Решебник по химии 10 класс Габриелян §9

Нефть и способы ее переработки

Стр. 47

Вопрос

1. При составлении бюджета Российской Федерации учитываются международные цены на углеводородное сырьё — природный газ и нефть. Что представляет собой нефть?

Нефть — это природная маслянистая жидкость, представляющая собой сложную смесь углеводородов, в основном алканов, циклоалканов и ароматических соединений, а также примесей серы, азота, кислорода, металлов и других элементов. Она образуется в земной коре в результате длительного разложения органических остатков под высоким давлением и температурой.

Цвет нефти варьируется от светло-жёлтого до почти чёрного, она обладает характерным запахом и меньшей плотностью по сравнению с водой. Нефть нерастворима в воде, но хорошо растворяет многие органические вещества. При переработке нефти получают важнейшие продукты, такие как бензин, дизельное топливо, керосин, мазут, асфальт, а также сырьё для химической промышленности (пластмассы, синтетические волокна, удобрения и др.).

Таким образом, нефть является не только топливом, но и ценнейшим сырьём для производства разнообразных веществ, используемых в промышленности, на транспорте и в быту. Важная роль нефти в мировой экономике делает её цену критически значимой при составлении бюджета стран, богатых этим ресурсом, включая Россию.

Стр. 50

Вопрос

1. Как химические реакции, протекающие в процессе риформинга, влияют на качество бензина? Какими параметрами характеризуется качество бензина?

Риформинг — это химический процесс, в ходе которого алканы с прямой цепью превращаются в разветвлённые углеводороды и ароматические соединения. В результате повышается октановое число бензина, а значит, и его детонационная стойкость — способность бензина равномерно сгорать без взрывов в цилиндрах двигателя.

Химические реакции риформинга включают:

• Изомеризация — превращение линейных алканов в разветвлённые (например, из н-октана в 2,2,4-триметилпентан);

• Дегидроциклизация — образование ароматических соединений (например, из н-гексана получается бензол).

Качество бензина характеризуется:

• Октановое число, которое показывает устойчивость к детонации. Например, октановое число н-гептана — 0, а 2,2,4-триметилпентана — 100. Чем выше октановое число, тем выше качество бензина;

• Детонационной стойкостью, то есть способностью топлива не воспламеняться преждевременно при сжатии;

• Состав — наличие разветвлённых и ароматических углеводородов повышает качество бензина.

Стр. 51

Проверьте свои знания

1. Каков состав попутного нефтяного газа? На какие фракции его разделяют при переработке и как их используют?

Попутный нефтяной газ содержит меньше метана, чем природный газ, и больше гомологов — этана, пропана, бутана, пентана и других. Перед использованием его разделяют на фракции: пропан-бутановую, газовый бензин, сухой газ.

Пропан-бутановая фракция используется в качестве автомобильного топлива и в быту (баллоны, зажигалки).

Газовый бензин используется в качестве сырья для получения ароматических углеводородов.

Сухой газ, содержащий в основном метан, применяется как топливо.

2. Что представляет собой нефть, каков её состав? Назовите основные месторождения нефти в России, укажите их на карте.

Нефть — это маслянистая жидкость от светло-жёлтого до тёмно-бурого цвета, нерастворимая в воде и обладающая специфическим запахом. Она состоит в основном из углеводородов (алканы, циклоалканы, ароматические соединения) с числом атомов углерода от 6 до 50 и небольшого количества серы, кислорода, азота и минеральных веществ.

Крупнейшие месторождения нефти в России:

• Западная Сибирь (Самотлорское),

• Волго-Уральский регион,

• Тимано-Печорский бассейн,

• Восточная Сибирь (Ванкорское),

• Сахалинский шельф.

3. Что такое ректификация нефти? Укажите области применения её продуктов.

Ректификация — это процесс разделения жидкой смеси на отдельные компоненты (фракции) по температуре кипения. Для этого используется ректификационная колонна.

Продукты ректификации нефти и их применение:

• Бензин (40–200 °C) — топливо для автомобилей.

• Лигроин (150–250 °C) — сырьё для химического производства.

• Керосин (180–300 °C) — топливо для реактивных двигателей.

• Газойль (250–350 °C) — дизельное топливо.

• Мазут — используется для получения смазочных масел, битума, гудрона.

4. Что такое крекинг? Какая химическая реакция лежит в основе этого процесса? Запишите уравнение крекинга углеводорода состава C₁₆H₃₄.

Крекинг — это процесс термического расщепления углеводородов с получением продуктов с меньшей молекулярной массой. Он используется для увеличения выхода бензина.

Пример уравнения крекинга:

(C₁₆H₃₄ → C₈H₁₈ + C₈H₁₆)

В результате реакции из гексадекана (C₁₆H₃₄) образуется октан (C₈H₁₈) и алкен C₈H₁₆. Реакция может протекать при температуре 500–600 °C с участием катализаторов или без них.

5. Что такое риформинг? Запишите уравнения реакций изомеризации н-октана C₈H₁₈ в 2,2,4-триметилпентан. Используйте структурные формулы органических веществ.

Риформинг — это вторичная переработка нефтепродуктов, направленная на повышение октанового числа бензина и получение ароматических углеводородов.

