化学高中二年级第二学期11-P26-46

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1、26 11.3 煤化工和乙炔 (COAL CHEMICAL INDUSTRY AND ACETYLENE) 煤和煤化工 图 11.33 煤的形成 煤是一种矿物燃料，煤在国民经济建设和日常生活中 占有重要的地位。 在人类历史上，蒸汽机的发明推动了产业革命，而煤 逐渐成为了主要能源。 煤是由远古时代植物经过漫长复杂的变化而转变成的 固体可燃物。它是由有机物、无机物所组成的复杂混合物。 主要组成元素是碳， 此外还含有少量的氢、 氮、 硫、 氧以及 微量的硅、铝、钙、铁等元素。 煤的分布 煤资源分布在世 界各地，但比较集中 地分布在北纬30 以 上地区。预测储量： 苏联居首位，美国次 之，我国居第三位

2、。 三者之和占全球煤资 源的90%。 【资料库】 表 11.5 无烟煤的化学组成 元素 C H O N S 质量分数（%） 85.0 5.0 7.6 0.7 1.7 27 煤是非再生能源，又是宝贵的资源。煤作为燃料燃烧 时只利用了其价值的一部分，同时，燃烧产生的二氧化硫 和氮氧化物对环境会造成严重污染。 合理开采和综合利用煤资源需要解决的问题是如何使 煤转化为清洁的能源，如何提取和分离煤中所含的宝贵的 化工原料。 煤的综合利用有煤的气化、煤的干馏和煤的液化等。 煤的气化是让煤在氧气不足的情况下部分氧化，使煤 中的有机物转化为氢气、甲烷和一氧化碳等气体物质。气 体燃料可作为城市的管道煤气，同时经

3、分离提纯后可得到 重要的化工原料。 煤的干馏是把煤隔绝空气加强热使它分解。煤经过干 馏能生产出焦炭、 煤焦油、 粗氨水和焦炉气等。 焦炭可用于 冶金、 电石、 合成氨造气、 燃料等。 煤焦油可以通过分馏制 得重要的化工原料。 焦炉气的重要成分是氢气、 甲烷， 其中 混有少量的一氧化碳、二氧化碳、乙烯等其他气体。 【资料库】 煤的形成 按生物演化过程， 地球的历史可分为古 生代、中生代和新生 代三大时期。 气候温湿、植物 茂盛始于古生代中期， 距今有 3 亿年之久。 科学家们提出的现代 成煤理论认为煤化过 程是：植物泥炭(腐 蚀泥)褐煤烟煤 无烟煤。 图 11.34 煤化工生产图 11.35 煤

4、化工产品 煤的干馏 把烟煤粉放在铁管（或瓷管或硬质 试管）里隔绝空气加热，观察 U 形管里 发生的变化， 并点燃U形管管口的气体。 实验现象： 。 图 11.36 煤的干馏 课堂实验 28 矿石燃料能用多少年 20 世纪 60 年代以前，煤是世界上最重要的能源，但后来石油的比重 越来越大，发达国家的能源消耗以石油为主，而发展中国家仍以煤为主要 能源。 矿石燃料的资源有限，按目前能耗水平，地球上煤的开采只能维持约 200年， 而石油和天然气只能维持50年左右， 许多发达国家早已开始充分利 用水力资源和其他新能源。 拓展视野 从导电高分子说起 2000年诺贝尔化学奖表彰的研究成果是发现了有机高 聚

5、物可以导电。科学家将聚乙炔（polyacetylene）用碘或溴 掺杂以后， 聚乙炔的电导率提高了7个数量级， 从而改变了 塑料不导电的观念，开发了有机高分子导电材料。 煤磨成煤粉后和一些燃料油混合在催化剂作用下加氢， 得到的液化产物叫做人造石油。 我国的煤炭资源极为丰富，总储量居世界第三位。我 国又是世界上最大的耗煤国家， 在能源结构中煤炭占70%， 而且煤的利用率还需提高。因此煤的综合利用是十分重要 的问题。 在煤的开发和利用过程中，要合理处理“废气” 、 “废 水”和“废渣” ，做到减少污染，保护环境。 表 11.6 我国煤、石油、天然气储量的世界排位（2006年） 比项 煤 石油 天然

6、气 探明储量 1.145 1011 t 2.2 109 t 7.554 1011 m3 排位 第 3 位 第 12 位 第 3 位 29 化学史话 2000年化学诺贝尔奖的贡献与启示 长期以来， 塑料以其良好的绝缘性能广泛用于电器工业。 随着科学的发 展，人们发现有机聚合物不仅可作绝缘体，也可以作为导电体。 2000 年化学诺贝尔奖得主是日本化学家白川英树（Hideki Shirakawa, 1936 ） 、美国化学家麦克迪尔米德（Alan MacDiarmid, 1927 ）和美国 物理学家黑格（Alan Heeger, 1936 ） 。白川英树的研究生因催化剂加得太 多而无意中合成出了前人

