Контрольная работа 10 класс углеводороды: Углеводороды, 10 класс (профильный уровень)

Контрольная работа 10 класс «Непредельные углеводороды»

Итоговая контрольная работа на тему : «Непредельные углеводороды» Цель   урока:  контроль   знаний   и   умений   осуществлять   контроль   обучения, сформирование умений и навыков. Задачи:       ­ Образовательные: выявить качество и уровень овладения знаниями и умениями, полученными   при   изучении   непредельных   углеводородов:   обобщить   материал,   как систему знаний, закрепить умения работать с тестовыми заданиями.                ­  Воспитательные  : способность формированию ответственного отношения к учению, готовности и мобилизации усилий на безошибочное выполнение заданий;                ­  Развить   логическое   мышление,  память,  способность  к   анализу  и  синтезу, формировать навыки контроля.            Итоговая контрольная работа представлена в двух вариантах. Каждый вариант состоит из трех частей А,В,С:             Часть А – средний уровень, состоит 10 вопросов с выбором правильного ответа. Каждый правильный ответ оценивается в 2 балла.                          Часть В – уровень средний сложности, 2 задания: схема превращений и составить уравнения реакций – по 3 балла.              Часть С – сложный уровень. Задача – 4 балла. Iвариант. Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. 1.Общая формула алкенов: а) СnН2n + 2;             б) СnС2n;            в) СnН 2n­6;                г) СnН2n – 2 2. sp­гибридизация характерна для: а) Алканов ;            б) Алкенов;        в) Алкинов  ;            г) Алкадиенов. 3. Чему равен валентный угол между осями гибридных облаков для sp­гибридных орбиталей: а) 120о ;            б) 112о ;       в) 180о ;             г) 129о 28 ‘ ;      π σ  – и  4.Длина связи и число  ­ связей в молекуле этилена соответственно равны: σ π σ  – и  6 ­ связей          б) 0,154 нм;  2   ­  и 6  ­ связей  а) 0,120 нм;  2  σ π σ в) 0,134 нм;  1   ­  и 1  ­ связей           г)0,134 нм;  1   ­  и 5  ­ связей 5. Углеводород с формулой СН2 = С = СН – СН3 относится классу   а) Алканов ;            б) Алкенов;        в) Алкадиенов;          г) Алкинов  .    π π Присоединение   галогеноводородов   к   несимметричным   алкенам 6.Вещества состава СН2=СН­СН2 –СН3  и СН2–СН= СН –СН3  являются :  а)изомерами;          б)гомологами;           в)одним и тем же веществом. 7.Реакции присоединения характерны для: а)метана;      б)пропена;           в)бутана;            г)этана. 8. осуществляется согласно правилу:   а) Вюрца;          б)Кучерова;         в)Марковникова;      г)Зайцева. 9.Вещество , для которого характерна реакция замещения:    а)бутан;            б)бутен­2;       в)бутин;     г)бутадиен­1,3. 10.Реакция присоединения водорода называется реакцией:    а)полимеризации;   б)гидратации;      в)гидрирования;      г)галогенирования. Часть Б 11. Напишите уравнения химических реакций для превращений: СаС2  С→ 2 Н2 С→ 6 Н6 СО→ 2 . Укажите названия веществ . 12. С какими из перечисленных веществ будет взаимодействовать этилен:    Н2 ,NaOH, НBr, NaCl, O2 ?Составьте уравнения реакций, укажите их тип. Часть С 13.  Выведите   молекулярную   формулу   углеводорода,   содержащего   80%   углерода. Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 1,035.  IIвариант. Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. 1.Общая формула алкинов: а) СnН2n + 2;             б) СnС2n;            в) СnН 2n­6;                г) СnН2n – 2 2. sp2­гибридизация характерна для: а) Алканов ;            б) Алкенов;        в) Алкинов  ;            г) Алкадиенов. 3.   Чему   равен   валентный   угол   между   осями   гибридных   облаков   для  sp2­ гибридных орбиталей: а) 120о ;            б) 112о ;       в) 180о ;             г) 129о 28 ‘ ;      4.Длина   связи   и  число   равны:        σ ­  связей   в  молекуле   ацетилена   соответственно π   –  и ≡  С  – СН π π 3 относится классу   σ π σ  – и  3 ­ связей          б) 0,154 нм;  2   ­  и 6  ­ связей  а) 0,120 нм;  2  σ π σ в) 0,134 нм;  1   ­  и 1  ­ связей           г)0,120 нм;  2   ­  и 1  ­ связей 5. Углеводород с формулой СН  а) Алканов ;            б) Алкенов;        в) Алкадиенов;          г) Алкинов  .    6.Вещества состава СН2=СН­СН3 и СН3–СН= СН2  являются :  а)изомерами;          б)гомологами;           в)одним и тем же веществом. 7.Реакция гидратации  характерна для: а)метана;      б) бутана;           в) пропена;            г)этана. 8. Присоединение воды к ацетилену называется реакцией:   а) Вюрца;          б)Кучерова;         в)Марковникова;      г)Зайцева. 9.Вещество , для которого характерна реакция полимеризации:    а)бутан;            б)бутен­2;       в)циклобутан;     г)этан. 10.Реакция присоединения воды называется реакцией:    а)полимеризации;   б)гидратации;      в)гидрирования;      г)галогенирования. Часть Б. 11. Напишите уравнения химических реакций для превращений: СН4 С→ 2 Н2 С→  Н3 СНО СО→ 2 . Укажите названия веществ . 12. С какими из перечисленных веществ будет взаимодействовать этилен:    Н2 О, ,КOH, CaBr2, НСl, Cl2 ?Составьте уравнения реакций, укажите их тип. Часть С. 13.  Выведите   молекулярную   формулу   углеводорода,   содержащего   14,3%   водорода. Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 28.

