2022年高中化學 主題4 化石燃料石油和煤的綜合利用 課題3 煤的綜合利用教案 魯科版選修2課標要求通過調(diào)查討論煤、石油和天然氣等綜合利用的最新進展。課標解讀1.了解煤的綜合利用。2掌握煤的干餾及其產(chǎn)品。教學地位煤是人類生產(chǎn)和生活中應用廣泛的一種化石原料，課程標準明確要求：通過調(diào)查討論煤綜合利用的最新進展，因此煤在綜合利用中的各項技術及其原理均是高考的高頻考點，尤其是洗選技術、液化技術、氣化技術、加工成燃油技術均是高考的熱點。新課導入建議全球變暖并非一無是處，有些好處是我們還未察覺到的。比如，海洋水溫變暖也許會促使浮游生物在地球兩極頻繁活動，增加海洋生態(tài)系統(tǒng)的多樣性；氣候變暖還可以產(chǎn)生進化大爆炸，產(chǎn)生更多的物種并使一些物種產(chǎn)生新的多樣性。美國科學家研究表明，面對全球變暖，生長迅速的野草會經(jīng)過數(shù)代的進化以適應氣候變化。但是，氣候變暖絕不僅僅是為科學家提供一個觀察進化過程的機會，而更重要的是會對全球生物產(chǎn)生生存或滅絕的影響。你知道氣候變暖的原因嗎？教學流程設計課前預習安排：看教材P8895，填寫課前自主導學，并完成思考交流。步驟1：導入新課，本課時教學地位分析。步驟2：建議對思考交流進行提問，反饋學生預習效果。步驟3：師生互動完成探究1，可利用問題導思中的設問作為主線。步驟7：通過例2和教材P8892講解研析，對“探究2，煤的轉化技術”中注意的問題進行總結。步驟6：師生互動完成“探究2”。步驟5：指導學生自主完成變式訓練1和當堂雙基達標2題。步驟4：通過例1和教材P9395講解研析，對“探究1，石油的分餾和煤的干餾的區(qū)別”中注意的問題進行總結。步驟8：指導學生自主完成變式訓練2和當堂雙基達標中的1、3、4、5題。步驟9：引導學生自主總結本課時知識框架，然后對照課堂小結。安排課下作業(yè)完成課后知能檢測。課標解讀重點難點1.了解我國豐富的煤資源及其在地理上的分布，培養(yǎng)對祖國大好河山的熱愛。2.知道使煤成為清潔能源的新技術。3.了解通過一定的化學加工技術可以把煤轉化成燃油。4.知道煤也是重要的化工原料。5.理解煤的綜合利用在我國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展中的地位和重要作用。1.使煤成為潔凈能源的方法。(重點)2.煤發(fā)電技術以及煙氣的凈化。(難點)3.煤加工成燃油的方法。(難點)4.煤的干餾及產(chǎn)品。(重難點)使煤成為更潔凈的能源1.煤的洗選與加工技術(1)洗選技術：目的是通過物理方法和表面化學方法將原煤中的可燃物和非可燃物(灰分)進行分離，使灰分和硫的含量降低。(2)型煤技術：目的是通過煤的成型加工，將粉煤變成塊狀型煤提高燃燒效率。(3)水煤漿技術目的：將煤粉、水和少量化學添加劑，經(jīng)過特定的工藝流程加工成水煤漿液體。特點：燃燒具有火焰中心溫度低、燃燒效率高、二氧化硫及氮氧化物排放量少。2煤的轉化技術(1)煤的氣化目的：在適宜條件下將煤轉化為氣體燃料，用于生產(chǎn)民用、工業(yè)用燃料氣和合成氣。煤氣的成分：CO和H2。(2)煤的液化直接液化：方法是把煤直接通過高壓加氫制成液體燃料。間接液化：方法是將煤首先經(jīng)過氣化制得合成氣，合成氣再經(jīng)化學催化合成轉化為烴類化合物。