化学必修 第二册第2节 从化石燃料中获取有机化合物第1课时学案

这是一份化学必修 第二册第2节 从化石燃料中获取有机化合物第1课时学案，文件包含第3章第2节第1课时从天然气石油和煤中获取燃料学案教师版2022-2023学年高一化学鲁科版2019必修第二册doc、第3章第2节第1课时从天然气石油和煤中获取燃料学案学生版2022-2023学年高一化学鲁科版2019必修第二册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。
 第2节　从化石燃料中获取有机化合物第1课时　从天然气、石油和煤中获取燃料自主学习一、天然气和煤直接用作燃料1．天然气(1)主要成分：甲烷。另外沼气、坑道气(瓦斯)、天然气水合物(可燃冰)的主要成分也是甲烷。 (2)甲烷的物理性质颜色状态气味密度水溶性无色气体无味比空气小难溶于水(3)甲烷的燃烧化学方程式为CH4＋2O2CO2＋2H2O。通常状况下，1 mol CH4完全燃烧可放出802 kJ的热量，是一种优良的气体燃料。2．煤煤是由有机化合物和无机物组成的复杂混合物。其中，有机物除了含有碳、氢元素外，还含有少量的氧、氮、硫等元素。二、从石油中获取燃料1．石油的组成主要是碳、氢两种元素，由分子中含有不同数目碳原子的烷烃、环烷烃等组成的复杂混合物。2．石油的分馏与裂化 分馏裂化目的将石油分离成沸点范围不同的产物提高轻质液体燃料的产量和质量主要变化类型物理变化化学变化主要产物石油气、汽油、煤油、柴油、重油等汽油等轻质液体燃料3.按要求写出相应的化学方程式(1)十六烷的一种裂化方式： (2)辛烷的燃烧：2C8H18＋25O216CO2＋18H2O1．判断下列说法是否正确：(1)点燃甲烷之前需要检验纯度。(　√　) 提示：可燃性气体点燃前需要检验纯度，防止混合气体爆炸。(2)煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质。(　×　) 提示：煤是由无机化合物和有机化合物组成的复杂的混合物。(3)煤里主要含碳及少量的其他元素，但绝大多数都含硫，工业上大量燃烧含硫燃料会形成“酸雨”。(　√　) 提示：煤中的硫元素在燃烧时会生成SO2气体，SO2气体是形成酸雨的主要污染物。(4)石油有固定的沸点，所以可以进行分馏。(　×　) 提示：石油是由各种碳原子数不等的烃混合而成的混合物，没有固定的沸点。2．教材中描述“通过加热和冷凝，可以把石油分离成沸点范围不同的产物，这种方法叫作石油的分馏”。分馏操作是物理变化还是化学变化？提示：石油的分馏是利用物质的沸点不同，将其分离的过程，属于物理变化。3．可燃冰是一种由天然气与水在低温高压条件下形成的类冰状结晶物质，又名天然气水合物。 有人认为“可燃冰的开采和利用实现了由水变成油的梦想”，这种说法对吗？提示：不对。因为可燃冰中含有CH4和H2O，可燃冰中并不是只有H2O，可燃冰能燃烧是其中的可燃性成分CH4起作用。 合作探究学习任务一  石油的炼制汽油是用量最大的轻质石油产品之一，是引擎的一种重要燃料。根据制造过程，汽油组分粗略可分为直馏汽油和裂化汽油。 实验室中石油分馏实验室中，石油的分馏常用蒸馏装置(如图所示)进行。(1)实验主要仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管、酒精灯、锥形瓶、牛角管、温度计、铁架台(带铁圈、铁夹)、石棉网等。(2)实验注意事项： ①温度计的水银球位于蒸馏烧瓶的支管口处。②为了防止暴沸，应在蒸馏烧瓶中加入少量的碎瓷片或沸石。③冷凝管中冷凝水的流向是“下进上出”。④蒸馏烧瓶中的液体体积不超过其容积的，加热时应垫石棉网。 烷烃熔沸点比较(1)根据石油分馏的原理，比较下列烷烃的沸点由低到高的顺序为____________。