化石燃料与有机化合物的总复习

化石燃料与有机化合物的总复习学习目标1、认识化石燃料和有机物的关系。2、认识综合利用化石燃料对于充分利用自然资源、防止污染、保障国民经济可持续发展等方面的意义。3、了解甲烷、乙烯、乙炔、苯等的主要性质和应用。并了解取代反应和加成反应。重点难点1、理解甲烷、乙烯、乙炔、苯的结构和性质，建立基本的结构决定性质，性质体现结构的化学思维。2、了解石油炼制的基本原理，知道煤深加工的常用方法。学习内容仅含有碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，又称为烃。碳原子之间都以单键相结合，其余的价键均与氢原子结合并被“饱和”，这一系列化合物称为烷烃；其分子组成用CnH2n+2(n≥1)表示。烃的自然界主要来源是化石燃料。天然气的主要成分是甲烷。石油的化学成分主要是各种液态的烃；石油裂解已成为生产乙烯的主要方法，而乙烯的产量是衡量石油化工发展水平的标志。煤主要含碳元素，是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物；煤的综合利用是苯等有机物的主要来源。一、天然气的利用甲烷1、甲烷的分子结构分子式：CH4；结构式：；分子呈正四面体结构，4个C-H键之间的夹角109°28′。2、甲烷的化学性质和用途(1)氧化反应:①燃烧：CH4＋2O2CO2＋2H2O可作为高效、较洁净的燃料。②催化氧化：CH4＋H2OCO＋3H2生成的混合气体能合成甲醇。(2)取代反应：有机化合物分子中的某种原子（或原子团）被另一种原子（或原子团）所取代的反应。如：CH4+Cl2CH3Cl+HCl；CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl；CH2Cl2+Cl2CHCl3+HClCHCl3+Cl2CCl4+HCl反应生成的三氯甲烷和氟化氢反应，可制氟利昂。(3)裂解反应:CH4C+2H2制炭黑和氢气。二、石油炼制乙烯1、石油炼制（1）石油分馏：加热时，碳原子数少的烃，沸点低，先汽化，经冷凝先分离出来，这样继续加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物。主要产品为汽油、煤油和柴油等轻质油。（2）催化裂化：在催化剂存在条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂成相对分子质量小、沸点低的烃。其目的是提高汽油的产量和质量。（3）石油的裂解：是在更高温度下，深度裂化，以获得短链不饱和链烃为主要成分的石油加工过程。裂解气的主要成分有“三烯”:乙烯、丙烯、异丁烯。2、乙烯与乙炔（1）分子结构乙烯分子式：C2H4；结构简式：CH2＝CH2；所有原子处在同一平面上，各个键之间的夹角120°。乙炔分子式：C2H2；结构简式：HC≡CH；所有原子在同一条直线上，各个键之间的夹角180°。（2）化学性质①加成反应：有机物分子中双键（或三键）两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成CHHHH点燃光光光高温催化剂催化剂催化剂△光新的化合物的反应。如：CH2＝CH2＋HClCH3CH2Cl；CH≡CH＋HClCH2＝CHCl②氧化反应：都可在氧气中燃烧生成二氧化碳和水；都可被KMnO4酸性溶液氧化，使其褪色。三、煤的综合利用1、煤的综合利用（1）煤的气化和液化煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程。如:C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)煤的液化是把煤转化成燃料油、含氧有机物等液态燃料的过程。（2）煤的干馏：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。主要产品为固体(焦炭)、液体(煤焦油、粗氨水)和气体(焦炉气)。2、苯（1）苯的分子结构分子式：C6H6；结构简式：或；分子呈平面正六边形结构，各个键之间的夹角120°。苯分子中并无碳碳双键，而是一个介于单、双键之间的特殊的键。（2）苯的化学性质：易取代，可加成，难氧化（不包括燃烧。苯完全燃烧时生成水和二氧化碳。）