ДИСТАНЦІЙНА РОБОТА 1 ТИЖДЕНЬ (19.10-23.10) ДЛЯ СТУДЕНТІВ 1 курсу всіх спеціальностей

 

Методична розробка лекції

Тема:                       Добування  і застосування вуглеводнів

Курс:                      1

Спеціальність:    всі спеціальності

ОКР:                      фаховий молодший бакалавр

Кількість годин: 2

 

1.   Способи добування вуглеводнів

У промисловості вуглеводні добувають переважно із природних джерел. Природними джерелами вуглеводнів є кам’яне та буре вугілля, природний та супутній нафтовий гази, нафта. Гідруванням вугілля добувають синтетичне пальне

                                                                       _{t, p, k}

nC + (n+1) H₂ → C_nH_{2n + 2}.

Взаємодією карбон (ІІ) оксиду СО і водню Н₂ (так званого синтез-газу) – суміш алканів (переважно нерозгалуженої будови), подібну за складом  до бензину:

                                                                 _{t, p, k}

nCО + (2n+1) H₂ → C_nH_{2n + 2}  + nН₂О.

Алкани слугують сировиною для добування вуглеводнів різних типів. За певних умов від алканів відщеплюються атоми Гідрогену й утворюються вуглеводні інших гомологічних рядів. Реакції відщеплення атомів Гідрогену називаються реакціями дегідрування. Вони використовуються для добування алкенів та алкінів із алканів. Шляхом реакцій дегідрування  добувають етен, що є сировиною для виробництва поліетилену:

                                           _t

СН₃ – СН₃ → СН₂=СН₂ + Н₂ (реакція дегідрування),

етин:

                                           _t

СН₃ – СН₃ → СН≡СН + 2Н₂ (реакція дегідрування).

 

Умови перебігу цих реакцій – нагрівання.

Під час термічного розкладу алканів зв’язки між атомами Карбону можуть розриватися; у цьому разі утворюються суміші алканів і алкенів. Ці реакції використовуються для виробництва бензину високої  якості

                                                             _t

С₁₂Н₂₆ → С₆Н₁₄ + С₆Н₁₂.

З алкінів у великій кількості добувають лише етин(ацетилен С₂Н₂). Сировиною для його добування є  природний газ, що містить велику кількість метану. Сучасний метод полягає у термічному розкладі метану за температури 1500℃:

                                                            _1500℃ 

2СН₄ → С₂Н₂ + 3Н₂.

 Так званий карбідний метод добування етину (ацетилену С₂Н₂) є енергозатрат ним і в сучасній промисловості практично не використовується. Він ґрунтується на реакції кальцій ацетиленіду (тривіальна назва – кальцій карбід) з водою:

СаС₂ + 2Н₂О → С₂Н₂↑ + Са(ОН)₂.

Кальцій ацетиленід (кальцій карбід) СаС₂ отримують, нагріваючи суміш вугілля і негашеного вапна за дуже високої температури:

                                                               _1900℃

СаО + 3С  → СаС₂ + СО↑.

Ароматичні вуглеводні добувають нагріванням насичених вуглеводнів, які містять шість або більше атомів Карбону в молекулах, за наявності каталізаторів:

                                                             _{t, Ni}

С₆Н₁₄ → С₆Н₆ + 4Н₂

                                                   ^{н-гексан          бензен}

 

алкени можна добути і дегідратацією спиртів, тобто відщепленням води від сполуки:

                                                             _{t, H2SO4(конц.)}

СН₃ – СН₂ОН    →    СН₂=СН₂ + Н₂О

                                  ^{етанол ( етиловий спирт)                 етен (етилен)}

або в молекулярній формі:

                                                                                            _{t, H2SO4(конц.)}

С₂Н₅ОН       →      С₂Н₄ + Н₂О.

                                    ^{етанол ( етиловий спирт)            етен (етилен)}

При гідруванні алкенів і алкінів (реакції відбуваються при нагріванні й за наявності каталізаторів) утворюються алкани. Проте добувати їх у такий спосіб на заводі чи в лабораторії недоцільно: алкани – доступні вуглеводні й дешевші за алкени чи алкіни.