Контрольная работа по теме Углеводороды 10 класс базовый уровень

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

10 класс (базовый уровень)

Автор: Черная Ольга Владимировна

Учитель химии МАОУ «Гимназия №80»

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Вариант 1

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1. Укажите общую формулу алкенов

1) C_nH_{2n +2} 2) C_nH_2n 3) C_nH_2n—2 4) C_nH_{2n -6}

Укажите к какому классу относится углеводород с формулой СН₃ – С = СН₂

|

СН₃

1) алканов 2) алкенов 3) алкинов 4) аренов

3. Укажите название изомера для вещества, формула которого СН₃ — С ≡ С – СН₃

1) пентин-2 2) бутан 3) бутен-2 4) бутин-1

4. Укажите название гомолога для бутана

1) бутен 2) бутин 3) пропан 4) пропен

5. Укажите название вещества, для которого характерна реакция замещения

1) гексан 2) гексен-1 3) гексин-1 4) гексадиен-1,3

6. Укажите название вещества, для которого характерна реакция гидрирования

1) метан 2) пропан 3) пропен 4) этан

_{t,Pt +HСl}

7.Укажите формулу вещества X в цепочке превращений С₃Н₈ → СН₂ = СН – СН₃ → X

1) CH₂Cl – CHCl – CH₃ 2) CH₃ – CCl₂ – CH₃ 3) CH₃ – CHCl – CH₃

4) CH₂Cl – CH₂ – CH₃

8.Укажите, согласно какому правилу осуществляется присоединение галогеноводородов к несимметричным алкенам

1) Вюрца 2) Кучерова 3) Зайцева 4) Марковникова

9.Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

1) С₃Н₈ и О₂ 2) С₂Н₄ и СН₄ 3) С₄Н₁₀ и НCl 4) С₂Н₆ и Н₂О

10.Определите, сколько молей углекислого газа образуется при полном сгорании 1 моль этана

1) 1 моль 2) 2 моль 3) 3 моль 4) 4 моль

11. Сколько в граммах паров воды образуется при сжигании 5,8 г бутана

1) 9 г 2) 15 г 3) 12 г 4) 18 г

Часть Б. Задания со свободным ответом

12. Перечислите области применения алканов. (2 балла)

13. Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений: (6 баллов)

CаС₂ → C₂Н₂ → C₆H₆ → C₆H₅NO₂

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

14. Какой объем воздуха потребуется для полного сгорания 12 л дивинила? (Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%) (4 балла)

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Вариант 2

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1. Укажите общую формулу алканов

1) C_nH_{2n +2} 2) C_nH_2n 3) C_nH_2n—2 4) C_nH_{2n -6}

2. Укажите к какому классу относится углеводород с формулой С₆Н₅ – СН₃

1) алканов 2) алкенов 3) алкинов 4) аренов

Укажите название изомера для вещества, формула которого СН₃ – СН — СН₂ – СН₃

|

СН₃

1) бутан 2) 2-метилпропан 3) 3-метилпентан 4) пентан

4. Укажите название гомолога для бутина-1

1) бутин-2 2) пентин-2 3) пентин-1 4) гексин-2

5. Укажите название вещества, для которого характерна реакция замещения

1) гексан 2) гексен-1 3) гексин-1 4) гексадиен-1,3

6. Укажите название вещества, для которого характерна реакция полимеризации

1) бутадиен-1,3 2) бутан 3) бензол 4) циклогексан

t,H₂SO_{4 +HСl}

7. Укажите формулу вещества X в цепочке превращений С₂Н₅ОН → X →

→ СН₃ – СН₂Cl

1) C₂H₂ 2) C₂H₄ 3) C₂H₆ 4) C₃H₆

8. Укажите название реакции присоединения к ацетилену воды

1) Вюрца 2) Кучерова 3) Зайцева 4) Марковникова

9. Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

1) С₂Н₆ и HCl 2) С₂Н₄ и Сl₂ 3) С₂Н₁₆ и Н₂O 4) С₆Н₆ и Н₂О

10. Определите, сколько молей углекислого газа образуется при полном сгорании 1 моль этена

1) 1 моль 2) 2 моль 3) 3 моль 4) 4 моль

11. Сколько литров углекислого газа образуется, при сжигании 6,8 г пентина

1) 3,36 л 2) 11,2 л 3) 6,72 л 4) 3,42 л

Часть Б. Задания со свободным ответом

12. Перечислите области применения алкинов (2 балла)

13. Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений:(6 баллов)

СН₄ → C₂Н₂ → C₆H₆ → C₆H₅Cl

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

14 Какой объем воздуха потребуется для полного сгорания 44,8 л этилена? (Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%)

(4 балла)

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Вариант 3

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1. Укажите общую формулу алкинов

1) C_nH_{2n +2} 2) C_nH_2n 3) C_nH_2n—2 4) C_nH_{2n -6}

Укажите к какому классу относится углеводород с формулой СН ≡ С – СН₃

1) алканов 2) алкенов 3) алкинов 4) аренов

3. Укажите название изомера для вещества, формула которого СН₂ = СН — СН = СН₂

1) 2 метилбутадиен-1,3 2) бутин-1 3) бутен-1 4) бутан

4. Укажите название гомолога для 2-метилпропана

1) 2-метилбутан 2) 2 метилбутен-1 3) пропан 4) пропен

5. Укажите название вещества, для которого характерна реакция гидратации

1) ацетилен 2) бутан 3) полиэтилен 4) циклобутан

6. Укажите название вещества, для которого характерна реакция присоединения

1) метан 2) пропан 3) пропен 4) этан

_{t, С актив.}

7. Укажите формулу вещества X в цепочке превращений СН₄ → С₂Н₂ → X

1) С₆Н₆ 2) C₅Н₁₄ 3) С₆Н₅ – СН₃ 4) C₆Н₁₂

8. Укажите, согласно какому правилу осуществляется присоединение воды к алкенам.

