2
高温
④煤的液化是指将煤直接或间接转化为甲醇等液体燃料的过程。直接液化为煤与氢气作用生成液体燃料 ；间接液化为煤先转化为一氧化碳和氢气,再在催化剂作用下合成甲醇CO + 2H2 CH3OH等
催化剂
【典例1】国内能源供应紧张形势日益加剧，煤的涨价导致部分地区电荒，
煤在国民经济中的重要地位由此可见一斑。关于煤的说法正确的是(　　)
A．煤属于有机化合物
B．在物质变化类型上，煤的干馏包含了物理变化和化学变化
C．煤中含有大量的苯、甲苯等芳香烃，煤是芳香烃的主要来源
D．煤转化为水煤气再燃烧放出的热量不会增加，故煤的气化并无意义
对应训练
【解析】煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物。苯和甲苯是煤中的某些干馏产物中的主要成分，并不是煤本身含有的，是煤干馏过程中发生化学反应生成的。煤气化后变成清洁高效的燃料，再燃烧可提高其利用率，意义重大。
B
【典例2】有关煤的叙述中正确的是（ ）
A．煤在空气中加强热可得焦炭，煤焦油，粗苯，粗氨水和焦炉气
B．煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，内含煤焦油等成分
C．煤的气化主要反应是C(s)+H2O(g) ===CO(g)+H2(g)
D．推广使用煤液化和气化技术，可减少二氧化碳等温室气体的排放
对应训练
【解析】A. 将煤在隔绝空气时加强热，使它发生发生分解反应，可得焦炭，煤焦油，粗苯，粗氨水和焦炉气，A错误；B. 煤是由多种有机物和无机物组成的复杂的混合物，煤干馏后得到的煤焦油，原物质中不含煤焦油，B错误；C. 煤的气化主要是使煤与水蒸气在高温下发生反应，C(s)+H2O(g) == CO(g) + H2(g)，产生氢气和CO气体，C正确；D. 推广使用煤液化和气化技术，可减少二氧化硫等有害气体的排放，D错误。故合理选项是C。
C
煤、天然气的综合利用
任务二、天然气的组成及综合利用
学生活动1：阅读教材P102页最后自然段，回答天然气的主要成分及用途
是什么？
①天然气的主要成分是甲烷，能成为21世纪新型清洁能源是因为它的燃烧更充分且燃烧产物是水和二氧化碳不会污染环境。
②重要的化工原料，主要用于合成氨及生产甲醇等：
CH4＋H2O CO ＋3H2、CO ＋2H2 CH3OH
催化剂
催化剂
煤、天然气的综合利用
任务二、天然气的组成及综合利用
学生活动2：阅读教材P103页“资料卡片”栏目，思考天然气水合物的组
成、开发及应用有何特点？
①天然气水合物是天然气与水在高压、低温条件下形成的类冰状结晶物质,主要成分是甲烷水合物，其组成可表示为CH4·nH2O。
②天然气水合物的外观像冰，具有可燃性，故又被称为“可燃冰”，它被认为是21世纪的高效清洁能源。
③储量巨大的天然气水合物的分解和甲烷释放,可能会诱发海底地质灾害，加重温室效应。
④目前,开发利用天然气水合物已经成为人们关注的重要领域,我国的天然气水合物开采技术处于世界先进水平。
【典例1】下列有关说法不正确的是（ ）
A．天然气、液化石油气和汽油的主要成分都是碳氢化合物
B．等物质的量的氯气与甲烷在光照条件下反应能制得纯净的一氯甲烷
C．生产口罩的熔喷布以聚丙烯为主要原料，合成聚丙烯的原料主要来
自石油的裂解
D．煤焦油中可以获取苯、甲苯、二甲苯等有机化合物
对应训练
【解析】A项，天然气、液化石油气和汽油都是烃，主要成分都是碳氢化合物，正确；B项，在光照条件下，等物质的量的氯气与甲烷发生取代反应，会生成多种产物，不能够制得纯净的一氯甲烷，错误；C项，聚丙烯的原料为丙烯，主要来自石油的裂解，正确；D项，煤通过干馏得到的煤焦油中含有苯、甲苯、二甲苯等有机物，通过分馏可以获取苯、甲苯、二甲苯等有机物，正确。
