【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。   

第一章烃——Ⅴ煤的干馏和石油工业

§1-14石油和石油工业

【01】石油是一种天然矿产，它是工业上制取各种烃的重要来源。由于近代有机化学工业的发展，石油除作为内燃机的动力燃料、机器的润滑剂以及有机物的溶剂外，还用作塑料、合成橡胶、合成纤维等等的工业原料。所以，石油资源和石油工业，对一个国家的国民经济的发展，具有十分重大的意义。

石油

【02】石油是一种粘稠而带着暗绿色或褐黑色的油状液体，有特殊气味。它比水稍轻些，不溶于水。

【03】石油矿床储集在地下的各种多孔性岩层里，因此称为“石”油。它蕴藏的深度，从几十米到几千米不等。一般都是埋藏较深，接近地面的往往会渗透到附近的河流里或从岩石的隙缝中，逐渐挥发而散失掉。所以，世界上的石油资源比煤少得多，也宝贵得多。

【04】石油的成因和来源，现在还没有得到定论，一般认为是动植物体被长期埋藏在地下而形成。世界上的石油矿，大多数产生在1200~6000万年以前的岩层里。采取石油需要凿井。石油矿里如果含有大量气态烃的话，当油井凿成时，石油因受到矿内气体的压力，会自动喷出地面。如果由于矿内气体的压力不够，或者自喷一段时间后压力减小，那就需要采取人工方法，向油层里压入气体或水，使石油流出地面。

石油工业

【05】石油的组分非常复杂，主要是烃类的混和物，不同产地的石油所含烃的种类不尽相同，我国较多数的石油矿床所含的主要是烷属烃和环烷烃。

【06】开采出来的石油，叫做原油。要经过一系列的加工处理后才能得到适合不同需要的各种成品。石油工业是基本有机化学工业之一，可以分为：石油的分馏、裂化和人造石油三个部门。

1、石油的分馏

【07】石油所含的各种烃，有气态、液态，也有固态的，它们的沸点各各不同。在工业上，采取分馏法把石油分成几个部分来适应各种需要。通过下面的实验，可以认识石油分馏的原理。

【08】取蒸馏烧瓶配单孔塞，孔内插入360℃温度计一支，使水银球适在烧瓶的支管处。在烧瓶的支管上连接冷凝管，用锥形瓶承接馏液，装置如图1·15。

【09】在烧瓶中放原油约为瓶容积的1/3，加碎瓷数片（防止突然沸腾），置沙浴上加热【在铁盘里放沙子，使烧瓶埋在沙里加热，以便受热均匀】，调节灯焰。收集沸点在150℃左右的蒸馏液，是为汽油。等到馏液很少时，换一个承受馏液的瓶子，升高温度到300℃左右，再集取馏液，是为煤油。留在烧瓶里的是石油高沸点成分的混和物。

【10】拿两只蒸发皿，分别倒一些从实验得到的汽油和煤油，用点着的纸捻去引燃，见汽油立即发生燃烧，煤油就比较困难。可见汽油比煤油容易挥发成蒸汽，因此汽油的着火点比煤油要低，容易燃烧。

【11】工业上分馏石油的原理，基本上和上述的实验原理一样。不过工业上的操作是连续的，不间断地加入原料和制出产品。至于划分成哪些馏分，则是根据各自的需要和石油的成分来决定的。一般的石油分馏，大致如表1·9所示。

【12】从上表所列的各种成品来看，每种馏分里都包含着若干种不同的烃，某些烃同时存在在相邻近的馏分中，馏分冷凝的温度范围，也是交叉的。因为沸点比较近的烃，不容易绝对分开。在实际应用上，只要成品的沸点大致有一定的范围，就符合工业需要了，由于高沸点的重油，在常压下蒸馏，温度需要超过360℃才能气化，结果部分烃要发生分解，所以应采用减压分馏法（在压强低于一个大气压之下进行），把重油进一步分馏成多种成品，上表列出了石油成品的用途，由此亦可以看出石油在国民经济上的重要性。

【山注】关于“减压分馏法”的原理可能有小伙伴不太了解，我简单说一下：

〖首先要知道一般状态下，液体表面是有一个气液互相转化的动态过程的，即会有分子从液面飞出液面进入空气成为气态，也会有分子从空气中落回液面变回液态。也就是说，液体的蒸发与否就看分子飞出液面和分子落回液面的数量差值了，当飞出液面的分子数大于飞回液面的分子数，那么液体就减少了，反之亦然。〗