1) Вюрца 2) Кучерова 3) Зайцева 4) Марковникова

9. Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

1) СН₄ и Н₂ 2) С₆Н₆ и Н₂О 3) С₂Н₂ и Н₂О 4) С₂Н₆ и Н₂О

10. Определите, сколько молей углекислого газа образуется при полном сгорании 1 моль этина:

1) 1 моль 2) 2 моль 3) 3 моль 4) 4 моль

11. Сколько литров кислорода потребуется для сжигания 8,4 г гексена

1) 20,16 л 2) 10,12 л 3) 21,16 л 4) 11,12 л

Часть Б. Задания со свободным ответом

12. Перечислите области применения аренов. (2 балла).

13. Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений (6 баллов)

С₂Н₅ОН → C₂Н₄ → C₂H₆ → C₂H₅Cl

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

Какой объем воздуха потребуется для полного сгорания 25,6 л ацетилена? (Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%)

(4 балла)

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Вариант 4

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1. Укажите общую формулу алкадиенов

1) C_nH_{2n +2} 2) C_nH_2n 3) C_nH_2n—2 4) C_nH_{2n -6}

Укажите к какому классу относится углеводород с формулой СН₃ – СH– СН₃

|

СН₃

1) алканов 2) алкенов 3) алкинов 4) аренов

3. Укажите название изомера для вещества, формула которого СН₃ – СH = СH – СН₃

1) пентен-2 2) бутан 3) бутен-1 4) бутин-1

4. Укажите название гомолога для пропина

1) бутен 2) бутин 3) бутан 4) пропен

5. Укажите название вещества, для которого не характерна реакция замещения

1) гексан 2) этан 3) этен 4) 2-метилбутан

6. Укажите название вещества, для которого характерна реакция гидрирования

1) пропен 2) пропан 3) бутан 4) 2-метилпропан

_{t,Pt +HСl}

7.Укажите формулу вещества X в цепочке превращений С₂Н₆ → СН₂ = СН₂ → X

1) CH₂Cl – CH₂Cl 2) CH₃ – CH₂Cl 3) CH₃ –CH₃

4) CH₂Cl – CH₂ – CH₃

8.Укажите, согласно какому правилу осуществляется присоединение галогеноводородов к несимметричным алкенам

1) Вюрца 2) Кучерова 3) Марковникова 4) Зайцева

9.Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

1) С₅Н₁₂ и О₂ 2) С₂Н₄ и СO₂ 3) С₄Н₁₀ и НCl 4) С₂Н₆ и НCl

10.Определите, сколько молей кислорода потребуется для полного сгорания 1 моль пропина

1) 1 моль 2) 2 моль 3) 3 моль 4) 4 моль

11. Сколько в граммах паров воды образуется при сжигании 5,8 г бутана

1) 9 г 2) 15 г 3) 12 г 4) 18 г

Часть Б. Задания со свободным ответом

12. Перечислите области применения алканов. (2 балла)

13. Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений: (6 баллов)

CаС₂ → C₂Н₂ → C₂H₄ → C₂H₅OH

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

14. Какой объем воздуха потребуется для полного сгорания 12 л метана? (Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%) (4 балла)

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Вариант 5

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1. Укажите общую формулу алкинов

1) C_nH_{2n +2} 2) C_nH_2n 3) C_nH_2n—2 4) C_nH_{2n -6}

2. Укажите к какому классу относится углеводород с формулой С₆Н₆

1) алканов 2)аренов 3) алкинов 4) алкенов

Укажите название изомера для вещества, формула которого СН₃ — СН – СН₃

|

СН₃

1) бутан 2) пропан 3) 2-метилпентан 4) пентан

4. Укажите название гомолога для 2-метилбутана

1) бутен-2 2) пентан 3) 2-метилпентан 4) 2-метилбутен-2

5. Укажите название вещества, для которого характерна реакция замещения

1) пентен-1 2) гексен-1 3) гексан 4) ацетилен

6. Укажите название вещества, для которого характерна реакция полимеризации

1) дивинил 2) бутан 3) бензол 4) 3-метилпентан

t,H₂SO₄ +Cl₂

7. Укажите формулу вещества X в цепочке превращений С₂Н₅ОН → C₂H₄ → X

1) CH≡CCl 2) CH₂Cl- CH₂Cl 3) CH₃-CH₃ 4) CH₃-CH₂Cl

8. Укажите название реакции присоединения к ацетилену воды

1) Вюрца 2) Кучерова 3) Зайцева 4) Марковникова

9. Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

1) С₂Н₆ и Cl₂ 2) С₂Н₄ и СO₂ 3) С₂Н₆ и Н₂O 4) С₆Н₆ и Н₂О

10. Определите, сколько молей кислорода затрачивается при полном сгорании 1 моль этена

1) 1 моль 2) 2 моль 3) 3 моль 4) 4 моль

11. Сколько литров углекислого газа образуется, при сжигании 6,8 г пентина

1) 3,36 л 2) 11,2 л 3) 6,72 л 4) 3,42 л

Часть Б. Задания со свободным ответом

12. Перечислите области применения алканов (2 балла)

13. Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений:(6 баллов)

CaС₂→ C₂Н₂ → C₆H₆ → C₆H₅NO₂

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

14 Какой объем воздуха потребуется для полного сгорания 44,8 л ацетилена? (Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%)

(4 балла)

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Вариант 6

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1. Укажите общую формулу алкинов

