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第八章 化学与可持续发展
第三课时
煤、石油和天然气的综合利用
第一节　自然资源的开发利用
1.了解煤、天然气的组成及其综合利用
学习目标
化石燃料
煤
石油
天然气
不可再生能源
重要的化工原料
综合利用、提高利用率、减少环境污染
【教师点拨 25min】
煤的综合利用
在沼泽和森林生长的植物
这些腐化植物层屡受到地热和细菌分化作用，就成为煤层
植物死后，就会腐烂，并被泥沙覆盖起来，形成很多腐化植物层和泥沙层
煤的形成
煤的结构模型
煤的综合利用
1. 煤的组成
无机物(极少量)
有机物
C 元素—主要元素
H、O、N、S 等元素
无机盐等
污染环境
CO、NOx、 SO2 烟尘
煤的组成
煤的综合利用
2. 煤的综合利用
煤的干馏
煤的气化
煤的液化
煤直接作燃料
——利用率低并污染环境
煤的综合利用途径
获得洁净的燃料和多种化工原料——物尽其用，保护环境
煤的综合利用
（1）煤的干馏（煤的焦化）
将煤隔绝空气加强热使它分解的过程
煤的干馏产物：
出炉煤气、煤焦油、焦炭
化学变化
2. 煤的综合利用
煤的综合利用
表8-1 煤干馏的主要产品和用途
干 馏 产 品 主 要 成 分 主 要 用 途
出炉煤气 （气） 焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、 一氧化碳 气体燃料、化工原料
粗氨水 氨、铵盐 氮肥
粗苯 苯、甲苯、二甲苯 炸药、染料、医药、农药、合成材料
煤 焦 油 （液） 苯、甲苯、二甲苯 酚类、萘 染料、医药、农药、合成材料
沥青 筑路材料、制碳素电极
焦 炭（固） 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料
80.1°C 111°C 137 至 140 ℃
【思考】“煤中含有甲苯、二甲苯等芳香烃，通过煤的干馏可以得到它们”，这句话对吗？为什么？
错误，煤中没有甲苯、二甲苯，通过煤的干馏这种复杂的化学变化可以得到它们。
煤的综合利用
（2）煤的气化
将煤转化为可燃性气体的过程
（3）煤的液化
直接液化：
使煤与氢气作用生成液体燃料
间接液化：
先转化为CO和H2，然后在催化剂作用下合成甲醇
主要反应：
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
高温
水煤气
CO + 2H2 CH3OH（甲醇）
催化剂
化学变化
化学变化
煤的综合利用
=
煤综合利用的重要意义：
①减少煤燃烧产生的大量SO2、氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等污染物的排放。
②提高煤燃烧的热效率——煤的气化、液化是使煤变成清洁能源的有效途径，煤的燃烧效率也得以提高。
③提取煤中的化学原料——在加工煤炭以及使用煤作燃料的过程中，对于所产生的煤灰、煤渣、废气、废液等都加以合理的处理，做到既消除污染又充分利用资源。
煤的综合利用
天然气
天然气的形成
液化天然气公交车
天然气灶
A. 燃料——清洁能源
B. 化工原料：合成氨、生产甲醇、合成两碳或多碳有机物
主要成分是甲烷
CH4 C + 2H2
高温
CH4+ H2O CO+3H2
催化剂
CO + 2H2 CH3OH（甲醇）
催化剂
高温
天然气
CO、
CO2、
N2
H2、
CO
CH4
H2、
CH4、
C2H4、
CO
Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2↑
高温
C+O2==CO2↑
高温
CO2+C==2CO
高温
归纳总结
(1)煤、石油和天然气是不可再生能源，也是新型清洁能源。 ( )
(2)煤的液化与一般物质液化原理相同。 ( )
(3)将煤在空气中强热分解的过程为煤的干馏。 ( )
(4)煤的气化和液化均属于物理变化。 ( )
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
×
×
×
化学变化 物理变化
隔绝空气
×
化学变化
会产生较多的污染物，不属于新型清洁能源
实战演练
1．从有利于实现“碳中和”的角度考虑，下列燃料中较理想的是(　　)
A．煤　　　　　 B．汽油
C．天然气 D．氢气
煤、汽油、天然气燃烧时都有二氧化碳生成，不利于碳中和的实现，氢气燃烧只生成水，没有二氧化碳生成，有利于碳中和的实现
D
实战演练
2．于谦在《咏煤炭》中写道：“凿开混沌得乌金，藏蓄阳和意最深，爝火燃回春浩浩，洪炉照破夜沉沉……”下列有关说法错误的是(　　)
A．煤的干馏是化学变化，煤的液化是物理变化
B．煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物
C．煤燃烧前的脱硫处理是为了防止污染空气
D．煤经过气化和液化可转化为清洁燃料
化学变化
A
实战演练
3．有关煤的叙述不正确的是(　　)
A．煤是工业上获得苯、甲苯、二甲苯等芳香烃的重要来源物质
B．煤是由多种有机物组成的混合物，内含煤焦油等成分
C．煤除了含有C元素外，还含有少量的N、H、S、O等元素
D．煤等化石燃料的储量有限，节能和开发新能源是人类实现可持续发展的关键
煤焦油是煤干馏的产物之一，不属于煤本身的成分
B
实战演练
通入足量的空气或将煤粉碎
CO和H2
减少了粉尘污染(答案合理即可)
C3H8＋5O2→3CO2＋4H2O
点燃
第八章 化学与可持续发展
第三课时
煤、石油和天然气的综合利用
第一节　自然资源的开发利用
1.了解石油的组成及其综合利用
学习目标
石油的综合利用
石油主要是多种碳氢化合物组成的混合物。
物理性质：
(黑色或深棕色粘稠液体，比水稍轻，不溶于水，有特殊气味，无固定熔沸点。)
组成：
主要含有 、 两种元素，还含有少量的 、 、 等元素。
