Страница 58 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

9. Основной способ переработки каменного угля — это

1) коксование

2) крекинг

3) риформинг

4) перегонка

Решение

Для ответа на данный вопрос необходимо проанализировать каждый из предложенных вариантов и определить, какой из них является основным методом переработки именно каменного угля.

1) коксование — это метод термической переработки каменного угля путём его нагрева до высоких температур (около 1000 °C) без доступа воздуха. В результате этого процесса получают кокс (твёрдый углеродистый остаток, используемый в металлургии), а также ценные летучие продукты: коксовый газ, каменноугольную смолу и аммиачную воду. Этот метод является основным крупнотоннажным промышленным способом переработки каменного угля.

2) крекинг — это процесс расщепления крупных молекул углеводородов (обычно из нефтяного сырья) на более мелкие при высокой температуре и/или с использованием катализаторов. Основная цель крекинга — получение бензина и других лёгких фракций из тяжёлых нефтепродуктов. Этот процесс относится к нефтепереработке.

3) риформинг — это процесс каталитической переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высокооктановых компонентов бензина и ароматических углеводородов. Этот процесс также является частью нефтепереработки.

4) перегонка (фракционная дистилляция) — это физический процесс разделения жидких смесей на компоненты (фракции) на основе различий в их температурах кипения. Это основной метод первичной переработки нефти. Каменный уголь является твёрдым веществом, и его переработка требует химической деструкции, а не физического разделения путём перегонки.

Исходя из анализа, основным способом переработки каменного угля является коксование.

Ответ: 1) коксование

10. Исключите «лишнее» понятие.

1) мазут

2) лигроин

3) кокс

4) цилиндровое масло

Чтобы определить «лишнее» понятие, необходимо проанализировать происхождение и свойства каждого из представленных веществ.

1) мазут – это остаток после отгонки из нефти светлых фракций (бензина, керосина). Является жидким продуктом нефтепереработки.

2) лигроин – это фракция нефти, получаемая при её прямой перегонке. Является жидким продуктом нефтепереработки.

3) кокс – это твёрдый пористый продукт, получаемый из каменного угля методом коксования (нагревания без доступа воздуха). Является продуктом переработки угля.

4) цилиндровое масло – это вид смазочного масла, получаемый из нефти. Является жидким продуктом нефтепереработки.

Таким образом, мазут, лигроин и цилиндровое масло объединены общим признаком: все они являются продуктами переработки нефти. Кокс отличается от них, так как его получают из другого сырья — каменного угля, и он является твёрдым веществом, в то время как остальные — жидкости. Следовательно, понятие «кокс» является лишним в данном списке.

Ответ: 3) кокс.

11. Укажите цели крекинга нефтепродуктов.

1) получение аренов

2) увеличение выхода бензина

3) получение алкенов

4) повышение качества бензина

5) получение пропан-бутановой смеси

Крекинг (от англ. cracking — расщепление) — это общее название для процессов термической и каталитической переработки нефти и ее фракций, основной целью которых является расщепление молекул тяжелых углеводородов на более легкие и ценные продукты. Этот процесс имеет несколько ключевых целей в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

1) получение аренов
Ароматические углеводороды (арены), такие как бензол, толуол и ксилолы, являются ценным сырьем для химического синтеза и высокооктановыми компонентами автомобильного бензина. Процессы каталитического крекинга, и в особенности каталитического риформинга, направлены на превращение алканов и циклоалканов (нафтенов) в арены. Это позволяет не только получать ценное химическое сырье, но и значительно повышать октановое число бензина.
Ответ: получение аренов является одной из важных целей крекинга для производства высокооктановых компонентов бензина и сырья для нефтехимии.

2) увеличение выхода бензина
Это главная и исторически первая цель внедрения процессов крекинга. При прямой перегонке нефти выход бензиновой фракции (углеводороды $C_5-C_{12}$) очень мал и составляет около 15-20%. Крекинг позволяет перерабатывать тяжелые, менее ценные фракции (керосин, газойль, мазут) с длинными углеводородными цепями ($>C_{12}$) в более легкие молекулы, входящие в состав бензина. Например, крекинг гексадекана $C_{16}H_{34}$ может привести к образованию октана $C_8H_{18}$ и октена $C_8H_{16}$ (оба могут быть компонентами бензина): $C_{16}H_{34} \xrightarrow{t, p, cat} C_8H_{18} + C_8H_{16}$. Это позволяет увеличить суммарный выход бензина из нефти до 60% и выше.
Ответ: увеличение выхода бензина является основной и наиболее важной экономической целью крекинга.