1) C_nH_{2n +2} 2) C_nH_2n 3) C_nH_2n—2 4) C_nH_{2n -6}

Укажите к какому классу относится углеводород с формулой СН₂ =СH – СН=CH₂

1) алкадиенов 2) алкенов 3) алкинов 4) аренов

3. Укажите название изомера для вещества, формула которого СН₃ – СН₂ — СН = СН₂

1) 2 метилбутадиен-1,3 2) бутин-1 3) бутен-2 4) бутан

4. Укажите название гомолога для 2-метилпентана

1) 2-метилбутан 2) 2 метилбутен-1 3) пропан 4) пентан

5. Укажите название вещества, для которого не характерна реакция гидратации

1) ацетилен 2) бутин 3) этилен 4) циклобутан

6. Укажите название вещества, для которого характерна реакция присоединения

1) метан 2) пропан 3) пропен 4) этан

_t, + H₂O

7. Укажите формулу вещества X в цепочке превращений СН₄ → С₂Н₂ → X

1) С₆Н₆ 2)C₂Н₅OH 3) С₂Н₄O 4) C₆Н₁₂

8. Укажите, согласно какому правилу осуществляется присоединение воды к алкенам.

1) Вюрца 2) Кучерова 3) Зайцева 4) Марковникова

9. Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

1) СН₄ и Н₂ 2) С₆Н₆ и Cl₂ 3) С₂Н₂ и CH₄ 4) С₂Н₆ и Н₂О

10. Определите, сколько молей кислорода расходуется при полном сгорании 1 моль пропина:

1) 1 моль 2) 2 моль 3) 3 моль 4) 4 моль

11. Сколько литров кислорода потребуется для сжигания 8,4 г гексена

1) 20,16 л 2) 10,12 л 3) 21,16 л 4) 11,12 л

Часть Б. Задания со свободным ответом

12. Перечислите области применения аренов. (2 балла).

13. Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений (6 баллов)

С₂Н₅ОН → C₂Н₄ → C₂H₆ → CO₂

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

Какой объем воздуха потребуется для полного сгорания 25,6 л пропилена? (Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%)

(4 балла)

Критерии оценивания

Максимальное количество баллов-23.

«5» — 20 – 23 балла

«4» — 16 – 19 баллов

«3» — 9 – 15 баллов

«2» менее 9 баллов

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/162862-kontrolnaja-rabota-po-teme-uglevodorody-10-kl

Контрольная работа «Углеводороды» 10 класс🔥

Контрольная работа №1: «Углеводороды» 10 класс

Задания к контрольной работе :

Для вопросов 1-7 выберите вариант ответа . Каждый правильный ответ: 1 балл, максимально 7 баллов.

Для вопросов 5-7 объясните выбор ответа, записав или уравнение реакции; или определение. Назовите вещества по систематической номенклатуре или составьте их структурную формулу. Каждый правильный дополнительный ответ: 1 балл, максимально 3 балла.

Решите задачу 8, запишите ход решения. Оценивается каждый элемент решения, максимально: 3 балла.

12-13 баллов

Вариант 1

1 Общей формуле Алкенов соответствует:

А) Сnh3n

Б) n

В) Сnh3n -2

Г) Сnh3n+2

2 Молекулы Алкадиенов содержат:

3 Ацетилен :

А) летучая жидкость, применяется при сварке металлов

Б) вязкая жидкость, применяется для получения резины

В) взрывоопасный газ, применяется при сварке металлов

Г) газ, применяется для получения резины

4 Вещество, формула которого

Называется:

А) 3-метилбутан

Б) 2-метилбутан

В) 2-этилпропан

Г) пентан

5 Изомером Циклобутана является:

А)

Б) бутин

В) бутан

Г) бутанол

С, 450-500°С

6 В схеме превращений 3 С2Н2 — > Х неизвестным веществом Х Является:

А) пропан

Б) гексан

В) циклогексан

Г) бензол

7 Сумма коэффициентов в реакции горения Этана равна:

А) 4

Б) 16

В) 19

Г) 21

8 Массовая доля углерода в углеводороде составляет 81,82%, относительная плотность паров этого вещества по кислороду равна 1,375. Найти молекулярную формулу улеводорода. Написать его название и структурную формулу.

Ответы и критерии оценивания к Варианту 1

1 Ответы на вопросы с выбором ответа:

2 Ответы на дополнительный вопрос :

№ вопроса

3 Решение задачи:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию

Максимальное число баллов: 7+3+3=13 баллов.

.

Контрольная работа по химии на тему ‘ Углеводороды’ (10 класс)

Контрольная работа № 1 по теме : «Углеводороды» 10-й класс.

Вариант № 1

1.Какие вещества называют органическими? Каковы особенности
их физических и химических свойств?
2.Напишите структурные формулы согласно международной
номенклатуре :
а) 2,4-диметилпентан
б) 2-бром-2-метилбутан
в) 4-метилпент-2-ин
3.Напишите уравнения реакций :
Ch5Ch4CLC2H6C2h5C2H5OH

4.Каковы области применения каучуков?
5.Какой объём оксида карбоната (IV)(н.у.),образуется при сжигании
пропана объёмом вещества 10 л?
6.Определить молекулярную формулу углеводорода, который содержит 85,7% углерода, а относительная плотность по водороду
равна 21.
7.Как изменяется агрегатное состояние алканов в гомологичес-
ком ряду ?

Вариант № 2

1.Напишите структурные формулы таких углеводородов:
а) 1,3-дихлорбутан
б) 3-хлор- 2,5-диметилгексан
в) 1,2-дибромбутадиен-1,3
2.Составьте уравнения реакций ,при помощи которых можно
осуществить такие превращения :
Ch5C2h3C6H6C6H5CL
3.Сколько литров брома может вступить в реакцию с 56г.
этилена ( н.у.)?
4.Сравните химические свойства представителей предельных
и непредельных углеводородов. Все свойства объясните
с точки зрения структурной и электронной теории. Приведите
конкретные примеры и составьте уравнения реакций.
5.Чем различаются органические вещества от неорганических?
6.Какие промышленно важные продукты можно получить
из нефти и природного газа ?

