2022年高中化学 主题4 化石燃料石油和煤的综合利用 课题3 煤的综合利用教案 鲁科版选修2

2022年高中化学 主题4 化石燃料石油和煤的综合利用 课题3 煤的综合利用教案 鲁科版选修2课标要求通过调查讨论煤、石油和天然气等综合利用的最新进展。课标解读1.了解煤的综合利用。2掌握煤的干馏及其产品。教学地位煤是人类生产和生活中应用广泛的一种化石原料，课程标准明确要求：通过调查讨论煤综合利用的最新进展，因此煤在综合利用中的各项技术及其原理均是高考的高频考点，尤其是洗选技术、液化技术、气化技术、加工成燃油技术均是高考的热点。新课导入建议全球变暖并非一无是处，有些好处是我们还未察觉到的。比如，海洋水温变暖也许会促使浮游生物在地球两极频繁活动，增加海洋生态系统的多样性；气候变暖还可以产生进化大爆炸，产生更多的物种并使一些物种产生新的多样性。美国科学家研究表明，面对全球变暖，生长迅速的野草会经过数代的进化以适应气候变化。但是，气候变暖绝不仅仅是为科学家提供一个观察进化过程的机会，而更重要的是会对全球生物产生生存或灭绝的影响。你知道气候变暖的原因吗？教学流程设计课前预习安排：看教材P8895，填写课前自主导学，并完成思考交流。步骤1：导入新课，本课时教学地位分析。步骤2：建议对思考交流进行提问，反馈学生预习效果。步骤3：师生互动完成探究1，可利用问题导思中的设问作为主线。步骤7：通过例2和教材P8892讲解研析，对“探究2，煤的转化技术”中注意的问题进行总结。步骤6：师生互动完成“探究2”。步骤5：指导学生自主完成变式训练1和当堂双基达标2题。步骤4：通过例1和教材P9395讲解研析，对“探究1，石油的分馏和煤的干馏的区别”中注意的问题进行总结。步骤8：指导学生自主完成变式训练2和当堂双基达标中的1、3、4、5题。步骤9：引导学生自主总结本课时知识框架，然后对照课堂小结。安排课下作业完成课后知能检测。课标解读重点难点1.了解我国丰富的煤资源及其在地理上的分布，培养对祖国大好河山的热爱。2.知道使煤成为清洁能源的新技术。3.了解通过一定的化学加工技术可以把煤转化成燃油。4.知道煤也是重要的化工原料。5.理解煤的综合利用在我国经济和社会可持续发展中的地位和重要作用。1.使煤成为洁净能源的方法。(重点)2.煤发电技术以及烟气的净化。(难点)3.煤加工成燃油的方法。(难点)4.煤的干馏及产品。(重难点)使煤成为更洁净的能源1.煤的洗选与加工技术(1)洗选技术：目的是通过物理方法和表面化学方法将原煤中的可燃物和非可燃物(灰分)进行分离，使灰分和硫的含量降低。(2)型煤技术：目的是通过煤的成型加工，将粉煤变成块状型煤提高燃烧效率。(3)水煤浆技术目的：将煤粉、水和少量化学添加剂，经过特定的工艺流程加工成水煤浆液体。特点：燃烧具有火焰中心温度低、燃烧效率高、二氧化硫及氮氧化物排放量少。2煤的转化技术(1)煤的气化目的：在适宜条件下将煤转化为气体燃料，用于生产民用、工业用燃料气和合成气。煤气的成分：CO和H2。(2)煤的液化直接液化：方法是把煤直接通过高压加氢制成液体燃料。间接液化：方法是将煤首先经过气化制得合成气，合成气再经化学催化合成转化为烃类化合物。3洁净煤发电技术(1)常规煤粉发电机组加烟气污染物控制技术：主要是在常规燃煤发电机组中增加烟气净化设备，通过烟气脱硫、去氮氧化物和除尘，达到降低SO2、NOx和烟尘排放的目的。(2)流化床燃烧技术：煤与空气的接触面积增加，提高煤的燃烧效率。(3)整体煤气化联合循环发电技术的特点：效率高、污染物排放量低。1降低煤的灰分和含硫量的目的是什么？【提示】减少燃煤时烟尘和SO2的排放，防止大气污染。把煤加工成燃油1.氢化法：经高温催化，加氢解聚反应，脱去硫、氮、氧等成分，形成固液混合物。