高中化學新人教版選修2系列課件化學與技術 2.3石油、煤和天然氣的綜合利用教學目標教學目標 知識與能力知識與能力 1.掌握煤、石油和天然氣等綜合利用中基本的化學原理。 2.通過調查討論煤、石油和天然氣等綜合利用的最新進展。3.了解我國基本化工的生產資源、基本化工產品的主要種類和發(fā)展概況。 教學重點、難點：教學重點、難點： 煤、石油和天然氣等綜合利用中基本的化學原理。 探究建議：探究建議： 1.收集資料：海水、煤、石油和天然氣等資源的綜合利用。2.繪制圖表：石油化工或其他化工的主要原料、過程和產品3.討論：資源的循環(huán)利用、能源的優(yōu)化應用、環(huán)境的源頭治理對可持續(xù)發(fā)展的意 義。 4.調查當地固體廢棄物（如粉煤灰）的回收和利用情況，討論存在問題的解決途徑。 課時劃分課時劃分：一課時 必修必修2 2內容：內容： 石油主要是由各種石油主要是由各種烷烴、環(huán)烷烴烷烴、環(huán)烷烴和和環(huán)烷烴環(huán)烷烴所組成的混合物。石油的大部分是液態(tài)烴，同時在液態(tài)烴所組成的混合物。石油的大部分是液態(tài)烴，同時在液態(tài)烴里溶有少量的氣態(tài)烴和固態(tài)烴。石油主要含有碳和氫兩種里溶有少量的氣態(tài)烴和固態(tài)烴。石油主要含有碳和氫兩種元素，同時還含有少量的硫、氧、氮等元素元素，同時還含有少量的硫、氧、氮等元素。 石油煉制目的是什么？石油煉制目的是什么？ 一方面是將石油中的混合物進行一定程度的分離使一方面是將石油中的混合物進行一定程度的分離使它們物盡其用；另一方面。它們物盡其用；另一方面。將含碳原子數較多的烴轉將含碳原子數較多的烴轉變?yōu)楹荚訑递^少的烴作為化工原料，以提高石油變?yōu)楹荚訑递^少的烴作為化工原料，以提高石油的利用價值。的利用價值。汽油汽油 C5C11煤油煤油 C11C16柴油柴油 C15C18常壓蒸餾塔常壓蒸餾塔重油重油 C20以上以上減壓蒸餾塔減壓蒸餾塔燃料油燃料油瀝青瀝青石蠟石蠟潤滑油潤滑油燃料油燃料油石蠟石蠟潤滑油潤滑油燃料油燃料油石蠟石蠟潤滑油潤滑油催化裂化催化裂化石油氣石油氣 C4以下以下Liquid petroleum gasLPG原油原油 石油通過分餾獲得的汽油、煤油、柴油等輕質油的產量比較石油通過分餾獲得的汽油、煤油、柴油等輕質油的產量比較低，僅占石油總產量的低，僅占石油總產量的2525左右。但社會需求量大的正是這些輕左右。但社會需求量大的正是這些輕質油，為了提高輕質油的產量，特別是提高汽油的產量，還可以質油，為了提高輕質油的產量，特別是提高汽油的產量，還可以采用裂化的方法從重油中獲取輕質油采用裂化的方法從重油中獲取輕質油。 裂化就是在一定的條件下，將相對分子質量較大、沸點較高的裂化就是在一定的條件下，將相對分子質量較大、沸點較高的烴斷裂為相對分子質量較小、沸點較低的烴的過程。烴斷裂為相對分子質量較小、沸點較低的烴的過程。例如，在加熱、例如，在加熱、加壓和催化劑存在的條件下，十六烷裂化為辛烷和辛烯：加壓和催化劑存在的條件下，十六烷裂化為辛烷和辛烯：裂化有裂化有熱裂化熱裂化和和催化裂化催化裂化。熱裂化熱裂化催化裂化催化裂化目的目的:提高汽油的質量和產量提高汽油的質量和產量目的目的:提高汽油的產量提高汽油的產量缺點：溫度過高，發(fā)生結焦現象缺點：溫度過高，發(fā)生結焦現象催化劑：硅酸鋁，分子篩催化劑：硅酸鋁，分子篩（鋁硅酸鹽）（鋁硅酸鹽）實驗實驗 為獲得有機化工的基本原料。在石油化工生產過程里，常用石為獲得有機化工的基本原料。