3潔凈煤發(fā)電技術(1)常規(guī)煤粉發(fā)電機組加煙氣污染物控制技術：主要是在常規(guī)燃煤發(fā)電機組中增加煙氣凈化設備，通過煙氣脫硫、去氮氧化物和除塵，達到降低SO2、NOx和煙塵排放的目的。(2)流化床燃燒技術：煤與空氣的接觸面積增加，提高煤的燃燒效率。(3)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術的特點：效率高、污染物排放量低。1降低煤的灰分和含硫量的目的是什么？【提示】減少燃煤時煙塵和SO2的排放，防止大氣污染。把煤加工成燃油1.氫化法：經(jīng)高溫催化，加氫解聚反應，脫去硫、氮、氧等成分，形成固液混合物。2氣化液化法：先將煤轉化為H2、CO等氣體，再催化為液態(tài)物質(zhì)，主要反應有：nCO2nH2(CH2)nnH2O2nCOnH2(CH2)nnCO22為什么煤可以轉化為燃油？【提示】煤和石油都是主要由碳和氫元素組成的物質(zhì)，其本質(zhì)區(qū)別是氫原子數(shù)與碳原子數(shù)的比值不同，把煤加工成油，就是通過化學反應把煤所含的碳氫化合物轉化成汽油、柴油等燃油的過程。從煤中獲得的化學產(chǎn)品1.煤的干餾：把煤在隔絕空氣的條件下加強熱，使煤中有機物質(zhì)分解的過程，屬于化學變化。2干餾產(chǎn)品產(chǎn)品3焦爐煤氣能使溴水退色嗎？【提示】焦爐煤氣中含有C2H4，與Br2發(fā)生加成反應，故能使溴水退色。石油的分餾和煤的干餾的區(qū)別【問題導思】石油的分餾和煤的干餾原理相同嗎？【提示】不相同。分餾是物理變化，干餾是化學變化。天然氣、石油氣、裂解氣、焦爐煤氣、高爐煤氣、水煤氣的成分是什么？【提示】見要點2。上述氣體能使溴水退色的有哪些？【提示】裂解氣、焦爐煤氣。1分餾和干餾的比較比較項目加工對象加工目的變化的本質(zhì)相似點分餾液體混合物分離各成分物理變化干餾固體物質(zhì)分解成各種不同成分化學變化需加熱2.天然氣、石油氣、裂解氣、焦爐煤氣、高爐煤氣、水煤氣的來源及主要成分的區(qū)別天然氣石油氣裂解氣焦爐煤氣高爐煤氣水煤氣來源地下礦藏石油的分餾石油的裂解煤的干餾煉鐵高爐排放碳與高溫水蒸氣反應主要成分甲烷短鏈烷烴乙烯、丙烯、丁二烯H2、CH4、C2H4、COCO、CO2、N2CO、H2如圖，下列敘述中錯誤的是()A圖中操作發(fā)生了化學變化B液體X的pH>7，液體Y是一種黑色黏稠狀液體C氣體Z易燃，可還原CuO，也可使溴水退色D試管A中產(chǎn)生濃的白色的煙【解析】本題考查煤的干餾知識。煤的干餾屬于化學變化，所以A項正確；煤的干餾產(chǎn)物有粗氨水、煤焦油、焦爐煤氣、焦炭等，粗氨水中含有NH3·H2O，因此X顯弱堿性，pH>7，煤焦油的狀態(tài)為黑色黏稠狀液體，所以B項正確；焦爐煤氣的主要成分為氫氣、甲烷、乙烯和一氧化碳，氫氣、一氧化碳能夠還原氧化銅，乙烯可使溴水退色，H2、CH4、C2H4、CO都易燃，所以C項正確；煤的干餾無白煙生成，D項錯誤?！敬鸢浮緿1(xx·上海高考)下列關于化石燃料的加工說法正確的是()A石油裂化主要得到乙烯B石油分餾是化學變化，可得到汽油、煤油C煤干餾主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦爐氣D煤制煤氣是物理變化，是高效、清潔地利用煤的重要途徑【解析】石油裂解主要得到乙烯，A錯誤；石油分餾是物理變化，B錯誤；煤制煤氣是化學變化，反應為CH2O(g)COH2，D錯誤?！