2气化液化法：先将煤转化为H2、CO等气体，再催化为液态物质，主要反应有：nCO2nH2(CH2)nnH2O2nCOnH2(CH2)nnCO22为什么煤可以转化为燃油？【提示】煤和石油都是主要由碳和氢元素组成的物质，其本质区别是氢原子数与碳原子数的比值不同，把煤加工成油，就是通过化学反应把煤所含的碳氢化合物转化成汽油、柴油等燃油的过程。从煤中获得的化学产品1.煤的干馏：把煤在隔绝空气的条件下加强热，使煤中有机物质分解的过程，属于化学变化。2干馏产品产品3焦炉煤气能使溴水退色吗？【提示】焦炉煤气中含有C2H4，与Br2发生加成反应，故能使溴水退色。石油的分馏和煤的干馏的区别【问题导思】石油的分馏和煤的干馏原理相同吗？【提示】不相同。分馏是物理变化，干馏是化学变化。天然气、石油气、裂解气、焦炉煤气、高炉煤气、水煤气的成分是什么？【提示】见要点2。上述气体能使溴水退色的有哪些？【提示】裂解气、焦炉煤气。1分馏和干馏的比较比较项目加工对象加工目的变化的本质相似点分馏液体混合物分离各成分物理变化干馏固体物质分解成各种不同成分化学变化需加热2.天然气、石油气、裂解气、焦炉煤气、高炉煤气、水煤气的来源及主要成分的区别天然气石油气裂解气焦炉煤气高炉煤气水煤气来源地下矿藏石油的分馏石油的裂解煤的干馏炼铁高炉排放碳与高温水蒸气反应主要成分甲烷短链烷烃乙烯、丙烯、丁二烯H2、CH4、C2H4、COCO、CO2、N2CO、H2如图，下列叙述中错误的是()A图中操作发生了化学变化B液体X的pH7，液体Y是一种黑色黏稠状液体C气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴水退色D试管A中产生浓的白色的烟【解析】本题考查煤的干馏知识。煤的干馏属于化学变化，所以A项正确；煤的干馏产物有粗氨水、煤焦油、焦炉煤气、焦炭等，粗氨水中含有NH3H2O，因此X显弱碱性，pH7，煤焦油的状态为黑色黏稠状液体，所以B项正确；焦炉煤气的主要成分为氢气、甲烷、乙烯和一氧化碳，氢气、一氧化碳能够还原氧化铜，乙烯可使溴水退色，H2、CH4、C2H4、CO都易燃，所以C项正确；煤的干馏无白烟生成，D项错误。【答案】D1(xx上海高考)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、粗氨水和焦炉气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】石油裂解主要得到乙烯，A错误；石油分馏是物理变化，B错误；煤制煤气是化学变化，反应为CH2O(g)COH2，D错误。【答案】C煤的转化技术【问题导思】煤的转化技术包括哪些技术？【提示】气化技术和液化技术。煤转化技术的目的是什么？【提示】提高燃料燃烧效率，控制污染物排放。煤的气化和液化技术中都涉及的反应是什么？【提示】CH2O(g)COH2。1煤的气化技术煤气化)CO3H2CH4H2O高热值气(合成天然气)2煤间接液化典型流程利用合成气(H2CO)生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化，合成气也可转化成醛、酸、酯等多种产物。下列表述中正确的是()以合成气为原料的反应都是化合反应改变合成气中CO与H2的体积比，可以得到不同产物合成气的转化反应需在适当的温度和压强下通过催化完成从合成气出发生产液态烃或醇类有机物是实现“煤变油”的有效途径以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水ABC D【解析】本题主要考查质量守恒定律的应用。由于汽油是各种含511个碳原子的混合烃，分子中不含氧元素，故合成汽油的反应不是化合反应，产物中有水生成，故、不正确。【答案】B2下列技术中发生反应：CH2O(g)COH2的是()A煤的洗选技术 B型煤技术C水煤浆技术 D煤的转化技术【解析】煤的转化技术是把煤进行气化或液化，均发生：CH2O(g)COH2的反应。