17. Нафта (§ 20)

• Назад до змісту

17.1. Підпишіть природні джерела вуглеводнів.

Під малюнками у відповідних прямокутниках записуємо (зліва направо):

1. Нафта (бочка з темною рідиною)
2. Природний газ (бурова вишка з факелом попутного газу)
3. Кам’яне вугілля (купа чорного вугілля)

17.2. Підпишіть назви фракцій нафти та їх застосування відповідно до максимального числа атомів Карбону в молекулах вуглеводнів цих фракцій.

17.3. За додатковими джерелами інформації схарактеризуйте способи хімічної переробки природного газу та зазначте продукти цієї переробки. За потреби наведіть рівняння реакцій.

Основу природного газу становить метан $\mathrm{CH_4}$. Хімічна переробка метану дає змогу одержувати цінні речовини для органічного синтезу кількома основними способами:

1. Парова або вуглекислотна конверсія (одержання синтез-газу):
   При взаємодії метану з водяною парою за температури близько $800\text{--}900\ ^\circ\mathrm{C}$ на нікелевому каталізаторі утворюється суміш чадного газу та водню:
   $\mathrm{CH_4 + H_2O \xrightarrow{t^\circ, \text{кат.}} CO + 3H_2}$
   Продукти: синтез-газ ($\mathrm{CO + H_2}$), який слугує сировиною для синтезу метанолу, оцтової кислоти та штучного рідкого пального.

2. Термічний розклад (піроліз):

   • За температури $1000\ ^\circ\mathrm{C}$ метан розпадається на прості речовини:
     $\mathrm{CH_4 \xrightarrow{1000\ ^\circ\mathrm{C}} C + 2H_2}$
     Продукти: технічний вуглець (сажа) для виробництва гуми та друкарських фарб, а також водень для виробництва амоніаку.
   • За високої температури ($1500\ ^\circ\mathrm{C}$) та швидкого охолодження утворюється ацетилен:
     $\mathrm{2CH_4 \xrightarrow{1500\ ^\circ\mathrm{C}} C_2H_2 + 3H_2}$
     Продукти: етин (ацетилен) для газового зварювання та синтезу полімерів.

3. Галогенування (хлорування):
   Під дією світла атоми Гідрогену в метані послідовно заміщуються на атоми Хлору:
   $\mathrm{CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl}$
   Продукти: хлорометан, дихлорометан, трихлорометан (хлороформ) і тетрахлорометан, які використовують як розчинники, холодоагенти та засоби пожежогасіння.

4. Неповне каталітичне окиснення:
   За різних умов окиснення метану киснем повітря одержують метанол, метаналь або мурашину кислоту:
   $\mathrm{2CH_4 + O_2 \xrightarrow{t^\circ, \text{кат.}} 2CH_3OH}$
   Продукти: метанол (метиловий спирт) та метаналь (мурашиний альдегід).

17.4. Під час крекінгу вуглеводню $\mathrm{C_{16}H_{34}}$ утворюються два продукти з однаковим числом атомів Карбону в молекулах. Запишіть рівняння реакції.

Під час термічного розщеплення алкану гексадекану ($\mathrm{C_{16}H_{34}}$) утворюються насичений вуглеводень (октан) і ненасичений вуглеводень (октен), кожен з яких містить рівно по 8 атомів Карбону:

$\mathrm{C_{16}H_{34} \xrightarrow{t^\circ, \text{кат.}} C_8H_{18} + C_8H_{16}}$

17.5. Взаємодією чадного газу з воднем одержують деякі алкани. Побічним продуктом цієї реакції є вода. Обчисліть об’єми чадного газу та водню, необхідні для одержання бутану об’ємом 2 л цим способом.

Відомо:

• $V(\mathrm{C_4H_{10}}) = 2\text{ л}$

Обчислити:

• $V(\mathrm{CO}) - ?$
• $V(\mathrm{H_2}) - ?$

Розв’язання:

1. Складемо рівняння хімічної реакції:
   $4\mathrm{CO} + 9\mathrm{H_2} \xrightarrow{\text{кат.}} \mathrm{C_4H_{10}} + 4\mathrm{H_2O}$

2. За законом об’ємних відношень газів (за однакових температури й тиску), об’єми газів, що реагують та утворюються, відносяться між собою як їхні коефіцієнти в рівнянні реакції:
   $V(\mathrm{CO}) : V(\mathrm{H_2}) : V(\mathrm{C_4H_{10}}) = 4 : 9 : 1$

3. Обчислимо об’єм чадного газу:
   $V(\mathrm{CO}) = 4 \cdot V(\mathrm{C_4H_{10}}) = 4 \cdot 2\text{ л} = 8\text{ л}$

4. Обчислимо об’єм водню:
   $V(\mathrm{H_2}) = 9 \cdot V(\mathrm{C_4H_{10}}) = 9 \cdot 2\text{ л} = 18\text{ л}$

Відповідь: $V(\mathrm{CO}) = 8\text{ л}$, $V(\mathrm{H_2}) = 18\text{ л}$.

Підпишіть види діяльності на уроці й оцініть за ними свою роботу.

1. Робота з теоретичним матеріалом і схемами: вивчення будови та складу нафти (оцінка: відмінно).
2. Аналіз процесу перегонки нафти: заповнення даних про температурні режими та нафтопродукти (оцінка: відмінно).
3. Складання рівнянь хімічних реакцій: запис процесів крекінгу та переробки природного газу (оцінка: відмінно).
4. Обчислення за хімічними рівняннями: розрахунок об’ємів газів за об’ємними відношеннями (оцінка: відмінно).