考向02 化学与能源-2021年高考二轮小专题复习满分计划系列（化学与STSE）

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考向 02 化学与能源

一、能源的概念和地位

1、概念：能源就是能提供能量的自然资源，它包括化石燃料(煤、石油、天然气)、阳光、风力、流水、潮汐以

及柴草等

2、地位：能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，它的开发和利用情况可以衡量一个国家和地区的经济发

展和科学技术水平

二、能源的分类

1、按转化传递过程分类

(1)一次能源：直接来自自然界的能源。如：煤、石油、天然气、水能、风能、核能、海洋能、生物能等

(2)二次能源：一次能源经加工、转换后获得的能源称为二次能源。如：沼气、各种石油制品(汽油、煤油、柴

油)

焦炭、煤气、工业余热、蒸汽、氢能、酒精、火电、水电、核电、太阳能发电、潮汐发电、波浪发电

2、按属性分类

(1)可再生能源：可连续再生、永远利用的一次能源称为可再生能源。如：水能、风能、生物能、太阳能、地热

能、氢能、潮汐能、海洋能等

(2)不可再生能源：经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称为不可再生能源。如：石油、煤、天然气、

核能等

3、按开发利用状况分类

(1)常归能源：被人们广泛利用的能源称为常规能源。如：煤、石油、天然气、水能、生物能等

(2)新能源：随着科技的不断发展，才开始被人类采用先进的方法加以利用的古老能源以及新发展的利用先进技

术所获得的能源都是新能源。如：核聚变能、风能、太阳能、海洋能、地热能、潮汐能等

4、按其形成和来源分类

(1)来自太阳辐射的能量：太阳能、煤、石油、天然气、风能、水能、生物质能、海洋能

(2)来自地球内部的能量：地热能、核能、火山能、地震能

(3)来自天体引力的能量：潮汐能

三、煤的综合利用：煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源

1、煤的组成：煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元

素

2、煤的分类

煤

3、煤的干馏

(1)原理：煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使煤中的有机物分解的过程，工业上也叫煤的焦化。煤干馏过程中

发生一系列复杂的化学反应，煤的干馏是一个复杂的物理变化和化学变化过程

(2)煤的干馏产物

①固态物质：焦炭，用途：冶炼工业、制造电石

②液态物质：

煤焦油：芳香烃(苯及苯的同系物、萘、蒽)、酚等

粗氨水：氨和铵盐。用途：可做氮肥

粗苯：苯及苯的同系物

③气态物质：焦炉气，含有氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳

(3)煤干馏的产品及用途

干馏产品主要成分主要用途

出炉煤

气

焦炉

气

氢气、甲烷、乙烯、一氧

化碳气体燃料、化工原料

粗氨

水氨、铵盐氮肥

粗苯苯、甲苯、二甲苯炸药、染料、医药、农药、合

成材料

煤焦油

苯、甲苯、二甲苯

酚类、萘类染料、医药、农药、合成材料

沥青筑路材料、制碳素电极

焦炭炭冶金、合成氨造气、电石、燃

料

4、煤的气化和液化

(1)煤的气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一

系列化学反应，将固体煤转化为含有 CO、H2、CH4等可燃气体和 CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化

时，必须具备三个条件，即：气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。其主要反应是： C(s)＋H2O(g)

高温

CO(g)＋H2(g)。该反应需要的热量可由碳的燃烧来提供：C+O2

点燃

CO2，煤的气化是化学变化

说明：碳燃烧时可用空气或O2，但得到的煤气的成分、热值及用途都不同.

