ЕГЭ по химии - задание 25

ЕГЭ по химии задание 25

План

Правила работы в лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии

Научные методы исследования химических веществ и превращений. Методы разделения смесей и очистки веществ

Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола). Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

Природные источники углеводородов, их переработка

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки

Применение изученных неорганических и органических веществ

Правила работы в лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии

Правила работы в лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии

Правила работы в лаборатории

Лабораторная посуда и оборудование

Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии

Правила работы в лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии

Химия — полезный предмет, который любят многие школьники благодаря интересным опытам. Однако, попав в лабораторию, многие не придают значения установленным правилам, касающимся техники безопасности. Устроившись на работу в лабораторию, каждый молодой специалист желает показать более опытным коллегам свою осведомленность и серьезное отношение к новым обязанностям. И, если какие-то пробелы школьных знаний можно восполнить в процессе работы, то несоблюдение элементарных требований безопасности часто ведет к плачевным результатам. 

Поэтому необходимо знать, как правильно вести себя в лаборатории, как обращаться с оборудованием, лабораторной посудой, химическими веществами. 

Правила работы в лаборатории

• Приступая к работе, надеть халат, застегнув все пуговки. Это необходимо для защитить от испарений и мельчайших брызг, которые образуются в процессе работы. С этой же целью надевается закрытая обувь, собираются в пучок длинные волосы, используются защитные очки, маски, перчатки. (только при работе с токсичными, огнеопасными веществами)
• Соблюдать порядок и чистоту, строго придерживаться правил техники безопасности на рабочем месте 
• Избегать употребления и хранения пищевых продуктов, питьевой воды. 
• Избегать проведения анализов с использованием неисправного оборудования, треснувшей или грязной посуды: посуда для проведения опытов с использованием горелок должна быть из огнеупорного стекла, на пробирке должен находиться знак с отметкой о термической устойчивости посуды.
• Прикреплять этикетки с названиями  и формулами реактивов ко всей имеющейся посуде.
• Осторожно обращаться с веществами и растворами: переливать из склянки в пробирку нужно только при соприкосновении горлышка склянки и горлышка пробирки. Пересыпать твердое вещество в пробирку или ступку необходимо в строго определенном отмеренном количестве и при помощи мерной ложечки.

• Не направлять горлышко емкости с химическими веществами в сторону другого человека во время их нагревания: направлять горлышко пробирки при нагревании нужно от себя и от соседа.
• Прогревание сначала осуществляется по всей длине пробирки и только затем в месте, где находится вещество Обеспечить свободный доступ к аптечке со средствами, предназначенными для оказания первой помощи. 
• Обеспечить свободный доступ к противопожарным средствам — ящику с песком и лопаткой, противопожарному войлочному или асбестовому одеялу, исправному огнетушителю. 
• Избегать попадания химических веществ на слизистые оболочки, открытые участки тела: при попадании вещества в зависимости от состава необходимо незамедлительно промыть раствором щелочи, перекиси водорода и большим количеством проточной воды.
• Обратиться в медпункт. 
• Опыты с использованием ядовитых и вредных веществ проводить только во включенном вытяжном шкафу под наблюдением старшего лаборанта или учителя

• По окончанию работы следует тщательно помыть всю посуду под проточной водой.
• Запрещается пробовать химические вещества на вкус. Чтобы понюхать его, следует легким движением руки направить к себе газы из сосуда.
• Наклоняться над сосудом и заглядывать в него сверху нельзя, чтобы не получить травму при случайном выбросе горячего препарата. 

Нужно помнить, что для утилизации концентрированных щелочей и кислот, органических растворителей предусмотрены специальные бутыли, которыми оснащается любая лаборатория. Для хранения бутылей используется вытяжной шкаф. Выливать такие средства в раковину категорически запрещено, поскольку это ведет к загрязнению окружающей среды, а также образованию ядовитых побочных продуктов, которые могут выбрасываться из раковины в виде паров или капель жидкости

Лабораторная посуда и оборудование

Лабораторная тара изготавливается из фарфора или термоустойчивого стекла. Применять какие-либо другие емкости, не предусмотренные для использования в лабораторных условиях, запрещено. 

К лабораторной посуде относятся:

​​ Исследование небольших объемов веществ осуществляется в пробирках, при работе с которыми запрещается использовать собственные пальцы для закрытия пробирки во время ее встряхивания. Нельзя проводить анализы в не помытой после предыдущего опыта пробирке.

Большие объемы препаратов помещаются для исследования в колбу или стакан. При работе с данными емкостями необходимо:

• Осуществлять перемешивание содержимого путем совершения круговых движений, или используя специальную стеклянную палочку. Чтобы она не повреждала стенки стеклянной емкости, на ее конец надевают кусочек резиновой трубки. 
• Переливание химических растворов из сосудов с широким горлышком в емкости с узким горлышком осуществляется с использованием воронки. 
• Фильтрование реактивов необходимо проводить в воронке, на дно которой помещается предварительно смоченный водой бумажный фильтр. Раствор выливают на фильтр тонкой струйкой, направляя ее на стеклянную палочку, расположенную у стенки воронки. 
• Выпаривание жидкостей осуществляется в выпарительных чашах, надежно закрепленных на кольце штатива.  Держать их в руках во время нагрева категорически запрещено. Для нагревания чаш используется пламя спиртовки. Наклоняться над чашей во время ее нагревания нельзя. 
• Если процесс исследования вещества предполагает выделение каких-либо газов, их отводят из используемой посуды газоотводной трубкой, герметично соединенной с горлышком емкости. 

