Страница 51 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

9. Каменноугольная смола — это источник

1) аренов

2) циклоалканов

3) алканов

4) алкенов

Решение:

Каменноугольная смола является побочным продуктом коксования каменного угля — процесса его нагревания до высоких температур (около 1000 °C) без доступа воздуха. Она представляет собой сложную смесь, состоящую из нескольких сотен различных органических соединений.

Основную ценность каменноугольной смолы как химического сырья представляют ароматические соединения. Путем фракционной перегонки (разделения на фракции по температурам кипения) из нее выделяют:

• Легкое масло (до 170 °C), содержащее бензол, толуол, ксилолы.
• Среднее масло (170–230 °C), богатое нафталином и фенолами.
• Тяжелое масло (230–270 °C).
• Антраценовое масло (270–360 °C), из которого выделяют антрацен, фенантрен и другие полициклические ароматические углеводороды.

Рассмотрим предложенные классы соединений:

1) аренов: Арены (ароматические углеводороды), такие как бензол ($C_6H_6$), толуол ($C_6H_5CH_3$), нафталин ($C_{10}H_8$), антрацен ($C_{14}H_{10}$), являются основными и наиболее ценными компонентами каменноугольной смолы. Исторически и до сих пор она служит важным источником этих веществ для химической промышленности. Этот вариант является правильным.

2) циклоалканов: Циклоалканы являются компонентами нефти, но не каменноугольной смолы.

3) алканов: Основными источниками алканов (насыщенных углеводородов) являются природный газ и нефть. В каменноугольной смоле их практически нет.

4) алкенов: Алкены (ненасыщенные углеводороды с двойными связями) в промышленности получают в основном крекингом нефти и ее фракций. Они не являются характерными компонентами каменноугольной смолы.

Следовательно, каменноугольная смола — это прежде всего промышленный источник аренов.

Ответ: 1.

10. Получаемый при газификации угля синтез-газ состоит из веществ, формулы которых

1) $H_2$ и $CO_2$

2) $H_2O$ и $CO$

3) $CH_4$ и $O_2$

4) $H_2$ и $CO$

Решение

Синтез-газ, также известный как «водяной газ», представляет собой газовую смесь, получаемую в процессе газификации твёрдого или жидкого топлива, такого как уголь, биомасса или природный газ. Основной целью газификации угля является преобразование углерода, содержащегося в угле, в горючие газы.

Процесс газификации угля включает в себя несколько химических реакций, происходящих при высокой температуре (обычно выше 700°C) в присутствии газифицирующего агента, которым может быть водяной пар, кислород, воздух или углекислый газ.

Ключевые реакции при паровой газификации угля (когда газифицирующим агентом является водяной пар, $H_2O$):
1. Реакция углерода с водяным паром (основная реакция получения синтез-газа):
$C + H_2O \rightarrow CO + H_2$
2. Реакция конверсии водяного газа (позволяет регулировать соотношение $H_2/CO$):
$CO + H_2O \rightleftharpoons CO_2 + H_2$
3. Реакция Будуара (взаимодействие углерода с диоксидом углерода):
$C + CO_2 \rightleftharpoons 2CO$

Как видно из основной реакции ($C + H_2O \rightarrow CO + H_2$), главными продуктами газификации угля являются монооксид углерода ($CO$) и водород ($H_2$). Эта смесь и называется синтез-газом. В зависимости от условий процесса (температуры, давления, типа газифицирующего агента) в составе синтез-газа могут также присутствовать в различных количествах диоксид углерода ($CO_2$), метан ($CH_4$) и азот ($N_2$, если в качестве окислителя используется воздух).

Рассмотрим предложенные варианты ответа:
1) $H_2$ и $CO_2$: Хотя оба газа могут присутствовать в смеси, $CO$ является более важным и основным компонентом, чем $CO_2$.
2) $H_2O$ и $CO$: Водяной пар ($H_2O$) является реагентом, а не основным продуктом.
3) $CH_4$ и $O_2$: Метан ($CH_4$) может быть побочным продуктом, а кислород ($O_2$) — реагентом, который полностью расходуется в процессе. Смесь метана и кислорода не является синтез-газом.
4) $H_2$ и $CO$: Водород и монооксид углерода являются двумя основными и определяющими компонентами синтез-газа.

Таким образом, синтез-газ, получаемый при газификации угля, состоит в основном из водорода ($H_2$) и монооксида углерода ($CO$).