〖而在这个过程中存在一个平衡状态，就是飞出和飞回的分子数量差值为零的状态。一旦突破这个状态液体就会不断减少，即液体将不断的气化。那应该怎样突破这个过程呢？此时就要看影响这个差值的因素了，其中一个关键因素就是温度，温度越高，分子获得的能量就越高，挣脱液体引力飞出液面的概率就越大，而被液面引力从空气中捕捉的概率就越小，当温度达到沸点时，就意味着分子飞出的概率将绝对大于等于飞回的概率，保持这一状态液体将会不可逆的气化。而水等液体到了沸点后，温度不再上升则是因为增加热量只会使更多的分子飞出，加快分子飞出的速度，而分子带着热量离开液体，从而使液体的温度无法增加，直至烧干为止。〗

〖此时有小伙伴可能会想到蒸发，蒸发时温度不需要达到沸点也可以进行，这是因为液面必是处在敞口状态下的，此时飞出液面进入空气中的分子自由运动时，有很大概率会离液面越来越远，直至再也不可能落回液面为止，从而极大的减少落回液面的分子数，使液体即使没有达到沸点温度，飞出的分子数也会大于落回的分子数。也就造成液体的减少，这就是蒸发的现象。而若是密封的液体就没有变化，但这并不是液面没有上述气液互转的过程，而是无论分子怎么飞出液面都不可能远离液面，从而最终必有概率重新落回液面，也就保持了液体总量的不变。〗

〖那么，还有没有影响的关键因素？有，压强正是另一个关键因素。原因很简单，压强越大，液体中分子就越不容易飞出液面，而空气中的分子就越容易被压回液面。因此此时液体分子就需要在更高的温度下，吸收更多的热量才能确保有更多的分子可以飞出液面。〗

〖而此处的减压分馏法则是反其道而行之，减小压强，则液体中的分子更容易飞出液面，而空气中的分子则会因压力的减小而减少落回液面的概率，这样液体分子就不需要太高的温度也能使飞出的分子数大于飞回的分子数，从而就减小了所需的温度。高原地区水60多度就沸腾了，正是因为气压小，液体分子更容易飞出液面，60多度时就能保证飞出的分子一定大于等于飞回的分子，从而使60多度就开水了。〗

2、石油的裂化

【13】随着工业技术的发展，石油越来越显示了它的重要性。特别是对汽油的需要量，更日益增加。但从原油里提取到的汽油，只占15~20%。因此，人们就着手研究提高汽油的出产率。根据重油里所含链烃的分子量大、碳链长和沸点高的特点，增产汽油的关键，应当是把长链“截断”，使成为较小的分子。这种使石油里分子量大的烃，变为分子量小的烃的处理方法，叫做石油的裂化法。通过裂化，可以从原油里取得50%左右的汽油。下面是说明裂化原理的实验。

【14】用一支配有单孔塞的硬质试管(A)和另两支配有双孔塞的大试管(B、C)，分别用直角形导管串联起来。装置如图1·16。

【15】在硬质试管(A)里放入洗净烘干的沙子，并滴入经过处理的煤油（要不含杂质，对酸化的高锰酸钾溶液不褪色），使沙子全被煤油所浸湿在沙子上面，填一层除去了铁锈的干燥铁屑，把试管横过来水平地夹在铁架合台上。试管(B)的下半部，浸在冷水瓶里，作为承接冷凝液体的受器。试管(C)装酸化的高锰酸钾溶液，使液面恰好浸没导管的末端，便于未液化的气体能够在接触高锰酸钾溶液后，从尖嘴管逸出。

【16】将三个试管的塞子分别塞紧，然后加热(A)管的铁屑部分，不久便见到(B)管里有液体凝集下来，同时(C)管的高锰酸钾的溶液中，不断有气泡通过，紫红色逐渐消褪。再在尖嘴管上点火，放出的气体能在管口燃烧，发出明亮的火焰。停止加热后，再取(B)管里的液体引燃，比原来的煤油容易着火。这些现象都说明了煤油里的各种烃，在受热过程中发生了分解。