Лабораторный штатив, при помощи которого закрепляется посуда пи проведении опытов, представляет собой подставку со стержнем, оснащенным кольцом, лапкой и муфтой. Последняя выполняет функцию перемещения лапки и кольца по стержню и регулировки их высоты. Для их фиксации применяются специальные винты. Колбы и пробирки, закрепляются в лапке, должны смотреть отверстием кверху и располагаться вертикально. 

Спиртовка, с помощью которой нагреваются реактивы, представляет собой сосуд, заполненный спиртом. В сосуде имеется колпачок и фитиль, прикрепленный к металлической трубочке с диском. Перед проведением опыта колпачок снимают и проверяют плотность прилегания диска к отверстию емкости. Для поджигания спиртовки допускается использовать только горящую спичку. 

Нагревание реактивов также можно осуществлять при помощи горелки, которая выполнена в виде металлической трубочки с двумя отверстиями. На подставке имеется боковая трубка со шлангом, присоединенным к газовому крану. Поступающий в горелку газ смешивается с воздухом, проникающим сквозь боковые отверстия. Верхняя, средняя и нижняя части пламени отличаются разной температурой. Наиболее высокая температура в верхней зоне пламени. Использовать для нагревания сосудов во время проведения опытов допускается только данную зону. 

Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии

Манипуляции с препаратами бытовой химии, легковоспламеняющимися, едкими и токсичными средствами требуют соблюдения определенных правил, позволяющих избежать неприятных ситуаций в ходе проведения опытов.

• При возникновении необходимости разбавить кислоту водой, кислоту вливают в воду как можно медленнее, тонкой струйкой. 
• Для растворения щелочей допускается использовать только фарфоровую посуду. Для захвата кусочков твердого щелочного материала используется пинцет или щипцы.  Растворение щелочи в фарфоровой емкости осуществляется путем добавления в воду небольших порций вещества. Во время выполнения данных манипуляций нужно постоянно помешивать раствор. 
• При случайном проливе щелочи или кислоты на рабочую столешницу нужно как можно скорее насыпать на загрязненное место сухой песок. Смесь вытекшего вещества на стол с песком требуется постоянно перемешивать до тех пор, пока песок полностью поглотит всю жидкость. Далее осуществляется немедленная уборка загрязненного песка в стеклянную емкость с его последующим промыванием и нейтрализацией. 
• В случае попадания щелочи или кислоты на открытые участки кожи их немедленно стряхивают и промывают кожу под краном с сильным напором холодной воды. Затем пораженное место обрабатывается раствором соды (3%), и смазывается вазелином. 

• Переливая растворы из тары нужно следить, чтобы этикетка с наименованием вещества находилась сверху.
• При работе с агрессивными средствами бытовой химии (стиральными порошками, препаратами для чистки сантехники, отбеливателями) нужно использовать защитные перчатки.
• Работа с сильно пахучими веществами должна проводиться в хорошо проветриваемом помещении.
• При хранении бытовой химии необходимо следить, чтобы все емкости были плотно закрыты. Все реактивы следует хранить в прохладном месте, защищенном от прямых солнечных лучей.

Каждое химическое вещество и средство бытовой химии отличается своими свойствами и особенностями взаимодействия с другими препаратами. Прежде, чем приступать к проведению лабораторных анализов, надо изучить всю информацию, касающуюся безопасного обращения с препаратами. При работе следует неукоснительно соблюдать требования и инструкции, касающиеся особенностей веществ, сроков их годности и прочих данных.

Научные методы исследования химических веществ и превращений. Методы разделения смесей и очистки веществ

Смесь  — система, включающая в себя два или более веществ, которые не реагируют между собой. 

Типы смесей:

Гетерогенные или неоднородные (механические смеси).  Это такие смеси, в которых невооружённым глазом, в редких случаях при помощи увеличительного прибора, можно отчётливо наблюдать границы между молекулами разных веществ. Для примера можно привести суспензии, смесь порошков, эмульсии, дым. 

Гомогенные или однородные (растворы).  Это такие смеси, в которых невозможно наблюдать границы между молекулами, даже при сильном увеличении, так как молекулы веществ сильно перемешаны друг с другом. Для примера можно привести жидкие (смесь спирта с водой), твёрдые (сплавы) и газовые (смесь газов, не реагирующих друг с другом) растворы.

Методы разделения смесей

• Метод отстаивания.  Этот метод основан на разности плотностей различных веществ. Для этого смесь, которую необходимо разделить, помещают в воду, вещества с низкой плотностью поднимаются на верху, а вещества с большей – опускаются на дно посуды. Чтобы ускорить этот процесс в лаборатории используется метод центрифугирования. Он основан на центробежной силе, которая зависит от скорости вращения центрифуги. Для разделения различных веществ существуют индивидуальная скорость вращения в секунду, благодаря которой смесь разделяется.
• Метод декантации.  После отстаивания жидкостей, образовавшиеся слои можно разделить при помощи делительной воронки. Суть метода можно увидеть  в следующем рисунке. 
• Метод фильтрации.  Суть метода заключается в способности фильтра задерживать твёрдые частички и пропускать жидкость. .  В случае использования отстаивания для разделения веществ разных агрегатных состояний, завершающим этапом является фильтрация. 