①丙烷　②丁烷　③己烷　④戊烷　⑤庚烷　⑥辛烷提示：①<②<④<③<⑤<⑥(2)已知烷烃的同分异构体中，支链越多，则烷烃的沸点越低，则戊烷的同分异构体中，沸点由高到低顺序为______________(写结构简式)。1．石油炼制的工艺流程简图2．直馏汽油和裂化汽油的比较 获得方法主要化学成分鉴别方法直馏汽油原油直接分馏,物理变化一般是C5~C12的烷烃及少量的芳香烃等,性质稳定能使溴的四氯化碳溶液或者酸性KMnO4溶液褪色的是裂化汽油裂化汽油重油裂化,化学变化含有C5~C12的烷烃和烯烃,性质活泼3.烷烃沸点高低的规律(1)通常情况下，碳原子的个数越多，烷烃的沸点则越高。(2)分子式相同的烷烃，支链越多，则沸点越低。思考讨论:(1)石油通过分馏、裂化后得到的产物是纯净物吗？提示：不是。石油通过分馏、裂化得到的产物是多种烃的混合物，而不是单一的纯净物。 (2)直馏汽油(石油分馏产品)和裂化汽油都适合做溴的萃取实验吗？提示：裂化汽油中含有烯烃，能与溴发生加成反应，不适合做溴的萃取实验。直馏汽油主要成分是烷烃，不含烯烃，适合做溴的萃取实验。(3)裂化和裂解的产物有何不同？提示：裂化主要获得汽油等轻质液体燃料，裂解主要获得乙烯、丙烯等小分子不饱和烃。【典例】石油加工及炼制产品是能源的主要供应者，同时还提供了绝大多数的有机化工原料，与现代工业社会的发展息息相关。下列关于石油加工的叙述中，不正确的是(　　)A．石油分馏所得的产物仍然是混合物B．石油裂化的目的是提高汽油等轻质燃油的产量和质量C．石油裂解的原料是石油分馏产物，包括石油气D．石油的分馏是石油发生分解反应的过程【解题指南】解答本题时应注意以下两点：(1)注意区分石油炼制方法原理上的不同点；(2)石油和石油的分馏产品均是混合物。解析:选D。石油分馏得到的馏分是不同沸点范围的产物，仍为混合物，A项正确，B、C两项正确；在石油常见的炼制方法中，分馏是一种分离方法，是物理变化，并没有发生化学变化，而裂化和裂解是化学变化，D项错误。 1．石油是一种黏稠的、深褐色液体，被称为“工业的血液”。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．石油主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物C．石油有固定的熔点D．石油分馏得到的汽油是混合物解析:选C。石油是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物；混合物没有固定的熔、沸点；石油分馏所得的馏分为混合物。2．(双选)下图是石油分馏塔的示意图，关于a、b、c三种馏分的说法正确的是(　　)A．a的沸点最低B．b常温下为气态C．c的平均相对分子质量最大D．每一种馏分都是纯净物解析:选A、C。石油分馏得到的每一种馏分都是混合物，只有石油气常温下为气体，沸点最低的最先蒸出，故a、b、c三种馏分中，a馏分的沸点最低，c馏分的沸点最高，沸点最高的馏分含碳原子数最多，即平均相对分子质量最大。随着国家“西气东输”二线工程的贯通，以国外气源为主的天然气管道南达香港，东至上海。(1)天然气的主要成分是__________。(2)化学反应过程中反应物只含一个碳原子的反应称为一碳化学。在一碳化工中，天然气与H2O重整生成氢气和一氧化碳的化学方程式是___________________。(3)管道煤气的主要成分是CO、H2和少量烃类。根据CO、H2、CH4燃烧的化学方程式判断：燃烧相同体积的管道煤气和天然气，消耗空气体积较大的是______________。因此燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的改进方法是________(填“增大”或“减小”)进风口，如不作改进可能产生的不良结果是____________________________。