敬鸢浮緾煤的轉化技術【問題導思】煤的轉化技術包括哪些技術？【提示】氣化技術和液化技術。煤轉化技術的目的是什么？【提示】提高燃料燃燒效率，控制污染物排放。煤的氣化和液化技術中都涉及的反應是什么？【提示】CH2O(g)COH2。1煤的氣化技術煤氣化)CO3H2CH4H2O高熱值氣(合成天然氣)2煤間接液化典型流程利用合成氣(H2CO)生產(chǎn)汽油、甲醇和氨等已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化，合成氣也可轉化成醛、酸、酯等多種產(chǎn)物。下列表述中正確的是()以合成氣為原料的反應都是化合反應改變合成氣中CO與H2的體積比，可以得到不同產(chǎn)物合成氣的轉化反應需在適當?shù)臏囟群蛪簭娤峦ㄟ^催化完成從合成氣出發(fā)生產(chǎn)液態(tài)烴或醇類有機物是實現(xiàn)“煤變油”的有效途徑以合成氣為原料的反應產(chǎn)物中不可能有烯烴或水ABC D【解析】本題主要考查質(zhì)量守恒定律的應用。由于汽油是各種含511個碳原子的混合烴，分子中不含氧元素，故合成汽油的反應不是化合反應，產(chǎn)物中有水生成，故、不正確?！敬鸢浮緽2下列技術中發(fā)生反應：CH2O(g)COH2的是()A煤的洗選技術 B型煤技術C水煤漿技術 D煤的轉化技術【解析】煤的轉化技術是把煤進行氣化或液化，均發(fā)生：CH2O(g)COH2的反應?！敬鸢浮緿【教師備課資源】一氧化碳的毒性和解毒一氧化碳跟血液里的血紅蛋白結合形成穩(wěn)定的碳氧血紅蛋白，隨血液流遍全身。一氧化碳與血紅蛋白的結合力是氧與血紅蛋白的結合力的200300倍，因此，一氧化碳一經(jīng)吸入，即與氧爭奪血紅蛋白，同時，由于碳氧血紅蛋白的存在，妨礙氧和血紅蛋白的合成和正常解離，使血液的帶氧功能發(fā)生障礙，造成機體急性缺氧。醫(yī)療上常用靜脈注射亞甲基藍進行解毒，這是因為一氧化碳與亞甲基藍的結合比碳氧血紅蛋白更牢固。1有關煤利用的各項技術的2個核心：提高燃燒效率、防止排放污染物。2煤綜合利用的5種技術：洗選、型煤、水煤漿、煤轉化、煤發(fā)電。3煤加工成燃油的2種方法：氫化法、氣化液化法。4煤干餾的4種產(chǎn)品：焦爐煤氣、粗氨水、煤焦油、焦炭。1下列說法中不正確的是()A煤是各種芳香烴組成的混合物B煤燃燒時，會產(chǎn)生大量二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等污染物C煤是由無機物和有機物組成的復雜的混合物D以煤為主要原料，不僅可以合成甲醇，還可以加工成高級汽油【解析】煤是由無機物和有機物組成的復雜的混合物，除主要含有C元素外，還含有H、O、S、N等元素，但不含碳單質(zhì)和簡單的有機物，因此A項錯誤。煤燃燒會產(chǎn)生大量的二氧化硫等污染物?！敬鸢浮緼2煤的綜合利用主要包括：煤的干餾煤的氣化煤的液化。其中屬于化學變化過程的是()A只有B只有C只有 D【解析】煤的干餾、氣化和液化都是化學變化過程，在這些變化過程中都生成了煤本身并不含有的新物質(zhì)。特別注意，煤的氣化和液化并不等同于物質(zhì)三態(tài)變化過程中的汽化和液化?！敬鸢浮緿3(xx·江蘇高考)燃料電池能有效提高能源利用率，具有廣泛的應用前景。