2020新教材高中化学第3章简单的有机化合物 9页

第1课时　从天然气、石油和煤中获取燃料　石油裂解与乙烯 核心素养发展重点 学业要求 ‎1.通过对化石燃料性质与用途的分析，体验有机化合物在能源中的应用价值。‎ ‎2.通过乙烯的学习，体会有机化学反应与无机化学反应在反应条件、反应试剂与生成物等方面的差异，深化“结构决定性质，性质反应结构”“性质决定用途”等学科观念。‎ ‎1.了解石油的成分及石油分馏、裂化和裂解的基本原理。‎ ‎2.掌握乙烯的分子结构、主要性质和重要应用，进一步理解结构与性质的关系。‎ ‎3.了解加成反应。‎ 学生自主学习 ‎ 从天然气、石油和煤中获取燃料 ‎1．天然气和煤直接用作燃料 天然气的主要成分是甲烷(含量为80%～97%)，天然气水合物——可燃冰的主要成分是甲烷。‎ 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；无机物主要含有硅、铝、钙、铁等元素。‎ ‎2．从石油中获取燃料 ‎(1)石油的组成 石油是由分子含有不同数目碳原子的烷烃、环烷烃等组成的复杂混合物；组成石油的主要元素是C、H，在石油中的质量分数之和高达98%。‎ ‎(2)石油的分馏 ‎①原理：通过加热和冷凝的方法把石油分离成沸点范围不同的产物。‎ ‎②目的：将原油分离成不同沸点范围的产品。‎ ‎③主要产物：石油气、汽油、煤油、柴油及重油等。‎ ‎(3)石油的裂化 ‎①原理：在加热、使用催化剂的条件下，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目的：提高轻质液体燃料的产量和质量。‎ - 9 -‎ ‎ 石油裂解、乙烯 ‎1．石油的裂解 ‎(1)原理：采用比裂化更高的温度，使相对分子质量较大的烃断裂成乙烯、丙烯等小分子烃。‎ ‎(2)目的：获得乙烯、丙烯等小分子烯烃，用作有机化工原料。‎ ‎2．乙烯 ‎(1)乙烯的组成与结构 ‎(2)乙烯的物理性质 - 9 -‎ ‎(3)乙烯的化学性质 ‎①氧化反应 a．乙烯能在空气中燃烧，火焰明亮并伴有黑烟：‎ C2H4＋3O22CO2＋2H2O。‎ b．乙烯能在酸性环境中被高锰酸钾氧化，而使其溶液褪色。‎ ‎②加成反应 a．定义：有机物分子中双键上的碳原子与其他原子(或原子团)直接结合生成新的化合物分子的反应叫加成反应。‎ b．将乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，现象是溶液褪色，乙烯与溴发生了加成反应，生成了1,2二溴乙烷：‎ 课堂互动探究 一、从天然气、石油和煤中获取燃料 ‎1．比较汽油、煤油、柴油及润滑油的沸点高低？‎ 提示：沸点逐渐升高。‎ ‎2．裂化和裂解有何异同？‎ 提示：裂化和裂解都是使石油分馏产物中的长链烃断裂生成更短的链烃；裂解是深度的裂化，所需温度比裂化所需温度更高。‎ ‎1．石油炼制的工艺流程 - 9 -‎ 石油分馏产品、裂解和裂化产品都是混合物；石油分馏是物理变化，裂解和裂化是化学变化。‎ ‎2．直馏汽油与裂化汽油 知识拓展 ‎1．工业上，石油的分馏在分馏塔里进行。实验室中，石油的分馏常用蒸馏装置(如图所示)进行。‎ 主要仪器有蒸馏烧瓶、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。‎ 提醒：(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”。‎ - 9 -‎ ‎(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。‎ ‎2．