(2)煤的液化：煤的液化是把煤转化成液体燃料的过程，煤的液化是化学变化；对煤进气化或液化可使煤充分燃

烧，减少有害气体的排放。煤的液化分直接液化和间接液化

① 直接液化是把煤炭制成煤浆，然后在高温、高压和催化剂条件下，使煤与氢气作用生成液态碳氢化合物即

“合成石油”。主要产品有优质汽油、柴油、芳香烃和其他化工原料。副产品有液化石油气、硫黄和氨气

等

②间接液化是把煤炭在高温下与水蒸气作用气化，产生合成气 CO、H2等，然后合成气通过催化合成得到性

能优良的液态醇类、烃类等。间接液化的效率一般较低

优点：操作条件温和，几乎不依赖于煤的种类，关键是选择合适催化剂

缺点：投资及运行成本过高，不利用工业化生产

四、石油的炼制和石油化工

1、石油的形成及成分

(1)形成：古代动植物遗体经过非常复杂的变化而形成的。

(2)元素组成：碳、氢、硫、氧、氮等

(3)物质组成：各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混和物，一般石油不含烯烃，从所含成分的状态看，大部分是

液态烃，在液态烃里溶有气态烃和固体烃

(4)物理性质：黑褐色的粘稠状物质，有特殊气味，比水轻，不溶于水，没有固定沸点

2、石油的炼制：

(1)原油：从油田里开采出来的没有经过加工处理的石油叫做原油，还含有杂质成分：水，氯化钙，氯化镁等盐

类。原油含水盐类、含水多，在炼制时要浪费燃料，含水量盐多会腐蚀设备。所以，原油必须先经脱水、脱

盐等处理过程才能进行炼制，其目的是将混合物进行一定程度的分离，使之物尽其用，另一方面，将含碳原

子较多的烃转变为含碳原子较少的烃，做为基础有机化工原料。石油的炼制分为：石油的分馏、裂化、裂解

三种方法

(2)石油的分馏：石油分馏是利用原油中各种烃的沸点不同，逐步升温使烃气化，再经冷凝后将烃分离成不同沸

点范围的产物的过程。石油分馏得到的各种馏分是混合物。给石油加热时，低沸点的烃先气化，经过冷却先

分离出来。随着温度升高，较高沸点的烃再气化，经过冷凝也分离出来。石油分馏主要在分馏塔中进行，通

过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。工业上常用常压分馏和减压分馏的方法把不同沸点的产品分离

出来，为了提高汽油产量，还可采用催化裂化的方法。主要设备是加热炉和分馏塔

① 常压分馏：将石油分成轻质油和重油，常压分馏主要产品：轻质油、溶剂油、汽油、航空煤油、煤油、柴

油等

②减压分馏：将重油再进一步分成各种馏分。重油进行减压分馏的产物主要有：重柴油、润滑油、凡士林、

石蜡、沥青等

③为什么要减压分馏？若要将重油进一步分离，则要在更高的温度，而在高温下，高沸点的烃会分解，更严

重的是还会炭化结焦，损坏设备，影响正常生产。由于同一种物质，在不同的压强下，沸点不同。因为外

界压强越大，物质沸点就越高；外界压强越小，物质沸点就越低。因此要将重油进行减压分馏

(3)石油的裂化和裂解

裂化：就是在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程

裂化所用的原料：重油

裂化的产物：汽油等

裂化的方式：催化裂化和热裂化

热裂化：目的：提高汽油的产量缺点：温度过高，发生结焦现象

催化裂化：目的：提高汽油的质量和产量催化剂：硅酸铝，分子筛 (铝硅酸盐)

(4)裂解：即深度裂化，使长链烃断裂成乙烯、丙烯、丁烯等短链烃，目的：制取短链烯烃

如：己烷裂解反应：C6H14 CH4＋CH2═CH2＋CH3CH═CH2＋其他

15% 40% 20% 25%

C16H34 C8H18(辛烷)+C8H16(辛烯) C8H18 C4H10(丁烷)+C4H8(丁烯)

C4H10 C2H6(乙烷)+C2H4(乙烯) C4H10 CH4(甲烷)+C3H6(丙烯)