В процессе риформинга происходят:

• Изомеризация линейных алканов,

• Дегидроциклизация — образование ароматических соединений.

Пример изомеризации:

н-октан: CH₃–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–CH₃

→ 2,2,4-триметилпентан:

CH₃

|

CH₃–C–CH₂–CH(CH₃)₂

|

CH₃

2,2,4-триметилпентан обладает высоким октановым числом и является эталоном (100) в шкале оценки качества бензина.

Стр. 52

Примените свои знания

6. Найдите в средствах массовой информации сообщения о крупных катастрофах, связанных с утечкой или возгоранием нефти. Каковы последствия этих катастроф?

Одной из крупнейших нефтяных катастроф стала авария на буровой платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе в 2010 году. В результате взрыва на платформе в океан попало более 700 тысяч тонн нефти. Это вызвало:

• гибель морских животных и птиц,

• загрязнение побережья США (Луизиана, Миссисипи, Алабама),

• снижение численности рыбы и планктона,

• долгосрочные последствия для экосистемы Мексиканского залива.

Другой пример — разлив нефти в Норильске в 2020 году, когда в окружающую среду попало более 20 тысяч тонн дизельного топлива. Были загрязнены реки и почва, нарушен природный баланс региона.

Последствия подобных катастроф — не только экологические (гибель организмов, загрязнение воды и почвы), но и экономические (штрафы, снижение добычи, убытки компаний) и социальные (потеря рабочих мест, ухудшение условий жизни).

7. Найдите в интернете информацию об объёмах экспорта сырой нефти из Российской Федерации за последние 10 лет. С помощью офисного приложения MS Excel представьте найденные данные в виде графика.

Анализ динамики:

• До 2019 года экспорт стабильно рос.

• В 2020 году произошёл спад из-за пандемии COVID-19 и снижения спроса.

• В 2022–2023 годах данные менялись в зависимости от геополитической ситуации и санкций.

Вывод: экспорт нефти тесно связан с мировыми ценами, спросом, логистикой и международными политическими и экономическими условиями.

Стр. 52

Используйте дополнительную информацию

8. Подготовьте сообщение на тему «Природные углеводороды как предмет международного сотрудничества и основа экономики России».

Сообщение

Природные углеводороды как предмет международного сотрудничества и основа экономики России

Природные углеводороды — это природный газ и нефть, а также продукты их переработки. Эти ископаемые играют важнейшую роль как в российской, так и в мировой экономике. Для России они являются не только источником внутренней энергии, но и важнейшими экспортными товарами, от которых напрямую зависит наполнение федерального бюджета и общее благосостояние страны.

Россия занимает одно из ведущих мест в мире по запасам, добыче и экспорту нефти и газа. Основные месторождения сосредоточены в Западной Сибири (Ямало-Ненецкий автономный округ, Тюменская область), Восточной Сибири и на шельфе Арктики. Добытые углеводороды транспортируются по протяжённой системе магистральных трубопроводов, таких как «Сила Сибири» и «Северный поток». Газ и нефть поступают как в различные регионы России, так и в другие страны — Китай, страны Европы, Индию и др.

На международной арене углеводороды играют роль инструмента сотрудничества и геополитического влияния. Страны-партнёры заинтересованы в долгосрочных контрактах на поставку энергоносителей, а Россия — в стабильном спросе и надёжных каналах поставок. Таким образом, нефть и газ становятся предметом как взаимовыгодной торговли, так и международных переговоров.

Кроме того, природные углеводороды активно перерабатываются в химической промышленности. Из них получают бензин, дизельное топливо, пластмассы, удобрения, синтетические материалы, фармацевтические препараты и многое другое. Эта отрасль также приносит значительный доход, способствует развитию других секторов экономики и обеспечивает рабочие места.

Однако с развитием мирового экологического движения растёт интерес к возобновляемым источникам энергии, что постепенно меняет акценты в мировой энергетике. В этих условиях России важно сохранять конкурентоспособность, внедрять инновации в сферу добычи и переработки, а также расширять внешнеэкономические связи.

Таким образом, природные углеводороды — это не только энергетическая основа экономики России, но и стратегический ресурс, обеспечивающий международное сотрудничество и укрепляющий позиции страны на мировой арене.

Стр. 52

Выразите свое мнение

9. Пригодятся ли вам в вашей будущей учебной и профессиональной деятельности знания о природных источниках углеводородов, их добыче, транспортировке и переработке? Аргументируйте свою позицию.

Да, я считаю, что знания о природных источниках углеводородов, их добыче, транспортировке и переработке могут пригодиться мне в будущей учебной и профессиональной деятельности. Даже если моя специальность напрямую не будет связана с нефтегазовой отраслью, понимание роли углеводородов в экономике и жизни страны поможет мне лучше ориентироваться в современных реалиях.

Эти знания позволяют осознать важность энергетических ресурсов для развития государства, их влияние на цены, бюджет, международные отношения. Кроме того, если моя будущая профессия будет связана с экологией, энергетикой, экономикой или международными отношениями, то понимание вопросов добычи и переработки углеводородов будет просто необходимым. Это позволит не только участвовать в обсуждении важных тем, но и предлагать разумные решения, учитывая экологические и экономические последствия.