高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用优秀导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用优秀导学案，文件包含第1课时金属矿物的开发利用海水资源的开发利用doc、第2课时煤石油和天然气的综合利用doc等2份学案配套教学资源，其中学案共28页， 欢迎下载使用。


【教材梳理】
一、煤的综合利用
1．煤的组成
2．煤的综合利用
二、天然气的综合利用
三、石油的综合利用
四、以煤、石油、天然气为原料生产合成高分子材料
1．三大合成高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。
2．随着合成材料的大量生产和使用，急剧增加的废弃物给人类社会造成了巨大的环境压力。
【自主检测】
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)煤的气化是使煤转化成清洁燃料的物理过程。( )
(2)煤的干馏可得到甲烷、苯和氨等物质。( )
(3)乙烯的化学性质比聚乙烯活泼。( )
(4)石油的分馏、裂化和裂解都属于化学变化。( )
(5)天然气是一种清洁的化石燃料。( )
答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√
2．下列有关石油加工的叙述不正确的是( )
A．石油分馏所得的馏分仍是混合物
B．石油裂化的原料是石油的分馏产品，包括石油气
C．石油裂化的主要目的是获得更多汽油等轻质油
D．石油裂解的主要目的是获得乙烯、丙烯、甲烷等化工原料
解析：选B。石油裂化和裂解都是长链烃变成短链烃的过程，裂解是深度裂化，石油裂化的原料是石油的分馏产品重油。
学习任务 煤、石油、天然气的综合利用
1．化学“三馏”的比较
2.化学中“两裂”的比较
3.化学“六气”的主要成分
如图是实验室干馏煤的装置图，根据图示回答下列问题。
(1)指出图中仪器名称：b________；d________。
(2)装置c的作用是_____________________________________________，d中的液体有________和________。煤焦油可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。
(3)e处点燃的气体是________，火焰的颜色是________色。
(4)下列叙述错误的是________(填字母)。
A．煤发生了化学变化
B．d中液体的pH>7
C．d中液体只有一层
D．e处的气体可以还原氧化铜，可以使溴水褪色
[解析] 煤的干馏主要生成焦炭、煤焦油和出炉煤气，出炉煤气包括焦炉气、粗氨水和粗苯，经装置c的降温和冷凝，粗氨水和煤焦油变为液体在d中聚集，则液体显碱性；焦炉气中氢气、一氧化碳、甲烷都具有还原性，可用于
还原氧化铜，这些气体燃烧产生蓝色火焰；焦炉气中的乙烯可以使溴水褪色；煤焦油是有机物的液态混合物，应采用分馏的方法分离。
[答案] (1)硬质玻璃管 U形管 (2)将干馏生成的气体进行降温和冷凝 粗氨水 煤焦油 分馏 (3)焦炉气 蓝 (4)C
[延伸探究] (1)b中剩余的固体是什么？
(2)点燃e处的气体之前，必须进行哪项操作？
答案：(1)焦炭。
(2)检验气体的纯度。
1．下列说法中错误的是( )
A．石油是混合物，石油分馏得到的汽油也是混合物
B．含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C．焦炭是煤干馏的一种重要产品
D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来
解析：选D。石油通过分馏的方法可获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料，但产量不高。通常采用裂化的方法，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃，提高汽油的产量；煤中不含苯和甲苯，煤干馏得到焦炭、煤焦油、出炉煤气等。
2．下列转化不属于煤或石油的综合利用的是( )
A．将煤干馏制得煤焦油和焦炭
B．在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料
C．将煤变为煤饼做燃料
D．将石油裂解制得乙烯等化工原料
解析：选C。煤的干馏和煤的液化属于煤的综合利用，而将煤变成煤饼做燃料只是通过改变煤的形状来提高煤的利用率，不属于煤的综合利用；石油裂解属于石油的综合利用。
1．下列变化只涉及物理变化的是( )
A．煤的干馏B．石油的裂化
C．石油的分馏 D．乙烯聚合
解析：选C。石油的分馏是利用石油中各组分的沸点不同进行分离的过程，属于物理变化。
2．下列气体的主要成分是CH4的是( )
A．水煤气 B．裂解气
C．焦炉气 D．沼气
解析：选D。水煤气的主要成分是一氧化碳和氢气，A错误；裂解气的主要成分是甲烷及碳原子数为2～4的烯烃和烷烃，B错误；焦炉气中含量最高的气体是氢气，C错误；沼气为植物发酵生成的气体，主要成分为甲烷，D正确。
3．下列有关煤的叙述中不正确的是( )
