Номер 3, страница 80 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

3. Какие преимущества по сравнению с другими видами топлива имеет природный газ? Для каких целей используют природный газ в химической промышленности?

Какие преимущества по сравнению с другими видами топлива имеет природный газ?

Природный газ обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с твердыми (уголь, торф) и жидкими (нефть, мазут) видами топлива:

• Высокая теплотворная способность. Удельная теплота сгорания природного газа (в основном метана) выше, чем у угля и мазута, что означает получение большего количества энергии с единицы массы или объема топлива.

• Экологическая чистота. При сгорании природного газа образуется значительно меньше вредных веществ по сравнению с другими видами ископаемого топлива. В продуктах сгорания практически отсутствуют оксиды серы ($SO_2$) и твердые частицы (сажа, зола). Выбросы оксидов азота ($NO_x$) и углекислого газа ($CO_2$) на единицу полученной энергии также ниже. Основные продукты сгорания — вода ($H_2O$) и углекислый газ ($CO_2$).

• Относительно низкая стоимость. Себестоимость добычи и транспортировки природного газа часто ниже, чем у угля и нефти, что делает его экономически выгодным топливом.

• Удобство транспортировки и использования. Газ легко транспортируется на большие расстояния по магистральным газопроводам. Он не требует предварительной подготовки перед сжиганием, легко поддается автоматизации процессов горения и позволяет точно регулировать тепловую мощность установок.

• Отсутствие золы и сажи. При сжигании газа не образуется твердых отходов (золы), что упрощает конструкцию и эксплуатацию котлов и печей, а также решает проблему утилизации золошлаков.

• Высокий КПД установок. Газовые котельные и электростанции имеют более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с угольными.

Ответ: Основные преимущества природного газа — высокая теплотворная способность, экологичность (меньше вредных выбросов), низкая стоимость, удобство транспортировки и использования, отсутствие твердых отходов при сгорании и высокий КПД установок.

Для каких целей используют природный газ в химической промышленности?

В химической промышленности природный газ (главный компонент — метан, $CH_4$) является не только топливом для технологических процессов, но и важнейшим сырьем для получения множества химических продуктов. Основные направления его использования:

• Производство синтез-газа. Синтез-газ (смесь оксида углерода(II) $CO$ и водорода $H_2$) получают путем паровой конверсии или парциального окисления метана. Это ключевой полупродукт для многих синтезов.
  Паровая конверсия: $CH_4 + H_2O \rightleftharpoons CO + 3H_2$
  Парциальное окисление: $2CH_4 + O_2 \rightarrow 2CO + 4H_2$

• Производство водорода. Водород, полученный из природного газа, используется в больших объемах для синтеза аммиака.

• Производство аммиака ($NH_3$). Аммиак синтезируют из азота и водорода (процесс Габера-Боша). Аммиак, в свою очередь, является сырьем для производства азотных удобрений, азотной кислоты и других азотсодержащих соединений.
  $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

• Производство метанола ($CH_3OH$). Метанол получают из синтез-газа. Он используется для производства формальдегида, уксусной кислоты, растворителей, а также как компонент моторного топлива.
  $CO + 2H_2 \rightarrow CH_3OH$

• Производство ацетилена ($C_2H_2$). Ацетилен получают путем высокотемпературного пиролиза (крекинга) метана. Он служит сырьем для синтеза винилхлорида (основа для ПВХ), акрилонитрила (для синтетических волокон) и других органических веществ.
  $2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

• Производство хлорпроизводных метана. Путем прямого хлорирования метана получают хлорметан ($CH_3Cl$), дихлорметан ($CH_2Cl_2$), хлороформ ($CHCl_3$) и четыреххлористый углерод ($CCl_4$), которые являются важными растворителями и реагентами в органическом синтезе.
  Пример первой стадии: $CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$

• Производство технического углерода (сажи). При неполном сгорании или термическом разложении метана получают сажу, которая используется как наполнитель в производстве резины (особенно для автомобильных шин) и как черный пигмент для красок и типографских чернил.
  $CH_4 \xrightarrow{t^\circ} C + 2H_2$

Ответ: В химической промышленности природный газ используют как ценное сырье для производства водорода, аммиака (и далее удобрений), метанола, ацетилена, хлорпроизводных метана и технического углерода (сажи).