【答案】D【教师备课资源】一氧化碳的毒性和解毒一氧化碳跟血液里的血红蛋白结合形成稳定的碳氧血红蛋白，随血液流遍全身。一氧化碳与血红蛋白的结合力是氧与血红蛋白的结合力的200300倍，因此，一氧化碳一经吸入，即与氧争夺血红蛋白，同时，由于碳氧血红蛋白的存在，妨碍氧和血红蛋白的合成和正常解离，使血液的带氧功能发生障碍，造成机体急性缺氧。医疗上常用静脉注射亚甲基蓝进行解毒，这是因为一氧化碳与亚甲基蓝的结合比碳氧血红蛋白更牢固。1有关煤利用的各项技术的2个核心：提高燃烧效率、防止排放污染物。2煤综合利用的5种技术：洗选、型煤、水煤浆、煤转化、煤发电。3煤加工成燃油的2种方法：氢化法、气化液化法。4煤干馏的4种产品：焦炉煤气、粗氨水、煤焦油、焦炭。1下列说法中不正确的是()A煤是各种芳香烃组成的混合物B煤燃烧时，会产生大量二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等污染物C煤是由无机物和有机物组成的复杂的混合物D以煤为主要原料，不仅可以合成甲醇，还可以加工成高级汽油【解析】煤是由无机物和有机物组成的复杂的混合物，除主要含有C元素外，还含有H、O、S、N等元素，但不含碳单质和简单的有机物，因此A项错误。煤燃烧会产生大量的二氧化硫等污染物。【答案】A2煤的综合利用主要包括：煤的干馏煤的气化煤的液化。其中属于化学变化过程的是()A只有B只有C只有 D【解析】煤的干馏、气化和液化都是化学变化过程，在这些变化过程中都生成了煤本身并不含有的新物质。特别注意，煤的气化和液化并不等同于物质三态变化过程中的汽化和液化。【答案】D3(xx江苏高考)燃料电池能有效提高能源利用率，具有广泛的应用前景。下列物质均可用作燃料电池的燃料，其中最环保的是()A甲醇 B天然气C液化石油气 D氢气【解析】从燃料电池反应产物的角度分析。甲醇、天然气和液化石油气作为燃料电池的燃料使用均产生CO2，而氢气用作燃料电池的燃料，反应产物为H2O，不会对环境产生影响。【答案】D4下列说法中正确的是()A煤油是石油加工所得的主要产品之一，对煤的加工不能得到煤油B利用“氢化法”可将煤加工成燃油，其过程中发生了化学变化C利用“气化液化法”可将煤加工成燃油，其过程中只发生物理变化D用煤生成的燃油的化学式可表示为(CH2)n，它是一种高分子化合物【解析】将煤进行低温(约500600 )干馏所得到的煤焦油，再进行分馏，分馏产品中有煤油。利用“气化液化法”可将煤加工成燃油，其过程可大概表示为：首先把煤转化为氢气、一氧化碳等气体，然后在催化剂的作用下，其中的一氧化碳和氢气转化为燃油。在该过程中发生了许多化学反应。(CH2)n是燃油的组成成分，属于烃，通常呈液态，液态烃是小分子化合物而不是高分子化合物。【答案】B5(xx山东高考节选)(1)煤的洗选是为了降低原煤中灰分和_的含量。煤的流化床燃烧是指空气从底部吹向煤炭颗粒，并使全部煤炭颗粒_进行燃烧的过程。(2)煤的直接液化是煤与适当溶剂混合后在高温和_存在下与_作用生成液体燃料的过程。【答案】(1)硫(或S)浮动(2)催化剂氢气(或H2)1下列变化，属于物理变化的是()A炭化B裂化C分馏 D干馏【解析】分馏只是利用混合物中各物质沸点不同将它们分离开，并没有新物质生成，属物理变化。其他变化都有新物质生成，属于化学变化。【答案】C2煤的干馏和石油的分馏这两种变化在本质上的差别是()A加热的温度不同B得到的产品不同C前者要隔绝空气，后者不必D干馏是化学变化，分馏是物理变化【解析】分馏是用加热、蒸馏、冷凝的方法把液体混合物分成不同沸点范围的产物，无新物质生成，属于物理变化。煤的干馏是指把煤隔绝空气加强热，使煤分解的过程，属于化学变化。