Методы разделения смесей

• Метод магнитной сепарация.  Основан на магнитных свойствах веществ, под действием магнитного поля. Для примера можно привести смесь серы и порошка железы. Железо, обладающие магнитными свойствами притягивается к магниту, а сера остаётся в посуде.
• Метод выпаривания.  Используется для разделения тугоплавкого вещества и жидкости. Скорость выпаривание регулируется температурой, давлением, площади поверхности испарения. 
• Метод перегонки (дистилляция).  Этот метод используется для разделения веществ с приблизительно одинаковыми температурами кипения, а так же используется для разделения летучих веществ от нелетучих. Суть в том, что при закипании смеси быстрее улетучиваются жидкости с более низкой температурой кипения. Пары конденсируются и стекают в приёмник.
• Метод хроматографии.  Этот метод основан на разности скоростей поглощения одних частиц другими. В стеклянную трубку насыпается порошок мела и смачивается бензолом. Сверху вливают раствор, который необходимо разделить. Все молекулы из-за разного строения и состава по-разному сорбируются, могут прочно крепиться или более слабо, меньше находиться в растворе и больше в связанном состоянии. На следующей иллюстрации можно наблюдать хроматографию хлорофилла. 
• Метод адсорбции.  Суть метода в том, что твёрдый компонент (адсорбент) всей поверхностью тела поглощает газовый компонент в результате реакции. Вещество, образованное на адсорбенте, можно отделить от него путём десорбции. Адсорбент используется повторно, а отделённое вещество по назначению. В качестве адсорбентов обычно служат пористые твердые вещества, имеющие большую удельную поверхность. 

Понятие о металлургии

Металлургия — получение металлов из руд — один из древнейших видов человеческой деятельности. Еще во втором тысячелетии до н. э. в Египте умели выплавлять железо из железной руды. Так называемый железный век пришел на смену бронзовому, тот, в свою очередь, наступил после каменного.

Получают металлы из рудных полезных ископаемых. Например, халькопирит или медный колчедан — сырье для производства железа, меди и серы (Рис. 1). Химическая формула минерала CuFeS2. Металлы в составе других руд находятся в виде оксидов или солей неорганических кислот, химически связанных катионов.

Суть металлургического процесса заключается в восстановлении положительных ионов до свободных атомов металла. Используют в качестве источников электронов углерод и его соединения, водород, металлы. В процессе восстановления катионы получают недостающие электроны. Происходит восстановление электронных оболочек металла. Схема процесса:

Ме+n + ne- → Me, где

Ме+n — металл в окисленной форме;

+n — степень окисления;

ne- — количество присоединяемых электронов;

Ме — металл в восстановленной форме.

Способы получения металлов

В зависимости от того, кокой восстановитель используют в металлургическом процессе различают: пиро - ,  гидро, электро -  и биометаллургию. 

Наиболее распространенные способы получения металлов: пирометаллургический и электрометаллургический. Большинство реакций восстановления протекают при высоких температурах. Так как металлическая связь обладает повышенной прочностью, то выделение металлов в чистом виде из природных соединений проводят при высоких температурах.

Пирометаллургический способ

Пирометаллургия  — получение металлов из руд при высоких температурах при участии восстановителей. В переводе с греческого «пирос» означает «огненный». Используют в качестве восстановителей кокс, диоксид углерода, водород. Применяют активные металлы для получения менее активных.

Пирометаллургия подразделяется на 

карботермия, 

водородотермия, 

металлотермию. 

Карботермия:  перевод сульфида металла путем обжига в оксид и дальнейшим восстановлением углем до чистого состояния.

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2 SO2

ZnO + C = CO + Zn

Руды, состоящие из оксидов и сульфидов железа, подвергают карботермии. Проводят восстановление коксом или диоксидом углерода (угарным газом). Получают сплавы железа — чугун и сталь. Первый содержит больше углерода, а также оксидов серы, фосфора и кремния. Углерод снижает твердость и другие характерные для металлов качества.

Химические реакции, лежащие в основе выплавки чугуна:

C + O 2  = CO 2 ↑,

CO 2  + C ↔ 2CO↑,

3Fe 2 O 3  + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2 ↑,

Fe 3 O 4  + CO = 3FeO + CO 2 ↑,

FeO + CO = Fe + CO 2 ↑.

Сталь выплавляют в специальных печах

Сталь выплавляют в специальных печах — электрических, конвертерных, мартеновских. При продувании обогащенного кислородом воздуха выгорает избыточный углерод, его содержание уменьшается до 2% и ниже. Этот способ является более экономически применим, т.к. при помощи него получают сталь и чугун, которые широко используются в современной промышленности.

Восстановлением углем можно получить железо, медь, цинк, кадмий, германий, олово, свинец и другие металлы. В качестве сырья используют медную (Cu 2 O), оловянную (SnO 2 ) ,  марганцевую (MnO 2 ) руды.

Металлы можно извлечь из сульфидных руд. Сначала проводят обжиг, затем — восстановление полученного оксида углем. Схемы обжига цинковой обманки и получение цинка:

2ZnS +3O 2  = 2ZnO + 2SO 2 ↑;

ZnO + C = Zn + CO↑.

Карбонаты тоже прокаливают с углем для получения оксидов и последующего восстановления углем. Схемы обжига сидерита и восстановления оксида железа:

FeCO 3  = FeO + CO 2 ↑;

FeO + C = Fe + CO↑.