在石油化工生產過程里，常用石油分餾產品（包括石油氣）作原料，油分餾產品（包括石油氣）作原料，采用比裂化更高的溫度采用比裂化更高的溫度（700800，有時甚至高達，有時甚至高達1000以上），使具有長鏈分子的烴以上），使具有長鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，以提供有機化工原料。工斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，以提供有機化工原料。工業(yè)上把這種方法叫做石油的裂解。業(yè)上把這種方法叫做石油的裂解。所以說裂解就是深度裂化，以獲所以說裂解就是深度裂化，以獲得短鏈不飽和烴為主要成分的石油加工過程。石油裂解的化學過程得短鏈不飽和烴為主要成分的石油加工過程。石油裂解的化學過程是比較復雜的，生成的裂解氣是一種復雜的混合氣體，它除了主要是比較復雜的，生成的裂解氣是一種復雜的混合氣體，它除了主要含有乙烯、丙烯、丁二烯等不飽和烴外，還含有甲烷、乙烷、氫氣、含有乙烯、丙烯、丁二烯等不飽和烴外，還含有甲烷、乙烷、氫氣、硫化氫等。裂解氣里烯烴含量比較高。因此，常把乙烯的產量作為硫化氫等。裂解氣里烯烴含量比較高。因此，常把乙烯的產量作為衡量石油化工發(fā)展水平的標志。把裂解產物進行分離，就可以得到衡量石油化工發(fā)展水平的標志。把裂解產物進行分離，就可以得到所需的多種原料。這些原料在合成纖維工業(yè)、塑料工業(yè)、橡膠工業(yè)所需的多種原料。這些原料在合成纖維工業(yè)、塑料工業(yè)、橡膠工業(yè)等方面得到廣泛應用。等方面得到廣泛應用。裂解裂解定義：定義：使具有長鏈分子的烴在使具有長鏈分子的烴在700度以度以上高溫時斷裂成短鏈的烴的過程叫裂解上高溫時斷裂成短鏈的烴的過程叫裂解目的：目的：生產短鏈不飽和烴如工業(yè)生產短鏈不飽和烴如工業(yè)“三烯三烯”乙烯的產量作為衡量石油化工發(fā)展水乙烯的產量作為衡量石油化工發(fā)展水平的標志平的標志用途：用途：合成纖維，塑料，橡膠等合成纖維，塑料，橡膠等裂化、催化裂化、裂解的對比裂化、催化裂化、裂解的對比石油的煉石油的煉 制制方法方法分餾分餾裂化裂化石油的裂解石油的裂解常壓常壓 減壓減壓熱裂熱裂化化催化催化裂化裂化原理原理用蒸發(fā)冷凝的方法把石油分成不同沸點范圍的蒸餾產物在加熱或催化劑存在的條件下，把相對分子質量大，沸點高的烴斷裂成相對分子質量小，沸點低的烴在高溫下，把石油產品中具有長鏈分子的烴斷裂 成為各種短鏈的氣態(tài)烴或液態(tài)烴。主要原料主要原料原油重油重油含直鏈烷烴的石油 分餾產品（含石油氣）主要產品主要產品溶劑油汽油煤油柴油重油潤滑油凡士林石蠟瀝青石油焦抗震性能好的氣油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等乙烯、丙烯、丁二烯 結合在必修化學所學內容，與同學交流：以乙結合在必修化學所學內容，與同學交流：以乙烯為原料合成那些產品：體會乙烯在工業(yè)合成中烯為原料合成那些產品：體會乙烯在工業(yè)合成中的價值。的價值。合成：乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯乙烷、聚乙烯等等合成：乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯乙烷、聚乙烯等等學習第學習第40頁第一自然段回答：天然氣的來源用途。頁第一自然段回答：天然氣的來源用途。