Природные источники углеводородов

· ежедневно в мире сливается в океан 18 тыс. т нефти;

· сжигается до 90 тыс. т нефти;

· 56 млн т углекислого газа выбрасывается в атмосферу.

Более 20 лет назад Тур Хейердал, известный ученый, писал: «Посреди океана, открытого для Европы Колумбом, теперь нельзя руку сунуть в воду, чтобы не вымазаться в грязи». Конечно, он имел в виду нефть. Если и дальше ничего не изменится к лучшему, мировой океан покроется нефтяной пленкой и все живое в нем погибнет.

Очаги экологического нездоровья на нашей планете – места наиболее интенсивной добычи нефти. Средиземное море – это уже не большое синее море, а резервуар черной жижи. Через несколько десятков лет оно может превратиться в большой мертвый водоем.

Северное море... Принц Чарльз назвал его большой клоакой. Балтика, Ладога, реки, озера... «Мы наполнили реки дерьмом, мусором, нефтью, красками, ядами», – замечает американский эколог Джон Берд. И все-таки основные загрязнители вод – нефть и нефтепродукты. Очистить огромные водные пространства от этих веществ трудно.

Задание учащимся. Предложите способы очистки воды от нефти.
Ученики отвечают и проводят эксперимент по очистке воды с использованием пробки, пенопласта.

Интересные сведения о природных источниках углеводородов

1. Издержки при добычи нефти на 1 т составляют:

Саудовская Аравия – 4–7 долларов, США – 60–80 долларов, район Северного моря – 75–100 долларов.

2. Доход на душу населения в Объединенных Арабских Эмиратах и Саудовской Аравии составляет 27 000 долларов.

3. Условия работы на месторождении Прадхо-Бей в США впору назвать экстремальными: температура воздуха здесь опускалась до –74 °С.
4. Залежи и добыча нефти оказывают влияние на топонимику.
Задание учащимся. Как переводится название города Майкоп?

(Тюрские слова «май» – масло и «копа» – болото.)

Расшифруйте названия городов:

Карамай (Китай) («кара» – черное, «май» – масло), Небит Даг

(Туркмения) («небит» – нефть, «даг» – гора).

5. Нефти в Кувейте и Объединенных Арабских Эмиратах хватит на 100 лет.

6. Нефтяной кризис повлиял на быт: температура в государственных учреждениях Германии не должна превышать 18 °С; на лестницах домов свет зажигается на минуты, которые необходимы человеку для того, чтобы подняться на свой этаж.

7. На острове Тринидад в Карибском море есть асфальтовое озеро глубиной 1 км. Оно содержит 15 млн т асфальта. Происхождение его неизвестно.

8. Огнетушитель придумал О.Лоран случайно, когда тушил горящую нефть пивом. Викторина

На партах учащихся имеются карточки.

1. Необходимо по характеристике страны – лидера по добыче нефти определить ее название:

а) подавляющая часть страны исповедует ислам;

б) подавляющая часть населения арабы;

в) в стране находится Мекка – родина основоположника ислама Мухаммеда (Магомета);

г) страна, где, по преданию, в г. Медине находится гробница основателя ислама.

2. По названию столицы определите государство:

3. Как переводится слово «петролеум»? (Каменное масло.)

4. Вы уже знаете о древних каменноугольных деревьях, которые произрастали в первобытном лесу. А мы с вами вырастим свое небывалое угольное дерево. Дерево это, конечно, воображаемое. Но листья на нем самые настоящие (рис.). Чтобы одеть дерево в листву, необходимо вспомнить, какие вещества можно получить из каменного угля.
Дети дают ответ. После каждого правильного ответа на дереве рисуют листочек.

Учитель химии (обобщает). Растут на угольном дереве пластмассовые игрушки. Это потому, что многие пластмассы делают из переработанного угля.

Одна из ветвей угольного дерева проросла прямо в аптеку. На ней висят всякие лекарственные вещества, добываемые из угля.

Ах какой душистый запах у этой ветки угольного дерева! Это потому, что из угля добывают ароматические вещества. А на этой ветке опасный плод – взрывчатка.

Автомобильные шины и тонкая прозрачная одежда из капрона, холодильники и рыболовные сети, краски, лаки, пластмассы – все это растет на угольном дереве.