Водородотермия  — производство металлов восстановлением водородом

Достоинством этого металлургического метода является получение очень чистых металлов. Восстановление меди из оксида CuO — пример восстановительных свойств водорода из школьного курса неорганической химии. Схема протекания реакции

Водородом восстанавливают из оксидов тугоплавкие металлы молибден и вольфрам.

Металлотермия

Проводят восстановление одного металла другим, более химически активным. Этот способ применяют для получения металлов из оксидов и галогенидов.

В зависимости от природы металла-восстановителя различают алюминотермию, или алюмотермию, — восстановление алюминием и магнийтермию — восстановление магнием. 

Силикотермия  — восстановление металлов кремнием. Процесс протекает согласно схеме: 2MgO + Si → 2Mg + SiO 2 .

Гидрометаллургический способ

Гидрометаллургия  — способ получения благородных, цветных, редких металлов. Например, оксид меди сначала переводят в сульфат с помощью серной кислоты. Медь вытесняют из раствора железом. Протекает следующая реакция замещения: CuSO 4  + Fe = Cu + FeSO 4 . Либо медь извлекают из раствора электролизом. Пропускают электрический ток, ионы Cu 2+  осаждаются на катоде.

Преимущество гидрометаллургического способа — возможность получать металлы из бедных руд. Еще один плюс метода — снижение газообразных выбросов в атмосферу. Большое количество вредных газов и сажи поступает в воздух при обжиге руды и пирометаллургии.

Электролиз

Электролиз расплавов оксидов, солей и гидроксидов проводят для получения металлов, расположенных в ряду активности от лития до марганца. Электролиз водных растворов служит для производства менее активных металлов.

Электролиз расплавов

Катодные  (восстановительные)  процессы . На катоде происходит восстановление катионов металлов и водорода или молекул воды.

Для растворов кислот: К(-) Н +  + 2 е -  ⟶H 2 0 ↑.

Для растворов солей или щелочей: К(-) M n+ , H 2 O.

Характер восстановительного процесса зависит от значения стандартного потенциала металла:

Схема электролиза расплава хлорида натрия:  2NaCl (эл. ток) → 2Na + Cl 2 ↑.

Схема электролиза сульфата марганца в растворе: 2MnSO 4  + 2H 2 O (эл. ток) → 2Mn + O 2 ↑+2H 2 SO 4 .

Способ термического разложения

Железо с диоксидом углерода при повышенных давлении и температуре образует пентакарбонил Fe(CO)5. Эту жидкую субстанцию перегоняют для очистки от примесей, затем нагревают. Карбонил разлагается с образованием порошка железа. Дальнейшее нагревание в вакууме или атмосфере водорода приводит к получению очень чистого железа. Схема процесса: Fe(CO)5 → Fe + 5CO↑.

Биометаллургия

Способ, основанный на биохимических процессах с участием микроорганизмов. Метод получил распространение на Западе, так как позволяет меньше загрязнять окружающую среду. Биометаллургия служит для получения меди, серебра, никеля, свинца, урана, рения и ряда других металлов.

общие способы получения металлов

Кроме собственно добычи металла из природных соединений (руд), металлургия включает в себя вторичную переработку сплавов и металлических изделий. Минеральные ресурсы Земли огромны, но конечны, а переплавка бывших в употреблении изделий бывает выгоднее и проще. Иногда обработку металлов тоже относят к металлургии, поэтому можно сказать, что это действительно одна из самых крупных областей промышленности.

Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола). Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

Научные принципы химического производства

Производство аммиака

Производство серной кислоты

Производство метанола

Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

Научные принципы химического производства

Производство аммиака

Первый шаг – получение из азота и водорода азотоводородной смеси. Азот получается посредством фракционной перегонки жидкого воздуха. Источником водорода выступает процесс паровой природного газа или угля. 

Турбокомпрессор сжимает смесь, пока не будет получено давление в 25*10 6  Па. Температура для протекания требуемых химических реакций находится в диапазоне: 400-500 °С. Для ускорения используется катализатор – пористое железо, содержащее примеси K 2 O и Al 2 O 3 .

Данный химический процесс является равновесным: при изменении условий происходит изменение количество продукта реакции, поэтому при проведении данного процесса  нужно следить за внешними факторами, которые влияют на протекание  химического процесса.

Создаваемый аммиак отделяют от непрореагировавшего водорода и азота в холодильнике процессом сжижения. Непрореагировавшая смесь возвращается в колонну синтеза. Процесс циркулирует непрерывно, пока не будет истрачен требуемый исходный материал. Применяется получаемый аммиак для производства взрывчатых веществ, азотных удобрений, пластических масс и ещё ряда продукции химического производства. 

Производство серной кислоты

Серная кислота относится к числу сильных кислот. Для получения используется очищенный измельченный влажный пирит (другое название – серный колчедан). Сырьё сверху засыпается в печь, чтобы обжечь вещество. Снизу, по принципу противотока, пропускается воздух, обогащенный кислородом. 

Результат обжига в печи: SO 2 , пары воды и мельчайшие частицы оксида железа (огарок). Газ очищается от примесей. Твёрдые частицы задерживает электрофильтр и циклон. Для водных паров предусматривается сушильная башня. 

Контактный аппарат окисляет сернистый газ с помощью катализатора пятиокиси ванадия. Процесс окисления обратим, для чего подбирают оптимальные условия, способствующие протеканию прямой реакции: повышается давление и поддерживается температура на свыше отметки в 500 °С.