(5)其它的石油加工：石油经过催化重整，可以使链状烃转化为环状烃，获得苯、甲苯等重要化工基本原料

石油冶炼方法对比

石油炼制方

法原理原料目的主要产品

常压分馏用蒸发和冷凝的方法将原油分成

不同沸点范围的馏分原油

获得以燃料油为

主的不同石油产

品

溶剂油、汽油、煤

油、

柴油、液化石油气

减压分馏通过减压降低重油的沸点，从重

油中分离出不同沸点范围的馏分重油

获得以润滑油为

主的不同石油产

品

润滑油、凡士林、

石蜡、沥青、石油

焦

热裂化在一定条件下，把分子量大、沸

点高的烃断裂为分子量小，沸点

低的烃

重油提高汽油的产量

和质量

汽油和甲烷、乙

烷、乙烯和丙烯

催化裂化

裂解

(深度裂化)

在高温下，把长链分子的烃断裂

为各种短链的气态烃和液态烃

含直链烷烃

的石油分馏

产品

获得短链不饱和

烃

乙烯、丙烯、丁二

烯

催化重整

在催化剂作用下，把汽油中的直

链烃转化为芳香烃和具有支链的

异构烷烃

汽油获得芳香烃和提

高汽油的质量

苯、甲苯、二甲苯

等芳香烃

五、天然气的利用

1、天然气的来源：天然气(natural gas)又称油田气、石油气、石油伴生气。开采石油时，只有气体称为天然气；

石油和石油气，这个石油气称为油田气或称石油伴生气。天然气的化学组成及其理化特性因地而异，主要成

分是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。无硫化氢时为无色无臭易燃易

爆气体，密度多在 0.6～0.8g/cm3，比空气轻。通常将含甲烷高于 90%的称为干气，含甲烷低于 90%的称为湿

气

2、天然气的主要用途：用作燃料；制造炭黑、合成氨、合成石油、甲醇和其他许多有机化合物的原料

3、天然气化工：以天然气为原料的化学工业简称天然气化工。其主要内容有：①天然气制碳黑；②天然气提取

氦气；③天然气制氢；④天然气制氨；⑤天然气制甲醇；⑥天然气制乙炔；⑦天然气制氯甲烷；⑧天然气制

四氯化碳；⑨天然气制硝基甲烷；⑩天然气制二硫化碳；天然气制乙烯；天然气制硫磺等

六、其它方面

1、三大化石燃料：煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料，它们为不可再生能源，煤在国民经济中

占有很重要的地位，被称为“黑色的金子”、“现代工业的粮食”；石油被称为“现代工业的血液”

2、液化石油气是由碳氢化合物所组成，主要成分为丙烷、丁烷以及其他烷系或烯类等，燃烧液化石油气氧气不

足时易产生一氧化碳，污染环境；管道煤气是指水煤气，是炽热的碳和水蒸气高温反应生成的，主要成分是

CO 和H2，使用不当易引起环境污染；氢气是一种清洁能源，燃烧产物生成水无污染，不会造成环境污染的；

燃烧木材产物中有二氧化碳、甲酸、乙酸、碳颗粒等污染环境

3、“地沟油”的主要成分是高级脂肪酸甘油酯，还含有害物质，不能食用，但可用来制肥皂(碱性条件下水解)

或燃油(油脂能燃烧)

4、生物柴油是指植物油(如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等)、动物油(如：鱼油、猪油、牛油、羊

油等)、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是典型的“绿色

能源”，具有环保性能好、发动机启动性能好、燃料性能好，原料来源广泛、可再生等特性。大力发展生物

柴油对经济可持续发展、推进能源替代、减轻环境压力、控制城市大气污染具有重要的战略意义

5、适度开发矿物资源，能促进地方经济发展；过度开发矿物资源，不利于地方经济发展的可持续发展，甚至资

源浪费，环境污染。煤、石油、稀土等资源开发须有国家宏观控制，才能实现真正意义上的可持续发展；化

石能源是有限的一次能源，为了长远的可持续发展，必须要开发新能源；开发利用太阳能、风能、潮汐能、

地热能等可再生能源，可以减少化石燃料的使用，减轻温室效应的压力，有得社会的可持续发展

6、燃料电池的能量转换率为80%，普通燃烧过程能量转换率为30%左右，氢气作为燃料电池的燃料，其产物又

是水，对环境无危害性，从能效比及环境保护的角度看，氢气的确是最理想的能源。太阳能和氢能全面使用

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