DSE 化学｜化石燃料与空气污染：分馏、燃烧计算与催化转换器备课指引（导师用）

DSE 化学｜化石燃料与空气污染：分馏、燃烧计算与催化转换器备课指引（导师用）｜由一份原油到三条污染方程

2026-11-05

学生识讲“燃烧产生二氧化碳”，但问到烧一公斤辛烷排几多二氧化碳就停手。这一堂由分馏塔一路计到催化转换器。

本堂目标　学生能够：① 说出分馏按沸点切出四馏分，并各举一个用途；② 写出烷烃完全燃烧与不完全燃烧的方程，并由质量算 CO2 排放；③ 写出催化转换器把 CO 与 NO 变成 CO2 与 N2 的方程，并解释为何要“无铅”。

01　先备知识（开课前 3 分钟快检）

以下任何一项未过关，本堂就会卡住，先补该项：

技能	快检题	过关标准
烷烃通式	辛烷的分子式是什么	C8H18，通式 CnH2n+2
摩尔与质量	如何由质量求摩尔数	质量除以摩尔质量
氧化还原	燃烧属于哪一类反应	氧化，还原剂被氧化

02　课堂流程（45 分钟）

时间	环节	导师做什么	学生做什么
0–5 分	先问一桶原油	“汽油与沥青同源，凭什么分开？”	答不出或答“加工”
5–15 分	分馏塔五个切点	由 20°C 到 350°C，碳数越长沸点越高	五个馏分名称与用途
15–28 分	完全与不完全燃烧	氧气足够 vs 不足，产物差别	CO 与碳烟的来源
28–40 分	燃烧质量计算	1 mol 辛烷 114 g 产生 352 g CO2	1 kg → 3.09 kg CO2
40–45 分	催化转换器与离场三问	2CO + 2NO → 2CO2 + N2	三题全对

03　讲解脚本（照着说就可以）

第一幕：分馏塔只有一个原理：沸点

原油加热成蒸气进入分馏塔，塔底热塔顶冷，碳数越大沸点越高，所以在越低的位置凝结。五个切点记法：20°C 以下 C1–C4 石油气、70°C 左右 C5–C10 汽油、180°C 煤油、250°C 柴油、350°C 以上润滑油与沥青。
学生最常犯的错是以为分馏是“化学反应”，要在黑板写明：分馏是物理分离，分子没有改变。同样重要的一句：供应与需求不匹配 —— 汽车要汽油，但原油中汽油馏分只占一部分，所以才有裂解。

问学生：分馏出来的汽油，分子与原油中的一样吗？

第二幕：燃烧要写两条路：氧气够与氧气不够

完全燃烧：C8H18 + 12.5 O2 → 8 CO2 + 9 H2O，每莫尔辛烷用 12.5 莫尔氧气；不完全燃烧产生 CO 或碳烟，后者才是空气污染与中毒的来源。碳氢比决定 CO2 排放：辛烷摩尔质量 114，一莫尔烧出 8 莫尔 CO2 即 352 g，所以 1 kg 辛烷排放约 3.09 kg CO2。
下一步才讲污染物的来源分别：CO 来自不完全燃烧、SO2 来自燃料中的硫、NO 来自高温下氮与氧结合（不是燃料本身）。这三句分清楚，长题目就稳。

问学生：柴油车的黑烟，是燃烧足够还是不足够的证据？

第三幕：催化转换器把两种毒气互相抵消

汽车排气中的 CO 是还原剂、NO 是氧化剂，铂铑催化下两者反应：2CO + 2NO → 2CO2 + N2。三个要点：催化剂不消耗、只加快；必须用无铅汽油，因为铅会使催化剂中毒；转换器只能处理 CO、NO 与未燃碳氢，对 CO2 无效。
再补一个数字：煤含硫 1%，1 kg 煤含 10 g 硫即 0.312 mol，完全燃烧产生 20 g SO2，这就是烧煤发电要装脱硫装置的原因。

问学生：为什么催化转换器不能减少二氧化碳？

04　必教题型与步骤

题型	例子	步骤	答案
分馏馏分题	配对馏分与用途	先按碳数排，再按沸点切	汽油 C5–C10
燃烧方程题	写完全或不完全燃烧方程	先配碳、再配氢、最后配氧	C8H18 + 12.5 O2
排放计算题	由燃料质量求 CO2 质量	质量 → 摩尔 → 乘 8 → 乘 44	1 kg → 3.09 kg
污染控制题	写催化转换器方程并解释	CO 氧化、NO 还原，同一方程写齐	2CO + 2NO → 2CO2 + N2

合理性检查（一定要教）：三个数字互相检查：辛烷 114 g/mol、每莫尔放出 352 g CO2、1 kg 排放 3.09 kg。合理性测试是 CO2 质量一定要大过燃料质量（因为氧被加了进去），计出小于 1 kg 就一定错。硫的那条线同样检查：10 g 硫出 20 g SO2，比例 2:1，因为 SO2 摩尔质量是硫的两倍。

05　独立练习三题

题目	答案	想观察什么
辛烷完全燃烧的方程是什么？	C8H18 + 12.5 O2 → 8 CO2 + 9 H2O	氧气系数有否配平
1 kg 辛烷完全燃烧排出多少 CO2？	约 3.09 kg	有否由摩尔质量再乘 8 与 44
1 kg 含硫 1% 的煤产生多少 SO2？	20 g	硫与 SO2 是否 1:1 摩尔

06　学生常见错误与纠正句

错误	学生通常这样写	导师这样说
把分馏当化学反应	写“分馏把长链裂成短链”	分馏只是按沸点分开，裂解才是化学反应。
不完全燃烧方程仍写 CO2	氧气不足时写出 8 CO2	氧不足就出 CO 或 C，要学生自己数氧够不够。
排放计算忘了乘碳数	用 114 g 对 44 g 直接比例	一莫尔辛烷有 8 个碳，所以要乘 8。
以为 NO 来自燃料中的氮	写“汽油含氮所以排 NO”	NO 是高温下空气中的氮与氧结合，与燃料成分无关。

07　家课建议（直接指到练习卷题号）

DSE Chemistry fossil fuels practice paper　第 1–3 题：画分馏塔并标五个馏分，第 3 题要写出完整燃烧方程并配平。
同一份卷排放计算题　第 5 题：由 1 kg 辛烷算 CO2 排放，再由煤含硫 1% 算 SO2，两个答案都要连单位。

08　离场检查（最后 5 分钟）

题目	答案	判定
分馏是物理还是化学	物理分离	答化学就要重讲分子不变
不完全燃烧的两个产物	CO 与碳（碳烟）	只答 CO 要补碳烟
催化转换器的方程	2CO + 2NO → 2CO2 + N2	答不出就回到“CO 还原、NO 氧化”

09　导师常问

为什么要用无铅汽油？

铅会使催化剂中毒失效，而催化转换器是汽油车减排的关键装置。

天然气是否没有污染？

燃烧天然气几乎不排 SO2 与悬浮粒子，但仍是化石燃料，会排 CO2。

裂解与分馏有什么分别？

分馏按沸点分开原有分子，裂解把长链断成短链以增加汽油产量。

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本页为 TutorZone 导师备课指引，内容由 TutorZone 团队编写；题目与流程为原创，并非任何学校或出版社的教材。