3) получение алкенов
В процессе крекинга наряду с насыщенными углеводородами (алканами) всегда образуются и ненасыщенные (алкены или олефины). Низшие алкены — этен (этилен) $C_2H_4$, пропен (пропилен) $C_3H_6$, бутены $C_4H_8$ — являются важнейшим сырьем для нефтехимической промышленности. Из них производят полимеры (полиэтилен, полипропилен), спирты, растворители и множество других органических веществ. Такой процесс, как паровой крекинг (пиролиз), специально предназначен для максимального получения именно алкенов.
Ответ: получение алкенов является ключевой целью крекинга для обеспечения сырьем нефтехимической промышленности.

4) повышение качества бензина
Качество бензина определяется его детонационной стойкостью, которая измеряется октановым числом. Бензин, полученный прямой перегонкой, состоит преимущественно из алканов нормального строения, имеющих низкое октановое число. В ходе каталитического крекинга, помимо расщепления, протекают реакции изомеризации, в результате которых образуются разветвленные углеводороды (изоалканы). Изоалканы и образующиеся в процессе арены обладают значительно более высоким октановым числом. Таким образом, бензин, полученный крекингом, имеет гораздо лучшее качество, чем бензин прямой гонки.
Ответ: повышение качества (октанового числа) бензина за счет образования разветвленных и ароматических углеводородов является важнейшей целью каталитического крекинга.

5) получение пропан-бутановой смеси
В ходе крекинга в качестве побочных продуктов образуются газообразные углеводороды, в первую очередь пропан ($C_3H_8$) и бутан ($C_4H_{10}$). Эта смесь, сжиженная под давлением, известна как сжиженный нефтяной газ (СНГ) или пропан-бутан. СНГ является ценным товарным продуктом: его используют как экологически более чистое моторное топливо, в быту для отопления и приготовления пищи, а также в качестве сырья для химической промышленности. Таким образом, его получение является экономически выгодной и неотъемлемой частью процесса.
Ответ: получение пропан-бутановой смеси (сжиженного нефтяного газа) является важным и экономически целесообразным результатом процесса крекинга.

Тестовое задание на соответствие

12. Установите соответствие между типом процесса и его названием

ТИП ПРОЦЕССА

А) физический

В) химический

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА

1) риформинг нефти

2) газификация угля

3) коксование угля

4) ректификация нефти

5) крекинг нефти

Для выполнения данного задания необходимо определить природу каждого процесса, разделив их на физические и химические.

• Физические процессы — это процессы, которые изменяют физическое состояние или свойства вещества, но не изменяют его химический состав. К ним относится, например, разделение смесей (дистилляция, фильтрация), изменение агрегатного состояния (плавление, кипение).
• Химические процессы (химические реакции) — это процессы, в результате которых происходит образование новых веществ с новыми химическими свойствами. Это всегда сопровождается разрывом одних и образованием других химических связей.

А) физический

Среди предложенных вариантов необходимо найти процесс, который не изменяет химическую структуру веществ. Рассмотрим каждый вариант:

1) Риформинг, 2) Газификация, 3) Коксование и 5) Крекинг — все эти процессы представляют собой химические превращения, так как в их ходе изменяется молекулярная структура исходных веществ (изомеризация, расщепление, реакции с другими веществами).

4) Ректификация нефти — это процесс разделения сырой нефти на фракции (например, бензин, керосин, дизельное топливо) на основе различия в их температурах кипения. Этот процесс является методом физического разделения и не приводит к изменению химического состава компонентов нефти. Следовательно, это физический процесс.

Ответ: 4

В) химический

К химическим процессам относятся те, при которых исходные вещества превращаются в новые. Проанализируем список:

• 1) Риформинг нефти — процесс изменения структуры углеводородов (например, превращение алканов в ароматические углеводороды) для получения высокооктанового бензина. Это химический процесс.
• 2) Газификация угля — процесс взаимодействия угля с окислителями (например, водяным паром) при высокой температуре с образованием горючих газов (синтез-газа: $CO$ и $H_2$). Это химический процесс.
• 3) Коксование угля — процесс термического разложения угля без доступа воздуха, в результате которого образуются новые продукты: кокс, коксовый газ и каменноугольная смола. Это химический процесс (пиролиз).
• 5) Крекинг нефти — процесс расщепления крупных и сложных молекул углеводородов на более простые и лёгкие молекулы под действием высокой температуры. Это химический процесс, так как происходит разрыв химических связей.

Таким образом, риформинг, газификация, коксование и крекинг являются химическими процессами.

Ответ: 1, 2, 3, 5

Задания с развёрнутым ответом

13. Широко известна цитата Д. И. Менделеева: «Сжигать нефть — всё равно, что топить печку ассигнациями». Как вы думаете, какой смысл заложен в этом высказывании?

Знаменитая фраза Дмитрия Ивановича Менделеева «Сжигать нефть — всё равно, что топить печку ассигнациями» содержит глубокий экономический и научный смысл. В этом образном сравнении великий учёный выразил своё отношение к нефти не просто как к топливу, а как к ценнейшему химическому сырью.

