Страница 54 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. Актуально ли для России, крупнейшего в мире экспортёра нефти и газа, развитие и использование альтернативных источников энергии? Аргументируйте свою точку зрения.

Безусловно, развитие и использование альтернативных источников энергии (АИЭ) является актуальной и стратегически важной задачей для России, несмотря на её статус крупнейшего экспортёра нефти и газа. Аргументировать эту точку зрения можно с нескольких позиций.

Экономическая диверсификация и устойчивость. Экономика России в значительной степени зависит от экспорта углеводородов, что делает её уязвимой перед колебаниями мировых цен на энергоносители и геополитическими рисками. Развитие сектора возобновляемой энергетики (ВИЭ) — это путь к диверсификации экономики. Оно создаёт новые высокотехнологичные отрасли, рабочие места (в производстве, строительстве, обслуживании), а также открывает перспективы для экспорта не только сырья, но и технологий. Использование АИЭ для внутреннего потребления позволяет высвободить большие объемы нефти и газа для экспорта, максимизируя прибыль в среднесрочной перспективе, пока на них сохраняется высокий мировой спрос.

Энергетическая безопасность и снабжение удаленных территорий. Запасы ископаемого топлива, какими бы большими они ни были, являются исчерпаемыми. Переход на возобновляемые источники обеспечивает долгосрочную энергетическую безопасность страны. Кроме того, для огромных территорий России, особенно в Сибири, на Дальнем Востоке и в Арктике, характерна децентрализованная система энергоснабжения. Строительство и обслуживание линий электропередач в этих суровых условиях чрезвычайно дорого. Локальные установки на базе солнечной, ветровой или биоэнергетики могут стать более рентабельным и надежным решением для обеспечения энергией удаленных поселений и промышленных объектов.

Экологические обязательства и глобальные климатические вызовы. Россия, как участник Парижского соглашения по климату, взяла на себя обязательства по сокращению выбросов парниковых газов. Развитие чистой энергетики — ключевой инструмент для выполнения этих обязательств. Снижение зависимости от ископаемого топлива также способствует улучшению экологической обстановки в промышленных городах, уменьшая вредные выбросы от сжигания угля, мазута и газа. Кроме того, глобальное потепление представляет прямую угрозу для самой России, в частности, из-за таяния вечной мерзлоты, что может привести к разрушению инфраструктуры, включая нефтегазопроводы.

Технологическое лидерство и мировая конкурентоспособность. Весь мир движется в сторону «зелёной» энергетики. Игнорирование этого глобального тренда грозит России технологическим отставанием. Инвестиции в научные исследования и разработки в области ВИЭ, систем накопления энергии и «умных сетей» (smart grids) позволят стране сохранить статус ведущей энергетической державы, а не превратиться исключительно в сырьевой придаток. Развитие собственных компетенций в этой сфере — это вопрос сохранения национального суверенитета в будущем технологическом укладе.

Таким образом, хотя Россия обладает колоссальными запасами углеводородов, ориентация исключительно на них является недальновидной стратегией. Развитие альтернативной энергетики необходимо для обеспечения устойчивого экономического роста, национальной безопасности, выполнения экологических норм и сохранения технологической конкурентоспособности на мировой арене.

Ответ: Да, для России развитие и использование альтернативных источников энергии является актуальным и стратегически необходимым. Это обусловлено потребностью в диверсификации экономики, обеспечении долгосрочной энергетической безопасности, решении экологических проблем и участии в глобальном технологическом развитии, что позволит стране укрепить свои позиции в будущем, а не только полагаться на исчерпаемые природные ресурсы.

14. Владимир Григорьевич Шухов — советский инженер, выдающийся изобретатель, архитектор, учёный. Помимо созданной Шуховым первой в мире промышленной установки крекинга нефти, известны и другие его изобретения и проекты. Какие? Для ответа используйте ресурсы Интернета.

Владимир Григорьевич Шухов был поистине гениальным и разносторонним инженером, чьи работы оказали огромное влияние на развитие мировой архитектуры и промышленности. Помимо создания первой в мире промышленной установки термического крекинга нефти, он является автором множества других выдающихся изобретений и проектов.