3.1 Задачи по теме: «Природные источники углеводородов»

1. При сжигании 1,6 г органического вещества было получено 1,12 л диоксида углерода (н.у.) и 1,8 г паров воды. Плотность паров исследуемого вещества по воздуху равна 1,104. Определите молекулярную формулу вещества.

2. При действии соляной кислоты на 2 г смеси магния и оксида магния выделился газ, при сгорании которого образовалось 0,9 г воды. Определите массовую долю магния в смеси.

3. Какая соль и сколько ее по массе получится при пропускании газа – продукта сжигания 16 г серы – через 500 мл 1М раствора гидроксида натрия?

4. Какой объем 0,25М раствора гидроксида натрия потребуется для превращения оксида углерода(IV), выделившегося при полном сжигании 6,4 г 2,2,3-триметилгексана, в кислую соль?

5. Сколько граммов нитробензола образуется из 39 г бензола и 39 г азотной кислоты?

6. При хлорировании 78 г бензола действием 1 моль хлора получено 0,5 моль хлорбензола. Каков выход в процентах от теоретически возможного?

7. Для реакции сульфирования смешали 150 мл 96%-й серной кислоты ( = 1,84 г/мл) и 150 мл бензола ( = 0,8 г/мл). При нагревании смеси получили продукт (назовите его) с выходом 80% от теоретически возможного. Определите массу продукта реакции.

8. Сколько известняка необходимо обжечь, чтобы карбидным способом получить ацетилен, которого хватило бы для получения 500 г 25%-го раствора ацетальдегида?

9. К 500 г 12%-го раствора сахара добавили еще 50 г сахара. Какова массовая доля сахара (в %) в полученном растворе?

10. При дегидрировании этана объемом 89,6 л (н.у.) с выходом 80% получили этилен. Какой объем растворителя 1,2 дихлорэтана можно получить из этого этилена? (Плотность 1,2-дихлорэтана –
1,24 г/мл.)

11. Сколько миллилитров 20%-го раствора азотной кислоты ( = 1,12 г/мл) требуется для приготовления 200 мл ее 0,1М раствора?

12. Для реакции с 8 г смеси меди и оксида меди(II) потребовалось 200 мл 0,5М раствора соляной кислоты. Вычислите массовую долю меди в смеси (в %).

13. Какой объем аммиака (н.у.) необходим для приготовления 3 л раствора с массовой долей аммиака 10%, если плотность – 0,95 г/мл?

14. Через 500 мл 1М раствора едкого натра пропущено 11,2 л диоксида серы (н.у.). Какая получилась соль и сколько ее по массе образовалось?

15. Газ, полученный при растворении 9,6 г меди в концентрированной серной кислоте, пропустили через 200 мл 2,8%-го раствора гидроксида калия ( = 1 г/мл). Какая соль образовалась в растворе? Какова ее масса?

16. При пропускании ацетилена через аммиачный раствор оксида серебра образовалось взрывчатое вещество, не содержащее водорода. Какова структурная формула соединения? Сколько литров ацетилена потребуется для получения 24 г продукта реакции, если выход составляет 89% от теоретического?

17. Из ацетилена объемом 3,36 л (н.у.) получили бензол объемом 2,5 мл. Определите выход продукта, если плотность бензола равна 0,88 г/мл?

18. При действии соляной кислоты на 6,5 г смеси цинка с оксидом цинка выделился газ, при сгорании которого образовалось 0,9 г воды. Найдите массовые доли (в %) металла и его оксида в исходной смеси.

19. Диоксид углерода, полученный при прокаливании 200 г известняка, содержащего 8% примесей, пропустили через раствор гидроксида бария. Сколько граммов осадка образовалось?

20. Рассчитайте, сколько миллилитров 19%-го раствора гидроксида натрия ( = 1,1 г/мл) потребуется для нейтрализации газа, выделившегося при получении бромбензола из 31,2 г бензола.

21. Остаток, полученный после термического разложения хлората калия КClО3 в присутствии МnО2, растворили в воде. К этому раствору добавили избыток раствора нитрата серебра и получили 57,4 г осадка. Какой объем кислорода выделился при разложении бертолетовой соли?

22. Газ, выделившийся при действии 16,6 мл раствора хлороводорода ( = 1,1 г/мл) с массовой долей кислоты 20% на 10 г сульфида железа(II), пропустили через 0,5 л раствора гидроксида натрия с массовой долей (NaOH) = 0,4% ( = 1 г/мл). Какая соль и в каком количестве образовалась?