解析:(1)天然气的主要成分是甲烷。(2)甲烷的重整反应为CH4＋H2O3H2＋CO。(3)燃烧的反应为2CO＋O22CO2，2H2＋O22H2O，CH4＋2O2CO2＋2H2O。2 mol CO、H2燃烧各需要1 mol O2，而1 mol CH4燃烧需要2 mol O2。因此，燃烧相同体积的管道煤气和天然气，消耗空气体积较大的是天然气。燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的改进方法是增大进风口，如不作改进，氧气供给不足，甲烷燃烧不充分易生成有毒气体，如CO。答案：(1)CH4(或甲烷)　(2)CH4＋H2O3H2＋CO(3)天然气　增大　氧气供给不足，甲烷燃烧不充分，生成有毒气体，如CO学习任务二  烃分子式的确定方法测定有机化合物中碳和氢组成常用燃烧分析法，德国化学家李比希以氧化铜作催化剂，在750 ℃左右使有机物在氧气流中全部氧化为CO2和H2O，用含有固体氢氧化钠和高氯酸镁[Mg(ClO4)2]的吸收管分别吸收CO2和H2O。(1)若某有机物充分燃烧后只生成CO2和H2O，该有机物一定是烃吗？提示：不一定。燃烧后生成物只是CO2和H2O，说明该有机物含有碳、氢元素，但也可能含有氧元素，因此不能确定是烃。(2)确定了有机物的分子式就一定能确定其结构吗？为什么？提示：不一定。由于同分异构现象的存在，确定有机物的分子式之后，还需要通过有机物的结构特点以及性质来确定其可能的结构。(3)天然气的主要成分为CH4，液化石油气的主要成分为C3H8、C4H10等，试通过方程式分析，使用天然气的煤气灶能否适用于液化石油气？若不能，则如何改进？提示：CH4＋2O2CO2＋2H2OC3H8＋5O23CO2＋4H2O2C4H10＋13O28CO2＋10H2O由方程式可知，通入等体积的天然气和液化石油气，液化石油气消耗的氧气更多，如直接使用，则液化石油气燃烧不充分，会产生CO等有害物质。若将天然气改用液化石油气，可以减小液化石油气进气量，或增大空气的进气量。烃分子式的确定方法只要计算求得1 mol烃分子中碳原子、氢原子的物质的量，即可写出烃的分子式。(1)化学方程式法：写出烃(CxHy)燃烧生成CO2和H2O的化学方程式：CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O，根据化学方程式，结合已知条件可计算烃的分子式。(2)原子守恒法：根据烃(CxHy)燃烧的化学方程式可直接找到烃(CxHy)、CO2、H2O之间的定量关系，若1 mol烃完全燃烧生成CO2和H2O的物质的量为n(CO2)、n(H2O)，则数值上有x＝n(CO2)，y＝2n(H2O)。(3)最简式法：根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量和最简式可确定分子式。即n(C)∶n(H)＝∶＝a∶b(最简整数比)。最简式为CaHb，则分子式为(CaHb)n，n＝[M为烃的相对分子质量，(12a＋b)为最简式的式量]。思考讨论:试写出烃燃烧的通式，分析等物质的量的烃燃烧时耗氧量和烃中碳、氢原子关系。提示：CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O由方程式可知，当烃的物质的量一定时，烃燃烧时的耗氧量和分子中碳、氢原子都有关系，1 mol的烃消耗氧气的量为(x＋) mol，因此碳、氢原子越多，则耗氧量越大。【典例】烃是碳氢化合物的统称。烃取碳中之火，氢去头以成字。烃的三大副族以分子的饱和程度来区分。烷是饱和烃类，它们无法再接纳氢了。烯是少了一分子氢的烃，故加氢便产生烷；比烯更缺氢的烃称为炔。写出符合条件的下列各烃的分子式。(1)烷烃A的蒸气在同温同压下对H2的相对密度是36，A的分子式为________。