高中化学人教版 (新课标)选修2 化学与技术第二单元 化学与资源开发利用课题3 石油、煤和天然气的综合利用教案

课题3  石油、煤和天然气的综合利用

教学目标

1.掌握石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。

2.通过调查讨论石油和天然气等综合利用的最新进展。

3.了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。

教学重点：

石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。

教学难点：

石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。

课时安排：2课时

教学过程：

引入新课

石油主要是由各种烷烃、环烷烃和环烷烃所组成的混合物。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。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。

提问：石油炼制的而目的是什么？

一方面是将石油中的混合物进行一定程度的分离使它们物尽其用；另一方面。将含碳原子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为化工原料，以提高石油的利用价值。

【展示】一瓶石油

1.形成、组成 石油是由古代动植物遗体在地壳中经过非常复杂的变化而形成的一种粘稠状液体。石油是一种混合物，主要含碳氢两种元素。

2.物理性质工业黑色或深棕色、有特殊气味、不溶于水、密度比水稍小、没有固定的熔点和沸点。

【投影】石油炼制的基本原理——部分产品及主要用途

石油炼制的原理如图1

图1

石油产品的用途如图2

图2

【思考与交流】 

石油炼制的方法有分馏、裂化、裂解等。 

 1. 石油炼制 

地下开采出来的石油，未经加工前，叫做原油，从原油中提取各种燃料油、润滑油、石蜡、沥青等产品的生产过程，通常叫石油炼制。要了解石油炼制的生产过程，首先需要知道石油的化学组成、物理性质等基础知识。 

（1）石油石油是化石燃料之一，是从地下深处开采出来的黄色乃至黑色的可燃性黏稠液体，常与天然气并存。它是由远古海洋或湖泊中的生物，在地下经过漫长的地球化学演化而形成的复杂混合物，其组分主要是烃类。石油是现代社会主要能源之一。目前全世界每年约消耗石油30亿吨，其中85%以上作为燃料。

石油的组成石油的主要组成元素是碳和氢，其中碳占83%~87%，氢占11%~14%，氢碳原子比为1.65~1.95。此外，尚含有少量硫（0.06%~8.00%）、氮（002%~1.70%）、氧（0.08%~1.82%）以及微量金属元素（镍、钒、铁、铜等）。

石油的组分构成复杂，含有相对分子质量从几十到几千的各种组分。组成石油的化合物主要是烃类，包括烷烃、环烷烃和芳烃。 

2. 石油的催化反应 .

裂化用加热蒸馏的办法所得轻油约占原油的1/3~1/4。但社会需要大量的分子量小的各种烃类，采用催化裂化法，可以使碳原子数多的碳氢化合物裂解成各种小分子的烃类，如：

裂解产物成分很复杂，从C1至C10都有，既有饱和烃又有不饱和烃，经分馏后分别使用。裂解产物的种类和数量随催化剂和温度、压力等条件不同而异。不同质量的原油对催化剂的选择和温度、压力的控制也不相同。我国原油成分中重油比例较大，所以催化裂化就显得特别重要，对外国的经验只能借鉴，不能照搬。经过30多年的研究和实践，我国已开发适用于我国各种原油的一系列铝硅酸盐分子筛型催化剂。经催化裂化，从重油中能获得更多乙烯、丙烯、丁烯等化工原料，也能获得较多较好的汽油。

催化重整这是石油工业中另外一个重要过程。在一定的温度压力下，汽油中的直链烃在催化剂表面上进行结构的“重新调整”，转化为带支链的烷烃异构体，这就能有效地提高汽油的辛烷值，同时还可得到一部分芳香烃，这是原油中含量很少而只靠从煤焦油中提取不能满足生产需要的化工原料，可以说是一举两得。现用催化剂是贵金属铂（Pt）、铱(Ir)和铼（Re）等，它们的价格比黄金贵得多，化学家们巧妙地选用便宜的多孔性氧化铝或氧化硅为载体，在表面上浸渍0.1%的贵金属，汽油在催化剂表面只要20~30 s就能完成重整反应。 

加氢精制这是提高油品质量的过程。蒸馏和裂解所得的汽油、煤油、柴油中都混有少量含N或含S的杂环有机物，在燃烧过程中会生成NOx及SO2等酸性氧化物污染空气，当环保问题日益受关注时，对油品中N，S含量的限制也就更加严格。现行的办法是用催化剂在一定温度和压力下使H2和这些杂环有机物起反应生成NH3或H2S而分离，留在油品中的只是碳氢化合物。自70年代末开始，石油化工科学研究院针对我国油品特点，开展了大量基础研究工作，开发出多种加氢催化剂，基本满足了国内炼油工业的需要，并有出口。这类催化剂以Al2O3为载体，活性组分有钴钼（Co-Mo）、镍钼（Ni-Mo）、镍钨（Ni-W）等体系。 

综上所述，石油经过分馏、裂化、重整、精制等步骤，获得了各种燃料和化工产品。有的可直接使用，有的还可以进行深加工。所以炼油厂总是和几个化工厂组成石油化工联合企业，那里是技术密集、资本密集、劳动力密集的地区。 

在石油工业中，把常压蒸馏和减压蒸馏叫做一次加工，这是物理变化过程，而裂化、重整和加氢控制等则叫二次加工，它们都属化学变化过程。这些过程都涉及催化剂，催化剂的研制是石油化工不可缺少的组成部分。催化作用的奥秘是化学工作者十分感兴趣的研究领域。 

【学与问】天然气主要来自与石油伴生的油田中。天然气的主要用途是作燃料和化工原料。

此问题由学生先交流，然后教师再进一步说明。