2 2、天然氣的利用、天然氣的利用合成氨所需的氫氣、制乙烯合成氨所需的氫氣、制乙烯、制甲醇、合成液體燃料、制甲醇、合成液體燃料、石油化工廠的景觀無無煙煙煤煤泥煤泥煤褐褐煤煤 閱讀課本閱讀課本4040頁第二段，說頁第二段，說出煤的主要元素，目前煤的出煤的主要元素，目前煤的綜合利用方法。綜合利用方法。 煤除了主要含碳外還含有少量的煤除了主要含碳外還含有少量的S、P、N、H、O等元素以及無機等元素以及無機礦物質（主要有硅、鋁、鈣、鐵等礦物質（主要有硅、鋁、鈣、鐵等元素）煤是有機物和無機物組成的元素）煤是有機物和無機物組成的復雜混合物復雜混合物 1 、煤的干餾、煤的干餾（ ） 的過程的過程叫煤的干餾。是一個（叫煤的干餾。是一個（ ）過程）過程 。把煤隔絕空氣加強熱使它分解把煤隔絕空氣加強熱使它分解 石油的分餾是物理變化、煤的干餾是化石油的分餾是物理變化、煤的干餾是化學變化過程學變化過程?；瘜W變化化學變化石油的分餾和煤的干餾的區(qū)別：石油的分餾和煤的干餾的區(qū)別： 為了預防或減少煤燃料對環(huán)境和人體健康帶來為了預防或減少煤燃料對環(huán)境和人體健康帶來的危害，近二三十年來，世界各國大力開展了對煤的危害，近二三十年來，世界各國大力開展了對煤利用新技術的研究，其中主要包括對煤的液化和汽利用新技術的研究，其中主要包括對煤的液化和汽化技術。煤的汽化和液化就是使煤變成清潔能源的化技術。煤的汽化和液化就是使煤變成清潔能源的有效途徑，與此同時煤的燃燒效率等也得到提高有效途徑，與此同時煤的燃燒效率等也得到提高 2 2、煤的汽化與液化、煤的汽化與液化（1 1）汽化）汽化 煤的汽化就是將煤中的有機物轉化為可燃性氣體的過程。煤的汽化就是將煤中的有機物轉化為可燃性氣體的過程。煤汽化的主要化反應是指碳和水蒸氣的反應。煤汽化的主要化反應是指碳和水蒸氣的反應。 C+HC+H2 2O = COO = COH H2 2 這是一個吸熱反應，所需熱量一般都由同時進行的碳的這是一個吸熱反應，所需熱量一般都由同時進行的碳的燃燒反應來提供。燃燒反應來提供。 C CO O2 2 =CO =CO2 2 碳燃燒時可以使用空氣，也可以使用氧氣，但得到的煤碳燃燒時可以使用空氣，也可以使用氧氣，但得到的煤氣成分、熱值及用途都不同，分別叫低熱值氣和中熱值氣。氣成分、熱值及用途都不同，分別叫低熱值氣和中熱值氣。中熱值氣在適當催化劑的作用下，又可以轉變成高熱值氣。中熱值氣在適當催化劑的作用下，又可以轉變成高熱值氣。即把中熱值煤氣里的即把中熱值煤氣里的COCO和和H H2 2用催化劑合成甲烷。用催化劑合成甲烷。 COCO3H3H2 2 CH CH4 4H H2 2O O 把煤粉和煤液化過程中產生的油跟氫氣混合，在高把煤粉和煤液化過程中產生的油跟氫氣混合，在高溫下經催化劑催化，進行加氫解聚反應，同時脫去硫、溫下經催化劑催化，進行加氫解聚反應，同時脫去硫、氮、氧等原子，生成固氮、氧等原子，生成固- -液混合物的油、液化的煤以及液混合物的油、液化的煤以及含有未液化的煤和炭等固態(tài)物質。經過分離可以得到油，含有未液化的煤和炭等固態(tài)物質。經過分離可以得到油，成為低氫、低硫的重質液體燃料。成為低氫、低硫的重質液體燃料。 (2)(2)液化液化 煤的液化是將煤轉化為液體燃料的過程。煤的煤的液化是將煤轉化為液體燃料的過程。煤的液化可以分為直接和間接兩個途徑。液化可以分為直接和間接兩個途徑。 間接液化的氣化間接液化的氣化- -液化法液化法 首先把煤氣化為首先把煤氣化為H2H2、COCO和和CH4CH4。用催化劑把氣態(tài)物質轉變?yōu)橐簯B(tài)。用催化劑把氣態(tài)物質轉變?yōu)橐簯B(tài)。 