下列物質(zhì)均可用作燃料電池的燃料，其中最環(huán)保的是()A甲醇 B天然氣C液化石油氣 D氫氣【解析】從燃料電池反應產(chǎn)物的角度分析。甲醇、天然氣和液化石油氣作為燃料電池的燃料使用均產(chǎn)生CO2，而氫氣用作燃料電池的燃料，反應產(chǎn)物為H2O，不會對環(huán)境產(chǎn)生影響。【答案】D4下列說法中正確的是()A煤油是石油加工所得的主要產(chǎn)品之一，對煤的加工不能得到煤油B利用“氫化法”可將煤加工成燃油，其過程中發(fā)生了化學變化C利用“氣化液化法”可將煤加工成燃油，其過程中只發(fā)生物理變化D用煤生成的燃油的化學式可表示為(CH2)n，它是一種高分子化合物【解析】將煤進行低溫(約500600 )干餾所得到的煤焦油，再進行分餾，分餾產(chǎn)品中有煤油。利用“氣化液化法”可將煤加工成燃油，其過程可大概表示為：首先把煤轉化為氫氣、一氧化碳等氣體，然后在催化劑的作用下，其中的一氧化碳和氫氣轉化為燃油。在該過程中發(fā)生了許多化學反應。(CH2)n是燃油的組成成分，屬于烴，通常呈液態(tài)，液態(tài)烴是小分子化合物而不是高分子化合物。【答案】B5(xx·山東高考節(jié)選)(1)煤的洗選是為了降低原煤中灰分和_的含量。煤的流化床燃燒是指空氣從底部吹向煤炭顆粒，并使全部煤炭顆粒_進行燃燒的過程。(2)煤的直接液化是煤與適當溶劑混合后在高溫和_存在下與_作用生成液體燃料的過程?！敬鸢浮?1)硫(或S)浮動(2)催化劑氫氣(或H2)1下列變化，屬于物理變化的是()A炭化B裂化C分餾 D干餾【解析】分餾只是利用混合物中各物質(zhì)沸點不同將它們分離開，并沒有新物質(zhì)生成，屬物理變化。其他變化都有新物質(zhì)生成，屬于化學變化?！敬鸢浮緾2煤的干餾和石油的分餾這兩種變化在本質(zhì)上的差別是()A加熱的溫度不同B得到的產(chǎn)品不同C前者要隔絕空氣，后者不必D干餾是化學變化，分餾是物理變化【解析】分餾是用加熱、蒸餾、冷凝的方法把液體混合物分成不同沸點范圍的產(chǎn)物，無新物質(zhì)生成，屬于物理變化。煤的干餾是指把煤隔絕空氣加強熱，使煤分解的過程，屬于化學變化?！敬鸢浮緿3為了更好的解決能源問題，人們一方面研究如何提高燃煤的燃燒效率，另一方面尋找新能源，以下做法不能提高燃燒效率的是()A煤的氣化和液化B液體燃料呈霧狀噴出C通入大量的空氣D將煤粉碎【解析】A、B、D三項都是通過改變?nèi)剂系臓顟B(tài)，來增大反應的接觸面積，使其充分燃燒，而C項通入大量空氣，也能使燃料充分燃燒，但大量氣體逸出時會帶走大量熱量，不利于提高燃燒效率。【答案】C4下列關于煤的說法正確的是()A煤中含有碳，可看作是無機化合物B煤加工成燃油是通過化學方法轉化成汽油、柴油等燃油C煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有機化合物D汽油是煤的干餾的一種重要產(chǎn)品【解析】煤是由無機化合物和有機化合物組成的復雜的混合物；把煤加工成燃油，就是通過化學反應把煤所含的有機物質(zhì)轉化成汽油、柴油等燃油的過程；煤的干餾過程中發(fā)生復雜的物理、化學變化，生成粗苯和一種重要產(chǎn)品焦炭等?！