蒸馏和分馏的区别和联系 蒸馏 分馏 联系 都用于分离液态混合物，发生的都是物理变化，没有新物质生成 区别 只进行一次汽化和冷凝，分离出的物质一般较纯，如用天然水制取蒸馏水以及在工业酒精中加生石灰蒸馏制得无水乙醇等 要连续进行多次汽化和冷凝，分离出的物质仍然是混合物，只不过沸点范围不同，如对石油进行常压、减压分馏后可以得到沸点范围不同的多种馏分 ‎3．分馏、裂化、裂解的区别 ‎(1)石油分馏属于物理变化，由于石油中有些物质的沸点很接近，所以分馏产物一般为混合物。分馏时沸点低(相对分子质量小)的烃类先汽化，沸点高(相对分子质量大)的烃类后汽化。‎ ‎(2)石油分馏所得汽油为直馏汽油，多为饱和烃。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不饱和烃，能与卤素单质反应，因而当用汽油萃取水中卤素单质时，需选用直馏汽油。‎ ‎(3)石油的裂化和裂解 方法 裂化 裂解 原理 在一定条件下把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃 在高温下，把石油分馏产品(包括石油气)中相对分子质量较大的烃断裂为乙烯、丙烯等小分子烃 反应条件 加热、使用催化剂 比裂化更高的温度 目的 为了提高轻质液体燃料(优质汽油等)的产量和质量 为了获得乙烯、丙烯等小分子烃，用作有机化工原料 主要变化类型 化学变化 化学变化 ‎1．下图为实验室石油分馏的装置图，回答下列问题：‎ - 9 -‎ ‎(1)装置中的玻璃仪器有____________________________________。‎ ‎(2)蒸馏烧瓶中要加入碎瓷片，碎瓷片的作用是____________。‎ ‎(3)温度计的水银球的位置为____________________。‎ ‎(4)冷凝管的冷却水的进水口为________(填“a”或“b”)。‎ 答案　(1)酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、锥形瓶 ‎(2)防止液体暴沸　‎ ‎(3)与蒸馏烧瓶的支管口相平　‎ ‎(4)a ‎2．下列说法正确的是(　　)‎ A．石油是混合物，其分馏产品汽油为纯净物 B．煤油可由石油裂化获得，可用做燃料和保存少量金属钠 C．石油分馏得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料 D．用溴的四氯化碳溶液可鉴别石油分馏获得的汽油和石油裂化获得的汽油 答案　D 解析　石油是多种烷烃和环烷烃等的混合物，其分馏产品汽油仍为混合物，故A错误；煤油是石油的分馏产品之一，能用于金属钠的保存，同时还是一种燃料，故B错误；石油分馏主要得到汽油、煤油等，乙烯、丙烯等可通过石油裂解获得，故C错误；分馏获得的汽油中的主要成分是饱和烃，裂化获得的汽油中含有不饱和烃，二者可用溴的四氯化碳溶液鉴别，故D正确。‎ 规律方法 直馏汽油中不含不饱和烃，可用作卤素单质的萃取剂；而裂化汽油含有不饱和烃，易与卤素单质发生反应，故不能用作卤素单质的萃取剂。‎ 二、石油裂解、乙烯 ‎1．为什么甲烷燃烧没有黑烟，而乙烯燃烧有黑烟？‎ 提示：因为甲烷分子里含碳量低，燃烧充分；乙烯分子里含碳量(85.7%)比较大，未完全燃烧，产生碳的小颗粒。‎ ‎2．乙烯能使酸性KMnO4溶液和溴的CCl4溶液褪色，二者的褪色原理是否相同？‎ 提示：二者褪色原理不同。乙烯使酸性KMnO4溶液褪色是因为乙烯发生氧化反应，KMnO4将乙烯氧化成CO2；乙烯使溴的CCl4溶液褪色是因为乙烯与Br2发生加成反应。‎ ‎1．乙烯的结构特点 ‎(1)1个乙烯分子比1个乙烷分子(C2H6)少2个氢原子，乙烯分子中的单键可以旋转，碳碳双键不能旋转，分子里碳原子之间的共价键是双键，并且乙烯分子中的2个碳原子和4个氢原子都处于同一平面内，它们彼此之间的键角都是120°。