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．煤是由有机物和少量无机物组成的混合物，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
解析：选B。煤焦油是煤干馏的主要产品之一，但煤中并不含煤焦油。
4．(2020·滕州高一检测)下列说法正确的是( )
A．石油是混合物，汽油是纯净物
B．分馏汽油和裂化汽油成分相同
C．沸点：煤油<汽油<柴油<润滑油
D．石油的分馏是物理过程，而裂化是化学过程
解析：选D。A项，汽油和石油都是混合物，所以错误；B项，分馏汽油的主要成分是饱和烃，裂化汽油中含有不饱和烃，所以错误；C项，沸点：汽油<煤油<柴油<润滑油，所以错误；D项，分馏是物理过程，裂化涉及物质的化学变化，属于化学过程，所以正确。
5．(2020·贵阳高一联考)下列有关说法正确的是( )
A．通过石油分馏可以获得大量的芳香烃
B．液化石油气和天然气的主要成分都是甲烷
C．煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠
D．石油裂化可以得到更多的汽油，这种汽油是一种纯净物
解析：选C。芳香烃主要从煤的干馏产品煤焦油中获取，也可以通过石油的催化重整获得，A错误；液化石油气的主要成分是含有3个或4个碳原子的烃，天然气的主要成分是甲烷，B错误；煤油是由石油经分馏得到的，可用作燃料，且密度比钠小，可用于保存少量金属钠，C正确；石油裂化得到的汽油仍为混合物，D错误。
[合格考检测]
1．石油和煤都是重要的化石能源，下列有关石油和煤的叙述正确的是( )
A．都是纯净物 B．都含有碳元素
C．都是可再生能源 D．都有固定的沸点
解析：选B。煤、石油都属于不可再生能源，都是混合物，都没有固定的沸点，故B项正确。
2．下列关于石油的说法不正确的是( )
A．石油主要含C、H两种元素
B．石油通过催化重整可得到环状烃
C．石油裂化是物理变化
D．石油分馏得到的汽油是混合物
解析：选C。石油裂化是化学变化。
3．煤的干馏和石油的分馏在本质上的差别是( )
A．加热的温度不同
B．得到的产品不同
C．前者要隔绝空气，后者不用隔绝空气
D．干馏是化学变化，分馏是物理变化
解析：选D。石油的分馏为物理变化，煤的干馏为化学变化。
4．下列说法中不正确的是( )
A．石油化学工业是以石油为原料，既生产石油产品又生产化学用品的石油加工业
B．石油裂化既能提高汽油产量，又能提高汽油的质量
C．石油的裂解和裂化都是化学变化，但二者的目的不一样
D．烷烃在裂解过程中既可发生断链裂解，又可发生脱氢裂解
解析：选A。石油化学工业的原料是石油和天然气，A项不正确；石油裂化既能提高汽油的产量，又能提高汽油的质量，裂解是深度裂化，以获取化工原料乙烯、丙烯、丁烯为生产目的，B、C项均正确；烷烃裂解方式有两种，即断链和脱氢，D项正确。
5．石油被称为工业的血液，煤被称为工业的粮食。它们的加工以及综合利用具有非常重要的意义。下列说法正确的是( )
A．煤的干馏产物主要是各类有机物
B．石油的分馏、裂化、裂解以及煤的干馏都属于化学变化
C．从煤焦油中经过分馏可以得到苯、甲苯等，说明煤中含有苯和甲苯
D．石油的裂化、裂解说明烃在加热条件下是可以分解的，且碳链越长越易分解
解析：选D。煤的干馏产物有粗氨水、煤焦油、焦炉气和焦炭等物质，其中焦炭居多，故A错误；石油的分馏属于物理变化，石油的裂化、裂解以及煤的干馏都属于化学变化，故B错误；煤是由有机物和少量无机物组成的复杂的混合物，通过干馏才能得到苯、甲苯等有机物，故C错误；石油的裂化、裂解是在一定条件下将长链烃断裂为相对分子质量较小的短链烃的过程，说明烃在加热条件下是可以分解的，且碳链越长越易分解，故D正确。
6．《汉书》记载“高奴县有洧水可燃”，《梦溪笔谈》描述“洧水”是“予知其烟可用，试扫其烟为墨，黑光如漆，松墨不及也，此物必大行于世”。这里的“洧水”和“烟”指的是( )
A．汽油和炭黑 B．石油和炭黑
C．煤油和石墨 D．油脂和焦炭
解析：选B。根据题中信息可知，“洧水”的主要成分是石油，是烃的混合物，不是油脂；由于石油中碳的百分含量较高，故燃烧容易不充分，点燃时会产生大量的黑烟，即炭黑，而不是石墨，故“洧水”和“烟”的主要成分分别是石油和炭黑。
7．(2020·扬州中学高一检测)下列关于化石燃料的加工，说法正确的是( )
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、煤焦油和出炉煤气
D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
解析：选C。石油的裂化是化学变化，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，A项错误；石油的分馏是物理变化，B项错误；煤制煤气是化学变化，D项错误。
8．迄今为止，化石燃料仍是人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料。
(1)化石燃料包括煤、石油和________。化石燃料燃烧时容易引起的环境问题是________、________等，解决这些问题是现今面临的重要挑战。
(2)请将对化石燃料进行综合利用的方法的名称填入下表的横线处。