敬鸢浮緽5下列說法正確的是()A把煤加強熱使之分解的過程叫干餾B煤的干餾屬于化學變化C煤是工業(yè)上獲得芳香烴的一種重要來源，主要存在于煤干餾所得的焦爐氣中D煤中含有苯和甲苯，可以用先干餾后分餾的方法把它們分離出來【解析】煤的干餾是將煤隔絕空氣加強熱的過程，選項A中沒有強調(diào)“隔絕空氣”這個重要條件，因此是錯誤的；煤干餾時發(fā)生了分解反應，是化學變化，故選項B正確；煤高溫干餾的產(chǎn)物主要是焦炭，同時得到焦爐煤氣、煤焦油、粗氨水等。焦爐煤氣的主要成分是H2和CO等氣體，芳香烴主要存在于煤焦油中，故選項C不正確；煤經(jīng)過干餾發(fā)生復雜的物理、化學變化后得到煤焦油等物質(zhì)，煤焦油是含有多種芳香族化合物的復雜混合物，煤焦油在170 以下蒸餾出來的餾出物中主要含有苯、甲苯、二甲苯和其他苯的同系物等，所以不能說煤中含有苯和甲苯，故選項D不正確?！敬鸢浮緽6煤是重要的能源和化工原料，直接燃燒既浪費資源又污染環(huán)境。最近，某企業(yè)利用“煤粉加壓氣化制備合成氣新技術”，讓煤變成合成氣(一氧化碳及氫氣總含量90%)，把煤“吃干榨盡”。下列有關說法正確的是()煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學變化和物理變化煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學變化但沒有物理變化該技術實現(xiàn)了煤的清潔利用該技術實現(xiàn)了煤的高效利用A BC D【解析】煤粉加壓氣化轉化為氣體燃料，主要成分是CO和H2，并使其中的S、灰分等在氣化過程中或氣化之后得到脫除，有物理變化也有化學變化?！敬鸢浮緾7為了緩解石油供應緊張，把煤轉化成燃油，以下說法正確的是()A煤和石油都是主要由碳、氫元素組成的，可以通過物理方法讓煤轉變成燃油B氫化法使煤轉化成燃油是液氫溶解煤粉得到燃油的方法C氣化液化法把煤轉化成燃油是先讓煤轉化成水煤氣，然后讓CO和H2在一定條件下合成燃油D煤轉化成燃油的實質(zhì)是提高煤中的碳原子數(shù)與氫原子數(shù)的比值【解析】煤轉化成燃油是通過化學方法提高煤中氫原子數(shù)與碳原子數(shù)的比值，氫化法使煤轉變成燃油的過程是讓煤在高溫下經(jīng)催化劑催化進行加氫解聚反應，氣化液化法實質(zhì)上是先讓煤與H2O(g)反應生成CO和H2，再發(fā)生反應：nCO2nH2(CH2)nnH2O,2nCOnH2(CH2)nnCO2?！敬鸢浮緾8煤是一種重要的能源，含有硫元素，燃燒時會生成SO2。下列說法正確的是()A煤是含硫化合物B煤是一種可再生能源C在水吸收SO2的過程中只發(fā)生物理變化DSO2是酸性氧化物，被云霧吸收后可轉化成酸雨【解析】煤是一種不可再生的化石能源，是一種混合物；SO2能和水反應生成H2SO3?！敬鸢浮緿9煤焦油的成分主要是芳香烴類化合物。萘的分子式是C10H8，結構簡式是。在3060 條件下，萘可用濃HNO3和濃H2SO4的混酸進行硝化，生成的一硝基取代物有()A1種 B2種C3種 D4種【解析】由萘的結構可知，萘分子中有兩種不同位置的氫原子(如圖用、表示)，則所生成的一硝基取代物有2種?！敬鸢浮緽10把煤作為燃料可通過下列兩種途徑獲得熱量：途徑：直接燃燒：C(s)O2(g)CO2(g)(放熱Q1kJ)途徑：先制成水煤氣，再燃燒水煤氣：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)(吸熱Q2kJ)(共放熱Q3kJ)試回答下列問題：(1)途徑放出的總熱量_(填“大于”、“等于”或“小于”)途徑放出的總熱量。