Номер 7, страница 41 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

7. Возможно ли получить алканы промышленным путем? Как это происходит?

7. Да, получение алканов в промышленных масштабах является основой современной нефтегазовой и химической промышленности. Существует несколько основных способов их получения.

1. Переработка природных источников

Основными природными источниками алканов являются природный газ и нефть.

• Природный газ. Он состоит преимущественно из метана ($CH_4$) с примесями других низших алканов: этана ($C_2H_6$), пропана ($C_3H_8$), бутанов ($C_4H_{10}$). Газ из месторождений подвергают очистке и разделению. С помощью фракционной конденсации (охлаждения до разных температур) выделяют индивидуальные углеводороды или их смеси (например, пропан-бутановую смесь).
• Нефть. Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов (алканов, циклоалканов, аренов). Основным методом ее переработки является фракционная перегонка (ректификация). Процесс происходит в ректификационных колоннах.
  1. Нефть нагревают в печи до температуры $350-400^{\circ}C$ и в виде парожидкостной смеси подают в колонну.
  2. В колонне поддерживается градиент температур: внизу она самая высокая, а вверху — самая низкая.
  3. Пары, поднимаясь вверх, охлаждаются и конденсируются на разных уровнях (тарелках) в зависимости от температуры кипения.
  4. Компоненты с низкой температурой кипения (короткие углеводородные цепи) поднимаются выше по колонне, а компоненты с высокой температурой кипения (длинные цепи) конденсируются в нижней части.

  Таким образом, нефть разделяют на фракции:

  • Бензиновая фракция (температура кипения $40-200^{\circ}C$, углеводороды от $C_5$ до $C_{12}$) — используется как топливо для двигателей.
  • Керосиновая фракция (температура кипения $150-300^{\circ}C$, от $C_{12}$ до $C_{18}$) — используется как авиационное и ракетное топливо.
  • Дизельная фракция (газойль) (температура кипения $200-350^{\circ}C$, от $C_{15}$ до $C_{25}$) — дизельное топливо.
  • Мазут — остаток после отгонки светлых фракций. Его далее перегоняют под вакуумом для получения смазочных масел, а остаток (гудрон) используют для производства битума.

2. Вторичная переработка нефтепродуктов

Для увеличения выхода ценных продуктов (например, бензина) и улучшения их качества применяют вторичные процессы:

• Крекинг. Это процесс расщепления крупных молекул углеводородов (например, из мазута) на более мелкие при высокой температуре и/или в присутствии катализаторов. В результате крекинга из длинноцепочечных алканов получают более короткоцепочечные алканы и алкены, которые входят в состав бензина.

  Пример: $C_{16}H_{34} \xrightarrow{t, \text{кат.}} C_8H_{18} + C_8H_{16}$

• Изомеризация. Превращение алканов нормального (линейного) строения в их изомеры с разветвленной цепью. Разветвленные алканы имеют более высокое октановое число, что улучшает качество бензина.

  Пример: $\text{н-бутан} \rightleftharpoons \text{изобутан}$

3. Синтетические методы

Алканы можно получать и синтетически из более простых веществ.

• Синтез Фишера-Тропша. Это процесс получения жидких углеводородов из смеси угарного газа ($CO$) и водорода ($H_2$), известной как синтез-газ. Синтез-газ, в свою очередь, можно получить из угля, природного газа или биомассы. Этот метод позволяет производить синтетическое топливо.

  Общее уравнение: $nCo + (2n+1)H_2 \xrightarrow{\text{кат.}, p, t} C_nH_{2n+2} + nH_2O$

• Гидрирование непредельных углеводородов. Алканы получают путем присоединения водорода к алкенам или алкинам в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd).

  Пример: $C_nH_{2n} (\text{алкен}) + H_2 \xrightarrow{\text{кат.}} C_nH_{2n+2} (\text{алкан})$

Таким образом, промышленные методы получения алканов чрезвычайно важны и разнообразны, они обеспечивают мир топливом и сырьем для химического синтеза.

Ответ: Да, алканы получают в промышленности в огромных количествах. Основные методы — это выделение из природных источников (природного газа и нефти) путем физического разделения (фракционная перегонка), а также путем химической модификации (крекинг, изомеризация) и синтеза из более простых веществ (синтез Фишера-Тропша, гидрирование).