(2)某气态烷烃2.0 mL完全燃烧时，正好消耗同温同压下10.0 mL氧气，该烷烃的分子式________。【解题指南】解答本题时应注意以下两点：(1)注意利用相对密度求相对分子质量的公式；(2)烷烃的分子通式为CnH2n＋2。解析:(1)Mr(A)＝36×2＝72设烷烃A的分子式为CnH2n＋2，有12n＋(2n＋2)＝72，n＝5，故A的分子式为C5H12。(2)设该烷烃分子式为CnH2n＋2，由CnH2n＋2＋O2―→nCO2＋(n＋1)H2O1      2．0 mL  10.0 mL 有1∶＝2.0 mL∶10.0 mL，n＝3。故分子式为C3H8。答案：(1)C5H12　(2)C3H8(1)若将题干(1)中烷烃A改为烃A，是否还能求出A的分子式？ (关键能力——理解与辨析)提示：能。Mr(A)＝36×2＝72，则有CxHy中x的最大值为＝6，没有余数，因此减少1个碳原子，则氢原子数为12，故分子式为C5H12。(2)写出题(1)中烷烃的结构简式和对应的名称。(关键能力——分析与推测)提示：题(1)中的烷烃为C5H12，分别为正戊烷CH3(CH2)3CH3、异戊烷、新戊烷。规律方法:分子式为CxHy的烃燃烧情况分析(1)比较两种物质的量相等的烃的燃烧情况，x＋值越大，耗O2量越多；x值越大，生成CO2越多，y值越大，生成H2O越多。(2)比较两种质量相等的烃的燃烧情况，分析，值越大，耗O2越多，生成的H2O越多，生成的CO2越少。1．0.1 mol烷烃A的蒸气完全燃烧时，生成同温同压下27 g水蒸气，则该烷烃的分子式为(　　)A．C14H30    B．C15H32C．C16H34    D．C17H36解析:选A。0.1 mol烷烃A的蒸气完全燃烧时，生成1.5 mol水蒸气，则烷烃与水的物质的量之比为1∶15，根据氢原子守恒，可知A分子中氢原子数目为15×2＝30，烷烃的组成通式为CnH2n＋2，则2n＋2＝30，解得n＝14，故烷烃A的分子式为C14H30。2．某10 mL气态烃在50 mL O2中恰好充分燃烧，生成气态水，得到同状况下的气体70 mL，求该烃的化学式。解析:设此烃的化学式为CxHy，发生的燃烧反应为CxHy(g)＋(x＋)O2(g)xCO2(g)＋H2O(g)　V后－V前1      x＋            x                －110 mL    50 mL                              所以 ＝，得－1＝1，y＝8；同理x＋＝，得x＝3，因此该烃的化学式为C3H8。答案：C3H8现有CH4、C2H4、C2H6三种有机物：(1)其中一种为塑料分解的产物，取一定量的该有机物，使其燃烧后的气体通过干燥管，干燥管增重7.2 g；再通过石灰水，石灰水增重17.6 g。则该烃的电子式为________，该烃的名称是________。(2)等质量的以上三种物质完全燃烧时耗去O2的量最多的是________；生成CO2量最多的是________。(3)同状况、同体积的以上三种物质完全燃烧时耗去O2的量最多的是________。(4)在120 ℃、1.01×105 Pa下时；有两种气态烃和足量的氧气混合点燃，相同条件下测得反应前后气体体积没有发生变化，这两种气体是________。解析:(1) 由条件知，该烃燃烧产物中CO2为17.6 g，H2O为7.2 g，碳、氢原子个数比为∶(×2)＝1∶2，该烃的最简式为CH2。该烃的分子式为C2H4，即乙烯。(2)等质量时，烃分子中每个碳原子平均分配的氢原子越多，则烃中氢元素的质量分数越大，碳元素的质量分数越小，耗O2量越大，生成CO2量越小。(3)等物质的量时，烃分子中碳原子数越多，氢原子数越多，其耗O2量越大。(4)产物H2O为气态时，CxH4的烃完全燃烧前后气体总体积不变。