B
【典例2】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。下列是有关天然气的几种
叙述，其中正确的是（ ）
①天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源；②等质量的CH4和CO2产生
的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是形成酸雨的原因之一；
④CH4作为化工原料可用于合成氨、生产甲醇。
A．①②③ B．①②④ C．③④ D．②③
对应训练
【解析】①天然气与煤、柴油相比，氢元素的质量分数高，氢燃烧产物无污染，是相对清洁的能源；②CH4的摩尔质量为16 g·mol－1，CO2的摩尔质量为44 g·mol－1，则等质量时，CH4产生的温室效应大于CO2；③天然气燃烧不产生硫、氮的氧化物，不会形成酸雨；由CH4的用途知④正确。
B
石油的综合利用及合成材料
石油的综合利用及合成材料
任务一、石油的组成及综合利用
学生活动1：阅读教材P103页第二、三自然段，思考石油的组成有何特点？
①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化石能源，含有C、H、S等元素。
②石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，成分主要为各种烷烃、环烷烃和芳香烃。
③石油是一种黑褐色的粘稠状物质，有特殊气味，比水轻，不溶于水，没有固定的熔、沸点。
石油的炼制
石油的综合利用及合成材料
任务一、石油的组成及综合利用
【温馨提示】石油不可以直接用作燃料，石油需要经过炼制，才能分离出能驱动汽车、飞机等的汽油、煤油等。
石油的综合利用及合成材料
任务一、石油的组成及综合利用
石油的综合利用工艺流程图
石油的综合利用及合成材料
任务一、石油的组成及综合利用
学生活动2：阅读教材P103～104页内容，结合图8-6、图8-7，思考什么是
石油的分馏、裂化、裂解和催化重整？
加工方法 定义 主要原料 主要产品或原理
常压分馏
减压分馏
①石油的分馏
通过加热和冷凝方法，把石油分离成不同沸点范围内的产物的过程。
石油
重油
汽油、煤油、柴油、重油
柴油、润滑油、燃料油、沥青、石蜡
煤油、汽油、柴油统称轻质油
加工方法 定义 主要原料 主要目的 主要产品或原理
裂化
石油的综合利用及合成材料
任务一、石油的组成及综合利用
学生活动2：阅读教材P103～104页内容，结合图8-6、图8-7，思考什么是
石油的分馏、裂化、裂解和催化重整？
②石油的裂化
C16H34
C8H18＋C8H16
提高轻质液体燃料的产量和质量
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
直链烷烃
碳原子数较多的烷烃、烯烃
加工方法 定义 主要原料 主要目的 主要产品或原理
裂解
石油的综合利用及合成材料
任务一、石油的组成及综合利用
学生活动2：阅读教材P103～104页内容，结合图8-6、图8-7，思考什么是
石油的分馏、裂化、裂解和催化重整？
③石油的裂解——深度裂化
C4H10
CH4＋C3H6
生产乙烯 等气态化工原料
采用比裂化更高的温度，使石油分馏产品中长链的烃分裂成乙烯、丙烯等小分子的过程
烷烃
乙烯、丙烯、甲烷
C4H10
C2H6＋C2H4
加工方法 定义 主要原料 主要目的 主要产品或原理
裂解
石油的综合利用及合成材料
任务一、石油的组成及综合利用
学生活动2：阅读教材P103～104页内容，结合图8-6、图8-7，思考什么是
