高中化学沪科技版（2020）必修第二册煤化工优质导学案

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学习聚焦
知识精讲
知识点01 石油化工
1．石油是含有杂质的各种 烃 的混合物，石油中主要含有 碳 、 氢 元素。
2．石油的分馏
（1）原理：石油是 混合物 （填“纯净物”或“混合物”），各组分的 沸点 不同，将石油加热至沸腾，将产品逐一分离出来。
（2）设备：分馏塔
（3）变化： 物理变化 （填“物理变化”或“化学变化”）。
（4）产品： 石油气 、 汽油 、 煤油 、 柴油 、润滑油、石蜡及沥青等。
（5）说明：①石油中含碳原子数较少的烃沸点 低 ，含碳原子数较多的烃沸点 高 。②分馏出来的各种成分叫 馏分 ，该物质仍然是多种烃的混合物。
3．石油的裂化
（1）原理：在一定条件下（ 加热 或使用 催化剂 并加热），把相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。
（2）变化： 化学变化 （填“物理变化”或“化学变化”）。
（3）产品：高产量和高质量的 轻质液体燃料 。
4．石油的裂解
（1）原理：采用比裂化更高的温度，使具有 长链分子 分子的烃断裂为短链小分子烃。
（2）变化： 化学变化 （填“物理变化”或“化学变化”）。
（3）产品： 乙烯 、 丙烯 等短链小分子烃。
【即学即练1】下列有关石油的说法正确的是
A．石油属于可再生矿物能源
B．石油主要含有碳、氢两种元素
C．石油的裂化是物理变化
D．石油分馏的各馏分均是纯净物
【答案】B
知识点02 煤化工
1．煤是由 无机物 和 有机物 组成的复杂混合物。
2．煤化工的主要方法： 煤的液化 、 煤的气化 、 煤的干馏 。
3．煤的液化：是将煤磨成粉后，和一些燃料油混合，在催化剂作用下加 氢 的加工方法，得到的液体称为 人造石油 。该变化属于 化学变化 （填“物理变化”或“化学变化”）。
4．煤的气化：在氧气不足的情况下，把煤部分氧化产生 一氧化碳 、 氢气 、 甲烷 等可燃性混合气体的加工方法。该变化属于 化学变化 （填“物理变化”或“化学变化”）。
5．煤的干馏：是把为隔绝空气加强热，使它 分解 生成 焦炭 、 煤焦油 、 粗氨水 、 焦炉气 等的过程。该变化属于 化学变化 （填“物理变化”或“化学变化”）。
【即学即练2】工业上获得大量的乙烯、丙烯、丁二烯采用的方法是
A．石油的分馏 B．石油的裂化
C．石油的裂解 D．直馏汽油的催化重整
【答案】C
知识点03 乙炔的制法
1．把焦炭和生石灰置于高温电炉中加热，反应的化学方程式 CaO+3CCaC2+CO↑ 。
2．将碳化钙和水反应，化学方程式为 CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑ 。
【即学即练】下列关于乙炔制取的说法不正确的是
A．为了加快反应速率可用饱和食盐水代替水反应
B．此反应是放热反应
C．电石的主要成份是碳化钙
D．制出的乙炔因含杂质而有臭味
【答案】A
【解析】电石与水的反应比较剧烈，所以选项A使用饱和食盐水，是为了减缓反应速率，使气流产生比较平稳。A的说法是错误的，答案为A。
常见考法
常见考法一 石油的分馏与石油的蒸馏原理
【例1】下列说法错误的是
A．石油主要含有碳、氢两种元素
B．石油是混合物，其分馏产品汽油为纯净物
C．石油分馏属于化学变化
D．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油
【答案】B
【解析】石油分馏得到的各种产品都是混合物。答案为B。
必杀技
1．蒸馏和分馏都是分离液态混合物的方法，分馏是蒸馏原理的运用，它们都属于物理变化。
2．蒸馏只进行一次汽化和冷凝，分离出的物质一般较纯，例如用天然水制蒸馏水；分馏要连续进行多次汽化和冷凝，分离出的物质依然是混合物，只不过沸点范围不同，例如对石油进行分馏后可以得到沸点范围不同的多个馏分。
