Страница 50 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Наиболее важное применение природного газа в промышленности отражает схема

1) $CH_4 \to CH_3Cl \to C_2H_6$

2) $CH_4 \to C_2H_2$

3) $CH_4 \to C_2H_2 \to C_2H_6$

4) $CH_4 \to CO_2$

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать предложенные схемы химических превращений с точки зрения их промышленной значимости для переработки природного газа, основным компонентом которого является метан ($CH_4$).

Природный газ используется в промышленности в двух основных направлениях:

• Как высокоэффективное и экологически чистое топливо для выработки энергии.
• Как ценное химическое сырье для синтеза различных органических и неорганических веществ.

Рассмотрим каждую из предложенных схем:

1) $CH_4 \rightarrow CH_3Cl \rightarrow C_2H_6$

Эта последовательность включает две стадии. Первая, хлорирование метана ($CH_4 + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + HCl$), является промышленным процессом для получения хлорпроизводных метана. Однако вторая стадия, получение этана ($C_2H_6$) из хлорметана ($CH_3Cl$) по реакции Вюрца, не является основным промышленным методом получения этана. Этан в больших количествах содержится в природном газе и его выделяют фракционной перегонкой. Поэтому данная схема не отражает наиболее важное применение.

2) $CH_4 \rightarrow C_2H_2$

Эта схема представляет собой пиролиз метана — процесс, проводимый при очень высокой температуре (около 1500 °C) для получения ацетилена ($C_2H_2$):

$2CH_4 \xrightarrow{t} C_2H_2 + 3H_2$

Ацетилен — это важнейшее сырье для химической промышленности. На его основе получают винилхлорид (мономер для производства поливинилхлорида, ПВХ), винилацетат, акрилонитрил, синтетические каучуки и многие другие ценные продукты. Этот процесс является одним из ключевых направлений переработки природного газа как химического сырья.

3) $CH_4 \rightarrow C_2H_2 \rightarrow C_2H_6$

Эта схема включает получение ценного ацетилена из метана с последующим его гидрированием до этана. Такой процесс нерационален с экономической точки зрения. Нет смысла превращать более ценный и реакционноспособный ацетилен в этан — менее ценный и менее активный продукт, который к тому же является природным компонентом газа. Эта схема не имеет промышленного значения.

4) $CH_4 \rightarrow CO_2$

Эта схема описывает реакцию полного сгорания метана:

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

Это действительно самое массовое применение природного газа — использование его в качестве топлива для получения тепла и электроэнергии. Однако вопрос касается применения в *промышленности*, где использование газа как сырья для синтеза играет не менее важную роль, создавая продукты с высокой добавленной стоимостью. В контексте вопроса о схемах химических превращений, как правило, акцент делается на использовании вещества в качестве реагента для синтеза других соединений.

Сравнивая все варианты, наиболее важным применением природного газа *как химического сырья* в промышленности является его переработка в ацетилен или синтез-газ. Из представленных схем именно получение ацетилена (схема 2) является фундаментальным процессом для дальнейшего органического синтеза в промышленных масштабах.

Ответ: 2

4. При ректификации нефти, в отличие от риформинга нефтепродуктов, происходят процессы

1) высокотемпературные

2) химические

3) физические

4) периодические

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо понимать разницу между процессами ректификации нефти и риформинга нефтепродуктов.

Ректификация нефти (также известная как фракционная перегонка) — это процесс первичной переработки нефти, который заключается в её разделении на фракции (группы углеводородов) с различными диапазонами температур кипения. Этот процесс основан на физическом явлении испарения и последующей конденсации веществ. В ходе ректификации химический состав углеводородов не изменяется, происходит лишь их физическое разделение. Таким образом, ректификация — это физический процесс.

Риформинг нефтепродуктов — это процесс вторичной, химической переработки, как правило, бензиновых фракций. Его цель — изменить структуру углеводородов для получения компонентов с высоким октановым числом. В ходе риформинга протекают сложные химические реакции: изомеризация (превращение линейных алканов в разветвленные), дегидроциклизация (превращение алканов в ароматические углеводороды), дегидрирование (отщепление водорода). Все эти процессы приводят к образованию новых химических соединений. Таким образом, риформинг — это химический процесс.

Теперь проанализируем варианты ответа в контексте вопроса "При ректификации нефти, в отличие от риформинга, происходят процессы...":

1) высокотемпературные — И ректификация, и риформинг являются высокотемпературными процессами. Ректификация проводится при температурах до 350–400°C, а риформинг — при 480–530°C. Следовательно, это не является отличительной чертой.

2) химические — Химические процессы характерны для риформинга, а не для ректификации. Вопрос же касается процессов, происходящих при ректификации.

3) физические — Это верное утверждение. Ректификация основана исключительно на физических процессах разделения, в то время как риформинг является химическим процессом. Это и есть их ключевое различие.