К наиболее известным из них относятся:

• Гиперболоидные конструкции. Шухов первым в мире внедрил в строительство сетчатые гиперболоидные конструкции, получив на них патент в 1896 году. Эти ажурные, но очень прочные башни стали визитной карточкой инженера. Самый знаменитый пример — Шуховская башня на Шаболовке в Москве (1922 г.). Также по его проектам были построены многочисленные водонапорные башни, маяки и опоры линий электропередач.
• Сетчатые перекрытия-оболочки. Инженер разработал новаторские пространственные конструкции перекрытий. Впервые они были использованы для павильонов Всероссийской выставки в Нижнем Новгороде в 1896 году. Позже эти элегантные и лёгкие конструкции применялись при строительстве стеклянной крыши Верхних торговых рядов (ГУМ) и дебаркадера Киевского вокзала в Москве.
• Инновации в нефтяной промышленности. Кроме крекинга, Шухов спроектировал и построил первый в России нефтепровод (1878 г.), разработал стандартные цилиндрические клёпаные резервуары для хранения нефти, которые используются до сих пор, а также изобрёл форсунку для распыления мазута, что значительно повысило эффективность его сжигания в котлах.
• Паровые котлы (котлы Шухова). Он разработал оригинальную и высокоэффективную конструкцию водотрубного парового котла, который получил широкое распространение в промышленности и энергетике. За свои котлы Шухов был удостоен золотой медали на Всемирной выставке в Париже в 1900 году.
• Судостроение и военная техника. Шухов принимал участие в проектировании морских мин, а также разработал конструкции поворотных платформ для крупнокалиберных корабельных орудий и плавучих доков.

Ответ: Среди других известных изобретений и проектов Владимира Шухова можно выделить: сетчатые гиперболоидные конструкции (например, Шуховская башня), сетчатые сводчатые перекрытия (ГУМ, Киевский вокзал), первые российские нефтепроводы и стандартные цилиндрические нефтехранилища, промышленные паровые котлы, а также проекты в области судостроения и военной техники.

1. В составе природного газа отсутствует

1) метан

2) этан

3) этилен

4) бутан

Решение

Природный газ представляет собой смесь углеводородов, где основным компонентом является метан. Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) метан ($CH_4$) — это основной компонент природного газа, его доля составляет от 70% до 98%. Следовательно, метан присутствует в природном газе.

2) этан ($C_2H_6$) — это второй по распространенности компонент природного газа. Он является гомологом метана и относится к классу алканов. Этан присутствует в природном газе.

3) этилен ($C_2H_4$) — это непредельный углеводород (алкен), содержащий двойную связь. Природный газ состоит в основном из предельных углеводородов (алканов). Этилен, как правило, не входит в состав природного газа и получается в промышленности путем переработки углеводородного сырья (например, крекинга этана).

4) бутан ($C_4H_{10}$) — это алкан, который также является гомологом метана и может содержаться в природном газе в небольших количествах вместе с пропаном.

Таким образом, из перечисленных веществ в составе природного газа отсутствует этилен.

Ответ: 3) этилен

2. Наиболее экологически чистым топливом является

1) бензин

2) уголь

3) торф

4) природный газ

Для определения наиболее экологически чистого топлива необходимо сравнить продукты сгорания и их воздействие на окружающую среду для каждого из предложенных вариантов. Экологическая чистота топлива определяется количеством и токсичностью вредных веществ, выделяющихся при его сжигании.

1) Бензин — продукт переработки нефти. При его сгорании в двигателях внутреннего сгорания в атмосферу выбрасываются углекислый газ ($CO_2$), угарный газ ($CO$), оксиды азота ($NO_x$), несгоревшие углеводороды и соединения свинца (в этилированном бензине), которые являются токсичными и способствуют образованию смога.

2) Уголь — твердое ископаемое топливо. Его сжигание сопровождается выбросом большого количества углекислого газа ($CO_2$), а также оксидов серы ($SO_2$), которые являются основной причиной кислотных дождей. Кроме того, при сжигании угля образуется много золы и сажи (твердых частиц), загрязняющих воздух.

3) Торф — как и уголь, является твердым топливом. При его сжигании выделяются схожие с углем загрязняющие вещества, включая большое количество углекислого газа и твердых частиц, хотя содержание серы обычно ниже, чем в угле.