①取代反应：+Br2+HBr；+HNO3+H2O②加成反应:+3H2例题解析例1在光照下，将等物质的量的CH4和Cl2充分反应，得到产物的物质的量最多的是（）A.CH3ClB.CH2Cl2C.CCl4D.HCl解析由甲烷和氯气发生取代反应的化学方程式可以知道，每生成1mol卤代烃，可生成1molHCl；由于甲烷和氯气发生的是“连锁”反应，反应一旦发生会有四种卤代烃产生，而每一步取代反应中都有HCl生成。答案为（D）。例2某烃中碳和氢的质量比是24∶5，该烃在标准状况下的密度是2.59g/L，写出该烃的分子式。解析（1）先求实验式（表示构成物质的元素的原子个数最简比的式子）：C和H的原子个数比＝24/12∶5/1＝2∶5，所以实验式为C2H5。（2）再求相对分子质量：摩尔质量＝22.4×2.59=58g/mol，相对分子质量为58（3）最后求分子式：(C2H5)n＝58，解得n＝2，分子式为C4H10。例3室温时20mL某气态烃与过量氧气混合，完全燃烧后的产物通过浓硫酸，再恢复到室温，气体体积减少了50mL，剩余气体通过苛性钠溶液，体积又减少了40mL。求气态烃的分子式。解析燃烧产物通过浓硫酸时，水蒸气被吸收，再通过苛性钠时，CO2气体被吸收，故CO2的体积为40mL。根据体积减少可考虑用体积差量法计算。设烃的分子式为CxHy，其燃烧的化学方程式为:CxHy＋(x+y/4)O2xCO2＋y/2H2O△V1x+y/4x气体减少1+y/420mL40mL50mL1∶x=20∶40解得x=21∶(1+y/4)=20∶50解得y=6所以该气态烃的分子式为C2H6。由例2、例3可总结出确定烃的分子式的基本途径有：FeBr浓硫酸60℃催化剂△点燃①C、H元素的质量②C、H元素的质量比③C、H元素的质量分数④燃烧产物的物质的量①M=22.4d②M=DMr（M为气体相对密度，Mr为气体相对分子质量）③M＝M1a1%+M2a2%+…实验式相对分子质量＝分子式烃燃烧方程式计算、讨论高温NO2例4丁烷催化裂解，其碳链按两种方式断裂，生成四种物质CH4、C2H6、C2H4和C3H6。若丁烷的裂解率为90%，且裂解后C2H4和C3H6的质量相等，则裂解后得到的相对分子质量最小的气态烃，在棍合气体中的体积分数为()。A.11%B.19%C.40%D.50%解析丁烷裂解后相对分子质量最小的烃是CH4。解题的关键是C2H4和C3H6质量相等，由于质量未给定具体数值，所求结果又为比值，故可设C2H4和C3H6质量为一适当数值进行求算。假设C2H4和C3H6的质量均为42g。C4H10CH4+C3H61mol1mol42g42/42=1molC4H10C2H4+C2H61.5mol1.5mol42g42/28=1.5mol未裂解的丁烷的物质的量：(1十1.5)÷90%－(1十1.5)=0.28mol；裂解后混合气体总物质的量：0.28十(1十1十l.5十1.5)=5.28mol。因为在相同状况下，气体的体积之比等于物质的量之比，故甲烷占有的体积分数为：1/5.28×100%≈19%，故选(B)。这道题如设生成的C2H4和C3H6质量为ag，或设裂解前丁烷为1mol等，尽管同样可解，但计算比较繁琐，因而，设未知数也要讲究技巧。同步练习一、选择题1.关于氟里昂-12：CF2Cl2的叙述正确的是（）A.有两种同分异构体B.是平面型分子C.只有一种结构D.有四种同分异构体2.下列石油分馏产品中，汽油沸点范围最低的是（）A.汽油B.柴油C.润滑油D.煤油3.制取一氯乙烷最好采用的方法是（）A.乙烷和氯气反应B.乙烯和氯气反应C.乙烯和氯化氢反应D.乙烯和氢气、氯气反应4.在相同条件下，对环境污染程度最小的燃料是（）A.液化气B.煤油C.煤饼D.木柴5.下列关于苯的性质的叙述中，不正确的是（）A.是无色带有特殊气味的液体B.可以燃烧C.能发生加成反应使溴水褪色D.可发生取代反应6.若要使0.5mol甲烷完全和氯气发生取代反应，并生成相同物质的量的四种取代物，则需要氯气的物质的量为（）A.2.5molB.2.0molC.1.25molD.0.5mol7.石油气中主要含有含碳数目较少的烷烃。某石油气充分燃烧后，在相同条件下测得生成的二氧化碳的体积是该石油气体积的1.2倍，则石油气中一定含（）A.甲烷B.丁烷C.戊烷D.己烷8.分子中所有原子不可能共平面的是（）A.