石油的分馏、裂化、裂解和催化重整？
④石油的催化重整
生产环状烃
在加热和催化剂的作用下，使链状烃发生结构的重新调整而转化为环状烃的过程
链状烃
环状烃（苯、甲苯等芳香烃）
石油的综合利用及合成材料
任务一、石油的组成及综合利用
【温馨提示】①减压可以降低物质的沸点，石油的减压蒸馏可以在较低温度下，使重油、柴油等常压蒸馏产品继续分离，可得到燃料油、润滑油、石蜡等石油产品。
②“三馏”比较
干馏 蒸馏 分馏
原理
产物
反应类型
隔绝空气加强热使物质分解
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
与蒸馏原理相同
产物为沸点不同的各组分组成的混合物
产物为单一组分的纯净物
产物为混合物
化学变化
物理变化
物理变化
石油的综合利用及合成材料
任务一、石油的组成及综合利用
【温馨提示】③化学“七气”比较
名称 来源 主要成分 用途
高炉煤气 炼铁高炉 燃料
水煤气 水煤气炉 燃料、化工原料
炼厂气 石油炼制厂 燃料、化工原料
油田气 油田 燃料、化工原料
天然气 天然气田、油田 燃料、化工原料
裂解气 裂解炉 石油化工原料
焦炉气 炼焦炉 燃料、化工原料
CO2、CO等
CO、H2等
低级烷烃
低级烷烃
CH4
低级烷烃和烯烃
H2、CH4、C2H4等
对应训练
【典例1】下列关于石油及石油炼制的叙述中，错误的是（ ）
A．通过石油的催化裂化和裂解可以得到较多的轻质油和气态稀烃
B．含C20以上烷烃的重油经减压分馏可以得到煤油和柴油
C．裂化汽油不能用于萃取溴水，催化重整可得芳香烃
D．石油分馏是物理变化，分馏得到的各馏分仍是多种烃的混合物
【解析】石油的催化裂化的目的是获得轻质油，提高轻质油特别是汽油的产量和质量；而裂解的目的是获得气态短链不饱和烃，提高烯烃特别是乙烯的产量，A正确；煤油和柴油是石油的常压分馏产物，含C20以上烷烃的重油经减压分馏可以得到润滑油、石蜡油等，B错误；裂化汽油中含烯烃，能和溴发生加成反应，所以不能用于萃取溴水中的溴，催化重整可得芳香烃，C正确；石油分馏得到的馏分仍然是多种物质的混合物，没有固定的熔沸点，D正确；故选B。
B
对应训练
【典例2】下列说法正确的是（ ）
A．裂化汽油和直馏汽油都可以与溴水反应使其褪色
B．煤通过干馏可获得焦炉气、煤焦油、焦炭等
C．石油通过分馏得到的汽油是纯净物
D．煤通过气化、液化这样的物理变化可获得洁净的燃料
【解析】A项，裂化汽油中含烯烃，可以与溴水反应使其褪色，但直馏汽油不含碳碳不饱和键，不能使溴水发生加成反应而使其褪色，错误；B项，将煤隔绝空气加强热使其分解的过程为煤的干馏，故煤的干馏是化学变化，能得到焦炉气、煤焦油和焦炭等，正确；C项，石油的各种馏分均是一个温度段内分馏的产物，故仍然是混合物，错误；D项，煤的气化是用煤生产水煤气，煤的液化是用煤来生产甲醇，故均为化学变化，错误。
B
石油的综合利用及合成材料
任务二、探究化石燃料与合成高分子
学生活动1：阅读教材P105页第一自然段内容，思考以煤、石油和天然气
为原料可以生产哪些合成材料？
石油的综合利用及合成材料
任务二、探究化石燃料与合成高分子
学生活动1：阅读教材P105页第一自然段内容，思考以煤、石油和天然气
为原料可以生产哪些合成材料？
①以石油、煤和天然气为原料生产可以生产三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。
乙烯制聚乙烯：nCH2===CH2
催化剂
丙烯制聚丙烯：
②目前，多数石油产品仍作为燃料使用，只有一部分转化为化工、纺织、建材、医药、日用化学品等行业的基本原料。
石油的综合利用及合成材料
任务二、探究化石燃料与合成高分子
