資源簡介

(共21張PPT)
第八章 化學與可持續發展
第一節 自然資源的開發利用
第3課時 煤、石油和天然氣的綜合利用
教學目標：
1．了解煤、石油、天然氣的組成與利用，了解干餾、蒸餾、分餾、裂化、裂解等概念。
煤、石油、天然氣是目前人類使用的主要化石能源，也是重要的化工原料。
以碳元素為主，還含有少量的氫、氧、氮、硫等元素。
1.煤的組成
由有機物和少量無機物組成的復雜的混合物。
煤
物質組成
元素組成
煤大分子結構模型
教學目標一　煤的組成與利用
2.煤的利用
通過煤的干餾、氣化和液化獲得清潔的燃料和多種化工原料，是目前實現煤的綜合利用的主要途徑。
（1）煤的干餾
a.定義：將煤隔絕空氣加強熱使之分解的過程，也叫煤的焦化，屬于化學變化。
b.主要產品：焦炭、焦爐氣、煤焦油。
煙煤粉固體的干餾實驗裝置圖
黑灰色固體物質(焦炭)；
焦爐煤氣,能燃燒。
（H2、CH4、乙烯、CO）
一種黑褐色粘稠的油狀物，這是煤焦油（苯、甲苯、二甲苯等有機物的混合物）,下層是粗氨水。
煤的干餾產品的成份及主要用途（P102）
干餾產品 主要成分 主要用途
爐煤氣 焦爐氣 H2、CH4、C2H4、CO 氣體燃料、化工原料
粗氨水 氨氣、銨鹽 化肥、炸藥、染料、醫藥、農藥、合成材料
粗苯 苯、甲苯、二甲苯 煤焦油 苯、甲苯、二甲苯 酚類、萘 染料、醫藥、農藥等
瀝青 筑路材料、制碳素電極
焦炭 碳 冶金、合成氨造氣、電石、燃料。
2.煤的氣化
a.定義：
b.主要反應:
C (S)+ H2O(g) = CO(g) + H2(g)
高溫
碳與水蒸氣反應生成水煤氣
把固體煤轉化為可燃性氣體的過程。
c.主要意義:
能減少煤燃燒時的粉塵污染,提高煤燃燒的效率,氧化后的產品可以用于化工生產,提高煤的綜合利用價值。
——化學過程。
3.煤的液化
——化學過程。
直接液化
間接液化
CO (g)+2H2(g) CH3OH(l)
催化劑
煤漿混合物
H2
液態燃料汽、柴油等
煤
氣化
CO+H2
催化劑
甲醇（液態）
問題1：煤的氣化、液化是物質三態(氣、液、固)之間的變化嗎？為什么？
煤的氣化、液化不是物質三態之間的變化，都是化學變化。
固
液
氣
熔化
凝固
汽化
液化
凝華
升華
煤的氣化主要反應：
煤的液化
課堂思考
C (S)+ H2O(g) = CO(g) + H2(g)
高溫
直接液化
間接液化
煤漿
H2
液態燃料
煤
氣化
CO+H2
催化劑
甲醇
1.天然氣的綜合利用
(1) 主要成分：CH4
(2) 綜合利用
目標二　天然氣的綜合利用
清潔的化石燃料
天然氣
CO+2H2 CH3OH
一定條件
合成氨
CH4 C+2H2
1500℃
合成多碳有機化合物
生產甲醇
化工原料
目標二　石油與天然氣的綜合利用、合成高分子材料
2.天然氣化合物（可燃冰）
天然氣水合物又被稱“可燃冰”，是天然氣與水在高壓、低溫條件下形成的冰狀結晶物質，主要成分是甲烷水合物，其組成可用 ( CH4·8H2O)表示，甲烷分子處于多個水分子形成的籠中。
可燃冰被認為是21世紀的高效清潔能源之一
目標三　石油的綜合利用
石油由多種碳氫化合物組成的混合物,主要是由碳、氫兩種元素,另含少量的硫、氮等其他元素。
一、石油的組成:
石油的分餾、裂化、裂解等煉制加工石油的重要方法。
二、石油的加工:
1.石油的常壓分餾
石油分餾得到的各種餾分都是混合物
a.定義：利用石油中組分沸點的不同，進行分離的過程叫做分餾。
——物理過程
原油
石油氣：C1~C4的烴