Вариант № 3

1.Составьте формулы следующих веществ :
а) 2,4-диметил-3,4-диэтилоктан
б) 2,3-дихлорбутан
в) 3-метилпентан
2.Сформулируйте основные положения теории химического
строения А. М. Бутлерова.
3.Составьте уравнения реакций :
а) горения гексана
б) бромирования метана
в) дегидрирования этана
4.Какой объём воздуха потребуется для полного сгорания
448 литров пропана?
5.Какие соединения называют непредельными? Чем их
состав отличается от состава предельных углеводородов?
Приведите примеры.
6.При сжигании углеводорода массой 29г. Образовалось
88г. Оксида углерода (IV) и 45г. воды. Относительная плотность вещества по воздуху равна 2. Найдите его молекулярную
формулу.
7.Какой алкадиен является мономером природного каучука ?
Напишите его структурную формулу.

Вариант № 4
1.Какие вещества относят к классу аренов ? Какова их общая
формула и номенклатура ?
2.Напишите уравнение нитрирования бензола. При каких
условиях она идёт ?
3.Напишите уравнения реакций , с помощью которых
можно осуществить следующие превращения :
метан ацетилен бензол хлорбензол
4.Вычислить количество углекислого газа, который
образуется при сжигании этана массой 90г.
5.Определите молекулярную формулу углеводорода,
который содержит 85,71% Углерода и 14,29% Водорода.
Относительная плотность углеводорода по водороду 42.
6.Написать формулы следующих углеводородов:
а) 1,2-диметилгексан
б) 4-метил-3-этилпнт-2-ен
в) 2,5-диметилгекс-3-ин
7.Что такое крекинг нефтепродуктов и с какой целью его
проводят ?

Вариант № 5

1.Назовите алканы, не имеющие изомеров.
2.Напишите структурные формулы согласно международной
номенклатуры :
а) 2,4,4-триметилгексан
б) 2,2-диметилпропан
в) 3-метилпентан
3.Какие из углеводородов , формулы которых приведены ниже:
C7h24, C2h3, C8h28, C6H6, C10h32.
4.Составьте молекулярную формулу углеводорода
гомологического ряда метана , содержащего :
а) 15 атомов углерода
б) 20 атомов углерода
5.Какой объём воздуха расходуется при полном сгорании
1 литра метана ?
6.Напишите структурную формулу вещества, образующегося
в результате присоединения брома к пропилену.
7.Обозначив формулу углеводорода CxHy , напишите общее
уравнение реакции, происходящей при сгорании углеводорода.

Что такое углеводород? — Определение, формулы и соединения — Видео и стенограмма урока

Алифатические углеводороды

Алифатические углеводороды — это соединения водорода и углерода, не содержащие бензольных колец. Мы обсудим соединения с бензольными кольцами позже в этом уроке. Алифатические углеводороды легко воспламеняются.Существует несколько типов алифатических углеводородов: алканы, алкены, алкины и алкенины.

Начнем с алканов и циклоалканов. Алканы представляют собой линейные или разветвленные соединения, состоящие из различного количества атомов углерода, которые все насыщены атомами водорода. Формула алкана — CnH (2n + 2). Это означает, что количество атомов водорода равно удвоенному количеству атомов углерода плюс два.

Метан — самый простой из возможных углеводородов.Он выделяется в виде газа из разлагающихся тел и из кишечных трактов многих животных. Его формула — Ch5. Метильная группа с формулой Ch4 имеет одну свободную связь, чтобы присоединиться к чему-то еще.

Основываясь на метане, некоторые другие алканы включают этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4h20) и пентан (C5h22). Каждый добавляет к цепи один углерод.Обратите внимание на диаграмму, что каждый углерод насыщен.

Циклоалканы представляют собой тип алканов, которые содержат углеродное кольцо, но не бензольное кольцо. Эти молекулы по-прежнему имеют только одинарные связи и, следовательно, являются насыщенными. Циклоалканы обычно подобны своим алканам, таким как циклопропан или циклобутан, но могут иметь более высокие температуры кипения и плавления.

Далее мы обсудим алкены. Алкены похожи на алканы, но имеют по крайней мере одну двойную связь между атомами углерода. Формула алкена немного сложнее, поскольку количество двойных связей может варьироваться. Алкен только с одной двойной связью имеет формулу CnH (2n). Каждая двойная связь означает меньше атомов водорода, чем соответствующий алкан. Для каждой дополнительной двойной связи вычтите еще два атома водорода. Простейший алкен — этен с формулой C2h5.

При названии алкена следует обратить внимание на то, какие атомы углерода имеют двойные связи. Если есть только одна двойная связь, поставьте число углерода перед именем. Например, если второй углерод в пентене имеет двойную связь, назовите его 2-пентеном. Если третий углерод имеет двойную связь, назовите его 3-пентеном.

Однако, если есть две двойные связи, он будет называться 2,4-пентадиен. Если бы в октене было три двойные связи (8 атомов углерода), он имел бы название, например, 1,3,5-октатриен.Четыре двойные связи завершили бы его «-тетраеном», как в 1,3,5,7-октатетраене.

Последними в нашем списке алифатических углеводородов являются алкины. Алкины имеют по крайней мере одну тройную связь между атомами углерода. Алкенины имеют как двойные, так и тройные связи. Формула для алкина также варьируется. Алкин только с одной тройной связью имеет формулу CnH (2n-2). Каждая тройная связь означает на два атома водорода меньше, чем соответствующий алкан.Для каждой дополнительной двойной связи вычтите еще четыре атома водорода. Алкины подчиняются тем же правилам именования, что и алкены.

