Страница 57 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. К продуктам переработки попутного нефтяного газа не относится

1) сухой газ

2) газовый бензин

3) пропан-бутановая смесь

4) газойль

Решение:
Попутный нефтяной газ (ПНГ) – это смесь газообразных углеводородов, растворенных в нефти или находящихся в виде «газовой шапки» над нефтяным пластом. Переработка ПНГ заключается в его разделении на отдельные компоненты или фракции. Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) Сухой газ (или отбензиненный газ) является основным продуктом переработки ПНГ. Он состоит главным образом из метана ($CH_4$) и этана ($C_2H_6$). После очистки его направляют в газотранспортную систему как аналог природного газа.

2) Газовый бензин – это жидкая фракция, получаемая при переработке ПНГ. Она состоит из более тяжелых углеводородов, начиная с пентана ($C_5H_{12}$). Газовый бензин используется как высокооктановый компонент моторных топлив или как сырье для нефтехимической промышленности.

3) Пропан-бутановая смесь (также известная как сжиженный углеводородный газ, СУГ) – это ценный продукт переработки ПНГ, состоящий из пропана ($C_3H_8$) и бутана ($C_4H_{10}$). Эта смесь используется в качестве газомоторного и коммунально-бытового топлива.

4) Газойль – это фракция, получаемая в процессе ректификации (перегонки) сырой нефти, а не попутного нефтяного газа. Газойль представляет собой смесь углеводородов, более тяжелых, чем бензин и керосин, и является основным компонентом для производства дизельного топлива и печного топлива.

Таким образом, газойль является продуктом переработки нефти, а не попутного нефтяного газа.

Ответ: 4) газойль.

3. Природный газ используется в качестве

1) только топлива

2) только химического сырья

3) топлива и химического сырья

4) источника алкадиенов

Решение

Природный газ представляет собой смесь газов, образовавшуюся в недрах Земли, основным компонентом которой является метан ($CH_4$) — его содержание составляет от 70 до 98%. Также в состав могут входить этан ($C_2H_6$), пропан ($C_3H_8$), бутан ($C_4H_{10}$) и некоторые не-углеводородные примеси (азот, диоксид углерода, сероводород, гелий). Рассмотрим основные направления использования природного газа.

1. Использование в качестве топлива. Это наиболее известное и масштабное применение природного газа. Благодаря высокой теплоте сгорания (около 33-38 МДж/м³), он является эффективным и относительно экологически чистым видом топлива. Его сжигают на тепловых электростанциях для выработки электроэнергии, используют для отопления жилых и промышленных зданий, в качестве топлива для автомобилей (в сжатом или сжиженном виде), а также в промышленных печах.

2. Использование в качестве химического сырья. Природный газ — важнейший источник сырья для химической промышленности.

• Основной компонент, метан ($CH_4$), используется для производства синтез-газа (смеси оксида углерода (II) и водорода, $CO + H_2$) путем паровой конверсии. Синтез-газ, в свою очередь, является сырьем для производства метанола ($CH_3OH$), аммиака ($NH_3$ - для которого необходим водород), синтетических жидких топлив и других органических продуктов.
• Метан также используется для получения ацетилена ($C_2H_2$), хлорпроизводных метана (например, хлороформа $CHCl_3$ и четыреххлористого углерода $CCl_4$) и технического углерода (сажи).
• Этан, пропан и бутан, выделяемые из природного газа, подвергаются пиролизу (крекингу) для получения важнейших мономеров — этилена ($C_2H_4$) и пропилена ($C_3H_6$), которые являются основой для производства полиэтилена, полипропилена и многих других полимеров и органических веществ.

Анализируя варианты ответа:
1) только топлива — неверно, так как газ является и важным химическим сырьем.
2) только химического сырья — неверно, так как его основное использование по объему — это топливо.
3) топлива и химического сырья — верно, так как это утверждение полностью охватывает два главных направления использования природного газа.
4) источника алкадиенов — неверно. Хотя алкадиены (например, бутадиен-1,3) можно получить из бутана, содержащегося в природном газе, это лишь одно из многих направлений его химической переработки, а не основное и всеобъемлющее применение.

Таким образом, природный газ является универсальным ресурсом, который используется как в энергетике (в качестве топлива), так и в химической промышленности (в качестве сырья).

Ответ: 3.

4. Нефть — это природная смесь

1) алканов, алкадиенов и аренов

2) алканов, циклоалканов и аренов

3) алканов и алкенов

4) предельных, непредельных и ароматических углеводородов

Для ответа на этот вопрос необходимо знать основной компонентный состав нефти. Нефть — это природная маслянистая горючая жидкость, которая представляет собой сложную смесь органических веществ, в первую очередь — углеводородов. Состав нефти из разных месторождений может сильно различаться, но в целом в ней всегда присутствуют три основных класса углеводородов.

Рассмотрим подробно каждый предложенный вариант.