重油
汽油發動機燃油
汽油
煤油
柴油
C 5~C16的烴
C11~C16的烴
C15~C18的烴
飛機燃油
柴油發動機燃油
減壓蒸餾
C20的以上烴
潤滑油
重油
瀝青
石蠟
機油
船或火力發電燃油
鋪路
化工原料
2.石油的裂化
在一定條件下，將分子量大、沸點高的重油斷裂為分子量小、沸點低的輕質油的過程叫石油的裂化。
C16H34 C8H16 + C8H18
一定條件
十六烷 辛烯 辛烷
——化學過程
通過石油裂化得到C5~C11的烴，稱裂化汽油。
思考2：根據兩輛汽車的尾氣排放圖，判斷那輛是汽油車，那輛是柴油車？
C16H34 C7H16 + C9H18
一定條件
十六烷 庚烷 壬烯
思考1：在裂化汽油加入溴水或酸性KMnO4溶液，預測現象？
提高輕質液體燃料的產量，特別是提高汽油的產量。
3.石油的裂解
——化學過程
進一步提高溫度加熱，得到短鏈不飽和烯烴.
C8H18 C4H10 + C4H8
一定條件
辛烷 丁烷 丁烯
C4H10 CH4 + C3H6
一定條件
丁烷 甲烷 丙烯
C4H10 C2H6 + C2H4
一定條件
丁烷 乙烷 乙烯
催化重整
石油在加熱和催化劑的作用下，通過結構的調整，使鏈狀烴轉化 為環狀烴，如苯或甲苯。
通過石油裂解得到乙烯、丙烯等多種智短鏈不飽和烯烴，用于工業合成各種有機物的原料。
石油工藝的總結
它利用混合液體或液-固體系中各組分沸點不同，使低沸點組分先蒸發。
使相對分子質量較大、沸點高的烴斷裂為相對分子質量較小，沸點較低的烴。
石油分餾
石油裂化
石油裂解
原理
原料
產品
變化類型
使石油分餾產物中的長鏈烴斷裂成乙烯、丙烯等氣態短鏈烴。
原油
重油
重油
石油中各種碳原子數不同、沸點不同的烴
得到更多、質量更好的輕質油
得到更多短鏈如乙烯、丙烯不飽和氣態烴。
物理變化
化學變化
化學變化
(1) 三大合成高分子材料
(2) 以煤、石油、天然氣為原料合成高分子材料
塑料
合成纖維
合成橡膠
nCH2=CH2 ［CH2 CH2］n
催化劑
△, P
(聚乙烯)
nCH2=CHCH3 ［CH2 CH］n
催化劑
△, P
(聚丙烯)
CH3
4.化石能源與合成高分子材料
目前，多數石油產品仍作為燃料使用，只有一部分轉化為化工、紡織、建材、醫藥、日用化學品基本原料。
日用化學品
石油
化工
建材
醫藥
(1)化學中“三餾”的比較
名稱 干餾 蒸餾 分餾
原理
產物
類型
化學中的“三餾”和“兩裂”
隔絕空氣加強熱使物質分解
根據液態混合物中各組分沸點不同進行分離
與蒸餾原理相同
混合物
單一組分的純凈物
沸點相近的各組分組成的混合物
化學變化
物理變化
物理變化
(2)化學中“兩裂”的比較
名稱 裂化 裂解
定義
目的
變化
在一定條件下，把相對分子質量大、沸點高的烴斷裂為相對分子質量小、沸點低的烴。
提高輕質油的產量，特別是提高汽油的產量。
在高溫下，使具有長鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態烴和少量液態烴
獲得短鏈烴
化學變化
化學變化
課堂小結
煤、石油和天然氣的綜合利用
煤的組成及其綜合利用
天然氣的組成及其綜合利用
石油的組成及其綜合利用
合成高分子材料
煤的干餾
煤的氣化
煤的液化
石油的分餾
石油的裂化與裂解
催化重整
塑料
合成橡膠
合成纖維
課堂小結

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