(3)由辛烷可制得一系列产品：C8H18eq \(――→,\s\up9(催化剂),\s\d9(加热、加压))C4H8＋X，则X是______(填化学式)；X在催化剂、加热、加压的条件下可生成乙烯和乙烷，反应的化学方程式是___________________________________________________。
(4)碳与水蒸气反应生成水煤气(CO和H2)，反应的化学方程式是____________________________________；在此基础上，由水煤气可进一步合成甲醇(CH3OH)，则合成甲醇所需的CO和H2在相同条件下的体积比是________。
解析：(1)化石燃料包括煤、石油和天然气。化石燃料燃烧时容易引起的环境问题是温室效应、酸雨等，解决这些问题是现今面临的重要挑战。(2)①通过煤的干馏可以得到出炉煤气、煤焦油和焦炭；②通过石油的分馏可以得到汽油；③通过重油的裂化可以得到煤油。(3)根据原子守恒可知X的化学式是C4H10；C4H10在催化剂、加热、加压的条件下可生成乙烯和乙烷，反应的化学方程式是C4H10eq \(――→,\s\up9(催化剂),\s\d9(加热、加压))C2H4＋C2H6。(4)碳与水蒸气反应生成水煤气(CO和H2)，反应的化学方程式是C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up9(高温))CO＋H2；在此基础上，由水煤气可进一步合成甲醇(CH3OH)，反应的化学方程式为CO＋2H2eq \(――→,\s\up9(催化剂))CH3OH，则合成甲醇所需的CO和H2在相同条件下的体积比是1∶2。
答案：(1)天然气 温室效应 酸雨
(2)①干馏 ②分馏 ③裂化
(3)C4H10 C4H10eq \(――→,\s\up9(催化剂),\s\d9(加热、加压))C2H4＋C2H6
(4)C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up9(高温))CO＋H2 1∶2
[等级考检测]
9．在石油工业中，将重油制成乙烯的方法是( )
A．裂化 B．裂解
C．干馏 D．分馏
解析：选B。将重油制成气态不饱和烃，应采取比裂化更高的温度才可以实现，即采用裂解的方法。
10．有关煤的综合利用如图所示。下列说法正确的是( )
A．煤的干馏是将煤中的有机物在高温下蒸馏出来，故为物理变化
B．煤的组成以碳、氢元素为主
C．②是放热反应
D．B为甲醇或乙酸时，反应③的原子利用率均达到100%
解析：选D。A项，煤的干馏指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，错误；B项，煤的组成以碳元素为主，错误；C项，反应②是碳和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气的反应，为吸热反应，错误；D项，甲醇CH4O可写为(H2)2·CO，乙酸C2H4O2可写为(H2)2·(CO)2，反应③的原子利用率均达到100%，正确。
11．能源“非石油化”是战略目标，发展以CH4、CO2等为原料的“C1化学”成为当今化工生产的必然趋势。通常天然气中含有H2S等有毒气体，如图为天然气合成氨的工艺流程。
(1)合成氨的原料之一为氮气，该流程中为合成氨提供氮气的物质是________。
(2)①处加入Fe2O3·H2O的目的是__________________________。
(3)②处CH4与H2O(g)反应生成CO2、H2，反应的化学方程式是__________________________________________________________。
(4)③处一般加入K2CO3溶液以吸收CO2，K2CO3溶液与CO2反应生成碳酸氢钾(KHCO3)，该反应的化学方程式是___________________________________。
(5)该流程中参与循环的物质是________。
解析：(1)从流程图可看出，为合成氨提供氮气的物质是空气。(2)天然气中含有的H2S是有毒的气体，不能排放到大气中，通过加入Fe2O3·H2O生成FeS、单质S和H2O除去。(3)CH4与H2O(g)反应生成CO2、H2，根据质量守恒定律，反应的化学方程式是CH4＋2H2O(g)===CO2＋4H2。(4)K2CO3溶液与CO2反应生成碳酸氢钾(KHCO3)，根据质量守恒定律，反应的化学方程式是K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3。(5)在该流程中加入了Fe2O3·H2O，最后又生成了Fe2O3·H2O，所以该流程中参与循环的物质是Fe2O3·H2O。
答案：(1)空气 (2)除去H2S (3)CH4＋2H2O(g)===CO2＋4H2 (4)K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3
(5)Fe2O3·H2O
12．(2020·张家口高一期末)煤气化是有效利用化石能源的手段之一，有关反应为①C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up9(高温))CO＋H2、
②CO＋H2Oeq \(,\s\up9(一定条件))CO2＋H2，获得的气体称为水煤气。某研究性学习小组为探究气体的成分，进行了如下实验。