Рассмотрим аналогию: ассигнации (старинное название денежных купюр) обладают высокой покупательной способностью. Их основная ценность заключается в том, что на них можно обменять товары и услуги. Сжигание ассигнаций в печи для получения тепла — это крайне нерациональный поступок, поскольку тепло можно получить гораздо более дешёвыми способами (например, сжигая дрова), а уникальная ценность денег при этом безвозвратно уничтожается.

Точно так же и с нефтью. Нефть — это не просто горючая жидкость, а сложнейшая природная смесь углеводородов. При её простом сжигании в топках котлов или двигателях внутреннего сгорания извлекается лишь её теплотворная способность. Менделеев, будучи гениальным химиком, понимал, что истинная ценность нефти заключается в её уникальном химическом составе.

Путем переработки нефти (ректификации, крекинга, риформинга и других процессов нефтехимического синтеза) из неё можно получить огромное количество продуктов, стоимость которых многократно превышает стоимость исходной сырой нефти или энергии, полученной при её сжигании. К таким продуктам относятся:

• различные виды топлива (бензин, керосин, дизельное топливо);
• пластмассы (полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.);
• синтетические каучуки и резина;
• синтетические волокна (капрон, лавсан, нейлон);
• растворители;
• моющие средства;
• лекарственные препараты;
• красители;
• удобрения;
• и многие другие органические соединения.

Таким образом, Менделеев призывал к рациональному и комплексному использованию этого природного ресурса. Он подчёркивал, что сжигать нефть для получения тепла — значит уничтожать уникальное сырьё, из которого можно создать множество более сложных и дорогих продуктов, необходимых для развития промышленности, науки и повышения качества жизни. Это варварское расточительство с точки зрения будущего развития цивилизации.

Ответ: Смысл высказывания Д. И. Менделеева заключается в том, что нефть является ценнейшим и незаменимым источником сырья для химической промышленности, позволяющим создавать множество разнообразных и дорогих продуктов (пластмассы, лекарства, волокна и т.д.). Использовать нефть просто как топливо, сжигая её для получения энергии, — это экономически нецелесообразно и недальновидно, так как при этом уничтожается её гораздо более высокая ценность как уникального химического сырья, подобно тому как сжигание денег уничтожает их покупательную способность.

14. Известно, что в зимнее время автомобиль заводится труднее. Какие различия должны иметь летние и зимние сорта бензина?

Решение

Проблема с запуском автомобиля в зимнее время связана с физическими свойствами бензина при низких температурах. Для того чтобы двигатель внутреннего сгорания завелся, необходимо, чтобы в его цилиндрах образовалась горючая топливовоздушная смесь. Эта смесь состоит из паров бензина и воздуха в определенной пропорции. Ключевым процессом здесь является испарение — переход жидкого топлива в газообразное состояние.

Интенсивность испарения жидкости, или её летучесть, сильно зависит от температуры. При низких температурах зимой летучесть бензина значительно падает. Жидкое топливо, попадая в холодные цилиндры двигателя, испаряется очень плохо. В результате не удается создать топливовоздушную смесь нужной концентрации, что и затрудняет или делает невозможным запуск двигателя.

Чтобы решить эту проблему, состав зимних и летних сортов бензина должен различаться. Основное различие заключается в их фракционном составе и, как следствие, в летучести (или давлении насыщенных паров).

• Зимний бензин должен быть более летучим, чтобы обеспечить хорошее испарение при низких температурах. Для этого в его состав добавляют большее количество легкокипящих углеводородов (например, бутана, изопентана). Эти компоненты легко переходят в газообразное состояние даже на морозе, что позволяет сформировать горючую смесь и обеспечить надежный запуск холодного двигателя.
• Летний бензин, наоборот, должен быть менее летучим. Если использовать высоколетучий зимний бензин в жаркую погоду, он будет интенсивно испаряться прямо в топливопроводах и топливном насосе. Это может привести к образованию так называемой «паровой пробки» — пузырьков газа, которые блокируют подачу жидкого топлива в двигатель, из-за чего он может заглохнуть. Поэтому летний бензин состоит преимущественно из более тяжелых, высококипящих углеводородов, которые стабильны при высоких температурах и не создают паровых пробок. Кроме того, низкая летучесть летнего бензина снижает количество вредных испарений в атмосферу.

Таким образом, сезонные различия в бензине — это целенаправленное изменение его состава для обеспечения надежной работы двигателя в разных температурных условиях.

Ответ: Основное различие между летними и зимними сортами бензина заключается в их летучести (способности к испарению). Зимний бензин должен быть более летучим, для чего в его состав вводят больше легкокипящих углеводородных фракций. Это необходимо для обеспечения надежного образования топливовоздушной смеси при низких температурах. Летний бензин, напротив, делают менее летучим (из более тяжелых фракций), чтобы избежать образования паровых пробок в топливной системе в жаркую погоду.