ПМ-19 Хімія
Лекція (2 год.)
Тема 2.4. Методи одержання алканів, етену, етину,
бензену.
Застосування вуглеводнів.
Опрацювати: Хімія 10 клас (за посиланням «Підручники»), с.67-75, §12,
лекційний матеріал
Виконати
(письмово):
1. Напишіть рівняння реакцій, які відбуваються:
а) при послідовному гідруванні етину;
б) при послідовному дегідруванні етану.
2. Допишіть хімічні рівняння:
а) C3H6 + Н2 → … ;
б) C4H10 → CH4 + ... ;
в) C3H8 → ... + H2;
г) ...CO + ... → C5H12 + ...H2O.
3. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна
здійснити
такі перетворення, і вкажіть умови їх перебігу:
а) СаСО3 → ... → СаС2 → С2H2 → C6H6;
б) бутан → етен
→ етин.
4. Складіть рівняння реакції утворення гексану з карбон(ІІ) оксиду і водню.
5. Який
ненасичений вуглеводень можна добути дегідруванням етену?
6. Що таке нафта? Назвіть основні
фракції перегонки нафти, їх застосування.
7. За матеріалами з
інтернет-джерел підготуйте коротке повідомлення про детонаційну стійкість
бензину і його октанове число. Маркування бензину.
Способи добування вуглеводнів. У промисловості
вуглеводні добувають переважно із природних джерел — виділенням із природного і
супутнього нафтового газів, перегонкою нафти, її термічним розкладом. Гідруванням вугілля
(найчастіше — бурого) добувають синтетичне пальне
t, p, k
nС + (n + 1)Н2 ⎯⎯→ CnH2n+2,
а взаємодією карбон(ІІ) оксиду і водню — суміш алканів (переважно з нерозгалуженими молекулами), подібну за
складом до бензину:
t, p, k
nСO + (2n + 1)Н2 ⎯⎯→ CnH2n+2 + nH2O.
Метан можна добути в лабораторії нагріванням суміші сполук
Натрію — ацетату й гідроксиду:
СН3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3.
Алкани слугують сировиною для добування вуглеводнів різних типів. За певних умов від молекул алканів
відщеплюються атоми Гідрогену й утворюються вуглеводні інших гомологічних
рядів. Це — реакції дегідрування. Приклади таких реакцій за участю
етану:
t
СН3–СН3 → СН2=СН2
+ Н2;
t
СН3–СН3 → СН≡СН + 2Н2.
Під час термічного розкладу алканів зв’язки між атомами Карбону можуть розриватися; у
цьому разі утворюються суміші вуглеводнів.
З алкінів у великій кількості добувають лише етин. Сучасний метод полягає в термічному
розкладі метану:
1500 °C
2СН4 ⎯⎯⎯→ С2Н2 + 3Н2.
Так званий карбідний метод ґрунтується на реакції кальцій ацетиленіду (тривіальна назва — кальцій карбід) з
водою (метод
розроблено у 1862 р.):
СаС2 + 2Н2О → С2Н2↑ + Са(ОН)2.
Вихідну сполуку Кальцію отримують, нагріваючи суміш вугілля і негашеного
вапна за дуже
високої температури:
1900°C
СаО + 3С ⎯⎯⎯→ СаС2 + СО↑.
Ароматичні вуглеводні добувають нагріванням насичених вуглеводнів, які
містять шість або
більше атомів Карбону в молекулах, за наявності каталізаторів. Рівняння реакції утворення бензену з н-гексану:
t, Ni
С6Н14 ⎯⎯⎯→ С6Н6 + 4Н2
Арени утворюються при пропусканні етину або його гомологів над активованим вугіллям або іншими каталізаторами при 450—650 °С:
450—650 °С, акт.С
3С2Н2 ⎯⎯⎯→ С6Н6
Таку реакцію для промислового добування бензену не
використовують.
Алкени можна добути дегідратацією спиртів, тобто
відщепленням води від сполуки:
t, H2SO4(конц.)
СН3–СН2ОН ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ СН2=СН2 + Н2О.
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.
Застосування вуглеводнів. Вуглеводні широко використовують для різноманітних
потреб.
Ці сполуки є основою газоподібного та рідкого палива, пального, слугують сировиною для виробництва багатьох органічних
речовин, розчинниками для лаків і фарб.
Алкани з кількістю атомів Карбону в молекулах від 5 до
22 є компонентами бензину, гасу, газойлю, уайт-спіриту, петролейного ефіру. Парафін містить тверді алкани з кількістю
атомів Карбону в молекулах від 18 до 35, а вазелін — це
суміш рідких і твердих алканів.
Серед алкенів найбільшого використання набули етен і пропен; із них виробляють полімери — поліетилен і
поліпропілен.
Найважливішим алкіном у практичному відношенні є етин (ацетилен). Він слугує вихідною
речовиною для добування багатьох органічних
сполук, зокрема етилового спирту, оцтової кислоти, полімерів, органічних розчинників. Цей газ також використовують для зварювання і
різання металів; при його горінні в чистому кисні температура полум’я сягає 3000 °С. Працюючи з ацетиленом, слід пам’ятати, що
суміші його з повітрям і киснем вибухонебезпечні.
Найбільше практичне значення серед ароматичних
вуглеводнів має бензен — промисловий розчинник, вихідна речовина для виробництва органічних сполук, вибухових речовин,
барвників, лікарських препаратів, засобів боротьби
зі шкідниками і хворобами рослин.
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. Формула
найпростішого меркаптану — СН3SН. 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.
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.
И
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.
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. 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.
У промисловості також використовують інші способи переробки нафти. Головне — домогтися
якомога більшого виходу найважливіших нафтопродуктів і максимально використати
залишки виробництва як хімічну сировину.
Комментарии
Отправить комментарий