Производство метанола

Для производства метанола используется реакция взаимодействия угарного газа и водорода. Технологическая цепочка практически повторяет ту, что используется для получения аммиака. Схожесть обусловлена частичным сходством проходимых реакций. И аммиак, и метанол – это экзотермические, обратимые, каталитические реакции, процесс протекания которых предусматривает уменьшение объема газообразных веществ. 

Для синтеза метанола используются следующие приёмы:

Применение в колонне синтеза катализатора. 

Использование высокого давления, повышающего уровень выхода продукта.

Принципы теплообмена и циркуляции. 

Для увеличения скорости реакции используется высокая температура. 

Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

Недостаток химического производства – загрязнение окружающей среды, вредоносное влияние на здоровье и жизнь человека и местной флоры с фауной. Негативные последствия накапливаются, приводя к ухудшению самочувствия. При размещении химического предприятия окружающая обстановка может кратно ухудшиться. Падает уровень жизни и удовлетворенность. 

Чтобы не допустить этого, с химическим загрязнением окружающей среды борются. Это достигается с помощью следующих мер:

Создание новых технологий и технических объектов, ориентированных на ресурсосбережение и малоотходность. 

Получение наибольшего объема продукции требуемого качества с наименьшими вложениями. 

Стремление к полному использованию исходного сырья.

Поддержание экологической безопасности на предприятии. 

Государство заинтересовано в поддержания благоприятной экологической обстановки. Для стимулирования уменьшения химического загрязнения окружающей среды и последствий используется налоговая экологическая политика, привязанная к объему выбросов и уровню опасности. 

Природные источники углеводородов, их переработка

Природные источники углеводородов

Их переработка

Обработка попутного нефтяного газа

Природные источники углеводородов

Нефть  – это природная маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, темно-коричневого (черного, красного, синего, белого) цвета или бесцветная, состоящая из  сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы (алканов, циклоалканов, аренов) и ряда других химических соединений. 

Различают два вида нефти, в зависимости от плотности и содержания серы:

Легкая – извлекается насосами или фонтанным способом. Массовая доля серы – незначительно, вследствие чего ценность продукта выше. Используется  для производства горючих продуктов - бензина и керосина.

Тяжелая – добывается шахтным способом. Из-за содержания примесей данный вид горючего ископаемого требует дополнительной очистки. Применяется для изготовления различных масел, мазута.

К преимуществам применения топлива можно отнести – простоту, дешевизну добычи и беспроблемность транспортировки.

К недостаткам – низкую ресурсообеспеченность, то есть соотношение между количеством ресурсов и размерами их использования.

Природный газ

Природный газ   — это смесь газов, образовавшихся в недрах земли посредством анаэробного разложения органических веществ. Содержание углеводородов в природном ресурсе низкое, 80- 97% составляет метан и незначительный процент – пропан, бутан, этан.

Преимущества данного вида топлива – простота добычи и транспортировки, экономичность.

Недостатки – сложность межконтинентальной транспортировки с помощью дорогостоящих танкеров.

Природный газ не имеет запаха, но для обнаружения протечек вещества в быту, в него добавляют специальные компоненты – меркаптаны. Это связано с тем, что смесь метана с воздухом взрывоопасна, небольшая искра способна спровоцировать происшествие.

Попутный нефтяной газ

Попутный нефтяной газ – это смесь газообразных углеводородов, содержащихся в нефти и выделяющихся при ее добыче и подготовке. Чем ниже молекулярная масса алкана, тем выше его концентрация в природном ресурсе.

Смесь бутана и пропана образует сжиженный газ, который применяется в качестве бытового топлива.

В зависимости от содержания углеводорода попутный газ делится на следующие группы:

• чистый  (95–100%);
• углеводородный с примесью углекислого газа 4-20%;
• углеводородный с примесью азота 3-15%;
• углеводородно-азотный,  содержанием примесей до 50% соответственно.

Каменный уголь

Данный вид горючего ископаемого относится к твердым, и представляет собой многокомпонентную смесь углеводородов, азота, серы, кислорода и неорганических веществ. Доля углерода составляет 80 %, остальные 20% -  органические и неорганические компоненты. Чем выше содержание газа, тем большей теплотворностью обладает вещество, чем ниже – тем дольше уголь может храниться.

Образование данного вида горючего ископаемого проходит в два этапа:

Появление торфа из остатков растений и живых организмов.

Формирование твердого угля.

Данный вид топлива является достаточно перспективным для получения ряда химических продуктов и энергии.

Их переработка

Полезные ископаемые требуют переработки для дальнейшего использования и получения необходимых продуктов.

Переработка нефти

В сыром виде данный ресурс не применяется. Переработка может быть первичной и вторичной.

1. Первичная переработка  –   заключается в ректификации нефти, путем ее нагревания, не приводящая к химическим изменениям вещества. В процессе повышения температуры улетучиваются сначала легкокипящие элементы, затем требующие более высокой температуры.

На подготовительном этапе требуется очитка нефти от воды, солей и твердых механических частиц. Далее вещество поступает в трубчатую печь, где подвергается нагреванию до 350 °С. Горячий состав перемещается в нижнюю часть ректификационной колонны, в которой осуществляется испарение отдельных фракций на разные уровни, в зависимости отих температуры кипения:

ректификационные газы (верхняя часть,  температура кипения не более 40  о С);

бензиновая фракция (35 -200  о С);

лигроиновая фракция (150 - 250  о С);

керосиновая фракция (190 - 300  о С);

дизельную фракцию (200 -300  о С);

мазут (нижняя часть колонны, температура кипения более 350  о С).