4) Природный газ — состоит преимущественно из метана ($CH_4$). При его сгорании образуется в основном углекислый газ ($CO_2$) и водяной пар ($H_2O$). По сравнению с другими ископаемыми видами топлива, при сжигании природного газа выделяется значительно меньше углекислого газа на единицу полученной энергии, а выбросы оксидов серы, оксидов азота и твердых частиц практически отсутствуют. Это делает его самым чистым из всех ископаемых видов топлива.

Сравнивая все варианты, можно заключить, что природный газ при сгорании производит наименьшее количество вредных выбросов, что делает его наиболее экологически чистым топливом из перечисленных.

Ответ: 4) природный газ.

3. Природный газ не используют для получения

1) метана

2) ацетилена

3) кислорода

3) гелия

Природный газ — это полезное ископаемое, представляющее собой смесь газов. Его основной компонент — метан ($CH_4$), содержание которого составляет 70–98%. Кроме метана, в состав природного газа входят его гомологи (этан, пропан, бутан), а также различные примеси, такие как сероводород ($H_2S$), углекислый газ ($CO_2$), азот ($N_2$) и инертные газы, включая гелий ($He$).

Проанализируем предложенные варианты использования природного газа.

1) метана
Так как метан является основным компонентом природного газа, его выделяют из добытого сырья путем очистки от примесей. Этот процесс можно считать получением чистого метана. Таким образом, природный газ — главный промышленный источник метана.

2) ацетилена
Ацетилен ($C_2H_2$) — важный продукт химического синтеза. Один из основных промышленных способов его получения — это пиролиз (термическое разложение) метана при очень высокой температуре (около $1500^\circ C$):
$2CH_4 \rightarrow C_2H_2 + 3H_2$
Поскольку метан — основа природного газа, то природный газ широко используется для производства ацетилена.

3) кислорода
Кислород ($O_2$) — это химический элемент, который не входит в состав углеводородов (метана и его гомологов). В составе природного газа кислород в свободном виде отсутствует. Промышленным способом получения кислорода является перегонка сжиженного воздуха. Природный газ, наоборот, является топливом, для сжигания которого необходим кислород. Следовательно, из природного газа кислород не получают.

3) гелия
(В вопросе, вероятно, допущена опечатка, и этот пункт должен быть под номером 4). Некоторые месторождения природного газа богаты гелием. Гелий извлекают из природного газа методом фракционной перегонки (низкотемпературной ректификации), отделяя его от метана и других газов. Это основной промышленный источник гелия в мире.

Таким образом, единственное вещество из списка, которое не получают из природного газа, — это кислород.

Ответ: 3) кислорода

4. В составе нефти наибольшую долю составляют

1) алканы

2) циклоалканы

3) арены

4) алкены

Нефть — это природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различного строения и в меньшей степени из других органических соединений (содержащих серу, кислород, азот). Состав нефти сильно варьируется в зависимости от месторождения. Для ответа на вопрос необходимо проанализировать, какой класс углеводородов обычно преобладает.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) алканы

Алканы, также известные как парафины, — это насыщенные ациклические углеводороды с общей формулой $C_nH_{2n+2}$. Они являются одним из основных и наиболее характерных классов соединений в составе нефти. Их содержание может составлять от 30% до 70% от общей массы нефти. Нефть, богатая алканами, называется парафиновой.

2) циклоалканы

Циклоалканы, или нафтены, — это насыщенные циклические углеводороды с общей формулой $C_nH_{2n}$. Они также составляют очень значительную долю в нефти, их содержание колеблется в диапазоне 25–75%. Существуют так называемые нафтеновые нефти, где этот класс углеводородов является преобладающим.

3) арены

Арены, или ароматические углеводороды, — это соединения, содержащие одно или несколько бензольных колец. Их доля в нефти обычно значительно меньше по сравнению с алканами и циклоалканами и составляет в среднем 10–20%.

4) алкены

Алкены, или олефины, — это ненасыщенные углеводороды с двойными связями между атомами углерода. Из-за своей высокой химической реакционной способности они практически не содержатся в сырой нефти, поскольку в течение миллионов лет нахождения в земной коре они бы прореагировали. Алкены являются продуктами переработки нефти (например, крекинга).