学生活动2：合成高分子化合物的常见反应类型及特点是什么？
合成高分子化合物有加聚反应和缩聚反应两种反应类型。
加聚反应：由相对分子质量小的化合物通过加成反应相互结合成相对分子质量很大的高分子化合物的反应。
缩聚反应：由相对分子质量小的化合物通过缩合反应结合成相对分子质量很大的高分子化合物，同时有小分子(如H2O等)生成的反应。如：
石油的综合利用及合成材料
任务二、探究化石燃料与合成高分子
学生活动2：合成高分子化合物的常见反应类型及特点是什么？
【温馨提示】a. 缩聚反应的单体至少含有两个官能团（如常见—NH2与—COOH或—OH与—COOH）; b. 缩聚反应除了生成高分子外还生成小分子; c.由一种单体进行缩聚所得的小分子为（n-1）mol.由两种单体缩聚生成的小分子为（2n-1）mol; d.书写缩聚物结构式时，要在方括号外侧写出链节两端的原子或原子团
石油的综合利用及合成材料
任务二、探究化石燃料与合成高分子
学生活动3：结合教材P105页“科学·技术·社会”栏目思考生物质资源的
概念及特点分别是什么？
④利用方式：
a.直接燃烧（C6H10O5)n +6n O2 6n CO2 +5n H2O（纤维素（C6H10O5）n代表植物枝叶的主要成分;b.生物化学转换制沼气、制乙醇等;c.热化学转换：生物质通过复杂的化学反应转变为可燃性气体。
①定义：指来源于植物及其加工产品贮存的能量，生物质资源是一种理想的可再生资源。
②特点：可再生性；低污染性 ；广泛的分布性。
③来源：生物质资源主要是农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。
对应训练
【典例1】《后汉书·郡国志》中记载：“石出泉水……其水有肥，燃之极
明，不可食，县人谓之石漆。”《酉阳杂俎》一书：“高奴县石脂水，水
腻，浮上如漆，采以膏车及燃灯极明。”下列说法正确的是（ ）
A．上述材料所说“石漆”“石脂水”是石油，在工业上通过石油分馏得到
苯和甲烷等
B．塑料聚乙烯（PE）的单体可以由石油裂解得到
C．聚乙烯可以使溴水褪色
D．三大合成材料分别是合金、合成橡胶和合成纤维
【解析】A、苯通过煤的干馏获得，故A错误；B、乙烯是通过石油的裂解获得，故B正确；C、聚乙烯中没有不饱和键，不可以使溴水褪色，故C错误；D、三大合成材料是合成纤维、合成橡胶、塑料，故D错误；故选B。
B
对应训练
【典例2】煤、石油、天然气仍是人类使用的主要能源，同时也是重
要的化工原料，我们熟悉的塑料、合成纤维和合成橡胶都主要是以
石油、煤和天然气为原料生产的。下列说法中不正确的是（ ）
A．石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构重整，生成苯、甲
苯、苯甲酸等芳香烃
B．煤干馏的产品有出炉煤气、煤焦油和焦炭
C．石油的分馏是物理变化，煤的气化和液化均是化学变化
D．天然气是一种清洁的化石燃料，作为化工原料它主要用于合成氨
和甲醇
A
对应训练
【解析】A．烃的催化重整可以使链状结构转化为环状结构，石油中含有链状烃，它们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，如苯或甲苯，但不能生成苯甲酸，故A错误；B．煤干馏是隔绝空气加强热发生反应，产品主要为出炉煤气、煤焦油和焦炭，故B正确；C．石油分馏是利用馏分的沸点不同来分离的方法，是物理变化；煤的气化、液化有新物质生成是化学变化，故C正确；D．天然气广泛用于民用及商业燃气灶具、热水器，天然气也可用作化工原料，以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20个品种，故D正确；故选：A。
