2018届一轮复习鲁科版煤的综合利用学案

2018届一轮复习鲁科版煤的综合利用学案

课题3　煤的综合利用 ‎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。(重点)‎ ‎3．了解通过一定的化学加工技术可以把煤转化成燃油。掌握煤加工成燃油的方法。(难点)‎ ‎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。(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：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：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：燃烧时火焰中心温度低、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：把煤直接通过高压加氢制成液体燃料。‎ 间接液化：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：‎ nCO＋2nH2(CH2)n＋nH2O ‎2nCO＋nH2(CH2)n＋nCO2‎ ‎2．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】　‎ ‎①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。‎ ‎②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。‎ ‎③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 需加热 干馏 固体物质 分解成各 种不同成分 化学变化 ‎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、CO CO、CO2、‎ N2‎ CO、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pH>7，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NH3·H2O，因此X显弱碱性，pH>7，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】　D ‎1．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C＋H2O(g)CO＋H2，D错误。‎ ‎【答案】　C 煤的转化技术 ‎【问题导思】　‎ ‎①煤的转化技术包括哪些技术？‎ ‎【提示】　气化技术和液化技术。‎ ‎②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。‎ ‎③煤的气化和液化技术中都涉及的反应是什么？‎ ‎【提示】　C＋H2O(g)CO＋H2。‎ ‎1．煤的气化技术 煤气化 ‎2．煤间接液化典型流程 ‎　利用合成气(H2＋CO)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(　　)‎ ‎①以合成气为原料的反应都是化合反应 ‎②改变合成气中CO与H2的体积比，可以得到不同产物 ‎③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 ‎④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 ‎⑤以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水 A．①②④　 B．②③④‎ C．②④⑤ D．③④⑤‎ ‎【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5～11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①、⑤不正确。‎ ‎【答案】　B ‎2．下列技术中发生反应：C＋H2O(g)CO＋H2的是 ‎ (　　) 【导学号：28920049】‎ 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：C＋H2O(g)CO＋H2的反应。‎ ‎【答案】　D ‎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】　A ‎2．煤在干馏时得到的气态产物是(　　)‎ A．天然气　　　　　　 B．水煤气 C．焦炉气 D．高炉煤气 ‎【解析】　煤干馏时得到的气体是焦炉气，主要成分为氢气、甲烷、乙烯和一氧化碳。‎ ‎【答案】　C ‎3．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】　D ‎4．下列说法中正确的是(　　) 【导学号：28920050】‎ 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500～600 ℃)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】　B ‎5．(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)‎ 学业分层测评(十二)‎ ‎(建议用时：45分钟)‎ ‎[学业达标]‎ ‎1．工业上获得苯的主要途径是(　　)‎ A．煤的干馏　　　　　　 B．石油的常压分馏 C．石油的催化裂化 D．以环己烷为原料脱氢 ‎【解析】　煤的干馏是工业上获取苯等芳香烃的主要途径。‎ ‎【答案】　A ‎2．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】　D ‎3．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】　C ‎4．下列说法正确的是(　　)‎ A．煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料，是取之不尽的 B．煤是由无机物和有机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳和氢两种元素 C．石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素 D．煤和石油都是由古代植物遗体埋在地底下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的 ‎【解析】　煤、石油、天然气在地球上的蕴藏量是有限的，不是取之不尽的，A错；煤主要含有碳元素，而不是碳和氢两种元素，B错；C正确；石油是由古代动植物遗体在地壳中经过非常复杂的变化形成的，D不确切。‎ ‎【答案】　C ‎5．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】　B ‎6．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(　　)‎ ‎①煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化 ‎②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 ‎③该技术实现了煤的清洁利用 ‎④该技术实现了煤的高效利用 A．①②③ B．①②④‎ C．①③④ D．②③④‎ ‎【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】　C ‎7．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：nCO＋2nH2(CH2)n＋nH2O,2nCO＋nH2(CH2)n＋nCO2。‎ ‎【答案】　C ‎8．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 D．SO2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】　D ‎9．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30～‎60 ℃‎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(　　)‎ ‎ 【导学号：28920051】‎ A．1种 B．2种 C．3种 D．4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α、β表示)，则所生成的一硝基取代物有2种。‎ ‎【答案】　B ‎[能力提升]‎ ‎10．把煤作为燃料可通过下列两种途径获得热量：‎ 途径Ⅰ：直接燃烧：‎ C(s)＋O2(g)CO2(g)　(放热Q1kJ)‎ 途径Ⅱ：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Ⅰ放出的总热量________(填“大于”、“等于”或“小于”)途径Ⅱ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Ⅱ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．煤的干馏是煤气化的重要方法，是煤综合利用最“古老”的方法，也是最简单的方法，所谓煤的干馏是在隔绝空气和高温的条件下，煤可以发生分解，生成固态的焦炭、液态的煤焦油、气态的焦炉气。下面是某实验小组设计的煤干馏实验，装置如图所示。取约2～‎3 g的煤粒，在研钵中研磨至粉末状态；用药匙将煤粉放入玻璃管中，在具支试管中加入2 mL水，然后按照如图所示安装好装置；点燃酒精灯，对玻璃管均匀受热后再集中受热，注意观察具支试管中气泡产生的速度；待具支试管中气泡产生的速度均匀后，用明火靠近具支试管的支管口处，可以观察到产生的气体能够燃烧。‎ 根据上述实验设计回答下列问题：‎ ‎(1)实验结束后，应该先把玻璃管从溶液中取出，然后再熄灭酒精灯，这样操作的目的是_________________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎(2)焦炉气是一种混合性的可燃性气体，点燃焦炉气前必须进行________操作，目的是________________________，但该实验没有进行此操作，实验中需要多排一会儿气体，至气泡均匀时再点燃。‎ ‎(3)取下具支试管，可以发现其中的液体分为两层，上层是________，下层是________。在溶液中滴加酚酞试剂，溶液显________色，原因是______________‎ ‎____________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　这是实验室中进行煤干馏的实验方法。该题考查了实验安全问题，煤干馏产生的气体的可燃性及煤焦油的成分；值得注意的是煤气化的产物中含有部分氨气，且煤焦油中多为苯、甲苯等芳香烃化合物，不溶于水，实际上煤焦油中有机化合物的成分多达几千种。‎ ‎【答案】　(1)防止因先撤走酒精灯导致玻璃管内温度降低压强变小，具支试管中的溶液沿玻璃导管倒吸入热的玻璃管中，炸裂玻璃管 ‎(2)验纯　防止爆炸 ‎(3)煤焦油　水溶液　红　溶液中溶解了氨气，氨的水溶液显碱性 ‎12．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，苯酚可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⑦的反应条件：________________________________________。‎ ‎(2)写出B、G的结构简式：________________________________________。‎ ‎(3)指出③⑤步反应的类型：③______________________________________；‎ ‎⑤________________。‎ ‎(4)写出水杨酸与小苏打溶液反应的方程式：___________________________‎ ‎_________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　A应为，浓硫酸加热缩聚成聚酯即；分析从到G的流程可知：‎ 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 ‎(3)取代反应　消去反应