Вывод: Из анализа видно, что основную массу углеводородов в нефти составляют алканы и циклоалканы. Доли алкенов и аренов значительно меньше. Хотя соотношение алканов и циклоалканов сильно зависит от типа нефти, и в некоторых случаях циклоалканы могут преобладать, в общем контексте и в большинстве типов нефти именно алканы рассматриваются как основной класс углеводородов. Поэтому в рамках типичного вопроса из курса химии алканы следует считать правильным ответом.

Ответ: 1) алканы

5. Укажите фракцию нефти, содержащую наиболее высококипящие углеводороды.

1) бензин

2) мазут

3) газойль

4) керосин

Решение

Перегонка нефти, или фракционная дистилляция, основана на разделении смеси углеводородов на фракции по их температурам кипения. Углеводороды с меньшей молекулярной массой (более короткими углеродными цепями) имеют более низкие температуры кипения и при нагревании нефти испаряются первыми. Углеводороды с большой молекулярной массой (длинными цепями) являются более тяжелыми и имеют высокие температуры кипения.

В процессе ректификации нефти фракции отбираются в следующем порядке (от самых легкокипящих к самым высококипящим):

• Бензиновая фракция (бензин): содержит углеводороды примерно от $C_5$ до $C_{12}$, выкипает в диапазоне 40–200 °C.
• Керосиновая фракция (керосин): содержит углеводороды примерно от $C_{12}$ до $C_{15}$, выкипает в диапазоне 150–250 °C.
• Газойлевая фракция (газойль, дизельное топливо): содержит углеводороды примерно от $C_{15}$ до $C_{25}$, выкипает в диапазоне 250–350 °C.
• Мазут: это тяжелый остаток после отгонки светлых фракций. Он содержит самые длинноцепочечные и тяжелые углеводороды (более $C_{25}$) и, соответственно, имеет самые высокие температуры кипения (выше 350 °C).

Следовательно, из представленных вариантов мазут является фракцией, содержащей наиболее высококипящие углеводороды.

Ответ: 2) мазут

6. Одна из целей риформинга нефтепродуктов — это получение

1) алкенов

2) алканов

3) аренов

4) алкадиенов

Решение

Риформинг (от англ. reforming — преобразование, улучшение) — это процесс каталитической переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высокооктановых автомобильных бензинов, ароматических углеводородов (аренов) и технического водорода.

Процесс проводится при высокой температуре (480–520 °C), давлении и в присутствии катализаторов (чаще всего на основе платины). Основные химические превращения, которые происходят с углеводородами в процессе риформинга, направлены на повышение их октанового числа:

• Дегидроциклизация алканов: алканы с шестью и более атомами углерода в цепи превращаются в ароматические углеводороды (арены) с отщеплением водорода. Например, н-гептан превращается в толуол:
  $CH_3-(CH_2)_5-CH_3 \rightarrow C_6H_5CH_3 + 4H_2$
• Дегидрирование циклоалканов: шестичленные циклоалканы (нафтены) дегидрируются до соответствующих аренов. Например, метилциклогексан превращается в толуол:
  $C_6H_{11}CH_3 \rightarrow C_6H_5CH_3 + 3H_2$
• Изомеризация: алканы нормального (линейного) строения превращаются в свои изомеры с разветвленной цепью, которые имеют более высокое октановое число.

Таким образом, главной целью риформинга является получение высокооктановых компонентов бензина, в первую очередь, ароматических углеводородов (аренов) и изоалканов.

Рассмотрим предложенные варианты:

1. алкенов — неверно. Алкены являются основной целью процесса крекинга, а не риформинга.
2. алканов — неверно. Алканы являются исходным сырьем, и цель процесса — изменить их структуру, а не получить новые алканы.
3. аренов — верно. Получение ароматических углеводородов (аренов) является одной из главных целей риформинга, так как они обладают высоким октановым числом.
4. алкадиенов — неверно. Алкадиены, как и алкены, в промышленных масштабах получают другими методами, например, дегидрированием алканов или алкенов.

Следовательно, правильный ответ — получение аренов.

Ответ: 3) аренов