3．石油是混合物，各成分的沸点不同，碳原子数越多沸点越高，所以工业上可以使用分馏的方法获得不同的产品。
【同步练习1】下图是实验室仿照工业分馏石油的装置，回答下列问题。
（1）指出图中a、b、c三种仪器的名称：a 、b 、c 。
（2）实验中在a仪器中应加入几片碎瓷片，其作用是 。
（3）冷却水从 端进入。
（4）就C6H14、C14H30、C17H36三种物质而言，蒸馏时最先收集到的 。
【答案】（1）蒸馏烧瓶 冷凝管 锥形瓶 （2）防止液体剧烈沸腾 （3）e （4）C6H14
【解析】（3）使用冷凝管时，冷凝水应从下端进入。（4）对于石油中的各种烃，碳原子数越多，沸点越高，所以最先蒸出的是碳原子数最少的物质。
常见考法二 石油的裂化和裂解
【例2】下列说法错误的是
A．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
B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C．石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃
D．石油裂化和裂解都属于物理变化
【答案】D
【解析】石油的裂化和裂解实际上都是烃的分解反应，都属于化学变化。答案为D。
必杀技
1．裂化和裂解都属于化学变化。
2．裂化的目的是为了提高轻质油（主要是汽油）的产量和质量。
3．裂解是深度裂化，目的是为了获得短链不饱和烃（如乙烯、丙烯、丁二烯）。
【同步练习2】石油裂化的主要目的是为了
A．提高轻质液体燃料的产量
B．便于分馏
C．获得短链不饱和气态烃
D．提高汽油的质量
【答案】A
【解析】石油的裂化要是以获得汽油为目的。答案为A。
常见考法三 煤化工
【例3】下列有关煤的叙述，错误的是
A．煤主要含碳及少量的氢、氮、硫、氧等元素
B．煤的干馏、液化都是化学变化
C．将煤气化后再燃烧可降低污染
D．煤充分燃烧转化为CO2气体，这个过程属于煤的气化
【答案】D
【解析】煤的气化是通过化学变化，使煤转化为气体燃料，如煤与不足量氧气反应制CO，又如煤与水蒸气制水煤气。答案为D。
必杀技
1．煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物。
2．煤化工指的是煤的液化、气化、干馏，他们都属于化学变化。
3．煤的液化是在催化剂的作用下，通过加氢的方法得到液体燃料。这种液体可以代替石油使用，又称为人造石油。
4．水的汽化是通过化学反应使煤转化成可燃性的气体。
5．煤的干馏是把煤隔绝空气加强热使它分解，生成焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等的过程。
【同步练习3】有关煤的综合利用如图所示。下列说法正确的是
A．煤和水煤气都属于化石燃料
B．煤中含有出炉煤气、煤焦油、焦炭等物质
C．①是将煤在空气中加强热使其分解的过程
D．②是煤的气化方式之一
【答案】D
【解析】选项A，水煤气属于二次能源，不是化石燃料，A错。选项B，煤干馏后能得到这些物质，但煤本身并不含这些物质，B错。选项C，①是煤的干馏，但不能在空气中，需隔绝空气，C错。选项D是正确的。答案为D。
常见考法四 乙炔的制法
【例4】下图是实验室制乙炔的装置，回答相关问题：
（1）反应的化学方程式为 。
（2）工业上制取电石的化学方程式 。
（3）该反应属于固液不加热型的反应，能否使用启普发生器 。
（4）实验中用的是饱和食盐水，而没有直接用水，原因是 。
【答案】（1）CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑
（2）CaO+3CCaC2+CO↑
（3）不能
（4）与用水比较，用饱和食盐水反应更平稳
必杀技
实验室制取乙炔：
1、原理：CaC2+2H2O → Ca(OH)2+C2H2↑
2、实验装置：固液不加热型。
3、注意事项：①为使反应平稳，通常用饱和食盐水代替水；②不能使用启普发生器。
