Раздел «Химия вокруг нас» в спецификации НЦТ

Нефть

Главное по теме

Нефть - не индивидуальное вещество, а смесь углеводородов (алканы, циклоалканы, арены) с примесью соединений серы, азота и кислорода. Постоянной температуры кипения у неё нет.
Перегонка нефти - физический процесс разделения по температурам кипения в ректификационной колонне. Фракции по возрастанию: газы, бензин, лигроин, керосин, дизельное топливо (газойль), мазут.
Мазут перегоняют в вакууме: получают смазочные масла, парафин, остаётся гудрон, из которого делают битум.
Крекинг - химическое расщепление крупных молекул на более мелкие: C₁₆H₃₄ = C₈H₁₈ + C₈H₁₆. Термический идёт при 450-550 °C, каталитический с катализатором (алюмосиликаты) даёт больше качественного бензина.
Риформинг превращает алканы в арены и разветвлённые изомеры, повышая октановое число: C₆H₁₄ = C₆H₆ + 4H₂. Пиролиз (выше 700 °C) даёт этилен и пропилен для химии.
Октановое число показывает стойкость бензина к детонации: изооктан принят за 100, н-гептан за 0. Разветвлённые углеводороды и арены его повышают.
Природный газ - в основном метан (обычно 80-98 %), попутный нефтяной газ содержит метан, этан, пропан, бутан.
Горение октана: 2C₈H₁₈ + 25O₂ = 16CO₂ + 18H₂O. Из 1 моль C₈H₁₈ (114 г) получается 8 моль CO₂.
Крупные месторождения Казахстана: Тенгиз, Кашаган, Карачаганак; нефтеперерабатывающие заводы в Атырау, Павлодаре, Шымкенте.

Задания с разбором

1.Какая из фракций нефти (бензин, керосин, мазут) кипит при самых низких температурах?

1Чем легче молекулы, тем ниже температура кипения.
2Самые лёгкие углеводороды в бензине (от C₅ до C₁₀).

Ответ: Бензин

2.Какой объём кислорода нужен для сжигания 44,8 л пропана? (C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O)

1Для газов отношение объёмов равно отношению коэффициентов.
2На 1 объём пропана нужно 5 объёмов O₂.
3V(O₂) = 44,8 · 5 = 224 л.

Ответ: 224 л

3.Какой объём воздуха нужен для сжигания 11,2 л метана? Кислорода в воздухе 21% по объёму. (CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O)

1V(O₂) = 11,2 · 2 = 22,4 л.
2Это только 21% воздуха, поэтому делим на 0,21.
3V(воздуха) = 22,4 : 0,21 ≈ 106,7 л.

Ответ: ≈ 106,7 л

Где теряют баллы

Нефть и её переработка
Ловушка: Крекинг путают с перегонкой: перегонка разделяет смесь, крекинг расщепляет молекулы.
Как решать: Перегонка: бензин, лигроин, керосин, газойль, мазут. Крекинг повышает выход бензина. Октановое число: стойкость бензина к детонации.

Объяснение простыми словами

Капните рядом немного бензина и растительного масла. Бензин испаряется почти сразу, масло упрямо остаётся, потому что его молекулы тяжелее и держатся друг за друга сильнее. Похожая разница есть внутри нефти. Это тёмная маслянистая жидкость, в которой смешаны сотни углеводородов: алканы, циклоалканы и арены, плюс примеси соединений серы, азота и кислорода. Нефть вообще не индивидуальное вещество, поэтому у неё нет постоянной температуры кипения и она кипит в целом интервале.

Нефть нельзя лить в бак машины: двигатель такого не переживёт. Её сначала разделяют на части с помощью перегонки. Нагревают нефть до 350-400 °C, пары идут вверх по высокой колонне. Тяжёлые молекулы конденсируются внизу, лёгкие поднимаются выше и сжижаются там. Колонна называется ректификационной. Важно, что перегонка - физический процесс: молекулы просто сортируются, никакие новые вещества не образуются. Каждая часть, выкипающая в своём интервале температур, называется фракцией.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Доучи тему до конца в Biik

План на каждый день, видеоразборы, проверка из 8 заданий после каждой темы, пробник ЕНТ раз в месяц и ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы. 3 дня бесплатно, без карты.

Начать бесплатно Пройти диагностику

Диагностика покажет, сколько баллов тебе не хватает до гранта и где именно. 30 заданий после короткой бесплатной регистрации.

Термины

Нефть: Маслянистая горючая жидкость, природная смесь углеводородов, полезное ископаемое.
Углеводороды нефти: Алканы, циклоалканы (нафтены) и арены, составляющие основу нефти.
Попутный нефтяной газ: Газ, растворённый в нефти и выделяющийся при её добыче: метан, этан, пропан, бутан.
Природный газ: Газовое ископаемое топливо, состоящее в основном из метана (80-98 %).
Перегонка нефти: Физический способ разделения нефти на фракции по температурам кипения с помощью нагревания и конденсации паров.
Ректификационная колонна: Высокая колонна, в которой пары нефти поднимаются и конденсируются на разной высоте, давая фракции.
Фракция: Часть нефти, кипящая в определённом интервале температур и состоящая из смеси углеводородов.
Бензин: Лёгкая фракция нефти (молекулы примерно C₅-C₁₀), топливо для двигателей с искровым зажиганием.
Лигроин: Фракция между бензином и керосином, сырьё для переработки, растворитель, топливо для тракторов.
Керосин: Фракция (молекулы примерно C₁₁-C₁₈), топливо для реактивных самолётов и ракет.
Дизельное топливо (газойль): Фракция для дизельных двигателей, кипит выше керосина.
Мазут: Тяжёлый остаток перегонки, топливо для котельных и сырьё для получения масел и крекинга.
Гудрон: Остаток вакуумной перегонки мазута, из него получают битум для дорог.
Крекинг: Химическое расщепление молекул тяжёлых нефтяных фракций на более лёгкие, прежде всего для получения бензина.
Термический крекинг: Расщепление под действием высокой температуры (450-550 °C) и давления; даёт много непредельных углеводородов.
Каталитический крекинг: Расщепление в присутствии катализатора (алюмосиликатов), даёт бензин лучшего качества с разветвлёнными изомерами.
Риформинг: Каталитическая переработка бензиновых фракций с превращением алканов в арены и изомеры, чтобы повысить октановое число.
Пиролиз: Нагревание углеводородов при очень высокой температуре (свыше 700 °C) для получения этилена, пропилена и аренов.
Октановое число: Мера стойкости бензина к детонации; изооктан имеет 100, н-гептан 0.
Детонация: Взрывное неравномерное сгорание топлива в двигателе, снижающее мощность и разрушающее его.
Нефтехимия: Отрасль промышленности, получающая из нефти и газа пластмассы, каучуки, волокна и другие вещества.

Все темы: Химия