2.     Застосування вуглеводнів

Вуглеводні широко використовуються для різноманітних потреб. Метан (СН₄) входить до складу природного газу і використовується як паливо у металургії, хімічній та інших галузях промисловості, побуті та як сировина для добування сажі (С), водню (Н₂), етину (або ацетилену (С₂Н₂)), галогенопохідних. Суміш пропану (С₃Н₈) та бутану(С₄Н₁₀) – газоподібне пальне.

Рідкі алкани становлять значну частку в моторних та ракетних паливах і використовуються як розчинники. Суміш вуглеводнів із кількістю атомів від С₅ до С₁₁ входять до складу бензину. Вазелінове масло (суміш рідких вуглеводнів із числом атомів Карбону до С₁₅) – прозора рідина без запаху й смаку, використовується в медицині, парфумерії та косметиці. Вазелін (суміш рідких та твердих насичених вуглеводнів із числом атомів Карбону до 25) використовується для виготовлення мазей, які застосовуються в медицині. Парафін (суміш твердих вуглеводнів С₁₈ – С₃₅) – біла тверда без запаху й смаку ( t _пл = 50 – 70℃) – застосовується для виготовлення свічок, голівок сірників і пакувального паперу, для теплових процедур у медицині та косметології. Озокерит (гірський воск) – суміш твердих вуглеводнів, використовується в медицині для теплових лікувальних процедур.

Серед алкенів найбільшого використання набули етен (етилен С₂Н₄) і пропен (пропілен С₃Н₆); із них виробляють полімери – поліетилен і поліпропілен, політетрафлуоретилен (тефлон). Етен використовується для виробництва етанолу, оцтової кислоти, препаратів для обробки зерносховищ, боротьби з філоксерою винограду, прискорення дозрівання плодів.

Найважливішим алкіном у практичному відношенні є етин (ацетилен С₂Н₂). Він слугує вихідною речовиною для добування багатьох органічних сполук, зокрема етилового спирту (етанолу С₂Н₅ОН), оцтової (етанової СН₃СООН) кислоти, полімерів, органічних розчинників, масло – та бензостійких каучуків. Цей газ також використовують для зварювання і різання металів; при його горінні в чистому кисні температура полум’я сягає 3000℃.

Найбільше практичне значення серед ароматичних вуглеводнів має бензин – промисловий розчинник, вихідна речовина для виробництва вибухових речовин, барвників, лікарських препаратів, засобів боротьби зі шкідниками і хворобами рослин.

Хлорпохідні метану хлорометан (СH₃Сl), дихлорометан (СН₂Сl₂) використовуються як розчинники, а хлорометан ще як холодоагент  в холодильниках, тетрахлорометан (ССl₄) – у вогнегасниках.

3.     Дія вуглеводнів на організм людини

 Безпечними для нашого організму є лише тверді алкани (парафін використовують із лікувальною метою). Рідкі й газуваті алкани негативно впливають на нервову систему людини. Пентан і гексан подразнюють дихальні шляхи. Метан за тривалого вдихання спричиняє отруєння, яке іноді призводить до смерті. Із метою його виявлення в разі витоку з плити або негерметичного трубопроводу в газову магістраль добавляють невелику кількість сполук із сильним неприємним запахом; їхня назва — меркаптани. Користуючись газом у побуті, потрібно частіше провітрювати приміщення.

Алкени й алкіни подразнюють слизові оболонки дихальних шляхів, порушують кровообіг, негативно впливають на нервову систему.

Арени дуже токсичні. Їх пари потрапляють в атмосферу під час лісових пожеж, при випаровуванні нафти, пального, спалюванні сміття. Бензен подразнює шкіру, спричиняє негативні зміни у складі крові, вражає нервову систему. Вуглеводні 1,2 – бензопірен та 1,2 –бензантрацен є канцерогенами – речовинами, що сприяють виникненню злоякісних пухлин. Вони містяться в тютюновому димі, кам’яновугільній смолі, асфальті.

 

4. Вплив вуглеводнів на довкілля

У моря й океани внаслідок аварій танкерів, руйнувань нафтовидобувних платформ потрапляють нафта і нафтопродукти  . Це завдає серйозної шкоди живим організмам, що мешкають у воді, спричиняє забруднення прибережних територій. Розлиті нафту і нафтопродукти збирають з поверхні води спеціальними засобами, а на суходолі видаляють разом із шаром ґрунту. Викиди газоподібних вуглеводнів в атмосферу сприяють посиленню парникового ефекту.