【实验】使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后生成的气体。
【提出假设】对气体的成分提出了三种假设。
假设1：该气体是CO、H2、H2O。
假设2：该气体是CO2、H2、H2O。
假设3：_____________________________________________。
【设计实验方案，验证假设】
拟用图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设3。(加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已经排尽)
(1)按气流从左至右连接各仪器，用图中小写字母表示接口的连接顺序(仪器可重复使用)：混合气→dc→______→______→______→______→_______→ij。
(2)仪器A中需要加入的试剂名称为________，其中的反应的化学方程式可能有_____________________________________________________。
(3)仪器B中需加入的试剂名称是_________________________________，
其作用是_____________________________________________________。
(4)本实验的尾气需处理，处理的方法为___________________________。
解析：【提出假设】根据反应原理，混合气体组成存在三种情况，第三种情况的气体组成为CO、H2、H2O、CO2。
【设计实验方案，验证假设】(1)为了验证混合气中含CO、H2、H2O、CO2，实验仪器的先后连接顺序为检验水分→检验二氧化碳→除掉二氧化碳→除掉水分→还原装置→检验水分→检验二氧化碳，仪器连接顺序为混合气体→dc→ij→gh→ef→ab→dc→ij。
(2)仪器A用于检验氢气和一氧化碳，可以选用氧化铜，利用氢气、一氧化碳加热还原氧化铜完成检验，反应的化学方程式为CuO＋H2eq \(=====,\s\up9(△))Cu＋H2O，CuO＋COeq \(=====,\s\up9(△))Cu＋CO2。
(3)白色的无水硫酸铜遇水后变为蓝色，所以可在仪器B中加入无水硫酸铜(CuSO4)，通过观察颜色是否改变来确定混合气体中是否有水蒸气。
(4)H2和CO易燃，且CO有毒，直接排放到空气中会污染环境，可在装置最后的导管口处放一个燃着的酒精灯，利用燃烧的方法处理H2和CO。
答案：【提出假设】该气体是CO、H2、H2O、CO2
【设计实验方案，验证假设】(1)ij gh ef ab dc
(2)氧化铜(或其他合理答案) CuO＋H2eq \(=====,\s\up9(△))Cu＋H2O、CuO＋COeq \(=====,\s\up9(△))Cu＋CO2
(3)无水硫酸铜 检验混合气体中是否有水蒸气
(4)可在装置最后的导气管口放一燃着的酒精灯将气体点燃(或其他合理答案)课程标准
核心素养
1.结合石油化工了解化学在生产中的具体应用，认识化学工业在国民经济发展中的重要地位。
2．以煤、石油、天然气的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。
3．认识化学对于构建清洁低碳、安全高效的能源体系所能发挥的作用，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。
1.科学探究与创新意识：能从自然资源的开发利用的问题出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验进行实验探究。
2．科学态度与社会责任：能分析化学科学在开发利用自然资源，促进科技发展和社会文明等方面的价值和贡献。
名称
原理
特点
干馏
隔绝空气、高温下使物质分解的过程
属于化学变化，产物为混合物
蒸馏
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
属于物理变化，产物为单一组分的馏出物
分馏
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
属于物理变化，产物为沸点相近的各组分组成的混合物
名称
定义
目的
裂化
在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃
提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量
裂解
在一定条件下，使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃
获得短链不饱和烃
“六气”
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
N2、H2、
CH4
H2、
CO
CH4
C3H8、
C4H10
C3H6、
C4H8等
H2、
CH4、
C2H4、
CO
甲烷及碳原子数为2～4的烯烃和烷烃
序号
原料
产品
方法
①
煤
出炉煤气、煤焦油和焦炭
__________
②
石油
汽油
__________
③
重油
煤油
__________