Ароматические углеводороды (арены)

Ароматические углеводороды или арены — это углеводороды, содержащие по крайней мере одно бензольное кольцо. Бензольное кольцо представляет собой кольцо из шести атомов углерода с тремя двойными связями. Формула бензола, простейшего арена и основной структуры для всех остальных, — C6H6.Любое соединение с бензольным кольцом называется ароматическим соединением . Есть много таких соединений, которые имеют тенденцию быть канцерогенными. Кроме того, они имеют сладкий запах, отсюда и ярлык «ароматный».

Август Кекуле вывел кольцевую структуру бензола в 1865 году. Позже он сказал, что его вдохновил сон, в котором он видел змею, кусающую свой собственный хвост. Молекулы с такой структурой имеют зеркальные молекулы, которые, имея одинаковое количество и тип молекул, часто проявляют разные свойства.Различные формы одного и того же соединения (то есть те, которые имеют одинаковую молекулярную формулу) называются изомерами .

Краткое содержание урока

Углеводород — это органическое соединение, состоящее только из углерода и водорода. Углеводороды растворимы в маслах, но не в воде, и находятся в нефти и других природных местах. Они хорошо поддаются созданию других молекул.Например, спирты получают путем добавления группы -ОН к углеводороду. Многие ароматические соединения могут быть получены путем добавления молекулярных групп к бензольным кольцам. Алкильные группы, такие как метил, этил и т. Д., Также могут быть добавлены для получения различных соединений.

Результаты обучения

После этого урока вы должны иметь возможность делать следующее:

• Определить углеводород
• Различение насыщенных и ненасыщенных углеводородов
• Описать типы алифатических и ароматических углеводородов

Отбор проб и анализ загрязняющих веществ в сжатом воздухе

Руби Очоа, президент и владелец, Trace Analytics, LLC

По данным Института сжатого воздуха и газа (CAGI) и Международной организации по стандартизации (ISO), тремя основными загрязнителями сжатого воздуха являются твердые частицы, вода и масло.CAGI способствует правильному использованию воздушных компрессоров с помощью различных обучающих инструментов, в то время как ISO 8573 направлен на очень конкретные области чистоты сжатого воздуха и методы испытаний, которые будут рассмотрены в этой статье. Микроорганизмы также считаются основным загрязнителем CAGI, но не будут обсуждаться в этой статье.

ISO 8573 состоит из девяти частей или разделов, касающихся сжатого воздуха. ISO 8573-1 — это основной раздел, в котором указаны загрязняющие вещества и классы чистоты. Остальные восемь разделов посвящены методам отбора проб и аналитическим методам определения различных загрязняющих веществ.Каждый обсуждаемый загрязнитель будет ссылаться на соответствующий раздел ISO 8573 вместе с датой текущей версии.

Испытание частиц выполняется по размеру или массе, в зависимости от выбранного класса чистоты. В соответствии с ISO 8573-4: 2001 это испытание определяет количество твердых частиц в пределах указанных диапазонов размеров. Не все методы, описанные в ISO 8573-4, можно использовать для всех диапазонов размеров. Выбор метода будет зависеть от требуемого класса чистоты частиц.

ISO 8573-1: 2010 устанавливает три диапазона размеров частиц: от 0,1 до 0,5 мкм, от 0,5 до 1,0 мкм и от 1,0 до 5,0 мкм. Максимально допустимое количество частиц на кубический метр зависит от класса чистоты. Спецификация не допускает наличие частиц размером более 5 микрон для классов чистоты от 1 до 5.

Щелкните здесь, чтобы увеличить.

В редакции ISO 8573-1 2010 г. размер и максимальное количество частиц были согласованы с возможностями текущего производителя фильтров.Эта гармонизация создала эффективный метод передачи требований к системе сжатого воздуха между конечным пользователем, производителем фильтров и компрессоров и испытательной лабораторией.

Лазерный счетчик частиц: Лазерный счетчик частиц (LPC) — это высокопроизводительный и чувствительный электронный прибор, который является отличным методом для определения всех трех диапазонов размеров частиц для классов чистоты частиц 1 и 2.LPC обеспечивает быстрое определение частиц на месте. Операция проста и обычно занимает около 10 минут на образец. Многие модели имеют ленту для печати и / или возможность загрузки данных на компьютер или USB-накопитель. Хотя LPC могут быть непомерно дорогими, если нужно брать нечасто только несколько проб, они могут быть чрезвычайно полезны, когда существует проблема загрязнения частицами. Не все LPC включают диапазоны, указанные в ISO 8573-1.

Поскольку LPC можно использовать для быстрого отбора проб из нескольких мест с результатами тестирования на месте, это отличное устройство для поиска и устранения неисправностей.У нас есть клиенты, которые идентифицируют источники загрязнения твердыми частицами как уплотнительные кольца в клапанах и корпусах фильтров, гибкие трубки, распределительные трубопроводы и пластиковые или металлические фитинги. В большинстве случаев загрязнение было не частью процесса отбора проб, а частью реального производственного процесса.

Trace есть программа аренды, которая включает в себя необходимую калибровочную документацию, упрощенные инструкции по отбору проб и диффузор высокого давления для предотвращения повреждения пробоотборника. Процедуры отбора проб включают фоновый тест и фоновый тест трубок.Это гарантирует правильную работу пробоотборника до отбора проб сжатого воздуха.

LASAIR II-110, произведенный компанией Particle Measuring Systems, Inc., является полезным инструментом при возникновении проблем с загрязнением. Фото: Trace Analytics, LLC

Сбор фильтра с помощью микроскопии: Частицы также можно отбирать с помощью мембраны с сеткой в ​​подходящем держателе и анализировать с помощью оптического микроскопа. С этим типом пробоотборного оборудования можно использовать полнопоточный отбор проб.Этот метод не позволяет измерить самый мелкий диапазон частиц от 0,1 до 0,5 микрон для классов чистоты частиц 1 и 2.