4) периодические — В современной промышленности и ректификация, и риформинг являются непрерывными процессами для обеспечения высокой производительности. Тип организации (периодический или непрерывный) не является их фундаментальным отличием.

Таким образом, при ректификации нефти происходят физические процессы, что отличает её от риформинга, где происходят химические процессы.

Ответ: 3

5. Крекинг-бензин можно отличить от бензина прямой перегонки

1) по характеру пламени

2) по обесцвечиванию бромной водой

2) по взаимодействию с раствором серной кислоты

4) по взаимодействию с раствором щёлочи

Решение

Ключевое различие между крекинг-бензином и бензином прямой перегонки заключается в их химическом составе. Бензин прямой перегонки, получаемый фракционной дистилляцией нефти, состоит в основном из предельных углеводородов — алканов и циклоалканов. Крекинг-бензин получают в результате процесса крекинга (термического или каталитического расщепления) более тяжелых нефтяных фракций. Этот процесс приводит к образованию, наряду с предельными, значительного количества непредельных углеводородов (алкенов), а также ароматических углеводородов.

Наличие непредельных углеводородов в крекинг-бензине позволяет отличить его от бензина прямой перегонки с помощью качественных реакций на двойные связи. Рассмотрим предложенные варианты.

1) по характеру пламени
Оба вида бензина — горючие жидкости. Характер пламени (цвет, светимость, копоть) зависит от соотношения углерода и водорода в молекулах и полноты сгорания. Крекинг-бензин, содержащий алкены и ароматические углеводороды, имеет более высокое относительное содержание углерода и может гореть несколько более коптящим пламенем. Однако это различие часто незначительно и не является надежным и однозначным методом идентификации.

2) по обесцвечиванию бромной водой
Бромная вода ($Br_2 (водн.)$) — это классический реагент для качественного определения непредельных соединений. Алкены, содержащиеся в крекинг-бензине, легко вступают в реакцию присоединения с бромом по месту двойной связи. В результате этого молекулы брома, придающие раствору бурую окраску, расходуются, и раствор обесцвечивается.
Уравнение реакции в общем виде:
$C_nH_{2n} \text{ (алкен)} + Br_2 \text{ (бурый)} \rightarrow C_nH_{2n}Br_2 \text{ (бесцветный)}$
Алканы, составляющие основу бензина прямой перегонки, являются насыщенными соединениями и не реагируют с бромной водой в обычных условиях (без УФ-облучения). Следовательно, бензин прямой перегонки не изменит окраску бромной воды. Этот метод является надежным и наглядным.

2) по взаимодействию с раствором серной кислоты (в вопросе, вероятно, опечатка в нумерации, и это пункт 3)
Алкены могут реагировать с концентрированной серной кислотой (реакция гидратации или полимеризации), в то время как алканы в этих условиях инертны. Однако эта реакция менее наглядна, чем обесцвечивание бромной воды, и требует работы с агрессивной концентрированной кислотой.

4) по взаимодействию с раствором щёлочи
Ни алканы, ни алкены не проявляют кислотных или основных свойств и не взаимодействуют с растворами щелочей. Поэтому данный реагент не позволит различить эти два вида бензина.

Исходя из анализа, наиболее четким и правильным способом является реакция с бромной водой.

Ответ: 2

6. При крекинге нефтепродуктов не происходит

1) образования алкенов

2) отщепления боковых цепей от молекул аренов

3) расщепления углеродного скелета крупных молекул

4) образования высококипящих алканов

Решение

Крекинг нефтепродуктов — это процесс термического или каталитического расщепления крупных молекул углеводородов, содержащихся в нефти (например, в мазуте), на более мелкие молекулы с более низкой температурой кипения (например, компоненты бензина, керосина, а также непредельные углеводороды). Основная цель крекинга — увеличение выхода светлых нефтепродуктов из тяжелых фракций нефти.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) образования алкенов
При разрыве углерод-углеродных связей в молекулах алканов образуются алканы с меньшей молекулярной массой и алкены (непредельные углеводороды). Например, при крекинге декана могут образоваться октан и этен:
$C_{10}H_{22} \rightarrow C_8H_{18} + C_2H_4$
Таким образом, образование алкенов является характерной чертой процесса крекинга. Этот процесс происходит.

2) отщепления боковых цепей от молекул аренов
В условиях крекинга (высокая температура) происходит не только разрыв связей в длинных цепях алканов, но и отщепление боковых алкильных групп от ароматических углеводородов (аренов). Этот процесс называется деалкилированием. Например, из этилбензола образуется бензол и этен:
$C_6H_5-CH_2-CH_3 \rightarrow C_6H_6 + CH_2=CH_2$
Этот процесс происходит.

3) расщепления углеродного скелета крупных молекул
Это утверждение является самим определением процесса крекинга. Крупные молекулы углеводородов (с длинным углеродным скелетом) расщепляются на более мелкие. Этот процесс является основой крекинга.

