Номер 1, страница 47 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Природный газ, основным компонентом которого является метан ($CH_4$), служит важнейшим сырьем для химической промышленности. Основные продукты его переработки и процессы их получения следующие:

• Синтез-газ (смесь оксида углерода(II) и водорода)

  Синтез-газ ($CO + H_2$) является ключевым полупродуктом для многих крупнотоннажных химических производств, таких как синтез метанола, аммиака, высших спиртов и углеводородов. Его получают несколькими промышленными способами:

  • Паровая конверсия метана (паровой риформинг): это основной промышленный метод, заключающийся во взаимодействии метана с водяным паром при высокой температуре (700–900 °C) и давлении в присутствии никелевого катализатора.

    Уравнение реакции: $CH_4 + H_2O \rightleftharpoons CO + 3H_2$

  • Парциальное (неполное) окисление метана: это каталитическое или некаталитическое окисление метана кислородом при его недостатке. Процесс проводят при высокой температуре (1200–1500 °C).

    Уравнение реакции: $2CH_4 + O_2 \rightarrow 2CO + 4H_2$

  • Углекислотная конверсия метана (сухой риформинг): взаимодействие метана с диоксидом углерода при высокой температуре (800–1000 °C) в присутствии катализатора.

    Уравнение реакции: $CH_4 + CO_2 \rightleftharpoons 2CO + 2H_2$

• Ацетилен

  Ацетилен ($C_2H_2$) — важное сырье для органического синтеза. Его получают высокотемпературным пиролизом метана. Этот процесс требует очень быстрого нагрева до высоких температур и последующего резкого охлаждения ("закалки") для предотвращения разложения ацетилена на углерод и водород.

  Процесс: электрокрекинг (в электрической дуге) или окислительный пиролиз метана при температуре около 1500 °C.

  Уравнение реакции: $2CH_4 \xrightarrow{1500^{\circ}C} C_2H_2 + 3H_2$

• Водород и сажа (технический углерод)

  При термическом разложении метана без доступа воздуха при температуре выше 1000 °C образуются чистый водород и элементарный углерод в виде сажи.

  Процесс: пиролиз метана.

  Уравнение реакции: $CH_4 \xrightarrow{t > 1000^{\circ}C} C + 2H_2$

  Водород используется в синтезе аммиака, гидрогенизационных процессах и как экологически чистое топливо. Сажа используется как наполнитель в производстве резины (например, для шин), как черный пигмент (типографская краска) и в других областях.

• Хлорпроизводные метана

  Хлорметан ($CH_3Cl$), дихлорметан ($CH_2Cl_2$), трихлорметан (хлороформ, $CHCl_3$) и тетрахлорметан ($CCl_4$) являются важными растворителями и полупродуктами в органическом синтезе. Их получают в результате реакции цепного радикального замещения.

  Процесс: прямое хлорирование метана при нагревании (250-400 °C) или под действием УФ-излучения.

  Реакция протекает постадийно, образуя смесь продуктов. Ниже приведены уравнения для каждой стадии:

  $CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu \text{ или } t} CH_3Cl + HCl$

  $CH_3Cl + Cl_2 \xrightarrow{h\nu \text{ или } t} CH_2Cl_2 + HCl$

  $CH_2Cl_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu \text{ или } t} CHCl_3 + HCl$

  $CHCl_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu \text{ или } t} CCl_4 + HCl$

  Соотношение продуктов можно регулировать, изменяя соотношение исходных реагентов.

Ответ: Основными продуктами химической переработки природного газа (метана) являются: 1) синтез-газ ($CO + H_2$), получаемый паровой или углекислотной конверсией, а также парциальным окислением; 2) ацетилен ($C_2H_2$), получаемый высокотемпературным пиролизом (крекингом); 3) водород ($H_2$) и сажа ($C$), получаемые термическим разложением; 4) хлорпроизводные метана (например, $CH_3Cl, CH_2Cl_2$), получаемые в реакции прямого хлорирования. Уравнения соответствующих реакций представлены выше.