2. Вторичная:  крекинг и риформинг – необходимы для повышения выхода после переработки более дорогих    и качественных фракций.

Крекинг  – способ обработки мазута путем нагревания с совместным воздействием катализатора, для увеличения выхода бензиновой фракции.

Риформинг  – направлен на улучшение качественных характеристик бензиновой фракции путем реакций дегидроциклизации.

Переработка природного газа

Содержание примесей в природном газе затрудняет его дальнейшую транспортировку и использование. В связи с этим он подвергается переработке:

Сушке – для удаления серы и воды.

Переработка производственным методом  в целях придания товарного вида:

• термохимическим способом – при высокой температуре и давлении; физико-энергетическим – охлаждением или нагреванием ресурса для его сжатия и деления; химико-каталитическим – методом парциального окисления  или паровой, углекислой конверсии.
• термохимическим способом – при высокой температуре и давлении;
• физико-энергетическим – охлаждением или нагреванием ресурса для его сжатия и деления;
• химико-каталитическим – методом парциального окисления  или паровой, углекислой конверсии.

В результате процессов образуются вещества:  источники энергии и химические продукты (аммиак, уксусная кислота, метонол и др.).

Обработка попутного нефтяного газа

Концентрация продуктов нефтепереработки негативно влияет на экологию и здоровье населения. В связи с этим возникла необходимость в переработке ПНГ и практическом применении.

Существуют несколько способов утилизации и переработки:

Фракционный метод – основан на разделении газа на компоненты.

Закачка в пласт нефти, для повышения давления и увеличения объемов добычи.

Мембранная очистка с дальнейшим сжижением и использованием для получения топлива и нефтехимического сырья.

Переработка в сжиженный газ.

Переработка каменного угля

Переработка данного вида ресурса называется коксованием, которое осуществляется путем накаливания угля до 900-1100°С без доступа воздуха. 

В результате получаются следующие продукты:

кокс с высоким содержанием углерода;

коксовый газ;

каменноугольная смола.

Более 90% всей энергии, потребляемой человечеством в настоящее время, добывается из ископаемых природных органических соединений. ПО своим свойствам газ превосходит нефть.

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации

Реакции полимеризации

Реакции поликонденсации

Характеристика полимеров

Высокомолекулярные соединения

Высокомолекулярные соединения  – это полимеры, у которых молекулярная масса больше 10000.  Полимер  – это соединение, состоящее из большого числа звеньев –  мономеров (низкомолекулярных веществ), которые повторяются в полимерной цепи большое количество раз  . 

Число n показывает, из скольких мономеров состоит полимер, и называется степенью полимеризации. Молекулярная масса иногда достигает нескольких миллионов. 

Высокомолекулярные соединения классифицируются по характеру мономеров:

гомополимеры – вещества, состоящие из одинаковых мономеров. Например, пропилен CH 2 =CH-CH 3  – это мономер полипропилена (-CH(CH 3 )-CH 2 -) n ; 

гетерополимеры – вещества, состоящие из двух разных мономеров. Например, при взаимодействии 1,3-дивинила и стирола получается стирольный каучук.

n CH 2 =CH-CH=CH 2  + n C 6 H 5 -CH=CH 2  → (-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH(C 6 H 5 )-CH 2 -) n

Полимеры получают с помощью:

реакции полимеризации;

реакции поликонденсации. 

Реакции полимеризации

Реакции полимеризации заключаются в объединении большого количества низкомолекулярных соединений, количество которых определяется степенью полимеризации. Общее уравнение реакции:

n X → (-X-) n

Самой распространенной реакций полимеризации является реакция получения полиэтилена:

nC 2 H 4  = (CH 2  – CH 2 ) n

реакции полимеризации вступают непредельные соединения. Это могут быть молекулы одного мономера, либо разных. В первой ситуации реакцию называют гомополимеризацией, во второй – сополимеризацией. 

I. Гомополимеризация

К этим реакциям относят получение полиэтилена, полипропилена поливинилхлорида и т.д. Например, получение полипропилена из пропена под действием ультрафиолетовых лучей:

n CH 2 =CH-CH 3  → (CH 2 -CH(CH 3 )-) n

II. Сополимеризация

К этим реакциям относят получение сополимера этилена и пропилена:

n CH 2 =CH 2  + n CH 2 =CH-CH 3  → [(-CH 2 -CH 2 -) x  – (-CH 2 -CH(CH 3 )-) y ] n  , где 1

Полимеры, которые получают в результате реакций полимеризации

Реакции поликонденсации

Реакции поликонденсации заключаются в образовании полимера из мономеров, а также выделении побочного низкомолекулярного вещества. В этих уравнениях исходные реактивы - молекулы мономера с функциональными группами.

I. Гомополиконденсация

К данным реакциям относят получение полимера из одного мономера с выделением конденсата. Например, получение полисахарида из глюкозы – этот процесс происходит в природе.

n C6H12O6 → (-C6H10O5-)n + n H2O

Синтетическое волокно получают в промышленности из аминоэнантовой кислоты под воздействием температуры, давления и катализатора в виде молекулярного азота.

n NH2-(CH2)6-COOH → (-NH-(CH2)6-CO)n + n H2O

II. Сополиконденсация

К данным реакциям относят получение полимера из нескольких мономеров с выделением конденсата. Например, получение фенолформальдегидной смолы из фенола и формальдегида в щелочной или подкисленной среде.

n C6H5-OH + n H-CHO → (-C6H4(OH)-CH2-)n + n H2O

С помощью реакций сополиконденсации в промышленности получают полиэфиры, полиамины, полиакрил и т.д.