【17】如以十六烷为例，它的裂化过程是：

【18】这些生成前分子量较小的产物，还能继续分解，如

【19】所以煤油裂化后所得到的是：沸点较低的类似汽油的饱和烃和不饱和烃的液态混和物，以及饱和烃和不饱和烃的可燃性气体。

【20】至于分子量更大的重油的裂化过程，也和煤油一样，不过多了一步，如

【21】到了一定的时候，就有较多的象汽油一般的烷烃、烯烃以及低级气态烃等等生成。这些低级气态烃是合成橡胶、塑料和人造石油的重要原料。

【22】工业上就是根据上述原理来进行石油加工的。一般采用400~700℃的温度和几个到十几个大气压的压力，使重油在气态或液态下进行分裂，再通过分馏，得到汽油等成品。这种方法称为热裂化法。

【23】为了采用较低的温度和压力，并提高产品的质量起见，工业上常使用硅酸铝和三氯化铝等作为催化剂，这种方法叫做催化裂化法。下面的实验可以说明催化裂化的原理。

【24】把石油热裂化实验装置里的硬质试管调一个圆底烧瓶，如图1·17。

【25】在烧瓶里盛石蜡油，加热，不见有什么变化发生。向石蜡油里加入无水三氯化铝，略加热即有气体发生，同时在空试管中，有部分液体冷凝下来，一部分气体通过高锰酸钾溶液，使溶液的颜色逐渐褪去。在尖嘴管口点火，放出的气体也能燃烧。

【26】以上说明由于催化剂的存在，在较热裂化为低的温度下，含有分子量大的烃的石蜡能裂化为分子量小的烃。

3、人造石油

【27】虽然用裂化法可以大大提高汽油的产量，但还是不能满足国民经济各部门和国防上的多方面的需要。因此不得不利用其他资源来合成汽油。目前世界各国所采用的合成法，有下列几种：

【28】(1)用煤作为原料，使煤粉悬浮在重油里，在400~500℃的温度，200~700大气压和催化剂存在的条件下，跟氢气直接反应，生成人造石油。同时重油也发生裂化成为汽油。

【29】(2)用煤制成水煤气（CO、H₂），在温度200~300℃，压力1~200大气压下，通过催化剂得到人造石油。

【30】制成的人造石油经过分馏，就能得到各种石油产品。

【31】(3)用煤低温千馏(450~600℃)，或干馏油母页岩【油母页岩是一种黑褐色的岩石，成层片状结集在煤层上面。距地面较近，它的含油率为5~16%】，得到类似重油的产物，再进行裂化加工而成汽油。

【32】石油工业的发展是和工业革命分不开的。十九世纪初期，煤油是石油工业的最重要的产品。石油的主要用途是点灯，其他部分，甚至和以前的煤焦油一样，被认为是讨厌的“废物”，只能把它放在原野里烧掉。等到内燃机和电气工业发达以后，煤油的经济价值便日益低落，而汽油的需要量则日见增加。同时机械的运转，亦需要大量的润滑油，近代有机合成工业的发展，更使石油成为宝贵的化工原料。因此，目前在国民经济各部门、国防和人民日常生活上，都需要用到石油。石油工业的发展亦在突飞猛进。

【33】我国是一个石油资源丰富的国家。西北地区的劳动人民，在二千多年前就知道了石油并且简单地加以利用了。只是由于反动政权的统治和帝国主义的侵略，才使我国的石油工业处于非常落后的状态，解放以来，在党的领导下，我国人民奋发图强，自力更生，对石油的资源勘探、生产设备和技术力量，都取得了惊人的发展。大庆油田就是我国最著名的世界第一流的大油田和现代化大型石油企业。我国石油产品已经由进口转为可以出口。在本世纪内我国石油工业还会取得更辉煌的成就。

习题1-14

1、石油的主要成分是什么？分馏石油可以得到哪些产物？

2、石油的分馏和裂化有什么不同？

3、石油裂化出来的气态物质是什么烃？有什么用途？

4、人造石油有哪几种方法？

5、怎样证明蜡烛中含有碳和氢？

6、在汽车的加油站和停车场等处所，为什么要禁止吸烟？

7、为什么能用汽油除去衣服上的油迹？