nCOnCO2nH2nH2 2(CH(CH2 2)n)nnHnH2 2O O 2nCO 2nCOnHnH2 2(CH(CH2 2)n)nnCOnCO2 2 煤的液化是否能得到發(fā)展，決定于石油是否能煤的液化是否能得到發(fā)展，決定于石油是否能滿足不斷增長的需要、煤跟石油的比價以及煤的滿足不斷增長的需要、煤跟石油的比價以及煤的液化技術的成熟程度。從世界范圍來看，由于石液化技術的成熟程度。從世界范圍來看，由于石油價格的增長，液化技術的日臻成熟，煤液化工油價格的增長，液化技術的日臻成熟，煤液化工業(yè)的再度興起是可能的。對我國來說，目前汽油業(yè)的再度興起是可能的。對我國來說，目前汽油和煤的比價比國外更有利于發(fā)展以合成高級汽油和煤的比價比國外更有利于發(fā)展以合成高級汽油為主要目的的煤的液化。在有煤地區(qū)發(fā)展煤的液為主要目的的煤的液化。在有煤地區(qū)發(fā)展煤的液化還是可以探索的?；€是可以探索的。碳化學是指以分子中只含一個碳原子的化合物如碳化學是指以分子中只含一個碳原子的化合物如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等) )為原料，為原料，用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化學。用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化學。 2 CO =2COC+H2O = COH2 CO+H2O = CO2H2 高溫條件，天然氣重整： CH4H2O = CO3H2煤汽化的主要反應：三、煤化工和天然氣化工的發(fā)展三、煤化工和天然氣化工的發(fā)展碳化學碳化學 大量的化工產品可以以合成氣作為起始原料。使用不大量的化工產品可以以合成氣作為起始原料。使用不同的催化劑，可以從合成氣制出不同的有機化合物產物，同的催化劑，可以從合成氣制出不同的有機化合物產物，這就組成了所謂的合成氣化學。由這就組成了所謂的合成氣化學。由CH4CH4、CH3OHCH3OH等含一個碳等含一個碳原子的分子，也可以通過催化反應直接生成新的化合物。原子的分子，也可以通過催化反應直接生成新的化合物。這就形成了所謂的甲烷化學和甲醇化學，它們都是由一系這就形成了所謂的甲烷化學和甲醇化學，它們都是由一系列典型的化學合成反應所組成的。列典型的化學合成反應所組成的。由CO加氫合成一系列化合物的化學稱合成氣化學 由甲烷直接合成的稱甲烷化學 由甲醇為原料合成一系列下游產品的為甲醇化學 典型例題 例1：工業(yè)上合成氨的原料氣之一H2有一種來源是取自石油氣，如丙烷。 （1）有人設計了以下反應途徑（假設反應都能進行），你認為最合理的是 A、 D、 B、 C、 （2）按照所選反應途徑，理論上用1mol丙烷最多可制得氨 A、4mol B、4.7mol C、10mol D、2.7mol283HCHC 極高溫26383HHCHC高溫脫氫2283HCOOHHC催化劑22283HCOOHCCB （3）所選反應途徑最顯著的特點是 A、簡單易行 B、所得H2純度高 C、所得H2產量高 D、可獲得大量熱能C例2：如何用化學方法檢驗一瓶裂化汽油里是否含有甲苯、二甲苯等芳香烴？寫出實驗步驟。取約5ml汽油，滴加溴水至溴水不褪色為止，再加入適量NaOH溶液除去剩余Br2，分液。取油層液體，滴加酸性KMnO4稀溶液，振蕩。若KMnO4溶液褪色，則說明含有苯的同系物（甲苯、二甲苯）。 例3： C8H18在一定條件下受熱裂化，可生成CH4、C2H6、C2H4、C3H6、C4H8五種混合氣體，此混合氣體的平均分子量為 A、14 B、57 C、38 D、無定值 作業(yè)作業(yè) P45 8P45 8、9 9