甲烷B.乙烯C.乙炔D.苯9.将苯分子中一个碳原子换成一个氮原子，得到一种类似苯环结构的稳定有机物，此有机物的相对分子质量为（）A.78B.79C.80D.81催化剂△催化剂△10.已知二氯代苯的同分异构有3种，可以推知四氯代苯同分异构体的数目是（）A.2种B.3种C.4种D.5种11.将0.2mol丁烷完全燃烧后生成的气体全部缓慢通入0.5L2mol/LNaOH溶液中，生成的Na2CO3和NaHCO3的物质的量之比为（）A.3∶2B.2∶3C.2∶1D.1∶312.把1L含乙烯和氢气的混合气体通过Ni催化剂，使乙烯和氢气发生加成反应，完全反应后，气体体积变为yL（气体体积均在同温、同压下测定）。若乙烯在1L混合气体中的体积分数为x%，则x和y的关系一定不正确的是（）A.y=1·x%B.y=1－1·x%C.y=1·x%=0.5D.y=1－1·x%＜0.5二、填空题13.标准状况下，5.6L某气态烃的质量为4g，又知该烃中碳与氢的质量比为3∶1。则该烃的相对分子质量是，分子式为，电子式为，结构式为。14.作为国家实施的“西气东输”工程终点站，上海将逐步改变以煤、石油为主的能源结构，这对解决城市环境污染意义重大。目前上海大部分城市居民使用的燃料主要是管道煤气，浦东新区居民开始使用东海天然气作为民用燃料。管道煤气的主要成分是CO、H2和少量烃类。天然气的主要成分是CH4。燃烧相同体积的管道煤气和天然气，消耗空气体积较大的是。因此燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的改进方法是进风口（填增大或减小），如不做改进可能产生的不良结果是。15.A、B是两种比空气密度略小的气态烃，它们分别与等物质的量的氯化氢反应得到有机物甲和乙，甲能与氯化氢继续反应而乙不能；在一定条件下A能转变为B。则推出A和B的名称：A是，B是。写出A转变为B的化学方程式，属于反应16.人们对苯的认识有一个不断深化的过程。（1）1843年德国科学家米希尔里希，通过蒸馏安息香酸（）和石灰的混合物得到液体，命名为苯负。由于苯的含量与乙炔相同，人们认为它是一种不饱和烃，写出C6H6的一种含叁键且无支链链烃的结构简式；苯不能使溴水褪色，性质类似烷烃，任写一个苯发生取代反应的化学方程式。（2）烷烃中脱去2mol氢原子形成1mol双键要吸热，但1,3－环已二烯（）脱去2mol氢原子形成苯却放热，可推断苯比1,3－环已二烯（填稳定或不稳定）。（3）1866年凯库勒提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，解释了苯的部分性质，但还有一些问题尚未解决，它不能解释下列事实（填入编号）A.苯不能使溴水褪色B.苯能与氢气发生加成反应C.苯的一氯取代物没有同分异构体D.苯的邻位二元取代物只有一种；E.苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色F.苯的对位二元取代物只有一种（4）现代化学认为苯分子碳碳之间的键是。三、计算题17.乙烯和乙炔的混合物50mL，加入150mL过量氧气，完全燃烧后冷却到原来的温度且除去水分后，剩余气体的体积为112.5mL。求混合物中乙烯和乙炔的体积。18.煤的气化是将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。如:C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)用一氧化碳和氢气在443K～473K温度下，并用钴作催化剂时，可以反应生成n=5～8的烷烃，这是人工合成汽油的方法之一。（1）写出用CnH2n+2表示的人工合成汽油的配平的化学方程式：（2）如果向密闭的合成塔里通入恰好能完全反应的CO和H2，当完全反应后，合成塔内温度不变，而塔内气体压强降低到原来的2/5。通过计算说明这时有无汽油生成。COOH高温（3）要达到上述合成汽油的要求，CO和H2的体积比的取值范围多少？参考答案一、选择题1.C2.A3.C4.A5.C6.C7.A8.A9.B10.B11.D12.D二、填空题13.16；CH4；；14.天然气；增大；不能充分燃烧，产生有毒的CO15.A：乙炔；B：乙烯；加成16.（1）HC≡C－C≡C－CH2－CH3；