石油主要是由各种烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物。
大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有气态烃和固态烃。
石油
C H O N S
石油的综合利用
石油
石油——多种碳氢化合物组成的混合物
从矿井里开采出来的石油叫原油
原油
汽油、煤油、柴油
综合利用
分馏
裂化
裂解
催化重整
石油的综合利用
原理：利用原油中各组分沸点不同进行分离的过程。
物理变化
1.石油的分馏
石油气(C4以下)
直馏汽油(C5－C11)
煤油(C11－C16)
柴油(C15－C18)
重油(C20以上)
石油的常压蒸馏产品：
(C15－C18)
(C20以上)
(C4以下)
液化石油气（C3H8、C4H10)
加压 降温
课本P104
石油的综合利用
(C15－C18)
(C20以上)
【思考】试比较右图中石油分馏后所得a、b、c三种馏分的沸点大小？
沸点高低顺序为a烃中含碳原子数越多，其相对分子质量越大，沸点越高
【思考】每一种馏分都是纯净物吗？
石油通过分馏所得的每一种馏分都是混合物！
(C4以下)
石油的综合利用
重油(C20以上)的减压蒸馏产品：
沥青、燃料油、石蜡、润滑油、柴油
注意:减压分馏是利用外界压强越大，物质的沸点越高的原理，降低分馏塔里的压强，使重油在低温下能充分分馏，防止重油在高温下碳化结焦。
【思考】能否对化学“三馏”（干馏、蒸馏、分馏）进行比较？
石油的综合利用
名称 原理 特点
干馏
蒸馏
分馏
隔绝空气加强热使物质分解的过程
根据液态混合物中各组分沸点不同，加热使某一组分蒸发进行分离
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
属于化学变化，
产物为混合物
属于物理变化，产物为单一组分的馏出物
属于物理变化，产物为沸点相近的各组分组成的混合物
供不应求
供大于求
2.石油的裂化
石油的综合利用
在一定条件下（加热、催化剂），把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。
主要产物：汽油、煤油、柴油等。
目的：
提高轻质油的产量，尤其是提高汽油的产量
化学变化
C16H34
十六烷
C8H18
辛烷
＋
C8H16
辛烯
催化剂
加热、加压
C8H18
辛烷
C4H10
丁烷
＋
C4H8
丁烯
催化剂
加热、加压
石油的综合利用
【思考】裂化汽油可以使溴的四氯化碳溶液褪色，其原因是什么？
裂化汽油：重油经热裂化或催化裂化制得的。
裂化汽油中含有烯烃，能与Br2发生加成反应，可以使溴的四氯化碳溶液褪色。
直馏汽油的主要成分为C5~C11的烷烃、环烷烃和芳香烃等，故直馏汽油不能使溴的四氯化碳溶液褪色。
用比裂化更高的温度，使相对分子质量较大的烃断裂成乙烯、丙烯等不饱和气体作为基本化工原料
主要产物:乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。
3.石油的裂解(深度裂化)
C4H10
丁烷
CH4
甲烷
＋
C3H6
丙烯
催化剂
加热、加压
C2H6
乙烷
C4H10
丁烷
＋
C2H4
乙烯
催化剂
加热、加压
石油的综合利用
目的：
为了获得大量的乙烯、丙烯等短链不饱和烃
化学变化
【思考】石油的裂化和裂解有何区别与联系？
裂化是为了提高轻质油尤其是汽油的产量，裂化温度一般不超过500 ℃，而裂解是为了获得大量的乙烯、丙烯等短链不饱和烃；采用比裂化更高的温度，一般在700～1000 ℃，因此裂解是深度裂化。
石油的综合利用
CO、
CO2、
N2
H2、
CO
CH4
H2、
CH4、
C2H4、
CO
C3H8、
C4H10
C2H4、
C3H6、
C4H8、
CH4
在加热和催化剂的作用下，通过结构的重新调整，
使链状烃转化为环状烃。获取苯，甲苯等基本化工原料。
4.石油的催化重整
化学变化
石油的综合利用
链状烃
催化剂
加热
环状烃(如：苯，甲苯等)
课本P103
以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
三大合成材料：塑料、合成橡胶和合成纤维
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。
图8-7 石油化工产品的应用及投入产出示意图
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)石油产品汽油、煤油、石蜡均为烃类物质。 ( )
(2)石油的分馏、裂化和裂解均为化学变化。 ( )
(3)裂化的目的为了提高汽油的产量。 ( )
√
×
物理变化
√
C5～C11、C11～C16、C18～C30烃类混合物
实战演练
1．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法错误的是(　　)
A．煤的干馏、石油的分馏是物理变化
B．煤的液化、石油的裂化是化学变化
C．天然气的主要成分是甲烷
D．三者均属于不可再生的能源
A
化学变化
2．重油裂化的主要目的是(　　)
A．获得短链气态烃　 B．生产更多的汽油
C．提高汽油品质 D．将直链烃转化为芳香烃
石油裂化的目的是提高轻质液体燃料(汽油、煤油、柴油等)的产量，特别是提高汽油的产量
B
实战演练
3．石油是重要的工业原料，被称为“现代工业的血液”。下列有关说法正确的是(　　)
①石油裂解得到的汽油可与溴水反应
②石油的分馏是化学变化
③石油的分馏实验中，温度计水银球插入液面以下，因为它测的是混合液的温度
④石油分馏得到的汽油仍是混合物
A．①③　　B．②④　　C．①④　　D．②③
C
物理变化
石油分馏实验中，温度计水银球应放在蒸馏烧瓶支管口处，以测量馏出蒸气的温度
实战演练

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