ГДЗ по Химии 10 Класс Параграф 8 Вопрос 1 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Назовите основные продукты химической переработки природного газа и укажите процессы, с помощью которых их получают. Запишите уравнения соответствующих реакций.

Энергетика и неполное окисление

В этом блоке показано, как метан взаимодействует с кислородом при разных условиях.

Получение энергии (горение)

Полное сгорание метана с выделением большого количества тепла:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 880 кДж

Получение сажи и угарного газа

Неполное окисление при недостатке кислорода или высокой температуре:
1. 2CH₄ + 3O₂ t°→ 2CO + 4H₂O
2. CH₄ + O₂ t°→ C + 2H₂O (образование чистой сажи)

Каталитическое окисление (Спирты, Альдегиды, Кислоты)

При использовании специальных катализаторов и контроле температуры метан превращается в ценное химическое сырье.

Получение метанола:
2CH₄ + O₂ кат., p, 480°С→ 2CH₃OH

Получение метаналя (формальдегида):
CH₄ + O₂ кат., t°→ H-CHO + H₂O

Получение муравьиной кислоты:
2CH₄ + 3O₂ кат., t°→ 2H-COOH + 2H₂O

Термические превращения (Ацетилен и Бензол)

Высокотемпературные реакции позволяют перейти от простейшего алкана к более сложным ненасыщенным и циклическим углеводородам.

Получение ацетилена

Пиролиз метана при очень высокой температуре:
2CH₄ 1500°С→ H-C≡C-H + 3H₂

Получение бензола

Процесс проходит в две стадии (через образование ацетилена):
1. Дегидрирование: 2CH₄ ~1000°С→ C₂H₂ + 3H₂
2. Тримеризация ацетилена: 3CH≡CH Cакт., 400°С→ C₆H₆ (бензольное кольцо)

Химическая переработка природного газа — это процесс превращения самого простого органического соединения, метана (CH₄), в сложные и ценные вещества. Метан отличается высокой химической устойчивостью из-за прочных связей C-H, поэтому для его переработки требуются либо экстремальные температуры, либо специальные катализаторы.

1. Окислительные превращения: от энергии к сырью

Окисление — это взаимодействие метана с кислородом. Результат реакции полностью зависит от условий: количества кислорода, температуры и наличия «помощников» (катализаторов).

Полное окисление (Горение)

При избытке кислорода происходит полное разрушение молекулы метана. Все атомы углерода переходят в CO₂, а водорода — в H₂O.
— Суть: Разрыв всех связей C-H и образование максимально окисленного состояния углерода.
— Уравнение: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 880 кДж
— Значение: Это основной источник энергии для ТЭЦ и бытовых плит.

Неполное окисление (Получение сажи и угарного газа)

Если кислорода мало, углерод не успевает окислиться до конца.
— Сажа (технический углерод): Образуется при термическом разложении в пламени. Это мелкодисперсный порошок, который делает резину прочной (черный цвет шин — это заслуга сажи).
CH₄ + O₂ t°→ C + 2H₂O
— Угарный газ (CO): Важнейший компонент «синтез-газа», из которого в промышленности варят практически любую органику.
2CH₄ + 3O₂ t°→ 2CO + 4H₂O

2. Каталитическое «мягкое» окисление

Это «хирургический» подход, где катализаторы позволяют внедрить атомы кислорода в молекулу метана поэтапно, не разрушая её полностью.

Получение метанола (CH₃OH)

Метанол — это простейший спирт. Реакция идет при высоком давлении, что заставляет молекулы газа сближаться и реагировать на поверхности катализатора.
— Уравнение: 2CH₄ + O₂ кат., p, 480°С→ 2CH₃OH
— Применение: Производство пластмасс, добавок к топливу и растворителей.

Получение метаналя (HCHO)

Метаналь (формальдегид) получается при более жестком окислении. Здесь один атом углерода связан с одним атомом кислорода двойной связью.
— Уравнение: CH₄ + O₂ кат., t°→ HCHO + H₂O
— Применение: Формалин (раствор метаналя) используется для дезинфекции и производства смол, из которых делают мебель (ДСП).

Получение муравьиной кислоты (HCOOH)

Это самая высокая стадия «полезного» окисления метана.
— Уравнение: 2CH₄ + 3O₂ кат., t°→ 2HCOOH + 2H₂O
— Применение: Консервант в сельском хозяйстве, средство для крашения тканей.

3. Термические превращения (Пиролиз)

Здесь метан перерабатывается без участия кислорода, только за счет колоссальной тепловой энергии.

Получение ацетилена (C₂H₂)

При нагреве до 1500°С молекулы метана «сшиваются» попарно, выбрасывая лишний водород. Этот процесс длится доли секунды, после чего смесь резко охлаждают, чтобы ацетилен не распался на уголь.
— Уравнение: 2CH₄ 1500°С→ H-C≡C-H + 3H₂
— Значение: Ацетилен — это основа для синтеза уксусной кислоты, ПВХ (пластиковые окна) и клеев.

Получение бензола (C₆H₆)

Бензол — это кольцевая структура. Его получение из метана — вершина нефтехимического мастерства, проходящая через стадию ацетилена.
1. Дегидрирование: Сначала метан превращается в ацетилен при ~1000°С.
2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂
2. Тримеризация: Три молекулы ацетилена «сворачиваются» в кольцо на раскаленном активированном угле.
3C₂H₂ Cакт., 400°С→ C₆H₆
— Значение: Бензол необходим для производства нейлона, капрона, лекарств (например, аспирина) и анилиновых красителей.

Таким образом, природный газ — это не просто топливо, а универсальный конструктор, из которого химики могут собрать практически любое органическое вещество.