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高中化学煤与石油重要知识汇总!

鏃ユ湡;2019-06-23  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  石油的形成过程:各种有机物特别是低等动植物如藻类、细菌、蚌壳、鱼类等死后埋藏在不断下沉的缺氧的海湾、泻湖、三角洲、湖泊等地下,经过许多物理化学作用,最后逐渐形成为石油。石油中含有碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素。石油中的这些元素主要以烷烃、环烷烃、芳香烃等形式存在。所以石油是混合物。

  为了提高其利用率,必须将石油中的各成分进行一定程度的分离,使它们各尽其用。

  工业上就是利用蒸馏原理将石油中的各成分加以分离,称之为石油的分馏,分馏所得的各种产品称为馏分。

  ①制乙烯和蒸馏石油都用到了碎瓷片,目的都是为了防止液体暴沸的,也都用到了温度计,但温度计水银球的位置不同,制乙烯时温度计放在了反应液中,而蒸馏石油时,水银球位于蒸馏烧瓶的支管口处。

  ②冷凝管中的水流方向要下进上出。这主要是利用了逆流热交换原理,从而使馏分充分得到冷却。

  ③实验中所得馏分的沸点是在60℃~150℃和150℃~300℃的范围内的,故应该是混合物。所以说汽油、煤油等产品也是混合物。

  ④实验室蒸馏和工业分馏的原理相同,目的也是相同的。装置精度不同,蒸馏只有一个出口,而分馏有多个出口。从石油分馏塔的各个出口出来的馏分,随出口的高低不同有何不同?

  根据蒸馏原理:易挥发的沸点较低、较轻的馏分先出来,一定在最高处,也就是说分馏塔中出口越低,分馏出的馏分的沸点越高,越重。

  通过常压下的分馏,即常压分馏,只能得到一些沸点较低的馏分,降低了石油的利用率,工业上常采用减压分馏将重油分离成各种沸点的馏分如沥青、燃料油、柴油等。

  通过分馏而获得的各种轻质油如:汽油、煤油、柴油等的产量是较低的,只占到石油总产量的四分之一左右,而社会需求量大的正是这些轻质油,那么如何得到更多的轻质油,又如何实现提高石油利用率的目标呢?工业主要通过石油的裂化和裂解来实现。

  裂化:是在一定条件下,将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。

  裂解:是石油生产过程中,以比裂化更高的温度,使石油分馏产物(包括石油气)中的长链烃断裂成乙炔、丙烯等短链烃的加工过程,可见裂解比裂化更彻底。

  煤、石油、天然气都是很重要的能源物质,而它们在地壳中含量是有限的,在新的理想的能源没有大量地被开发和生产出之前,摆在我们面前的一个很严峻的问题就是如何将有限的能源,尽可能地延长其使用期限,这就是能源的综合利用问题。以煤为例,在我国目前仍然主要作燃料为主,这相当于是对能源物质的巨大浪费,那么如何提高煤的利用率呢?

  煤含的主要元素是碳,除此之外还有少量氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质,所以煤并不是只含碳元素。事实上煤是由有机物和无机物所组成的复杂混合物。

  它们的含碳量不同,无烟煤的含碳量较高,泥煤的含碳量较低,当然含碳量不同发热量也就不同,含碳量越高,发热量也越高。

  煤燃烧时产生有毒的SO2以及氮的氧化物等,这是“废气”;燃烧完产生的煤灰,这是“废渣”;烟囱中常有难闻液体,这是“废液”。从煤的成分看其中含有许多有机成分和无机矿物,因此煤除了可以燃烧还可以从中提取化工原料。目前已有实用价值的办法主要有煤的干馏和煤的气化、液化。

  将煤隔绝空气加强热使其分解的过程叫做煤的干馏,也叫煤的焦化。工业上炼焦原理就是将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加强热。

  煤干馏关键因素有两个:一是要隔绝空气,目的是防止煤在空气中燃烧,二是要加强热。

  碳、煤、炭三者既有联系又有区别。碳是化学元素C的名称。煤是古代的植物体在不透空气或空气不足的情况下,受到地下的高温和高压而变质形成的黑色固体矿物,煤也叫煤炭。煤是多种有机物和多种无机物组成的混合物。炭是碳元素单质中的无定形体,有木炭、焦炭、活性炭和炭黑,方言也将煤叫做炭。