‎ - 9 -‎ ‎(2)乙烯的结构简式不可以写成CH2CH2，而应写成 CH2===CH2，即必须把其中的碳碳双键体现出来，碳碳双键一定不能省略。‎ ‎(3)由于乙烯碳碳双键中的两个碳碳键不完全相同，其中一个键不稳定，发生化学反应时易断裂，因此乙烯的化学性质活泼。‎ ‎2．乙烯的加成反应 ‎(1)CH2===CH2＋H2CH3CH3；‎ ‎(2)CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH(工业制酒精)；‎ ‎(3)CH2===CH2＋HClCH3CH2Cl(工业制氯乙烷)。‎ ‎3．加成反应与取代反应的比较 - 9 -‎ ‎4．乙烯的用途 ‎(1)乙烯是石油炼制的重要产物之一，乙烯的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志。‎ ‎(2)乙烯是重要的化工原料，用来制造聚乙烯塑料、聚乙烯纤维、乙醇等。‎ ‎(3)在农业生产中做植物生长调节剂和催熟剂。‎ 知识拓展 ‎(1)乙烯属于易燃、易爆气体，在点燃之前一定要先检验纯度。检验乙烯纯度的方法与检验氢气、甲烷纯度的方法相同。乙烯燃烧伴有黑烟是因为乙烯中碳元素的质量分数较大。‎ ‎(2)乙烯使酸性高锰酸钾溶液褪色，是因为发生氧化反应，酸性高锰酸钾溶液能把乙烯最终氧化为CO2和H2O。酸性高锰酸钾溶液可以用来鉴别甲烷和乙烯，但不能用来除去甲烷中的乙烯。‎ ‎(3)乙烯使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色，是因为发生加成反应。溴水可用来鉴别甲烷和乙烯，也能除去甲烷中的乙烯。‎ ‎3．下列有关乙烯化学性质的说法，错误的是(　　)‎ A．乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，是由于乙烯发生了氧化反应 B．乙烯可在氧气中燃烧，该反应属于乙烯的氧化反应 - 9 -‎ C．乙烯能使溴的四氯化碳溶液褪色，该反应属于加成反应 D．将乙烯通入溴水中，反应后得到均一、透明的液体 答案　D 解析　A项，乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，是由于乙烯能够被酸性KMnO4溶液氧化，即乙烯发生了氧化反应，正确；B项，乙烯可在氧气中燃烧，该反应中乙烯被氧气氧化，正确；C项，乙烯与溴发生加成反应，使溴的四氯化碳溶液褪色，正确；D项，乙烯与溴发生加成反应，生成的1,2二溴乙烷是油状液体，不溶于水，溶液分层，错误。‎ ‎4．下列操作中，既可以鉴别甲烷和乙烯，又可以除去甲烷中混有的少量乙烯的是(　　)‎ A．气体通过盛有酸性KMnO4溶液的洗气瓶 B．气体通过盛有足量溴水的洗气瓶 C．气体通过盛有足量蒸馏水的洗气瓶 D．在一定条件下通入HCl气体 答案　B 解析　A项，乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，最终乙烯被氧化成二氧化碳和水，生成的二氧化碳气体又混在甲烷气体中，所以不能用此法来除去混在甲烷中的少量乙烯，错误；B项，乙烯和溴水发生加成反应而使溴水褪色，加成产物1,2二溴乙烷为液体，所以既能用溴水鉴别甲烷和乙烯，又能用溴水除去甲烷中的少量乙烯，正确；C项，用水洗的方法不能鉴别甲烷和乙烯，因为二者都难溶于水，常温条件下二者都不和水反应，错误；D项，甲烷与HCl不反应，乙烯在一定条件下可与HCl反应生成氯乙烷，但该反应较困难且通入HCl的量不易控制，所以不能用此法鉴别和除杂，错误。‎ 规律方法 可以用乙烯与氯化氢通过加成反应制备纯净的氯乙烷，而不宜用乙烷与氯气通过取代反应制备。‎ 本课小结 ‎　　 - 9 -‎