燃料与分馏
化学· 11.3· 12 分钟阅读
1. 原油：组成与全球重要性★☆☆☆☆⏱ 3 min
原油（又称石油）是一种有限的不可再生化石燃料，由数百万年间埋藏在海床沉积物下的微小海洋生物遗骸形成。它是烃类的复杂混合物：仅由氢原子和碳原子构成的化合物，绝大多数属于烷烃同系列。
原油
从地下岩层中开采出的深色粘稠烃类化合物混合物，用作燃料来源和石化工业原料。
说明原油被视为关键全球资源的两个原因。
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步骤1：第一类用途：它经过加工可制得汽车、飞机和船舶使用的运输燃料（汽油、柴油、煤油）。
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步骤2：第二类用途：它为石化工业提供原材料（原料），用于生产塑料、洗涤剂、溶剂和合成纤维。
2. 分馏工艺★★☆☆☆⏱ 4 min
分馏是将原油分离为有用馏分（沸点相近的烃类组）的物理过程。该过程在高大的钢制分馏塔中进行，塔底保持高温（约400°C），塔顶温度低得多。
分馏
基于原油中各烃类组分的沸点差异，将原油分离为不同馏分的物理分离技术。
首先，原油被加热至约400°C，使几乎所有组分汽化。热蒸汽沿塔上升，上升过程中逐渐冷却：沸点较高的烃类（大分子）在靠近高温塔底的位置率先冷凝，而沸点较低的小分子烃类则上升到更高位置，在靠近低温塔顶的位置冷凝。液态馏分在塔的不同高度被导出收集。
解释为什么大分子烃类馏分在分馏塔底部附近收集。
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步骤1：将分子大小与沸点关联：较大的烃类分子分子间作用力更强，因此沸点更高。
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步骤2：将沸点与塔内位置关联：塔底是温度最高的区域，因此只有高沸点的大分子烃类会在此处冷凝，不会继续向塔的上方上升。
3. 馏分的性质与常见用途★★☆☆☆⏱ 3 min
从分馏塔底部向塔顶移动时，所有馏分的性质都呈现一致的变化趋势：随着分子尺寸减小，沸点降低，粘度（粘稠度）降低，易燃性升高。
馏分 | 沸点范围 (°C) | 主要用途 |
|---|---|---|
炼厂气 | <40 | 烹饪和供暖用瓶装燃料 |
汽油 | 40-170 | 乘用车燃料 |
煤油 | 170-250 | 航空燃料、民用供暖 |
柴油 | 250-350 | 卡车、公交车和火车燃料 |
燃料油 | 350-600 | 船舶和发电站燃料 |
沥青 |
| 道路铺装、屋顶防水 |
从塔的上部收集的某馏分流动性好，接触火焰时极易点燃。写出该馏分的名称并说明其主要用途。
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步骤1：识别馏分：低粘度、高易燃性且在塔的高处收集，符合汽油或炼厂气的特征。
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步骤2：说明用途：汽油用作乘用车的燃料。
4. 烃类燃料的燃烧★★★☆☆⏱ 2 min
烃类燃料在氧气中燃烧时会释放有用的能量。根据可用氧气量的不同，燃烧可分为两种类型。
完全燃烧
氧气供应充足时发生的燃烧，仅生成二氧化碳和水作为废弃物，可从燃料中释放出最大可能的能量。
不完全燃烧发生在氧气供应受限的情况下。它释放的能量远少于完全燃烧，会产生包括有毒一氧化碳气体、固体碳（炭黑）和水在内的有害废弃物。
某故障燃气加热器产生黄色火焰，并在附近墙壁上留下黑色炭黑沉积物。说明发生的燃烧类型，并指出一种相关的健康风险。
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步骤1：识别燃烧类型：黄色火焰和炭黑是不完全燃烧的特征，由加热器氧气供应不足导致。
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步骤2：说明健康风险：不完全燃烧会产生有毒的一氧化碳气体，若在通风不良的空间内吸入，会导致致命中毒。
5. 常见陷阱
错误做法:
声称分馏涉及分解烃类的化学反应
原因:
分馏是一种物理分离过程，不会破坏任何化学键，沸腾过程中仅克服分子间作用力
正确做法:
始终将分馏描述为基于沸点差异的物理分离过程
错误做法:
声称沥青等高沸点馏分在蒸馏柱顶部收集
原因:
沥青的分子非常大，沸点极高，因此会在温度很高的蒸馏柱底部率先冷凝
正确做法:
牢记变化趋势：分子更小、沸点更低的馏分在蒸馏柱更高的位置收集，大分子馏分在底部收集
错误做法:
声称不完全燃烧仅生成二氧化碳和水
原因:
不完全燃烧发生在氧气不足的条件下，产物包含一氧化碳、炭黑和水，并非只有二氧化碳
正确做法:
将完全燃烧对应为产物CO₂ + H₂O，不完全燃烧对应为产物CO/炭黑 + H₂O
错误做法:
将原油描述为由单一烃类构成的纯净物
原因:
原油是由数百种不同烃类化合物组成的混合物，因此需要进行分离
正确做法:
始终将原油描述为多种烃类组成的复杂混合物
错误做法:
混淆性质变化趋势，例如声称大分子烃类的可燃性更强
原因:
与小分子烃类相比，大分子烃类的可燃性更差、粘度更高、沸点也更高
正确做法:
遵循如下趋势：分子尺寸增大时，沸点↑，粘度↑，可燃性↓
6. 速查表
概念 | 核心考点 |
|---|---|
原油 | 烃类混合物，不可再生化石燃料 |
分馏 | 物理分离过程，依据沸点差异实现 |
蒸馏柱温度 | 底部温度高，顶部温度低 |
蒸馏柱顶部馏分 | 沸点低、粘度低、可燃性强（例如汽油） |
蒸馏柱底部馏分 | 沸点高、粘度高、可燃性弱（例如沥青） |
完全燃烧 | 氧气过量 → CO₂ + H₂O，释放最大能量 |
不完全燃烧 | 氧气不足 → CO/炭黑 + H₂O，产物有毒 |
深入阅读
下一步
在掌握了CIE IGCSE化学0620中燃料与分馏的核心内容后，你可以在此基础上进一步学习相关的有机化学和大气化学主题。首先你将了解裂化反应，这是一种将需求量较低的大分子馏分（如燃料油）分解为需求量更高的小分子馏分（如汽油）和烯烃的化学反应，烯烃是生产塑料的原料。接下来你将学习燃料燃烧对环境的影响，包括温室气体排放以及二氧化硫和氮氧化物造成的大气污染。你还将了解可降低对有限原油供应依赖的替代燃料。请务必练习撰写描述分馏过程的结构化2-3分答案，这类题型在核心考试试卷中非常常见。