【同步练习4】右图为实验室制乙炔的装置。下列说法错误的是
A．分液漏斗中可以装饱和食盐水
B．制出的乙炔常有臭味
C．洗气瓶中的溴水可检验乙炔的性质
D．乙炔具有可燃性，常用作燃料
【答案】D
【解析】乙炔是一种重要的化工原料，常用于气焊和气割，一般不用作燃料。答案为D。
分层提分
题组A 基础过关练
1．以下命题，违背化学变化规律的是
A．石墨制成金刚石 B．煤加氢变成石油
C．水变成汽油 D．干冰转化成原子晶体
【答案】C
【解析】本题考查对化学反应实质的理解程度，化学反应的实质是旧化学键的断裂与新化学键的形成，在转化过程中遵守元素守恒与原子个数守恒。显然水中没有碳元素，不可能转化为碳原子为C5~C11的烃的汽油。答案为C。
2．石油有“工业血液”之称．通过石油分馏可以得到的物质是
A．汽油B．水煤气C．焦炭D．煤焦油
【答案】A
【解析】水煤气是煤与水蒸气反应得到的，焦炭和煤焦油来自于煤的干馏。答案为A。
3．煤化工和石油化工的工艺中属于物理变化的是
A．煤的干馏 B．煤的液化 C．石油分馏 D．石油裂化
【答案】C
【解析】石油分馏是利用石油中各物质的沸点不同而分离石油中各成分的。答案为C。
4．门窗紧闭的厨房内一旦发生煤气大量泄漏，极容易发生爆炸。当你从室外进入厨房嗅到极浓的煤气异味时，在下列操作中，你认为最合适的是
A．立即开启抽油烟机排出煤气，关闭煤气源
B．立即打开门和窗，关闭煤气源
C．立即打开电灯，寻找泄漏处
D．上述三者可同时进行
【答案】B
【解析】选项A和C的错误是，开启抽油烟机或电灯时，在“开关”处有电火花发生，电火花立即会点燃“开关”处的煤气，从而引发室内的煤气爆炸，后果非常严重。答案为B。
5．在下列自然资源的开发利用中，不涉及化学变化的是
A. 用蒸馏法淡化海水 B. 用铁矿石冶炼铁
C. 用石油裂解生产乙烯 D. 用煤生产水煤气
【答案】A
【解析】蒸馏是利用各物质的沸点不同而进行的分离物质操作，属于物理变化。答案为A。
6．下列物质中，有固定沸点的是
A．石油 B．汽油 C．人造石油 D．四氯化碳
【答案】D
【解析】有固定沸点的是纯净物。答案为D。
7．我国是世界最大的耗煤国家，下列加工方法不属于煤的综合利用的
A．干馏 B．气化 C．液化 D．裂解
【答案】D
【解析】裂解是石油化工的一种生产方式。答案为D。
8．下列有关煤化工和石油化工的说法正确的是
A．石油的炼制过程都是化学变化
B．煤干馏的液态产物主要有煤焦油、粗氨水
C．石油裂解是为了提高汽油等轻质油的产量
D．煤的液化是物理变化，煤的气化是化学变化
【答案】B
【解析】选项A，石油的分馏属于物理变化，A错。选项B是正确的。选项C，石油裂解的主要目的是为了获得乙烯，C错。选项D，煤的液化是煤与某些物质发生化学反应，生成液态的燃料，即人造石油，属于化学变化，D错。答案为B。
9．可用于实验室制取乙炔的发生装置是
【答案】C
【解析】实验室制乙炔一般使用电石与饱和食盐水反应，属于固固不加热型的反应。答案为C。
10．判断正误（正确的打“√”,错误的打“×”）。
（1）煤气的主要成分是丁烷( )
（2）石油是混合物，其分馏产品汽油为纯净物( )
（3）大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素( )
（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;石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃( )
（5）煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机化合物( )
（6）焦炭是煤干馏的一种重要产品( )
（7）常压分馏得到的汽油是混合物,没有固定的沸点( )
【答案】(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√ (7)√
【解析】（1）煤气的主要成分是CO。（2）汽油仍是混合物。（5）煤干馏后会生成这些物质，本身并不含它们。
