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煤、石油和天然气的综合利用
第八章 化学与可持续发展
1．通过煤、天然气和石油的化学组成和综合利用途径的学习，从化学的角度分析自然资源到产品的转化途径，认识化学方法在实现物质转化中的作用和贡献
2．通过化石能源在社会生产、生活中的重要应用学习，感受化学科学在生产、生活中的应用价值
3．通过介绍化石能源引发的环境问题，思考开发清洁新能源的绿色、可持续发展的新途径
煤
石油
天然气
人类使用的主要能源
重要的化工原料
综合利用、提高利用率、减少环境污染
化石燃料
1. 煤的组成——有机物+少量无机物组成的复杂混合物
主要元素 其他元素
C
H、O、N、S 等
一、煤——工业的粮食
【思考】煤作为燃料有什么缺点？
煤燃烧产生大量的煤灰、煤渣、废气（SO2、氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等），污染环境，燃烧效率低！
褐煤
泥煤
无烟煤
CO2会加剧温室效应
氧化物会造成环境问题
2. 煤的综合利用
——清洁能源+多种化工原料
(1)煤的干馏：
将煤隔绝空气加强热使它分解的过程，也叫煤的焦化。
煤焦油
出炉煤气
焦炭
【思考】煤的干馏为什么要隔绝空气？
若不隔绝空气，在高温条件下，煤会在空气中燃烧。
煤的干馏是复杂的物理和化学变化过程
表8-1煤的干馏的重要产品和用途
干馏产物 主要成分 主要用途
出炉 煤气 焦炉气 H2、CH4、乙烯、CO 气体燃料、化工原料
粗氨水 NH3、铵盐 化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料
粗苯 苯、甲苯、二甲苯 煤焦油 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、碳素电极
焦炭 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料
CO + 2H2 CH3OH（甲醇）
高温
（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
【思考】为什么一不小心将少量水洒在烧得通红的煤上时，火不但没有熄灭，反而烧得更旺？
这就是煤的气化，烧得通红的煤与水蒸气反应生成可燃性气体H2和CO，所以燃烧更旺。
C+H2O(g) CO + H2
高温
煤的利用途径 煤的干馏 煤的气化 煤的液化
原理
主要 反应
产品
用途
CO、H2等可燃性
气体物质
液态燃料油、甲醇等
将煤转化为可燃性
气体（水煤气）的过程
直接加氢液化或间接液化
将煤转化为液态燃料的过程
可作燃料
可作燃料；
基本化工原料
隔绝空气加强热
出炉煤气、
煤焦油、焦炭
很广泛
分解反应
下表比较煤的综合利用途径的区别
C+H2O(g) CO + H2
高温
CO + 2H2 CH3OH（甲醇）
催化剂
【思考】煤的气化、液化是物质三态(气、液、固)之间的变化吗？
不是，物质三态之间的变化是物理变化，煤的气化、液化是化学变化。
液化天然气公交车
天然气灶
二、天然气的综合利用
A. 燃料——清洁能源
1. 天然气组成——主要成分是甲烷
B. 化工原料：合成氨、生产甲醇、合成两碳或多碳有机物
2. 天然气用途
三、石油——工业的血液
汽油、煤油、柴油等
直接从矿井里开采出来的石油
分馏、裂化、裂解、催化重整
加工处理
原油
石油的综合利用
1、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，无固定沸点。
2、石油的组成
按元素：碳、氢含量为 97% ~ 98%
按物质：含有1~50个碳原子的烷烃及环烷烃（一般不含烯烃）
按组成状态：固态、液态、气态。
大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有气态烃和固态烃。
工业上是如何将石油各成分进行分离？
利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程叫做分馏，分馏产物叫馏分。(它属混合物)
（1）石油的分馏
3、石油的综合利用
重柴油
润滑油(脱凡士林石蜡)
渣油(制沥青)
石油气
汽油: C5～C11 (直馏汽油)
煤油: C11～C16
柴油: C15～C18
重油: C20 以上
常压 常压
石油 ──→ ──→
加热炉 分馏塔
重油: C20 以上
减压 减压
──→ ──→
加热炉 分馏塔
（分为常压蒸馏和减压蒸馏）
（1）石油的分馏
3、石油的综合利用
蒸馏 分馏
蒸馏
分馏
适用沸点相差较大的物质
适用沸点较为接近的物质
得到纯净物
得到混合物
蒸馏和分馏的原理是一致的，都是物理变化
混合物
气体
液体
由于汽车工业的发展，分馏所得的汽油满足不了需要，而所得的重油用途不广。
如何把重油中变成的汽油
重油
(C20以上的烃)
汽油
(C5～C12的烃)
大分子烃
小分子烃
如何把重油中变成的汽油
(2)石油的裂化
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。
裂化的目的:提高轻质汽油的产量。
相对分子质量大
沸点高的烃
相对分子质量小
沸点较低的烃
断裂
原料：重油、石蜡
产物：汽油、煤油、柴油、润滑油等