ISO 8573-4 описывает пробоотборный зонд, который вставляется в трубопровод для взятия пробы. Чтобы избежать необходимости врезаться в фактическую трубу и выполнять шаги, необходимые для обеспечения изокинетического отбора проб (соответствие линейных скоростей потока между потоком продукта и пробы), комплект Trace AirCheck ™ подключается в точке использования, что позволяет отбирать пробы из качество сжатого воздуха, которое отражает то, как он используется в производственном процессе.

Trace требует 12 000 литров сжатого воздуха для соответствия требованиям класса 1. В зависимости от давления и скорости потока на выходе для отбора проб сбор проб может занять два или более часов. Для всех других классов чистоты требуется не более 1200 литров воздуха и не более 12 минут для отбора проб.

Образцы анализируют с помощью оптического микроскопа. Этот метод требует времени и трудозатрат, но, если он выполняется в аккредитованной лаборатории, он предоставляет клиентам отчет лаборатории, аккредитованной по стандарту ISO 17025, третьей стороной.В некоторых случаях можно определить полезную информацию о типе присутствующих частиц. Образцы легкие и легко транспортируются по всему миру. Кроме того, образцы могут храниться неограниченное время для повторного анализа с помощью микроскопии или других более специфических методов.

Микроскопия часто используется для определения частиц. Фото: Trace Analytics, LLC

Существуют и другие методы, упомянутые в ISO 8573-4 для определения частиц, которые не рассматриваются в этом обсуждении.Они включают подсчет ядер конденсации, анализ дифференциальной подвижности и определение размеров частиц подвижности при сканировании. Эти методы обычно должны выполняться на месте и могут быть значительно сложнее, чем отбор проб с помощью фильтра. Кроме того, они могут не дать результатов в терминах, которые можно легко преобразовать в единицы, используемые стандартом.

Классы чистоты частиц 6, 7 и X обычно используются для промышленных инструментов и машин с пневматическим приводом и приводом с воздухом, фильтруемым через фильтры общего назначения.Анализы для этих классов определяют массовую концентрацию частиц только по массе. Размер или количество частиц не определены. Результаты представлены в мг / м ³ .

Метод отбора пробы аналогичен мембранному методу, за исключением того, что вес мембраны должен быть записан перед использованием, а затем повторно взвешен после отбора пробы. Этот гравиметрический метод анализа должен учитывать влияние температуры, давления, водяного пара и других загрязняющих веществ, которые могут присутствовать.

Каждый раз, когда проба отбирается из выпускного отверстия для сжатого воздуха, важно убедиться, что сам процесс отбора проб не способствует загрязнению. Соединение между местом использования и оборудованием для отбора проб должно быть коротким, прямым и из нержавеющей стали без колен, тройников, клапанов или тупиков. Это обеспечивает легкую очистку между несколькими образцами. Прямое соединение важно, чтобы не потерять и не улавливать частицы до того, как они будут взяты.

Имейте в виду, что использование быстроразъемных фитингов, клапанов, манометров или чего-либо еще с уплотнительными кольцами может привести к спорадическому загрязнению твердыми частицами. Это особенно важно при попытке соответствовать нижним пределам класса чистоты твердых частиц 1. Может оказаться полезным использовать клапаны и фитинги высокой чистоты вместе с устройством для отбора проб, чтобы обеспечить соответствие требованиям к низкому содержанию твердых частиц, например классу 1.

Если нержавеющая сталь не может быть использована, укажите гибкие трубки с низкими свойствами отделения твердых частиц.Particle Measuring Systems, Inc. (производитель лазерного счетчика частиц LASAIR® II-110) предоставляет следующий список предпочтительных типов материалов трубок в порядке предпочтения: нержавеющая сталь, проводящий полимер, полиэстер, винил (если пластификатор не мешает), полиэтилен, медь, стекло, тефлон и алюминий.

Также следует проявлять осторожность, чтобы избежать или минимизировать потерю частиц в трубке. Сведите изгибы к минимуму и по возможности уложите трубки ровно, а радиус изгиба / внутренняя кривизна не должны быть меньше 6 дюймов. ⁽¹⁾

ISO 8573-3 описывает несколько методов измерения водяного пара, уровня неопределенности и диапазона обнаружения. Перечисленные методы расположены в предпочтительном порядке. Первый уровень методов включает гигрометры, такие как психрометр (влажные и сухие термометры), охлаждаемое зеркало (конденсация) и электрические датчики. Вторичные методы включают химическую реакцию, например, детекторные трубки и спектроскопию.

В системах с воздушными компрессорами довольно часто используется постоянный фиксированный гигрометр, который может определять точку росы в различных точках системы.

Другие гигрометры лучше подходят для использования в лаборатории — либо из-за дороговизны, либо из-за отсутствия портативности. Доступен ряд гигрометров, от нечувствительных и дешевых до очень точных и дорогих моделей. Есть несколько клавиш для выбора гигрометра:

1. Он должен охватывать диапазон, требуемый спецификацией.
2. Он должен иметь возможность калибровки.
3. Точность и прецизионность измерения на желаемом уровне должны быть известны.
4. Он должен иметь способность адаптироваться к пробам из потоков сжатого воздуха.

