Решебник по химии 10 класс Габриелян §8

Пламя газовой зажигалки обычно имеет жёлто-оранжевый цвет, в то время как пламя газовой конфорки плиты — синеватое или голубое. Это различие связано с условиями горения газа, прежде всего с количеством поступающего кислорода.

В зажигалке кислорода мало, горение происходит неполное, и в результате образуется сажа (мелкие частицы углерода), которая раскаляется и придаёт пламени жёлтый цвет. Такое пламя называется коптящим, и оно менее горячее.

А вот в газовой плите пламя голубое, потому что кислород подаётся в нужном количестве, и горение газа (обычно метана или бутана) полное. При полном сгорании образуются только углекислый газ и вода, а пламя — более горячее и не коптит.

Вывод: различие в цвете пламени объясняется тем, что в зажигалке газ горит с недостатком кислорода (неполное горение), а в плите — с избытком кислорода (полное горение).

Основные продукты химической переработки природного газа — это водород, ацетилен, синтетические жидкие углеводороды, метанол, синтетический этанол, пластмассы, сажа и др. Эти продукты получают с помощью следующих процессов:

1. Конверсия метана водяным паром — для получения водорода и синтез-газа: (СН₄ + H₂O → CO + 3H₂)

2. Окислительная конверсия метана — для получения синтез-газа: (2CH₄ + O₂ → 2CO + 4H₂)

3. Пиролиз метана — для получения ацетилена и водорода: (2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂)

4. Получение спирта метилового (метанола) из синтез-газа: (CO + 2H₂ → CH₃OH)

5. Получение этанола (этилового спирта) из синтез-газа: (2CO + 4H₂ → C₂H₅OH + H₂O)

6. Синтез жидких углеводородов по реакции Фишера–Тропша: (nCO + (2n + 1)H₂ → CₙH₂ₙ₊₂ + nH₂O)

а) (2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂) — пиролиз метана

(C₂H₂ + HCl → CH₂=CHCl) — присоединение HCl к ацетилену

(nCH₂=CHCl → (—CH₂—CHCl—)ₙ) — полимеризация, получение поливинилхлорида

б) (CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl) — хлорирование метана

(CH₃Cl + H₂O → CH₃OH + HCl) — гидролиз хлорметана

(CH₃OH + O₂ → CO₂ + 2H₂O) — окисление метанола

в) (CH₄ + H₂O → CO + 3H₂) — паровая конверсия

(nCO + (2n + 1)H₂ → CₙH₂ₙ₊₂ + nH₂O) — синтез жидких углеводородов по Фишеру–Тропшу

Важнейшие месторождения природного газа в России — это:

• Уренгойское (Ямало-Ненецкий автономный округ) — крупнейшее в России и одно из самых крупных в мире;

• Ямбургское;

• Бованенковское;

• Медвежье;

• Штокмановское (Баренцево море);

• Северо-Комсомольское.

Все они расположены преимущественно на севере Западной Сибири и являются главной базой газовой промышленности России.

Найдём массовые доли с учётом молекулярных масс:

• Mr(CH₄) = 16

• Mr(C₂H₆) = 30

• Mr(C₃H₈) = 44

Условно берём 100 л смеси:

Масса = объёмная доля × молекулярная масса

• CH₄: 82 × 16 = 1312

• C₂H₆: 12 × 30 = 360

• C₃H₈: 6 × 44 = 264

Общая масса: 1312 + 360 + 264 = 1936

Теперь массовые доли:

• CH₄: (1312 / 1936) × 100 ≈ 67,8 %

• C₂H₆: (360 / 1936) × 100 ≈ 18,6 %

• C₃H₈: (264 / 1936) × 100 ≈ 13,6 %

Ответ: Массовые доли: метан — 67,8 %, этан — 18,6 %, пропан — 13,6 %.

Реакции горения:

(CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O)

(C₂H₆ + 3,5O₂ → 2CO₂ + 3H₂O)

(C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O)

Объём природного газа = 100 м³

Объёмы газов:

• CH₄: 80 м³

• C₂H₆: 12 м³

• C₃H₈: 6 м³

• N₂ (не горит): 2 м³

На сгорание требуется:

• CH₄: 80 × 2 = 160 м³ O₂

• C₂H₆: 12 × 3,5 = 42 м³ O₂

• C₃H₈: 6 × 5 = 30 м³ O₂

Так как в воздухе 20 % кислорода, найдём объём воздуха: 232 м³ — 20 %

х м³ — 100 %

x = 232 × (100 / 20) = 1160 м³ воздуха

Ответ: Для полного сгорания 100 м³ газа потребуется 1160 м³ воздуха.

Примеры международной экономической интеграции:

• Совместная разработка и эксплуатация газовых месторождений, например, Штокмановского (Россия с участием Норвегии и Франции);

• Создание и использование международных газопроводов:

  • Северный поток (Россия — Германия),

  • Турецкий поток (Россия — Турция и южная Европа),

  • Голубой поток, Сила Сибири (Россия — Китай);

• Экспорт СПГ (сжиженного природного газа) с участием иностранных компаний в проектах Ямал СПГ, Арктик СПГ;

• Международные соглашения в рамках ОПЕК+ о добыче и экспорте углеводородов;

• Координация поставок и цен на природный газ между странами-производителями и странами-импортёрами в рамках Форума стран — экспортёров газа (GECF).

• В 2014–2016 годах добыча оставалась на стабильном уровне (около 640 млрд м³).

• В 2017–2019 годах наблюдался рост добычи, связанный с увеличением экспортных поставок (в том числе в Европу и Китай по газопроводам).

• В 2020 году добыча сократилась из-за пандемии COVID-19 и снижения спроса на энергоносители.

• В 2021 году объёмы резко выросли, что отражает восстановление мировой экономики.

• В 2022–2023 годах добыча снова снизилась. Основная причина — введение санкций против России, ограничение экспорта в Европу, перераспределение логистических потоков и переход на внутреннее потребление и экспорт в Азию (Китай, Индию, Турцию).

• Геополитические события, в том числе конфликт на Украине, санкции, ограничения на поставки по «Северному потоку», — всё это повлияло на снижение добычи и изменение направлений экспорта.

• В ответ Россия усиливает СПГ-проекты и поставки в Азию.

Вывод: Динамика добычи природного газа в России тесно связана с внешнеэкономической и политической обстановкой. Несмотря на трудности, страна остаётся одним из крупнейших производителей газа в мире.