Ответ: 4) $H_2$ и $CO$

11. Не являются продуктами коксохимического производства

1) аммиачная вода

2) газойль

3) каменноугольная смола

4) гудрон

5) коксовый газ

Коксохимическое производство — это отрасль промышленности, занимающаяся переработкой каменного угля методом коксования. Коксование представляет собой процесс нагрева угля до высоких температур ($900-1100^\circ\text{C}$) без доступа воздуха. В результате этого процесса уголь разлагается с образованием твёрдого остатка — кокса, и летучих продуктов.

Основные продукты, получаемые в ходе коксования каменного угля:

Кокс — твёрдый пористый продукт, состоящий в основном из углерода. Используется как топливо и восстановитель в доменном производстве.

Коксовый газ — смесь горючих газов (водород, метан, оксид углерода) и паров различных химических соединений.

Каменноугольная смола — сложная смесь нескольких сотен органических соединений, в основном ароматических углеводородов (бензол, толуол, нафталин, антрацен и др.) и гетероциклических соединений.

Аммиачная вода (надсмольная вода) — водный раствор аммиака и его солей, образующийся при охлаждении коксового газа.

Теперь проанализируем предложенные варианты ответа, чтобы определить, какие из них не являются продуктами коксохимического производства. Продуктами переработки нефти, в отличие от угля, являются бензин, керосин, газойль, мазут, гудрон и другие.

1) аммиачная вода

Аммиачная вода является одним из побочных продуктов коксования. Она образуется из азота, содержащегося в угле, который при высоких температурах реагирует с водородом, образуя аммиак. Этот аммиак растворяется в воде, которая также выделяется из угля. Следовательно, это продукт коксохимического производства.

2) газойль

Газойль — это фракция, получаемая при перегонке (ректификации) сырой нефти. Он представляет собой смесь углеводородов с температурой кипения примерно от $200$ до $360^\circ\text{C}$ и используется в основном как компонент дизельного топлива и сырьё для каталитического крекинга. Газойль является продуктом нефтепереработки, а не коксования угля.

3) каменноугольная смола

Каменноугольная смола — это один из основных жидких продуктов коксования угля. Она служит ценным сырьём для химической промышленности, из неё получают ароматические углеводороды, фенолы, нафталин и другие вещества. Следовательно, это продукт коксохимического производства.

4) гудрон

Гудрон — это тяжёлый остаток, образующийся после отгонки из нефти светлых фракций (бензина, керосина, газойля) при атмосферной и вакуумной перегонке. Он состоит из тяжёлых углеводородов и смолисто-асфальтеновых веществ. Гудрон, как и газойль, является продуктом переработки нефти.

5) коксовый газ

Коксовый газ — это газообразный продукт, образующийся при коксовании угля. После очистки от аммиака, сероводорода и сырого бензола его используют как промышленное и бытовое топливо, а также как химическое сырьё. Следовательно, это продукт коксохимического производства.

Таким образом, веществами, которые не получают в процессе коксования угля, а являются продуктами переработки нефти, являются газойль и гудрон.

Ответ: 2, 4

12. Установите соответствие между названием процесса и уравнением соответствующей реакции.

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА

A) крекинг

B) риформинг

УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ

1) $C_8H_{18} \to C_4H_{10} + C_4H_8$

2) $C_6H_{12} \to 3H_2 + C_6H_6$

3) $CH_3-(CH_2)_2-CH_3 \to CH_3-CH(CH_3)-CH(CH_3)-CH_3$

4) $C_5H_{10} + H_2 \to C_5H_{12}$

5) $C_{10}H_{22} \to C_6H_{12} + C_4H_{10}$

Решение

Для установления соответствия необходимо проанализировать каждый процесс и каждое уравнение реакции.

А) крекинг

Крекинг – это процесс термического или каталитического расщепления углеводородов с длинной цепью на более короткие и ценные углеводороды. При крекинге алканов, как правило, образуются алканы и алкены с меньшим числом атомов углерода. Рассмотрим уравнение 1: $C_8H_{18} \rightarrow C_4H_{10} + C_4H_8$. В этой реакции молекула октана ($C_8H_{18}$) распадается на молекулу бутана ($C_4H_{10}$, алкан) и молекулу бутена ($C_4H_8$, алкен). Это является классическим примером реакции крекинга. Уравнение 5 ($C_{10}H_{22} \rightarrow C_6H_{12} + C_4H_{10}$) также описывает крекинг, но уравнение 1 является более фундаментальным примером. Остальные уравнения описывают другие процессы: 2 – риформинг (дегидрирование), 3 – риформинг (изомеризация, несмотря на возможную ошибку в записи), 4 – гидрирование. Таким образом, наиболее подходящим уравнением для процесса крекинга является уравнение 1.