（3）裂解：又称为深度裂化。
目的是获得短链不饱和烃（如乙烯、丙烯、甲烷等）为主要成分的基本化工原料。
（4）催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，通过结构的调整，使链状烃转化为环状烃（苯，甲苯等）的过程。
石油的分馏是物理变化；裂化、裂解、催化重整是化学变化
石油分馏、裂化所生产的汽油分别叫做直馏汽油和裂化汽油。
它们有何不同之处？若用汽油作卤素的萃取剂，应该用哪一种？
直馏汽油 裂化汽油
C5～C12
C5～C12
烷烃、环烷烃、芳香烃
烯烃与烷烃
石油分馏的馏分
石油裂化的液体
石油的进一步利用
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。
以煤、石油、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。主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。
(2)合成材料的大量生产和使用，急剧增加的废弃物对人类社会造成巨大的环境压力。
nCH2=CH—CH3
催化剂
[CH2—CH]n
CH3
催化剂
干馏 蒸馏 分馏
原理
产物
反应类型
隔绝空气、高温下使物质分解
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
产物为混合物
产物为单一组分的纯净物
产物为沸点相近的各组分组成的混合物
化学变化
物理变化
物理变化
化学“三馏”的比较
高炉 煤气 水煤气 天然气 液化石油气 焦炉气 裂解气
主要成分
CO、CO2
H2、CO
CH4
C3H8、C4H10
H2、CO、
CH4、C2H4
C2H4、C3H6、C4H8、CH4
化学“六气”的主要成分
烷和烯
石油
常压分馏
直馏汽油
C4以下石油气
煤油
柴油
重油
裂化汽油
C5~C11烷
裂解
乙烯
丙烯
丁二烯
甲烷
乙烷
【课堂小结】煤、石油和天然气的综合利用
1.下列关于煤、石油及其所得产品的叙述正确的是( )
A.煤的气化和液化都是物理变化
B.煤的干馏和石油的分馏发生的都是化学变化
C.用溴的四氯化碳溶液可鉴别直馏汽油和裂化汽油
D.煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成
C
2.下列关于煤和石油的说法不正确的是（ ）
①石油是混合物，其分馏产品煤油为纯净物
②煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠
③煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料
④石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量
⑤煤的干馏属于化学变化
⑥煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源
⑦通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品
A.①③ B.②④⑥ C.①②⑤ D.③④⑦
A
3.关于煤和石油的综合利用，下列说法正确的是（ ）
A.煤中含有甲苯、二甲苯等有机物，可以通过干馏得到
B.以煤为主要原料，可以合成甲醇
C.石油裂化的目的是获取短链不饱和气态烃
D.石油裂化生产的汽油不能使溴水褪色
B
4.下列有关石油炼制和煤的利用的说法正确的是（ ）
A．煤的气化、液化和干馏是物理变化
B．通过石油分馏得到的汽油是纯净物
C．石油裂解是为了得到乙烯、丙烯等气态短链烃
D．干馏的产物能提取出苯、甲苯等芳香烃，因为煤中含有苯和甲苯
C
5.下列关于化石燃料的加工说法正确的（ ）
A．石油裂化主要得到乙烯
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、粗苯和焦炉气
D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
C
6.煤、石油和天然气是工农业生产、国防建设的重要资源。下列有关说法正确的是（ ）
A．煤的干馏是将煤在空气中加强热使之分解的过程
B．煤的气化是将其通过物理变化转化为气态的过程
C．石油裂化生产的汽油不能使溴水褪色
D．天然气除了作燃料之外，还可用于合成氨和生产甲醇
D
7.下列关于化石燃料及其使用的一些说法中不正确的是(　　)
A．石油是多种烃组成的混合物
B．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料
C．石油分馏得到的汽油和石油催化裂化得到的汽油其成分不相同
D．化石燃料也是重要的化工原料，乙烯和苯就是分别来自于石油和
煤的基本化工原料
B
8.我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进碳中和最直接有效的是（ ）
A.将重质油裂解为轻质油作为燃料
B.大规模开采可燃冰作为新措施
C.通过清洁煤技术减少煤燃烧污染
D.研发催化剂将CO2还原为甲醇
D

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