1．人类生产生活离不开能源，下列关于能源的描述正确的是（ ）
A．天然气是可再生能源
B．电能、氢能是二次能源
C．煤、石油、水能是人类使用最广泛的传统能源
D．为满足人类需要，可以无限制的开采化石燃料
B
【解析】人类使用最广泛的能源：煤、石油、天然气，天然气是化石能源，不可再生能源，故A错误；二次能源是由一次能源经过加工转化以后得到的能源产品，电能、氢能是二次能源，故B正确；煤、石油是人类使用最广泛的传统能源，水能不是人类使用最广泛的传统能源，故C错误；化石能源是不可再生能源，不可以无限制的开采化石燃料，故D错误；故答案为：B。
2．下列转化不属于煤、石油、天然气的综合利用的是（ ）
A．将煤制成蜂窝煤作燃料
B．天然气作化工原料可用于合成氨
C．将煤转化为CO和H2，然后在催化剂的作用下合成甲醇
D．将石油分馏获得汽油、柴油等
A
【解析】将煤制成蜂窝煤作燃料，只改变煤制品的形状，没有改变煤的组成，仍属于原煤的直接使用，A合题意；天然气作化工原料时，将其与水反应制成水煤气，再分离出氢气，可用于合成氨，属于天然气的合利用，B不合题意；将煤与水蒸气反应转化为CO和H2，然后在催化剂的作用下合成甲醇，属于煤的综合利用，C不合题意；将石油进行分馏，从而获得汽油、柴油等，可提高石油的使用效率，D不合题意；故选A。
3．化石燃料是由古代生物的遗骸经过一系列复杂变化而形成的，是
不可再生资源。下列关于化石燃料的说法不正确的是（ ）
A．甲烷是天然气的主要成分，它是一种高效而洁净的燃料
B．石油的分馏是化学变化
C．石油通过催化裂化过程可获得汽油、煤油等轻质油
D．煤的气化是把煤转化为可燃性气体的过程，该过程属于化学变化
B
【解析】A项，天然气的主要成分是甲烷，燃烧生成二氧化碳和水并放出大量的热，无污染，故是高效、洁净的能源，正确；B项，石油的分馏是物理变化，错误；C项，石油裂化的目的是为了提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量和质量，正确；D项，煤的气化是指煤与水蒸气高温下反应生成一氧化碳和氢气，一氧化碳和氢都是可燃性气体，该过程为化学变化，正确
4．化学与生产和生活密切相关，下列说法正确的是（ ）
A．味精俗名谷氨酸钠，是一种常见的增味剂，最早发现于海带中。
B．煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料
C．聚氯乙烯塑料袋可用于包装食品
D．葵花籽油、人造奶油、牛油均属于高级脂肪酸高级酯
A
【解析】A． 味精俗名谷氨酸钠，是一种常见的增味剂，最早发现于海带中，故A正确；B． 煤的气化和液化过程中有新物质生成，属于化学变化，故B错误；C． 聚氯乙烯塑料在较高温度分解产生氯化氢，对人体有害，不可用于包装食品，故C错误；D． 葵花籽油、人造奶油、牛油均属于高级脂肪酸甘油酯，故D错误；故选A。
延时符
化石燃料
煤
干馏：隔绝空气强热，产品焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水、粗苯
主要成分：CH4，清洁燃料，重要化工原料。
裂化：大、高→小、低，提高汽油等轻质油的产量和质量
石油
天然气
液化：直接液化煤+氢气→液体燃料；间接液化煤→水煤气→甲醇
气化：制水煤气C + H2O（g） CO + H2
高温
分馏：获得汽油、煤油、柴油等轻质油及重油
裂解：深度裂化，获得短链不饱和烃如乙烯、丙烯、丁烯、甲烷等
催化重整：链状烃→环状烃
第3课时 煤、石油和天然气
的综合利用

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