答案：(1) 　乙烯(2)CH4　C2H4　(3)C2H6　(4)CH4、C2H4课堂测评1．(水平1)甲烷也是一种温室气体。GWP的分析显示，以单位分子数而言，甲烷的温室效应要比二氧化碳大上25倍。下列物质在一定条件下，不能与CH4发生化学反应的是(　　)①氯气　②溴水　③氧气　④KMnO4溶液A．①③　　　B．②④　　　C．①④　　　D．②③解析:选B。CH4与Cl2可发生取代反应，CH4在O2中燃烧生成CO2和H2O，但通常情况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，也不能使溴水褪色。2.(水平1)石油炼制是指把地下开采的天然原油炼制加工成各类油品的整个工艺过程。下列关于石油炼制的说法不正确的是(　　) A．石油没有固定的沸点，可以通过分馏得到石油产品B．将含有碳原子数较多的烃经过裂化可以得到汽油C．石油经分馏能得到属于纯净物的各馏分D．石油裂化的目的是提高汽油等轻质燃料的产量和质量解析:选C。石油是混合物，无固定熔、沸点，而分馏就是利用沸点不同加以分离的方法，A正确；碳原子数较多的烃经裂化可以得到含液态的烷烃和烯烃的裂化汽油，B正确；分馏后的产品为混合物，C错误；裂化的目的就是提高汽油等轻质油的产量和质量，D正确。3.(双选)煤是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。下列有关煤的说法正确的是(　　)A．煤中含有碳的单质、苯、二甲苯、焦炉气B．煤中含有碳，可看作是无机化合物C．煤由复杂的有机物和无机物组成D．煤主要含有碳元素，同时还含有少量的氢、硫、氧、氮等元素解析:选C、D。煤主要含有碳元素，同时还含有少量的氢、硫、氧、氮等元素；煤是由复杂的有机物和无机物组成的；煤的干馏可获得焦炭、苯、二甲苯、焦炉气等，属于化学变化。4．(水平1)压缩天然气(Compressed Natural Gas，简称CNG)，是天然气加压并以气态形式储存在容器中。液化天然气(LNG)是液态的，压缩比例更大。压缩天然气、液化天然气与管道天然气的组成成分相同，主要成分为甲烷(CH4)。LNG、CNG均可作为车辆燃料使用。下列说法不正确的是(　　)A．将天然气制成CNG是利用甲烷的物理性质B．LNG 、CNG与传统汽车燃料如汽油、柴油的组成元素相同C．LNG 、CNG成分相同D．LNG 、CNG 和汽油的成分相同解析:选D。天然气压缩制成LNG 、CNG时没有新物质生成，属于物理变化，利用的是甲烷的物理性质。LNG、 CNG与汽油、柴油组成元素相同，均为碳、氢元素，都是有机物。但LNG、 CNG主要成分是甲烷，汽油的主要成分是辛烷。5．(水平2)将如表所列仪器组装为一套实验室蒸馏石油的装置，并进行蒸馏，得到汽油和煤油。(1)图中A、B、C三种仪器的名称分别是________、________、________。(2)将以上仪器按顺序连接为一整套装置：e接(　　)；(　　)接(　　)；(　　)接(　　)；(　　)接(　　)；(　　)接(　　)(填字母)。(3)仪器A中c口用于________，d口用于________。(4)在仪器B中注入原油后，加几片碎瓷片的目的是____________________________________________________________________________________________。解析:实验仪器的安装要遵循从下到上，从左到右的顺序。由所学的石油的炼制知识可知：第一，为了防止暴沸，反应前要向蒸馏烧瓶中加碎瓷片或沸石；第二，温度计的水银球位于蒸馏烧瓶的支管口处，温度计测量的是蒸汽的温度；第三，冷凝管中的水要从下口进，从上口出。答案：(1)直形冷凝管　蒸馏烧瓶　锥形瓶(2)i　h　a　k　l　b　f　g　j(3)进水　出水　(4)防止暴沸