1) алканов, алкадиенов и аренов
Данный вариант частично верен, так как алканы и арены действительно являются важными компонентами нефти. Однако алкадиены (углеводороды с двумя двойными связями) — это химически активные, нестабильные соединения. В процессе длительного формирования нефти в земной коре они, как правило, либо вступают в реакции, либо гидрируются. Поэтому их содержание в сырой нефти ничтожно мало, и они не считаются её основным компонентом. Следовательно, этот вариант ответа неточен.

2) алканов, циклоалканов и аренов
Этот вариант является наиболее точным и полным описанием основного углеводородного состава нефти. В него входят:
- Алканы (или парафины) — предельные углеводороды с общей формулой $C_nH_{2n+2}$.
- Циклоалканы (или нафтены) — предельные циклические углеводороды с общей формулой $C_nH_{2n}$ для моноциклических.
- Арены — ароматические углеводороды, содержащие бензольные кольца.
Именно эти три класса составляют основу углеводородной части практически любой нефти. Этот вариант является правильным.

3) алканов и алкенов
Этот вариант является неверным по двум причинам. Во-первых, он неполный, так как не упоминает циклоалканы и арены — обязательные компоненты нефти. Во-вторых, он содержит неверное утверждение о наличии алкенов. Алкены (углеводороды с одной двойной связью), как и алкадиены, почти не встречаются в составе сырой нефти из-за своей реакционной способности. Значительные количества алкенов образуются в процессе промышленной переработки нефти, например, при крекинге.

4) предельных, непредельных и ароматических углеводородов
Этот вариант использует более общую классификацию. Категория "предельные углеводороды" объединяет алканы и циклоалканы, и это верно. "Ароматические углеводороды" — это арены, что также верно. Однако выделение "непредельных углеводородов" (под которыми в данном контексте понимают алкены и алкины) в качестве одной из основных групп является некорректным, поскольку их содержание в нефти пренебрежимо мало. Вариант 2 даёт более конкретное и химически точное описание состава, перечисляя именно те классы, которые преобладают.

Таким образом, проанализировав все варианты, можно заключить, что нефть — это природная смесь, основу которой составляют алканы, циклоалканы и арены.

Ответ: 2

5. Непредельные углеводороды содержатся

1) в природном газе

2) в сырой нефти

3) в бензине прямой перегонки

4) в крекинг-газе

Непредельные углеводороды — это органические соединения, содержащие в своей структуре двойные (алкены) или тройные (алкины) углерод-углеродные связи. Проанализируем предложенные варианты, чтобы определить, где содержатся такие соединения.

1) в природном газе

Природный газ представляет собой смесь газов, основным компонентом которой является метан ($CH_4$) — предельный углеводород (алкан). Также в его состав входят другие алканы: этан, пропан, бутан. Непредельные углеводороды в природном газе практически не встречаются. Этот вариант неверен.

2) в сырой нефти

Сырая нефть состоит в основном из предельных углеводородов (алканов и циклоалканов) и ароматических углеводородов. Содержание непредельных углеводородов (алкенов и алкинов) в ней ничтожно мало. Этот вариант неверен.

3) в бензине прямой перегонки

Бензин прямой перегонки получают путем фракционной дистилляции сырой нефти. Так как в исходной нефти практически нет непредельных углеводородов, то и в полученном из нее бензине их содержание будет минимальным. Бензин прямой перегонки состоит преимущественно из алканов и циклоалканов с числом атомов углерода от 5 до 12. Этот вариант неверен.

4) в крекинг-газе

Крекинг — это процесс высокотемпературной переработки нефтепродуктов, при котором длинные молекулы предельных углеводородов расщепляются на более короткие. Этот процесс сопровождается дегидрированием (отщеплением водорода) и образованием молекул с двойными связями. Например, при крекинге декана могут образоваться пентен и пентан: $C_{10}H_{22} \rightarrow C_5H_{10} \text{ (пентен)} + C_5H_{12} \text{ (пентан)}$. Газообразные продукты крекинга (крекинг-газ) богаты непредельными углеводородами, такими как этилен (этен) $C_2H_4$ и пропилен (пропен) $C_3H_6$, которые являются ценным сырьем для химической промышленности. Этот вариант является верным.

Ответ: 4.

6. Основными продуктами термического крекинга гексадекана $C_{16}H_{34}$ являются вещества, формулы которых

1) $C_{16}H_{32}$ и $H_2$

2) $C_8H_{18}$ и $C_8H_{16}$

3) $C_{15}H_{30}$ и $H_2$

4) $CO_2$ и $H_2O$

Решение

Термический крекинг – это процесс термического разложения углеводородов, в данном случае алкана гексадекана ($C_{16}H_{34}$), при высоких температурах без доступа воздуха. В результате происходит разрыв углерод-углеродных связей ($C-C$) с образованием более коротких молекул: как правило, алкана и алкена. При этом должен соблюдаться закон сохранения массы, то есть количество атомов каждого элемента до и после реакции должно быть одинаковым.

Рассмотрим предложенные варианты продуктов.

1) $C_{16}H_{32}$ и $H_2$

Реакция $C_{16}H_{34} \rightarrow C_{16}H_{32} + H_2$ представляет собой дегидрирование, то есть отщепление водорода. При этом углеродный скелет не разрывается. Хотя этот процесс возможен при высоких температурах, он не является крекингом. Крекинг подразумевает расщепление цепи $C-C$.