【答案】D3为了更好的解决能源问题，人们一方面研究如何提高燃煤的燃烧效率，另一方面寻找新能源，以下做法不能提高燃烧效率的是()A煤的气化和液化B液体燃料呈雾状喷出C通入大量的空气D将煤粉碎【解析】A、B、D三项都是通过改变燃料的状态，来增大反应的接触面积，使其充分燃烧，而C项通入大量空气，也能使燃料充分燃烧，但大量气体逸出时会带走大量热量，不利于提高燃烧效率。【答案】C4下列关于煤的说法正确的是()A煤中含有碳，可看作是无机化合物B煤加工成燃油是通过化学方法转化成汽油、柴油等燃油C煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机化合物D汽油是煤的干馏的一种重要产品【解析】煤是由无机化合物和有机化合物组成的复杂的混合物；把煤加工成燃油，就是通过化学反应把煤所含的有机物质转化成汽油、柴油等燃油的过程；煤的干馏过程中发生复杂的物理、化学变化，生成粗苯和一种重要产品焦炭等。【答案】B5下列说法正确的是()A把煤加强热使之分解的过程叫干馏B煤的干馏属于化学变化C煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源，主要存在于煤干馏所得的焦炉气中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】煤的干馏是将煤隔绝空气加强热的过程，选项A中没有强调“隔绝空气”这个重要条件，因此是错误的；煤干馏时发生了分解反应，是化学变化，故选项B正确；煤高温干馏的产物主要是焦炭，同时得到焦炉煤气、煤焦油、粗氨水等。焦炉煤气的主要成分是H2和CO等气体，芳香烃主要存在于煤焦油中，故选项C不正确；煤经过干馏发生复杂的物理、化学变化后得到煤焦油等物质，煤焦油是含有多种芳香族化合物的复杂混合物，煤焦油在170 以下蒸馏出来的馏出物中主要含有苯、甲苯、二甲苯和其他苯的同系物等，所以不能说煤中含有苯和甲苯，故选项D不正确。【答案】B6煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量90%)，把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是()煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化该技术实现了煤的清洁利用该技术实现了煤的高效利用A BC D【解析】煤粉加压气化转化为气体燃料，主要成分是CO和H2，并使其中的S、灰分等在气化过程中或气化之后得到脱除，有物理变化也有化学变化。【答案】C7为了缓解石油供应紧张，把煤转化成燃油，以下说法正确的是()A煤和石油都是主要由碳、氢元素组成的，可以通过物理方法让煤转变成燃油B氢化法使煤转化成燃油是液氢溶解煤粉得到燃油的方法C气化液化法把煤转化成燃油是先让煤转化成水煤气，然后让CO和H2在一定条件下合成燃油D煤转化成燃油的实质是提高煤中的碳原子数与氢原子数的比值【解析】煤转化成燃油是通过化学方法提高煤中氢原子数与碳原子数的比值，氢化法使煤转变成燃油的过程是让煤在高温下经催化剂催化进行加氢解聚反应，气化液化法实质上是先让煤与H2O(g)反应生成CO和H2，再发生反应：nCO2nH2(CH2)nnH2O,2nCOnH2(CH2)nnCO2。【答案】C8煤是一种重要的能源，含有硫元素，燃烧时会生成SO2。下列说法正确的是()A煤是含硫化合物B煤是一种可再生能源C在水吸收SO2的过程中只发生物理变化DSO2是酸性氧化物，被云雾吸收后可转化成酸雨【解析】煤是一种不可再生的化石能源，是一种混合物；SO2能和水反应生成H2SO3。【答案】D9煤焦油的成分主要是芳香烃类化合物。萘的分子式是C10H8，结构简式是。