题组B 能力提升练
11．下列有关石油及石油加工的说法中，正确的是
A．石油是各种液态烃的混合物
B．常压分馏的原料是重油
C．由分馏塔分馏出的各馏分均是混合物
D．减压分馏的主要产品有汽油、润滑油、煤油和沥青
【答案】C
【解析】石油主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物，石油的大部分是液态烃，同时在液态烃中溶有气态烃和固态烃，选项A说法不对；常压分馏的原料是石油，减压分馏的原料是重油，选项B说法也不对；常压分馏的主要产品有汽油、柴油、煤油等，减压分馏的主要产品是润滑油、石蜡、燃料油、沥青等，选项D说法也不对，无论是常压分馏还是减压分馏，由分馏塔出来的各馏分都是不同沸点范围的蒸馏产物，每一种馏分仍然是多种烃的混合物，因此只有选项C说法正确。答案为C。
12.下列关于实验室制取乙炔的说法，错误的是
A．不宜用启普发生器制取
B．反应原理：CaC2+2H2O→HC≡CH↑+Ca(OH)2
C．使用饱和食盐水与电石反应，氯化钠起催化作用
D．用排水法收集乙炔
【答案】C
【解析】实验室使用电石与水反应制乙炔，速率太快不易控制，往往使用饱和食盐水，使单位体积内的水分子变少一些，氯化钠没有催化作用。答案为C。
13．我国在CO2催化加氢制取汽油方面取得突破性进展，CO2转化过程示意图如下：
下列说法不正确的是
A．反应①的产物中含有水
B．反应②中只有碳碳键形成
C．汽油主要是C5~C11的烃类混合物
D．图中a的分子式为C5H12
【答案】B
【解析】选项A，根据原子守恒，生成物有H2O，A说法正确。选项B，CO与H2反应生成结构含(CH2)n的物质，其中含碳碳键和碳氢键，B说法错误。选项C和D都没有错误。答案为B。
14．请将下列物质的转化或分离方法的序号填在横线上（每一项只填写一种方法）。
①分馏 ②液化 ③气化 ④裂化 ⑤裂解 ⑥干馏 ⑦蒸馏
（1）把煤转化为焦炉气、煤焦油和焦炭等 。
（2）从原油中分离出汽油、煤油、柴油等 。
（3）将重油转化为汽油 。
【答案】（1）⑥ （2）① （3）④
15．下图是实验室煤的干馏装置，回答下列问题：
（1）煤的干馏要隔绝空气，原因是 。
（2）烧杯中水的作用是 。
（3）实验结束后，a处的固体物质主要成份是 ，b处有粗氨水，还有 ，c处的气体具有可燃性，写出任一主要成分燃烧的化学方程式 。
（2）a处得到的固体物质主要用于 （任写一种用途，下同），b处得到的粗氨水可用于 ，c处的气体可用于 。
【答案】（1）煤在空气中在高温时会燃烧
（2）冷却煤干馏后的产物
（3）焦炭 煤焦油 2H2+O22H2O（或CH4+2O2CO2+2H2O）
（2）冶金工业（或生产电石） 制造氮肥 燃料（或化工原料）
16．1 ml某链烃A在一定条件下裂化为1 ml烷烃B和1 ml烯烃C，B、C混合气体密度是相同条件下H2密度的14.5倍，计算回答：
（1）A的可能结构简式和名称。
（2）B、C烃可能是什么？
（3）若1 ml B完全燃烧需O2的物质的量是整数时，C只能是什么物质？
【答案】（1）CH3CH2CH2CH3 丁烷 (CH3)2CHCH3 2—甲基丙烷（或异丁烷）
（2）B是乙烷，C是乙烯；或B是甲烷，C是丙烯
（3）C3H6。
【解析】（1）B、C混合气体的平均式量为2×14.5=29，则A的式量为58，A为C4H10。
（2）C4H10可能的裂化方式有：C4H10 →C2H6 +C2H4，C4H10 →CH4 +C3H6
（3）若B是乙烷，则1 ml 乙烷完全燃烧需O2 4.5 ml，不合题意。若B是甲烷，则1 ml 甲烷完全燃烧需O2 2 ml，符合题意。B是甲烷，则C是丙烯。
题组C 培优拔尖练
17. （双选）在不同条件下，镁跟碳可生成两种金属碳化物：Mg2C3和Mg3C2，取这两种物质的混合物置于水中，反应所生成的气态产物中有
A．CH4 B．C2H6 C．C2H2 D．C3H4
【答案】BD