7、没有制得的具有金属光泽的薄膜状聚乙炔， 这三位 科学家联合进行研究，发现用碘或溴蒸气处理（掺杂）过的聚乙炔，电导率 提高了7至9个数量级，显示出接近金属的电导率。这一发现改变了塑料不 导电的观点，成功开发了导电性高分子材料，为各种光、电材料、薄型轻质 电池和手机显示屏开辟了广阔前景，高分子导体已成为21世纪令人瞩目的 新材料研究方向之一。 几位科学家重视开创性研究和研究成果的转化， 他们给人类带来的不仅 是财富，而且更多的是启示。 CaO + 3C CaC2 + CO CaC2 + 2H2O HC CH+ Ca(OH)2 2 5003 000 电炉 合成聚乙炔塑料的原料是乙炔，长期以来工业上曾

8、用 煤为主要原料来制取乙炔。 把煤置于隔绝空气的密闭炼焦炉内加热，分解出焦炉 气、 煤焦油等物质后留下的固体物质叫焦炭。 把焦炭、 生石 灰放在电炉里高温反应， 可以得到电石， 即碳化钙。 将制得 的电石与水反应可得到乙炔。用这种方法来制取乙炔要消 耗大量的电能。 石油化工的兴起和大量天然气的开采，使乙炔的生产 从用煤为原料转为用石油和天然气为原料。但近年来，由 于石油价格猛升，用煤制乙炔的前景又被看好了。 30 与乙烯相似，乙炔容易被氧化和起加成反应。 乙炔燃烧时火焰明亮，产生黑烟，并放出大量的热能。 1 mol乙炔完全燃烧放出1 300 kJ 热量。 乙炔 乙炔（acetylene）俗名电

9、石气，分子式是C2H2。纯净的 乙炔是无色、 无臭的气体， 微溶于水， 易溶于有机溶剂。 由 电石生成的乙炔中因混有磷化氢和硫化氢等杂质而有特殊 的气味。 乙炔的实验室制法及其性质 在烧瓶里放几小块碳化钙，旋开分液漏 斗活塞，使水慢慢滴下，用排水法收集乙炔。 观察乙炔的颜色、状态。 点燃制得的乙炔。 把纯净的乙炔分别通入盛有酸性高锰酸 钾溶液和溴水的试管里，观察现象。 现象： 。 课堂实验 图 11.38 制取乙炔 乙炔的分子结构特点和化学性质 根据乙炔的分子组成， 写出乙炔的电子式和结构式， 并推 测乙炔可能具有哪些化学性质。 图 11.37 乙炔的分子模型 31 2C2H2+ 5O2 4C

10、O2 + 2H2O 乙炔在氧气里燃烧时产生的火焰叫氧炔焰，氧炔焰的 温度达 3 000 以上，可用来切割和焊接金属。 图 11.41 氧炔焰切割金属 乙炔 氧气 图 11.40 乙炔的燃烧图 11.39 乙炔钢瓶 乙炔分子里碳碳原子间以叁键相结合，叁键中有两个 键容易断裂，使碳原子能与其他原子或原子团相结合。由 于乙炔分子里的两个键在加成反应中分步断裂，因此在不 同的情况下可以得到两种加成产物。 乙炔在催化剂存在下，加热到150160 时，与氯化 氢发生加成反应，生成氯乙烯（vinyl chloride） 。 用氯乙烯为原料可以制取聚氯乙烯 （polyvinyl chloride， 简称PVC

11、）塑料。 如果乙炔气体中混有空气， 遇火会发生猛烈的爆炸， 乙 炔在空气里的爆炸极限是2.5%80%。因此，储存乙炔的 容器必须远离火种，使用时必须注意安全。 点燃 催化剂 HC CH + HClCH2 CHCl Cl nCH2 CHCl CH2CH n 高温高压 催化剂 32 拓展视野 图 11.43 塑料制品 （b）软管 （a）玩具 塑料加工 在聚氯乙烯中 掺入一些高沸点的 有机化合物（增塑 剂）能使坚硬的聚 氯乙烯变得柔软。 加工聚氯乙烯 塑料时，加入发泡 剂，能制出疏松多孔 的泡沫塑料。 【资料库】 几种常见的塑料 由乙烯聚合而生成的聚乙烯，具热塑性。纯品呈乳白色，手感似蜡，耐 化学腐