Ответ: 1

B) риформинг

Риформинг – это процесс каталитической переработки углеводородов с целью получения высокооктановых компонентов бензина, в основном за счет увеличения доли ароматических и разветвленных углеводородов. Основные реакции риформинга – это дегидрирование, дегидроциклизация и изомеризация. Рассмотрим уравнение 2: реакция превращения циклогексана в бензол с выделением водорода ($C_6H_{12} \rightarrow 3H_2 + C_6H_6$). Это реакция дегидрирования циклоалкана (нафтена) в ароматический углеводород (арен). Так как ароматические углеводороды, как бензол, обладают высоким октановым числом, эта реакция является ключевой в процессе риформинга. Уравнение 3 (изомеризация) также относится к риформингу, но дегидрирование нафтенов в арены (уравнение 2) является более характерным и значимым процессом. Уравнения 1 и 5 — это крекинг, а уравнение 4 — гидрирование. Следовательно, уравнение 2 наилучшим образом соответствует процессу риформинга.

Ответ: 2

13. Нефть часто называют «чёрным золотом». Почему? Что её так отличает от других полезных ископаемых, например от алюминиевой, железной или медной руды?

Почему нефть называют «чёрным золотом»

Выражение «чёрное золото» используется как метафора, чтобы подчеркнуть огромную ценность нефти для современной цивилизации, сравнимую с ценностью золота в прошлом.

• Ценность и влияние: Подобно тому как золото на протяжении веков было символом богатства и основой экономик, нефть в XX и XXI веках стала ключевым стратегическим ресурсом. Она определяет экономическую мощь, уровень развития и политическое влияние государств. Контроль над нефтяными ресурсами и маршрутами их транспортировки является одним из важнейших факторов в мировой геополитике.
• Внешний вид: Прилагательное «чёрное» прямо указывает на цвет сырой нефти — это вязкая маслянистая жидкость тёмно-коричневого, почти чёрного цвета.

Таким образом, это образное название отражает как исключительную экономическую важность нефти, так и её физические свойства.

Ответ: Нефть называют «чёрным золотом» из-за её высочайшей экономической и стратегической ценности для мировой цивилизации, сопоставимой с исторической ролью золота, а также из-за её характерного тёмного, почти чёрного цвета.

Что её так отличает от других полезных ископаемых, например от алюминиевой, железной или медной руды?

Главное отличие нефти от руд металлов (таких как алюминиевая, железная или медная) заключается в её химическом составе, агрегатном состоянии и, как следствие, в несопоставимо более широком и универсальном спектре применения.

1. Состав и происхождение: Нефть — это ископаемое органического происхождения, результат разложения древних живых организмов. По своему составу она представляет собой сложнейшую смесь углеводородов. В отличие от неё, руды — это неорганические минеральные образования, то есть горные породы, содержащие в своём составе металлы или их химические соединения.
2. Агрегатное состояние: Нефть находится в жидком состоянии. Это существенно влияет на способы её добычи (бурение скважин), транспортировки (трубопроводы, танкеры) и переработки (фракционная перегонка). Руды — это твёрдые породы, добыча которых требует создания карьеров или шахт, а для их перемещения используются большегрузные автомобили и железнодорожные составы.
3. Универсальность применения: Это ключевое и самое важное отличие.
   • Из руд металлов получают, по сути, один главный продукт — соответствующий металл (железо, алюминий, медь и т.д.). Эти металлы затем используются в качестве конструкционных материалов, проводников электричества и тепла. Сфера их применения широка, но ограничена свойствами конкретного металла.
   • Из нефти в процессе переработки получают тысячи разнообразных продуктов. Её можно разделить на две основные области применения:
     • Энергетика: Нефть — основной источник моторного топлива (бензин, дизель, авиационный керосин) для всех видов транспорта, а также котельного топлива (мазут) для электростанций и отопительных систем.
     • Нефтехимия: Продукты переработки нефти (этилен, пропилен, бензол и др.) служат сырьём для синтеза огромного количества веществ и материалов: всех видов пластмасс, синтетических каучуков, синтетических волокон (нейлон, капрон, лавсан), моющих средств, растворителей, минеральных удобрений, красок, лаков, лекарств, косметики и многого другого.

Таким образом, если руды являются источником преимущественно конструкционных материалов, то нефть — это одновременно и основной источник энергии для транспорта, и фундаментальное сырьё для всей современной химической промышленности.

Ответ: От руд металлов нефть кардинально отличает её органическое происхождение, жидкое агрегатное состояние и, самое главное, уникальная универсальность применения. Если из руды получают в основном один целевой продукт (металл), то нефть служит источником как различных видов топлива (обеспечивая энергией), так и сырьём для нефтехимической промышленности, которая производит тысячи наименований продукции — от пластиковых бутылок и синтетической одежды до медикаментов и асфальта.