Характеристика полимеров

Полимеры – это соединения, которые имеют особые свойства и множество классификаций.

Классификация полимеров

Полимеры

По способу получения высокомолекулярные вещества делятся на:

• природные (целлюлоза, крахмал, белки);
• искусственные (эфиры целлюлозы);
• синтетические (капрон, полиэтилен, тефлон).

Также по форме макромолекул:

• линейные (волокна, полиэтилен низкого давления);
• разветвленные (крахмал, полиэтилен высокого давления);
• пространственные (резина, кварц).

А еще по свойствам и применению:

• пластмассы;
• каучуки;
• волокна.

Все полимеры активно используются в отраслях жизнедеятельности человека.

Пластмассы

Пластик (пластические массы) – полезные материалы, которые способны под воздействием температур или давления плавиться и при застывании оставлять заданную форму. Этот процесс сопровождается переходом из вязкотекучего в стеклообразное состояние. Главный компонент пластмассы – полимер, а остальные части – это наполнители, пластификаторы, красители и т.д.

Каучуки

Эластомеры – это высокомолекулярные соединения, которые обладают высокоэластичными свойствами. Каучуки используют для изготовления автомобильных шин, промышленных товаров и медицинских препаратов. Натуральный каучук получают из латекса (млечный сок каучуконосных растений). Получают по методу С.В. Лебедева с помощью полимеризации дивинила при действии металлического натрия.

n CH2=CH-CH=CH2 → (-CH2-CH(CH=CH2)-…-CH2-CH=CH-CH2-)n

Волокна

Волокна – это высокомолекулярные соединения, для которых характерна строгая упорядоченность молекул и используется в изготовлении нитей. Существует три типа волокон, которые разделяются еще на несколько подтипов.

• Натуральные.

• Искусственного происхождения. Животного происхождения. Минерального происхождения.
• Искусственного происхождения.
• Животного происхождения.
• Минерального происхождения.
• Искусственные. Ацетатное волокно. Вискозное волокно.
• Ацетатное волокно.
• Вискозное волокно.
• Синтетические. Полиамидное волокно. Полиэфирное волокно.
• Полиамидное волокно.
• Полиэфирное волокно.

Полимеры – это соединения, с помощью которых человечество способно изготавливать высокопрочные материалы и довольствоваться благами технологий.

Применение изученных неорганических и органических веществ

Применение неорганических веществ

Применение органических веществ

Применение неорганических веществ

К неорганическим относят соединения, которые не содержат углерод, а также углеродосодержащие вещества, традиционно относящиеся к неорганическим (карбиды, оксиды и др.).

Применение данных соединений достаточно распространено в повседневной деятельности человека, и без них невозможно полноценное ведение хозяйства, лечение, производство и т.п.

Пищевая сода

Гидрокарбонат натрия (NaHCO 3  ) – представляет собой мелкий порошок белого цвета, без запаха, растворимый в воде. Используется преимущественно в кулинарии, для выпечки.  Это обусловлено тем, что во время нагревания сода легко разлагается с выделением углекислого газа.

2NaHCO 3  → Na 2 CO 3  + H 2 O + CO 2 .

Кроме этого гидрокарбонат натрия используется для придания пышности омлету, смягчения мяса, усиления аромата чая или кофе, добавления сладости плодам фруктов, очищения продуктов от нитратов и т.д.

Кальцинированная сода

Na 2 CO 3  —   применяется для бытовых нужд:

мытья посуды (из фаянса, фарфора, керамики в том числе);

чистки раковин, ванн, плитки;

стирки (замачивание, кипячение натуральных тканей);

смягчения жесткой воды;

удобрения кислых дерново-подзолистых почв.

Для использования необходимо развести раствор от 10 до 100 °С. 

Соль

Поваренная соль (NaCl) – незаменимая приправа при приготовлении первых, вторых блюд, консервации и даже выпечки. Суточная норма натрия для организма человека составляет 1 г, но употребление значительно превышает эту норму (4-6 г). Осторожнее к потреблению данного продукта следует относиться людям, страдающим повышенным давлением, склонным к появлению отеков. 

Серная кислота

Сильная двуосновная кислота (H 2 SO 4 ) представляет собой бесцветную тяжелую маслянистую жидкость, не обладающую запахом. Широко распространено использование средства в различных отраслях промышленности:

сельском хозяйстве (производство минеральных удобрений);

химической (изготовление красителей, химволокна, взрывчатых веществ);

пищевой (пищевая добавка E513)$

металлообрабатывающей;

в промышленном органическом синтезе (реакции дегидратации, гидратации, сульфирования, алкилирования).

Так же соединения серы используется в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах.

Оксид цинка

Цинковые белила (ZnO) – представляет собой белый порошок, меняющий цвет при нагревании. Применение продукта известно в медицине, химической промышленности в качестве наполнителя или пигмента:

при производстве красок и эмалей;

при изготовлении бумаги, резины, пластмассы, косметики и парфюмерии;

в составе мазей и присыпок.