23. При нагревании предельного одноатомного спирта массой 12 г с концентрированной серной кислотой образовался алкен массой 6,3 г. Выход продукта оставил 75%. Определите формулу спирта.

24. При обработке 75 г смеси стружек меди и алюминия концентрированной азотной кислотой выделился газ, при взаимодействии которого с водой было поглощено 4,48 л кислорода (н.у.). Определите массовые доли (в %) металлов в исходной смеси.

25. Предельный одноатомный спирт массой 30 г взаимодействует с избытком металлического натрия, образуя водород, объем которого при н. у. составляет 5,6 л. Определите формулу спирта.

26. Сожгли 2,24 л метана. Образовавшийся диоксид углерода пропустили через 19,1 мл 32%-го раствора гидроксида натрия (= 1,35 г/мл). Какая соль образовалась и какова ее массовая доля в полученном растворе?

27. При действии избытка щелочи на 3 г сплава алюминия с магнием выделилось 3,36 л водорода (н.у.). Найдите массовую долю магния в сплаве.

28. 12,2 г железа сплавили с 64,4 г серы. К полученному продукту реакции добавили избыток соляной кислоты. Выделившийся газ пропустили через 299 г 15%-го раствора хлорида меди(II). Определите массу образовавшегося осадка.

29. Сожгли 5,6 л этана. Весь полученный газ был поглощен 315 мл 6%-го раствора едкого натра ( = 1,06 г/мл). Какая соль и сколько ее образовалось?

30. Алкен нормального строения содержит двойную связь при первом атоме углерода, а 0,7 г этого алкена присоединяют 1,6 г брома. Определите формулу алкена, напишите формулы его возможных изомеров и назовите их.

3.2 Практическая работа. Ознакомление с образцами
продуктов нефтепереработки и коксования каменного угля

Оборудование. Коллекции «Продукты нефтепереработки», «Продукты коксохимической переработки каменного угля»; учебные схемы «Перегонка нефти. Трубчатая печь и ректификационная колонна», «Фрагмент установки каталитического крекинга нефтепродуктов», «Коксохимическое производство», «Основные научные принципы современного химического производства», «Выход продукта и отходы производства. Экологические проблемы».

Нефть – природная смесь углеводородов, обычно содержащая три вида углеводородов (в зависимости от месторождения) – парафины, цикланы и арены (ароматические).

Крекинг – процесс расщепления углеводородов нефти с образованием более легких углеводородов (т. е. с меньшей температурой кипения).

Схема трубчатой печи (1) и ректификационной колонны (2)

Схема получения в лабораторных условиях жидких и газообразных продуктов перегонки нефти (установка И.Т.Сыроежкина)

Термический крекинг протекает при 470–550 °С. Процесс медленный. Образуются углеводороды с неразветвленной цепью, в том числе непредельные углеводороды, легко окисляющиеся и полимеризующиеся. Продукт неустойчив при хранении.

Каталитический крекинг протекает при 450–500 °С в присутствии катализаторов. Скорость процесса больше, чем при термическом крекинге. Происходит изомеризация (разветвление). Продукт обладает большей детонационной стойкостью. Непредельных углеводородов в смеси меньше, следовательно, образующийся бензин более устойчив при хранении.
Пиролиз – это высокотемпературный (700 °С и больше) крекинг без доступа воздуха (продукты – этен, этин, бензол, толуол и др.).

При радикальном разрыве -связей (связи С–С примерно в середине углеродной цепи и связи С–Н в 2-положении от места разрыва связи С–С) из одной молекулы алкана образуется две сравнительно короткие молекулы новых алкана и алкена. Например, из н-октана получается н-бутан и бутен-1:

Дальнейший пиролиз можно описать такими реакциями:

Схема использования продуктов нефтепереработки

Каменный уголь – твердое горючее ископаемое растительного происхождения. Составные части каменного угля: горючая или органическая часть (основная), влага и минеральные включения, образующие при сжигании золу. Горючая масса содержит элементы С, Н, N, O и S.

В настоящее время ученые разрабатывают экономически выгодные методы получения синтетического жидкого топлива гидрированием угля (с использованием эффективных катализаторов). Другим перспективным способом получения жидкого топлива является его синтез из оксида углерода(II) и водорода.