  是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。煤气化的主要反应是碳和水蒸气的反应。

  煤气化时所得到的煤气根据其成分和用途可分为低热值气、中热值气以及高热值气。

  把煤转化为液体燃料的过程叫煤的液化。把煤与适当的溶剂混合后,在高温高压下,使煤与氢气作用生成液体燃料,这叫直接液化;若把煤气化成一氧化碳和氢气,然后再经过催化合成,得到液体燃料,这叫间接液化。

  煤的综合利用所带来的好处:一方面提高了煤的热效率;另一方面从煤中获得众多的化工原料;三防止了环境污染。

  (A)石油是由烷烃、环烷烃、芳香烃组成的混合物。石油主要由液态烃构成,也溶有少量气态烃和固态烃。石油中肯定含有C5——C11的烷烃,因此通过石油炼厂的分馏就可以得到汽油、煤油等分馏产品。

  (B)含C18以上的固态烃利用率低,交通运输业需要更多的燃料油。使重油长链烃分子断裂就可以得到汽油。使长链烃分子断裂为C5——C11烷烃的过程采用催化裂化的方法。

  (C)石油裂解属于深度裂化,采用的温度比裂化高,长链烃分子断裂程度大。裂解的目的不是为了生产更多的汽油,而是为了获得大量的石油化工产品,主要是三烯:乙烯、丙烯、丁二烯;三苯:苯、甲苯、二甲苯。

  (D)石油是烃的混合物,石油分馏产品汽油、煤油、柴油等仍是烃的混合物。所不同的只是这些分馏产品沸点范围小,是含碳原子数相近的烃的混合物。

  解析:煤除了主要含碳外还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素,以及无机矿物质(主要含硅、铝、钙、铁等元素)。煤是由有机物和无机物所组成的杂质的混合物。

  煤干馏、木材干馏都发生了复杂的化学变化。煤干馏产物与木材干馏产物不相同。煤干馏生成焦炭、煤焦油、焦炉煤气。木材干馏生成木炭、木焦油、水煤气。

  煤中不含苯和甲苯,煤干馏后从煤焦油中能分离出来苯和甲苯。苯和甲苯沸点不同,可以用蒸馏的方法进行分离。

  解析:萃取剂的选择原则是:与水互不相溶,被萃取的物质在该溶剂中的溶解度比在水中较大,且跟萃取物不发生化学反应。因石油分馏是物理加工,而裂化则发生了化学反应,故直馏汽油和裂化汽油二者在成分和性质上是不相同的,现表解如下:

  [例5]丁烷催化裂化时,碳碳键按两种方式断裂生成两种烷烃和两种烯烃。如果丁烷的裂化率为90%,又知裂化生成的两种烯烃质量相等。求裂化后得到的混合气体中相对分子质量最小的气体的体积分数。

  [例6]某混合气体依次通过① 溴水时,使溴水褪色 ② 通过浓H2SO4③通过灼热的CuO粉末,黑色粉末变红④ 通过澄清石灰水,溶液变浑浊。最后剩余气体能在空气中点燃火焰呈淡蓝色,产生的气体经冷却有水滴并且能使石灰水变浑浊。这样的气体是( )

  解析:高炉煤气主要成分是CO、CO2、N2,焦炉煤气主要成分是H2、CH4、C2H4、CO。裂解气主要成分是乙烯、丙烯及异丁烯,水煤气主要成分是H2O、CO。实验①说明其中有不饱和烃(SO2可不予考虑),实验②③④说明其中有H2、CO,点燃剩气说明有气态烷烃。

  [例7]为了控制下述的温度变化,应将温度计的水银球放置在什么适当的位置上。

  解析:做石油分馏实验时,为了控制各馏分的温度范围,温度计的水银球应放在蒸馏烧瓶的支管附近。做制取乙烯的实验时,要控制反应物乙醇和混酸的温度,防止的生成。温度计的水银球应插在混合物液面下。做制取硝基苯的实验时,主要是控制水的温度,温度计的水银球应插入水中。

  解析:萘的结构简式为。在萘环中,上下4个碳原子为α碳原子,与α碳原子连接的氢原子则为α氢原子;左右四个碳原子为β碳原子,与β碳原子连接的氢原子叫β氢原子。因而萘环中有4个等同的α氢原子和4个等同的β氢原子,萘环上共有8个H原子可被取代。当一个α氢原子被溴原子取代后,另一溴原子可分别取代剩下的7个氢原子可得7种不同结构的化合物;又当一个β氢原子被溴原子取代后,另一溴原子若取代α氢原子就会和前边重复,共取代剩下3个β氢原子就不会与前边重复,于是可得到3个不同结构的化合物。这样一来7+3=10,共有10种不同的化合物。


 
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