2) $C_8H_{18}$ и $C_8H_{16}$

Запишем уравнение реакции: $C_{16}H_{34} \rightarrow C_8H_{18} + C_8H_{16}$.
Проверим баланс атомов:
• Атомы углерода: слева 16, справа $8 + 8 = 16$.
• Атомы водорода: слева 34, справа $18 + 16 = 34$.
Закон сохранения массы соблюдается. Продуктами являются алкан (октан, $C_8H_{18}$) и алкен (октен, $C_8H_{16}$), что полностью соответствует определению и типичному результату термического крекинга.

3) $C_{15}H_{30}$ и $H_2$

Рассмотрим гипотетическую реакцию: $C_{16}H_{34} \rightarrow C_{15}H_{30} + H_2$.
Проверим баланс атомов:
• Атомы углерода: слева 16, справа 15. Баланс не соблюдается.
• Атомы водорода: слева 34, справа $30 + 2 = 32$. Баланс не соблюдается.
Этот вариант неверен, так как нарушается закон сохранения массы.

4) $CO_2$ и $H_2O$

Углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$) являются продуктами полного сгорания углеводородов в присутствии кислорода. Крекинг — это термическое разложение в отсутствие окислителя (кислорода). Следовательно, этот вариант неверен.

Таким образом, единственно правильным вариантом, описывающим основные продукты термического крекинга гексадекана, является образование алкана и алкена с меньшей длиной цепи.

Ответ: 2

7. Верны ли утверждения?

А. Доля гомологов метана в попутном нефтяном газе меньше, чем в природном газе.

Б. Одна из целей риформинга нефтепродуктов — повышение качества бензина.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

А. Доля гомологов метана в попутном нефтяном газе меньше, чем в природном газе.
Рассмотрим составы обоих газов. Природный газ состоит преимущественно из метана ($CH_4$), содержание которого может достигать 80–99%. Остальную часть составляют его гомологи — этан ($C_2H_6$), пропан ($C_3H_8$), бутан ($C_4H_{10}$) и другие, а также примеси (азот, диоксид углерода, сероводород). Попутный нефтяной газ, в свою очередь, содержит значительно меньшую долю метана (обычно 30–80%), но гораздо большую долю его гомологов (этана, пропана, бутана и более тяжелых углеводородов). Таким образом, доля гомологов метана в попутном нефтяном газе больше, а не меньше, чем в природном.
Ответ: утверждение неверно.

Б. Одна из целей риформинга нефтепродуктов — повышение качества бензина.
Риформинг (или каталитический риформинг) — это процесс термической или каталитической переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественного автомобильного бензина, ароматических углеводородов и технического водорода. В ходе этого процесса алканы и циклоалканы с низкой детонационной стойкостью (низким октановым числом) превращаются в разветвленные алканы (изоалканы) и ароматические углеводороды, которые имеют значительно более высокое октановое число. Следовательно, повышение качества бензина является основной целью риформинга.
Ответ: утверждение верно.

Поскольку утверждение А неверно, а утверждение Б верно, правильным вариантом ответа является тот, в котором указано, что верно только Б.

Ответ: 2

8. Укажите важнейший источник аренов.

1) природный газ

2) коксовый газ

3) попутный нефтяной газ

4) каменноугольная смола

Арены (ароматические углеводороды) — это класс органических соединений, в молекулах которых содержится одно или несколько бензольных колец. Простейший представитель — бензол ($C_6H_6$). Для определения важнейшего источника аренов рассмотрим предложенные варианты.

1) природный газ

Природный газ на 80-97% состоит из метана ($CH_4$) и содержит также небольшие количества других низших алканов (этан, пропан, бутан). Он не является прямым природным источником аренов.

2) коксовый газ

Коксовый газ является побочным продуктом коксования каменного угля. Он действительно содержит пары бензола и его гомологов, но их содержание невелико (около 1%). Из коксового газа извлекают бензол, но это не основной источник.

3) попутный нефтяной газ

Это смесь газов, растворенных в нефти. По составу он близок к природному газу, но содержит больше пропана, бутана и других тяжёлых углеводородов. Арены в нём практически отсутствуют.

4) каменноугольная смола

Каменноугольная смола — это вязкая жидкость чёрного цвета, которая также образуется при коксовании (нагревании без доступа воздуха) каменного угля. Она представляет собой сложнейшую смесь, состоящую из нескольких сотен различных органических соединений, значительную часть которых составляют именно арены: бензол, толуол, ксилолы, нафталин, антрацен и другие. Перегонка каменноугольной смолы является классическим и одним из основных промышленных методов получения ароматических углеводородов. Наряду с каталитическим риформингом нефти, переработка каменноугольной смолы является важнейшим источником аренов.

Сравнивая все варианты, можно сделать вывод, что наиболее значимым источником аренов из перечисленных является каменноугольная смола.

Ответ: 4) каменноугольная смола.