在3060 条件下，萘可用浓HNO3和浓H2SO4的混酸进行硝化，生成的一硝基取代物有()A1种 B2种C3种 D4种【解析】由萘的结构可知，萘分子中有两种不同位置的氢原子(如图用、表示)，则所生成的一硝基取代物有2种。【答案】B10把煤作为燃料可通过下列两种途径获得热量：途径：直接燃烧：C(s)O2(g)CO2(g)(放热Q1kJ)途径：先制成水煤气，再燃烧水煤气：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)(吸热Q2kJ)(共放热Q3kJ)试回答下列问题：(1)途径放出的总热量_(填“大于”、“等于”或“小于”)途径放出的总热量。(2)在制水煤气的反应里，反应物所具有的总能量_(填“大于”、“等于”或“小于”)生成物所具有的总能量，因此在反应时，反应物就需要_能量才能转化为生成物，其反应的条件为_。(3)简述煤通过途径作为燃料的意义。【解析】物质燃烧时放出的热量仅与反应物最初状态及生成物的最终状态有关，而与其中间变化过程无关。所以，碳虽经变为水煤气以及水煤气燃烧又变为CO2，其实质就相当于碳燃烧生成CO2的一步反应，故放出热量相同。【答案】(1)等于(2)小于吸收高温(3)固体煤经处理变为气体燃料后，不仅在燃烧时减少SO2和烟尘对大气造成的污染，而且燃烧效率高，也便于输送。11下图是实验室干馏煤的装置图，据图回答下列问题。(1)指出图中各仪器的名称：a_，b_，c_，d_。(2)装置c的作用是_，d中的液体有_和_。其中的无机物里溶有_，可用_试剂检验出来；有机物可以通过_的方法使其中的重要成分分离出来，在170230 时可以得到_，230 以上可以得到_。(3)e处点燃的气体主要是_，火焰的颜色为_。【解析】煤的干馏可制得焦炉气、粗氨水、煤焦油、焦炭等多种液体有机物，可以利用其沸点的差异，通过分馏进行分离。【答案】(1)酒精喷灯铁管(或瓷管)烧杯U形管(2)将干馏生成的气体降温冷凝粗氨水煤焦油氨气酚酞溶液分馏酚类和萘蒽等稠环芳烃(3)H2、CH4淡蓝色12(xx阜阳高二测试)已知煤的结构片段模型如图所示：(1)从煤的结构模型来看，煤是工业上获得_烃的重要来源。(2)我国大约70%的煤是直接用于燃烧的，从煤的结构模型来看，在提供热量的同时产生大量的_等气体物质，造成严重的大气污染。(3)“型煤”技术的原理是利用固硫剂在燃烧过程中生成稳定的硫酸盐。下列物质中适宜于做固硫剂的是_。A氯化钙B氧化钙C硫酸钙 D氢氧化钙(4)除上述的“型煤”技术外，为了解决煤燃烧所造成的污染问题和提高煤的利用价值，煤资源的综合利用方法还有_、_、_。【解析】从煤的结构片段中可以看出它含有多个苯环构成的稠环片段，强热干馏时易获得芳香烃，含有硫和氮元素，因此燃烧时能产生硫和氮的氧化物，污染大气，生成的硫的氧化物为SO2，能吸收SO2的应是碱或碱性氧化物，综合利用煤资源的方法还有干馏，为增大其与氧气的接触面积，使之燃烧充分还可以液化或气化。【答案】(1)芳香(2)二氧化硫、氮的氧化物(3)BD(4)煤的干馏气化液化13工业上分离煤焦油可得到苯酚，苯酚通过下列流程合成其他物质。(部分反应条件和生成物已略去)请回答下列问题：(1)写出反应的反应条件：_。(2)写出B、G的结构简式：_。(3)指出步反应的类型：_；_。(4)写出水杨酸与小苏打溶液反应的方程式：_。【解析】A应为OHCOOH，浓硫酸加热缩聚成聚酯即OCO；分析从OH到G的流程可知：OH3Br2BrBrOHBr(C)3HBr，BrBrOHBr3H2BrBrOHBr(D)，BrBrOHBrBrBrBr(E)H2O，BrBrBrH2BrBrBr(F)，由F到G从分子式看应是3个羟基取代3个溴原子，应为NaOH的水溶液作用下，发生的卤代烃的水解(取代)反应。【答案】(1)NaOH的水溶液，加热(2)OCO、OHHOOH(3)取代反应消去反应(4)OHCOOHNaHCO3CO2H2OOHCOONa