ВИСНОВКИ

Вуглеводні добувають із природного і супутнього нафтового газів, нафти, вугілля. Із цією метою також здійснюють хімічні реакції різного типу.

Вуглеводні та їх суміші становлять основу палива і пального, є сировиною для виробництва багатьох органічних речовин, слугують розчинниками.

Майже всі вуглеводні токсичні. Їх потрапляння в навколишнє середовище призводить до негативних наслідків.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Перегонка нафти

Основною метою переробки нафти  є добування бензину та інших видів пального. Крім того, нафта — цінна сировина для хімічної промисловості.

    Одним зі способів переробки нафти є перегонка. Нафта — суміш речовин, у якій переважають вуглеводні. Кожна сполука має певну температуру кипіння. Hагріваючи нафту, можна поступово виділяти з неї окремі речовини в газуватому стані. Перегонкою нафти добувають суміші речовин, що киплять у певних температурних інтервалах. Такі суміші називають фракціями (табл. 2).

Таблиця 2

Характеристики фракцій, які добувають перегонкою нафти

Назва фракції	Кількість атомів Карбону в молекулах вуглеводнів	Інтервал температур кипіння, °С	Застосування
Бензин	С5-С11	40—200	Пальне для авіаційних та автомобільних двигунів
Лігроїн	С8-С14	150—250	Пальне для тракторів
Гас	С12-С18	180—300	Пальне для тракторів, реактивних літаків і ракет
Газойль	С15-С22	230—350	Дизельне пальне
Мазут*	С23-...	>350	Паливо для котлів, промислових печей; хімічна сировина

* Залишок після перегонки нафти.

Перегонку нафти здійснюють у безперервно діючих ректифікаційних колонах тарілчастої конструкції (мал. 25). Нафту попередньо нагрівають до кипіння і разом із гарячою водяною парою вводять у колону, де газова суміш поступово охолоджується. При цьому спочатку зріджуються вуглеводні з більшими молекулярними масами (вони мають вищі температури кипіння), потім — із меншими. Розчинені в нафті вуглеводні, що за звичайних умов є газами, виходять із верхньої частини колони.

Мал. 25. Схема установки для перегонки нафти: а — трубчаста піч; б — ректифікаційна колона

Відносні кількості продуктів перегонки нафти наведено на малюнку 26.

Мал. 26. Приблизний розподіл продуктів перегонки нафти за масою

У промисловості також використовують інші способи переробки нафти. Головне — домогтися якомога більшого виходу найважливіших нафтопродуктів і максимально використати залишки виробництва як хімічну сировину.

 Домашнє завдання для студентів 1 курсу з теми ДОБУВАННЯ  І ЗАСТОСУВАННЯ ВУГЛЕВОДНІВ

Опрацюйте ⸹12, письмово виконайте завдання 81 - 85.

Завдання 81. Напишіть рівняння реакцій, які відбуваються:

а) при послідовному гідруванні етину;

б) при послідовному дегідруванні етану.

Завдання 82. Допишіть хімічні рівняння:

                       _{t, k                                                             t, k}                                                             

а) С₃Н₆ + Н₂  → …;                 в) С₄Н₁₀  →  СН₄  +  …;

               _{t, k                                                                                     t, p, k}                                                   

б) С₃Н₈  →  … + Н₂;                г) …СО + …  →  С₅Н₁₂  + …Н₂О.

Завдання 83. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення, і вкажіть умови їх перебігу:

а) СаСО₃ —> ... —> СаС₂ —> С₂Н₂ —> C₆H₆;

б) бутан —> етен —> етин.

Завдання 84. При дегідруванні етену розклалося 80 % вуглеводню. Обчисліть:

а) об'ємні частки газів в утвореній суміші;

б) середню молярну масу цієї суміші.

Завдання 85. Етин кількістю речовини 0,2 моль пропустили над розжареним вугіллям, а добуту газувату суміш — у надлишок бромної води. Прореагувало 16 г брому. Визначте співвідношення об'ємів вуглеводнів у добутій суміші.