Данное соединение обладает фотокаталитической активностью, что нашло свое применение при изготовлении самоочищающихся поверхностей, бактерицидных покрытий для помещений больниц и подобных учреждений.

Медный купорос

Сульфат меди II (CuSO4) – бесцветное кристаллическое соединение, растворимое в воде. При реакции с воздухом или водой образуется голубой пентагидрат.

Применяется вещество как основа для других соединений или в качестве индикатора влажности помещения. Медный купорос – эффективное средство в борьбе с вредителями, грибковыми заболеваниями. Но есть и безвредное применение  - изготовление минеральных красок, меднение ванн, пищевые добавки  (консервант).

Применение органических веществ

Органические вещества – это класс химических соединений, объединяющий все вещества, в состав которых входит углерод.

Алканы

Предельные (насыщенные) углеводороды, атомами водорода: СН 4  – метан (основа природного газа), С 2 Н 6  – этан, С 3 Н 8  – пропан, С 8 Н 18  – октан (основа бензина).

Применяются в качестве топлива: бензин, дизельное, авиационное, пропан-бутановая смесь для бытовых плит.

Вазелин – незаменим в медицине, парфюмерии, косметологии.

Входят в состав смазочных масел.

Хладагент для холодильников.

Петролейный эфир и циклогексан используются в качестве растворителя.

Метан незаменимый компонент при производстве шин.

Широко распространено применение данной группы органических соединений в химической промышленности (для производства пластмасс, синтетических волокон и т.д.) и медицине.

Алкены

Соединения служат исходными веществами для получения ряда готовых продуктов:

растворителей (спиртов, дихлорэтана, эфира);

полимеров (полиэтилена, поливинилхлорида, полиизобутилена);

Этилен (Н 2 С=С Н 2 ) используется для получения, тефлона, этилового спирта, уксусного альдегида, галогенопроизводных и многих других органических соединений.

Алкены применяются и для ускорения процесс созревания фруктов.

Алкины (ацетиленовые углеводороды)

Ацетилен – необходим в качестве исходного продукта в органическом синтезе при производстве: 

полимеров (каучука,  поливинилхлорида и др.);

растворителей (1,1,2,2-тетрахлорэтана , 1,1,2-трихлорэтена);

уксусной кислоты.

Температура пламени вещества достигает 3150°С, что нашло свое применение при резке металла и в сварке.

Спирты  

Алкоголи – производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу ОН.

Метанол (СН 3 ОН) –применяется в производстве муравьиной кислоты и формальдегида. Рассматривается как вариант для применения в качестве моторного топлива. 

Этанол (С 2 Н 5 ОН)- востребован в виде исходного соединения для получения уксусной кислоты, сложных эфиров, карбоновых кислот. Вещество служит основой производства спиртосодержащей продукции и антисептических средств.

Этиленгликоль – компонент необходимый в производстве пластмасс, антифризов, органическом синтезе.

Глицерин – незаменим в разных отраслях промышленности, в том числе текстильной, пищевой, фармакологии.

Фенолы

Основное использование соединений приходится на химическую промышленность, медицину (производство синтетических смол, красителей, антисептиков, взрывчатых веществ и т.д.).

Альдегиды

Метаналь – используется при получении фенолформальдегидных и карбамидных смол, синтезе лекарственных средств, как дезинфицирующее средство.

Этаналь  - нашел свое применение в органическом синтезе.

Карбоновые кислоты

Соединения, карбоксильной группы –СООН. 

Муравьиная кислота (НСООН) –применяется в фармацевтической и пищевой промышленности. Уксусная кислота (СН 3 СООН) - востребована для производства искусственных волокон на основе целлюлозы и в пищевой промышленности.

Бензойная кислота (С 6 Н 5 СООН) – незаменима в фармацевтике для синтеза душистых веществ и красителей, а также в качестве консерванта для пищевых продуктов. 

Сложные эфиры 

Применяются в пищевой и парфюмерной отраслях в качестве отдушек. А также обеспечивают эластичность и пластичность пластмасс и резины.

Также широко распространено в пищевой промышленности, медицине применение глюкозы, аминов, аминокислот. Целлюлоза основной компонент при изготовлении бумаги, пленок, искусственных волокон и т.д.

Много соединений еще не изучено до конца, и возможно, благодаря науке человек сможет заменить натуральные продукты на искусственные, органических соединений природного происхождения применяется все меньше.

Задание для подготовки к егэ

Ответ: 4235.

Пояснение

Установим соответствие.

A) Аммиак широко используется как исходное азотсодержащее вещество в производстве удобрений (4).

Б) Одно из основных применений метана — в качестве топлива (2).

В) Изопрен — исходный мономер при получении каучука (3).

Г) Этилен может использоваться для различных целей, но из представленных вариантов наиболее подходящий — получение пластмасс (5).

Ответ: 4235.

Задание для подготовки к егэ

Ответ: 5412.

Пояснение

Установим соответствие.

А) Перегонка (фракционирование) сжиженного воздуха используется для получения легких газов (азот, кислород) (5).

Б) Прокаливание фосфатов кальция с углем и диоксидом кремния — получение белого фосфора (4).

В) Крекинг нефтепродуктов — получение бензина (1).

Г) Каталитическое окисление диоксида серы в триоксид — одна из стадий получения серной кислоты (2).

Ответ: 5412.

Домашняя работа

Вариант № 5511119

Ссылка - https:// chem-ege.sdamgia.ru/test?id=5511119