第一单元 化石燃料和有机化合物

高中化学必修二专题3 有机化合物的获得与应用第一单元 化石燃料和有机化合物

第一单元 化石燃料和有机化合物

• 3.1.1天然气的利用 甲烷
  • 1．化石燃料——煤、石油、天然气
    • 化石燃料——煤、石油、天然气 ⑴天然气的主要成分是甲烷，它是最简单的有机化合物。 ⑵组成石油的基本元素是碳和氢，同时还含有少量的硫、氧、氮等。石油得化学成分主要是各种液态的碳氢化合物，其中还溶有气态和固态的碳氢化合物。 ⑶煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物。煤中含量最高的元素是碳，其次是氢和氧，另外还含有少量的硫、磷、氮等。
  • 2．甲烷的组成和结构
    • 2．甲烷的组成和结构 甲烷化学式：CH4；电子式：  ；结构式：  ；空间构型为正四面体；共价键的夹角109°28′。
  • 3．甲烷的性质
    • ⑴物理性质：甲烷是无色无味气体，难溶于水，比空气轻。
    • ⑵化学性质①与氧气反应：CH4+2O2CO2+2H2O（明亮的蓝色火焰） ②甲烷在光照条件下与氯气发生取代反应，生成一系列产物，其反应的化学方程式为：CH4+Cl2CH3Cl+HCl；CH3Cl +Cl2CH2Cl2 +HCl；…… 取代反应：有机物分子中的某种原子（或原子团）被另一种原子（或原子团）所替代的反应，叫做取代反应。 ③隔绝空气下高温分解：CH4C+2H2
  • 4．烷烃—碳原子以碳碳单键相连，其余的价键均用于与氢原子结合，达到“饱和”，这一系列的化合物称为烷烃。烷烃通式为：CnH2n+2
• 3.1.2石油炼制 乙烯（一）
  • 炼制方法 原理 产品及用途 石油分馏 利用加热和冷凝，分成不同沸点范围的产物。 石油气、汽油、煤油、柴油、石蜡油、润滑油、重油 裂化(催化裂化) 一定条件下加热，相对分子质量大沸点高的烃转变成相对分子质量小的沸点低的烃 轻质液体燃料（裂化汽油） 裂解 以石油分馏产品为原料，采用更高的温度使其中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等小分子 乙烯等气态烯烃 （有机化工原料）
  • 石油蒸馏（分馏）应注意事项：
    • ①蒸馏烧瓶中液体体积不得超过容积的 2/3 ②加少量瓷片，以防止液体在沸腾时剧烈跳动(暴沸) ③因是测定气体的温度，所以温度计的水银球不能插入液体中。应把温度计的水银球与烧瓶的支管口相平行(或相近) ④冷凝水要从低处向高处逆流，却不可颠倒
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  • 2．石油的裂化
    • ①目的：
      • 提高轻质油特别是汽油的产量和质量
    • ②原料
      • ： 重油或石蜡
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    • ③类型
      • 热裂化（500℃）和催化裂化
  • 3．石油的裂解——深度裂化
    • ①目的
      • 为了获得更多的短链的不饱和气态烃(主要是乙烯)
    • ②裂解气成分
      • 主要是乙烯
      • 还含有丙烯、异丁烯、甲烷、乙烷、异丁烷、硫化氢和碳的氧化物等
  • 乙烯的产量用来衡量一个国家的石油化工的发展
• 3.1.2石油炼制 乙烯（二）
  • 1. 乙烯的结构
    • 分子式 C2H4 电子式  结构式  结构简式 CH2＝CH2 两个碳四个氢都在同一个平面上，键角为120˚
  • 2.乙烯的性质
    • 物理性质
      • 无色、稍有气味、难溶于水、比空气略轻的气体
    • 化学性质
      • ①加成反应
        • CH2＝CH2 + Br2CH2BrCH2Br； CH2＝CH2 + HXCH3CH2X CH2＝CH2 + H2CH3CH3； CH2＝CH2 + H2OCH3CH2OH 有机物分子中双键（或叄键）两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应，叫做加成反应。
      • ②氧化反应
        • CH2＝CH2 + 3O22CO2 + 2H2O； 乙烯能使酸性KMnO4褪色
  • 3. 乙烯的用途
    • 石油化工的基础原料。
• 3.1.3 煤的综合利用 苯
  • 1．煤的综合利用
    • (1)煤的干馏
      • 将煤隔绝空气加强热，使其发生复杂的变化，得到焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水、粗苯等
    • (2)煤的气化
      • 在高温下煤和水蒸气作用得到CO、H2、CH4等可燃性气体
    • (3)煤的液化
      • 在一定条件下，使煤和氢气作用，得到液态燃料。煤气化生成的水煤气再经过催化合成液体燃料
  • 苯的结构
    • 苯的分子式为C6H6，结构简式为  和  ，平面正六边形。苯分子中不存在一般的碳碳双键，是一种介于单键和双键之间的独特的键
      • 例题
        • 能够证明苯分子中不存在碳碳单、双键交替排布的事实是 ( D ) A．苯的一溴代物没有同分异构体 B．苯的间位二溴代物只有一种 C．苯的对位二溴代物只有一种 D．苯的邻位二溴代物只有一种
  • 苯的性质
    • 物理性质
      • 苯在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，其密度小于水，具有强烈的芳香气味。苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃。苯比水密度低，密度为0.88g/cm3，但其分子质量比水重。
    • 化学性质
      • 可以燃烧
      • 取代反应
        • 苯与溴的取代反应  + Br2 → C6H5Br + HBr 用铁作催化剂（实际起催化作用的是FeBr3，FeBr3由Fe与Br2反应生成），苯能跟溴发生反应，苯环里的氢原子能被溴原子取代生成溴苯。
        • 苯和氯气可以发生取代反应，条件是用氯化铁作催化剂反应如下： + Cl₂ →FeCl₃→ C₆H₅Cl + HCl
        • 苯的硝化反应
          • +HNO3(浓)==浓硫酸,加热===C6H5-NO2(硝基苯)+H2O
            • 苯与浓硝酸在浓硫酸作用下反应生成硝基苯和水，浓硫酸在反应中作催化剂和脱水剂
          • 实验注意事项
            • ①浓硫酸的作用：催化剂、吸水剂 ②配制混合酸时，要将浓硫酸慢慢倒入浓硝酸中，并不断搅拌。以减少浓硝酸的挥发与分解。 ③浓硝酸和浓硫酸的混合酸要冷却到50~60℃以下，再慢慢滴入苯，边加边振荡，因为反应放热，温度过高，苯易挥发，且硝酸受热易分解，同时苯和浓硫酸在70~80℃时会发生反应。 ④本实验采用水浴加热，温度计的水银球必须插入水浴中，水浴加热容易控制恒温，且易使被加热物受热均匀。 ⑤什么时候采用水浴加热？需要加热，而且一定要控制在100℃以下，均可采用水浴加热。如果超过100℃，还可采用油浴(0～300℃)、沙浴温度更高。 ⑥使用带长导管的玻璃管，目的是使挥发出的反应物得到冷凝并使其流回到反应管中——冷凝回流。(硝基苯的沸点：216.8℃) ⑦不纯的硝基苯显黄色，因为溶有NO2。提纯硝基苯的方法是：加入NaOH溶液，分液。
      • 苯的加成反应
        • 苯的加成反应: +3H2=(镍Ni作催化剂,加热)=环己烷 苯与氢气加成生成环己烷 条件:镍(Ni)作催化剂并加热。
      • 难氧化 易取代 能加成