12、蚀， 电绝缘性能极优。 它主要用以制造薄膜 （如食品袋、 农用薄膜等） 、 容器、管道、日用品等，并作为电视、雷达等高频绝缘材料。 聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料， 具有较高的耐冲击性， 强韧， 抗多 种有机溶剂和酸碱腐蚀，在工业上有广泛的应用。例如，用作输送管道、化 阻燃纤维 把氯乙烯或溴乙烯掺入腈纶高分 子中， 就制成了能阻止燃烧的纤维， 叫 做阻燃纤维， 这种纤维一旦着火后， 会 使火势越来越小，直至自动熄灭。 阻燃纤维独特的性能是天然纤维 和其他合成纤维所没有的， 因此， 它广 泛应用于航空、 航海领域， 并逐渐进入 日常生活。 图 11.42 消防服 拓展视野 33 学容器及设备衬里

13、、 表面涂层等防腐材料。 也可用于作电绝缘性的制件， 如 电视机座架，高电压杯，电线圈架，电缆等。 聚氯乙烯由氯乙烯聚合而成， 耐腐蚀、 不易着火。 它可用于制造合成纤 维 （氯纶） 和塑料。 按所加增塑剂的多少， 可制成软质和硬质的热塑性塑料。 前者可以制造透明的薄膜 （如台布、 雨衣等） 、 人造革及电线的保护套层等， 后者可以制造板材、 阀门及管道等。 工业用聚氯乙烯塑料有毒， 其薄膜不宜 包装食品。 聚苯乙烯由苯乙烯聚合而成，具热塑性。纯品透明，耐化学腐蚀，电绝 缘性能优良，但性脆。它可用于制造电绝缘材料、日用品、薄膜和泡沫塑料 等。色彩斑斓的塑料玩具很多是聚苯乙烯的制品。 聚四氟乙烯

14、是塑料的后起之秀，冠称“塑料王” ，它是一种白色、半 透明的结晶聚合物。 由于分子中的氟原子与碳原子紧密结合， 使碳链的牢 度大大增强，从而具有很多独特的优异性能。聚四氟乙烯耐酸、碱腐蚀， 在26.9 的低温和250 的高温下不变性。 它的电绝缘性好， 不受电磁波 影响。 聚四氟乙烯可制造低温设备， 可作耐腐蚀的反应器， 作金属电线的外 皮。由于它对人体无害，可制造人工骨骼、软骨和医疗器械。另外，它还用 于制造雷达及短波器材等。 图 11.44 聚四氟乙烯的用途 聚四氟乙烯作为烹调用具的涂料又称特氟隆。 在使用特氟隆餐具时应注 意温度不宜过高，否则会使聚四氟乙烯分解产生有毒物质危害人体健康。

15、聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃， 由甲基丙烯酸甲酯聚合而成， 具有热 塑性、耐光、高度透明、质轻、不易破裂等优点，可作玻璃的代用品。常用 作飞机上的透明罩盖或窗玻璃，也在牙科医疗中做假牙和牙托。 用甲醛和苯酚合成的酚醛树脂具热固性。电木是在酚醛树脂中加入填 料，再加工成型的。将酚醛树脂涂于片状材料上，可压制成层压塑料，广泛 用于电绝缘材料、 日用品等。 家具用的密度板就是酚醛树脂和木屑在加热下 压制成型的。加工不当，密度板会释放出甲醛，危害健康。 34 高分子材料的分子设计 当今世界上,塑料、 橡胶、 合成纤维三大合成 材料年产量已达上亿吨。 材料生产目前正向着从结构性能实施的 关系中进行分子设

16、计，以合成指定结构的功能高 分子材料。 发光塑料是一种低辐射聚合物，在这种塑料 材料上加上一定电压后会发光。这种材料可用于 制造警告标志和广告灯，还可应用于体积小、电 压低的产品开发。 拓展视野 图 11.45 新型塑料 思考与复习11.3 1下列各组物质中，能用溴水或酸性高锰酸钾溶液鉴别的是（） 。 （A）乙烷、乙烯（B）乙炔、丙烯 （C）己烷、庚烷（D）乙炔、丁二烯 比较乙烷、乙烯、乙炔分子组成、结构特点、 化学性质的异同 烃乙烷乙烯乙炔 分子式 碳的质量分数 结构简式 结构特点 取代反应 加成反应（与溴水反应） 氧化反应（与酸性高锰酸钾溶液反应） 35 2在标准状况下，将0.672 L的乙炔通入溴水，最多能跟多少克2%的 溴水发生反应？ 3物质的量相同的乙烷、乙烯和乙炔完全燃烧后，生成的二