4) образования высококипящих алканов
Цель крекинга — получение низкокипящих продуктов из высококипящего сырья. Высококипящие алканы — это алканы с большой молекулярной массой и длинной углеродной цепью. В процессе крекинга такие молекулы, наоборот, разрушаются, а не образуются. Образование более крупных и, следовательно, более высококипящих молекул является процессом, обратным крекингу (например, полимеризация или алкилирование), и не является характерным для него. Таким образом, образование высококипящих алканов при крекинге не происходит.

Ответ: 4

7. Верны ли утверждения?

А. Природный газ, нефть, уголь и продукты их переработки используются и в качестве источника энергии, и как химическое сырьё.

Б. Нефть — это смесь предельных, непредельных и ароматических углеводородов.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Для ответа на вопрос необходимо последовательно проанализировать истинность каждого из предложенных утверждений.

А. Природный газ, нефть, уголь и продукты их переработки используются и в качестве источника энергии, и как химическое сырьё.

Данное утверждение рассматривает два аспекта использования ископаемого топлива и продуктов его переработки. Первый аспект — источник энергии. Природный газ, уголь, а также продукты переработки нефти (бензин, керосин, мазут) являются основными видами топлива, которые сжигают для получения тепловой и электрической энергии. Эта часть утверждения верна. Второй аспект — химическое сырьё. Природный газ (метан $CH_4$, этан, пропан) служит сырьём для производства пластмасс, водорода, аммиака. Нефть — ключевое сырьё для органического синтеза, из неё получают мономеры для полимеров (пластмасс, каучуков, волокон), растворители, лекарства и многое другое. Из угля путём коксования получают кокс и каменноугольную смолу, являющуюся источником ароматических углеводородов (бензола, толуола). Эта часть утверждения также верна. Поскольку оба аспекта верны, всё утверждение является истинным.

Ответ: утверждение А верно.

Б. Нефть — это смесь предельных, непредельных и ароматических углеводородов.

Нефть — это сложная природная смесь, которая состоит в основном из углеводородов. Главными классами углеводородов в составе нефти являются: 1. Предельные углеводороды — алканы (парафины) и циклоалканы (нафтены). Они составляют значительную часть нефти. 2. Ароматические углеводороды (арены) — соединения, содержащие бензольные кольца. Непредельные углеводороды (алкены, алкины), содержащие двойные или тройные связи, в сырой нефти практически отсутствуют. Это объясняется их высокой химической реакционной способностью: за миллионы лет формирования нефти в недрах Земли они бы вступили в реакции (например, полимеризации или гидрирования) и превратились в более стабильные предельные соединения. Непредельные углеводороды в больших количествах получают искусственно при промышленной переработке нефти (например, в процессе крекинга). Следовательно, включать непредельные углеводороды в список основных компонентов сырой нефти некорректно.

Ответ: утверждение Б неверно.

На основании проведённого анализа можно заключить, что утверждение А является верным, а утверждение Б — неверным. Следовательно, из предложенных вариантов правильным является "верно только А".

Ответ: 1

8. Коксование угля называют сухой перегонкой, так как

1) процесс проводят без доступа воды

2) процесс проводят без доступа воздуха

3) перегонка осуществляется сухим паром

4) продукты осушают

Коксование угля — это метод его промышленной переработки, который заключается в нагревании угля до высоких температур (около $900–1100$ °C) в специальных печах. Этот процесс имеет второе название — сухая перегонка.

Термин "сухая перегонка" (или пиролиз) в химии означает термическое разложение органических веществ (в данном случае твёрдого угля) без доступа окислителей, в первую очередь — кислорода, содержащегося в воздухе. Если бы процесс проводился с доступом воздуха, то при высокой температуре уголь бы просто сгорел, а не превратился в кокс и другие ценные продукты (коксовый газ, каменноугольную смолу).

Проанализируем предложенные варианты, чтобы понять, какой из них отражает суть этого термина.

1) процесс проводят без доступа воды
Это утверждение не является определяющим. Отсутствие воды как реагента не является ключевой характеристикой, давшей название процессу. Более того, в исходном угле всегда есть влага, а готовый раскаленный кокс могут тушить водой.

2) процесс проводят без доступа воздуха
Это абсолютно верное и ключевое условие. Именно отсутствие воздуха (кислорода) предотвращает горение и позволяет провести термическое разложение (пиролиз) угля. Это и есть определение сухой перегонки.

3) перегонка осуществляется сухим паром
Это неверно. Процесс коксования не предполагает использование сухого пара в качестве агента перегонки.

4) продукты осушают
Это неверно. Осушение продуктов является одной из стадий последующей обработки и не имеет отношения к названию основного процесса.

Таким образом, коксование угля называют сухой перегонкой, так как процесс проводят без доступа воздуха, что позволяет осуществить термическое разложение, а не сжигание.
Ответ: 2