【解析】依据水解规律，金属元素结合水电离的OH-，非金属元素结合水电离的H+，即：
Mg2C3+4H2O→2Mg(OH)2+C3H4↑ Mg3C2+6H2O→3Mg(OH)2+C2H6↑。答案为BD。
18．有A、B两种有机液体的混合物，如果A、B互溶，且相互不发生化学反应，在常压，A的沸点为35℃，B的沸点为200℃。回答以下问题：
（1）用蒸馏方法分离和提纯该混合物，必不可少的玻璃仪器和用品是 。
（2）如果加热升温后，第5到10分钟收集第一个馏分，第15至25分钟收集第二个馏分，请在下面的方格纸中画出蒸馏法分离提纯该混合液的温度与时间关系示意图。
【答案】（1）酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、尾接管、锥形瓶、碎瓷片；
（2）
【解析】（2）第5分钟时，达到A物质的沸点35℃，在A物质蒸馏过程中，温度是不改变的，所以第5至10分钟的线是水平的。继续升高温度至200℃，第15至25分钟收集到B物质，这段时间内的线也是水平的。
19．实验室用电石和水反应制备的乙炔气体中含有少量的H2S气体，为了净化和检验乙炔气体，并通过测定乙炔的体积计算电石的纯度，按下列要求填空(注意X溶液为含溴3.2%的CCl4溶液105g)。
图9-2-4
（1）试从图9-2-4所示的装置中选用几种必要的并把它们连成一套装置，这些被选用的装置的连接顺序是 (填序号)。
（2）实验室能否用启普发生器制乙炔，其原因是 。
（3）为了得到比较平稳的乙炔气流，常用 代替水。
（4）假设溴水与乙炔完全反应，生成C2H2Br4，用W g的电石与水反应后，测得排入量筒内的液体体积为V ml(标准状况)，则电石纯度计算式为 。
【答案】（1）C，I，J，E，F，A，B，D。
（2）不能，因为反应剧烈，放出的热量多，生成的Ca(OH)2是沉淀，易堵塞球形漏斗下端。
（3）饱和食盐水。
（4）(1.05+V/224)%
【解析】（1）利用CuSO4溶液除去H2S杂质，利用溴的CCl4溶液检验乙炔气体，利用排水测气法(导管是短进长出)测气体体积，故装置顺序是C，I，J，G，H，F，E，D。
第（4）题解依据是，C2H2先与Br2发生加成反应，过剩的乙炔将集气瓶中的水排入量筒内，故乙炔的体积应为参加反应的C2H2的体积与量筒内水的体积之和。n(CaC2)=n(C2H2)=105×3.2%÷160÷2+V/22400=(1.05%+V/22400)ml
(CaC2)=64×(1.05%+V/22400)÷W×100%=(1.05+V/224)%
20．“汽车尾气污染”已倍受世人关注。汽车内燃机中，汽油汽化后与空气按一定比例混合进入气缸，引擎用电火花点燃。燃烧使汽缸内温度迅速升高，气体体积急剧膨胀，产生压力推动活塞。燃烧时产生污染大气的有害气体通过尾气管排出。为简化讨论，以辛烷(C8H18)代表汽油的成分，并设空气中O2占体积。
请回答下列问题：
（1）设辛烷气与空气的体积比(相同条件下)为a。要使辛烷完全燃烧，a的最大值为(用小数表示，设此最大值为a′) 。
（2）若辛烷气与空气的体积比大于a′，则尾气所含的污染大气的有害气体中，相对含量会增多的是(写化学式) ，产生这种气体的反应方程式是 。
（3）若辛烷气与空气的体积比小于a′，则尾气所含的污染大气的有害气体中，相对含量会增多的是(写化学式) 。产生这种气体的反应方程式是 。
【答案】（1）0.016
（2）CO C8H18+[(25－x)/2]O2→xCO+(8－x)CO2+9H2O
（3）NO2（或NO和NO2） N2+O2 电火花 2NO，2NO+O2==2NO2
【解析】（1）推算依据是辛烷完全燃烧生成CO2和H2O的化学方程式的化学计算数之比：
2C8H18+25O216CO2+18H2O
按空气中O2占1/5计算，辛烷与空气的体积比为=0.016。
（2）当a >a′时，说明O2不足，则辛烷不能完全燃烧，会生成污染大气的CO。
C8H18+[(25－x)/2]O2→xCO+(8－x)CO2+9H2O
（3）当a