(2)在制水煤氣的反應里，反應物所具有的總能量_(填“大于”、“等于”或“小于”)生成物所具有的總能量，因此在反應時，反應物就需要_能量才能轉化為生成物，其反應的條件為_。(3)簡述煤通過途徑作為燃料的意義?！窘馕觥课镔|(zhì)燃燒時放出的熱量僅與反應物最初狀態(tài)及生成物的最終狀態(tài)有關，而與其中間變化過程無關。所以，碳雖經(jīng)變?yōu)樗簹庖约八簹馊紵肿優(yōu)镃O2，其實質(zhì)就相當于碳燃燒生成CO2的一步反應，故放出熱量相同?！敬鸢浮?1)等于(2)小于吸收高溫(3)固體煤經(jīng)處理變?yōu)闅怏w燃料后，不僅在燃燒時減少SO2和煙塵對大氣造成的污染，而且燃燒效率高，也便于輸送。11下圖是實驗室干餾煤的裝置圖，據(jù)圖回答下列問題。(1)指出圖中各儀器的名稱：a_，b_，c_，d_。(2)裝置c的作用是_，d中的液體有_和_。其中的無機物里溶有_，可用_試劑檢驗出來；有機物可以通過_的方法使其中的重要成分分離出來，在170230 時可以得到_，230 以上可以得到_。(3)e處點燃的氣體主要是_，火焰的顏色為_?！窘馕觥棵旱母绅s可制得焦爐氣、粗氨水、煤焦油、焦炭等多種液體有機物，可以利用其沸點的差異，通過分餾進行分離。【答案】(1)酒精噴燈鐵管(或瓷管)燒杯U形管(2)將干餾生成的氣體降溫冷凝粗氨水煤焦油氨氣酚酞溶液分餾酚類和萘蒽等稠環(huán)芳烴(3)H2、CH4淡藍色12(xx·阜陽高二測試)已知煤的結構片段模型如圖所示：(1)從煤的結構模型來看，煤是工業(yè)上獲得_烴的重要來源。(2)我國大約70%的煤是直接用于燃燒的，從煤的結構模型來看，在提供熱量的同時產(chǎn)生大量的_等氣體物質(zhì)，造成嚴重的大氣污染。(3)“型煤”技術的原理是利用固硫劑在燃燒過程中生成穩(wěn)定的硫酸鹽。下列物質(zhì)中適宜于做固硫劑的是_。A氯化鈣B氧化鈣C硫酸鈣 D氫氧化鈣(4)除上述的“型煤”技術外，為了解決煤燃燒所造成的污染問題和提高煤的利用價值，煤資源的綜合利用方法還有_、_、_?！窘馕觥繌拿旱慕Y構片段中可以看出它含有多個苯環(huán)構成的稠環(huán)片段，強熱干餾時易獲得芳香烴，含有硫和氮元素，因此燃燒時能產(chǎn)生硫和氮的氧化物，污染大氣，生成的硫的氧化物為SO2，能吸收SO2的應是堿或堿性氧化物，綜合利用煤資源的方法還有干餾，為增大其與氧氣的接觸面積，使之燃燒充分還可以液化或氣化?！敬鸢浮?1)芳香(2)二氧化硫、氮的氧化物(3)BD(4)煤的干餾氣化液化13工業(yè)上分離煤焦油可得到苯酚，苯酚通過下列流程合成其他物質(zhì)。(部分反應條件和生成物已略去)請回答下列問題：(1)寫出反應的反應條件：_。(2)寫出B、G的結構簡式：_。(3)指出步反應的類型：_；_。(4)寫出水楊酸與小蘇打溶液反應的方程式：_?！窘馕觥緼應為OHCOOH，濃硫酸加熱縮聚成聚酯即OCO；分析從OH到G的流程可知：OH3Br2BrBrOHBr(C)3HBr，BrBrOHBr3H2BrBrOHBr(D)，BrBrOHBrBrBrBr(E)H2O，BrBrBrH2BrBrBr(F)，由F到G從分子式看應是3個羥基取代3個溴原子，應為NaOH的水溶液作用下，發(fā)生的鹵代烴的水解(取代)反應?！敬鸢浮?1)NaOH的水溶液，加熱(2)OCO、OHHOOH(3)取代反應消去反應(4)OHCOOHNaHCO3CO2H2OOHCOONa