Портативные портативные гигрометры для измерения точки росы в сжатом воздухе более доступны, чем когда в 1999 году был написан ISO 8573-3. Детекторные трубки являются наименее дорогим портативным методом определения приблизительной точки росы для охлаждаемых или адсорбционных осушителей.Детекторные трубки, конечно, не такие точные, как калиброванный гигрометр, но могут предоставить достаточно информации для соответствия классам чистоты воды ISO 8573. Существует несколько производителей трубок для химической реакции и устройств для отбора проб, в которых используются детекторные трубки. Обычно для этого требуется известное количество сжатого воздуха, протекающего через трубку с определенной скоростью потока. Между водяным паром в пробе воздуха и химическими веществами в пробирке произойдет изменение цвета или химическая реакция. Это будет представлено длиной пятна, которое можно будет определить с помощью шкалы, напечатанной на трубке детектора.Обычное время отбора проб варьируется от 2,5 до 12,5 минут — в зависимости от типа детекторной трубки, типа установленной осушителя и уровня чистоты.

Чтобы предотвратить проникновение влаги из окружающей среды в поток пробы сжатого воздуха, выбирайте непроницаемые материалы, такие как полированная нержавеющая сталь или ПТФЭ. Избегайте использования гигроскопичных материалов, таких как резина, поскольку эти материалы могут позволить влаге из окружающей среды проникнуть в трубки и повлиять на результаты.Использование полированной или электрополированной нержавеющей стали важно для предотвращения скопления воды на внутренней поверхности пробоотборного устройства.

Любой тип соединения между устройством для отбора проб и выпускным отверстием для отбора проб должен быть коротким, прямым и без тупиков. Избегайте возможности утечки, ограничивая колена, тройники и клапаны.

Масло можно описать разными словами. Чтобы назвать несколько, общая терминология включает конденсированные углеводороды, масляный туман, масляный аэрозоль, масляный пар, общее количество газообразных углеводородов и общее количество летучих углеводородов — и этот список можно продолжить.Масляный аэрозоль часто называют конденсированными углеводородами или масляным туманом, пределы / результаты которого указываются в миллиграммах на кубический метр (мг / м ³ ). Нефтяные пары или газообразные углеводороды часто указываются в миллионных долях (ppm). ISO 8573-1 объединяет масляный аэрозоль и масляные пары для общего количества масла и выражается в мг / м ³ .

В ISO 8573 есть несколько определений, которые помогают прояснить, какие углеводороды должны быть протестированы:

• Нефть: Смесь углеводородов, состоящая из шести или более атомов углерода (C6 +)
• Масляный аэрозоль: Смесь жидкого масла, взвешенного в газовой среде, имеющая пренебрежимо малую скорость падения / скорость осаждения
• Органический растворитель: Смесь или комбинация следующих идентифицированных групп: спирты, галогенные углеводороды, сложные эфиры, сложные эфиры / простые спирты, кетоны и ароматические / альфатические углеводороды
• Wall Flow: Доля жидких загрязнений, больше не взвешенных в воздушном потоке трубы

ISO 8573-2 описывает метод A и метод B для отбора проб масляных аэрозолей и масляных жидкостей.Пары масла обсуждаются в 8573-5. Метод A предназначен для отбора проб там, где существуют высокие уровни загрязнения, присутствует поток через стенку, а уровень загрязнения находится в пределах от 1 мг / м ³ до 40 мг / м ³ . Жидкое масло собирается двумя высокоэффективными коалесцирующими фильтрами (один является резервным). Типичное время тестирования составляет от 50 до 200 часов.

Метод B состоит из двух отдельных методов — B1 для полного потока и B2 для отбора проб частичного потока. Оба метода предназначены для уровней загрязнения масла от 0.001 и 10 мг / м ³ . Типичное время испытания составляет от 2 минут до 10 часов, в зависимости от расхода, доступного давления и предела класса чистоты масла.

Обычно процедура отбора проб включает клапаны, держатель мембраны и возможность измерения расхода, температуры и давления. Внутри держателя мембраны уложены три высокоэффективные мембраны. Мембрана должна иметь поверхностную массу от 80 до 100 г / м ² , проникновение частиц <0,0005 процентов и иметь прочную опорную основу.Кроме того, в методе B2 используется прямой пробоотборник для отбора проб частичного потока в изокинетических условиях. Распределительный трубопровод необходимо изменить, чтобы можно было ввести зонд при сохранении идентичных скоростных условий.

Trace использует метод выборки B1, поскольку он менее навязчив и может использоваться в различных точках использования. Минимальный объем воздуха составляет 5000 литров, чтобы соответствовать уровню чистоты класса 1 0,01 мг / м ³ . Для других классов чистоты требуется не более 500 литров воздуха.

Аналитический метод в ISO 8573-2 требует растворения масла на мембране неопределенным растворителем и анализа полученного раствора с помощью инфракрасной спектрометрии. Аналитический метод Trace гравиметрически определяет нефть с помощью предварительно взвешенных мембран. После отбора проб мембраны взвешивают, экстрагируют н-пентаном и повторно взвешивают.

В этом разделе описывается сбор паров масла, состоящих из углеводородов с шестью или более атомами углерода (C6 +), на угольной трубке.Анализ паров масла требуется только для классов 1 и 2.

Основным аналитическим методом является газовая хроматография для определения содержания пара в диапазоне от 0,001 мг / м ³ до 10 мг / м ³ . Химические индикаторные пробирки можно использовать только в качестве предварительного метода (им не хватает чувствительности и специфичности, необходимых для количественного определения на низких уровнях). Более легкие углеводороды, состоящие из пяти или менее атомов углерода, не включаются в общие классы чистоты масла. Эти более легкие углеводороды, а также другие газы, такие как оксид углерода, диоксид углерода, диоксид серы и диоксид азота, рассматриваются в разделе 8573-6 «Содержание газообразных загрязняющих веществ».Для этих других газов нет установленных классов чистоты ISO 8573 или ограничений.

И снова процедура отбора проб требует использования пробоотборного зонда, на этот раз устанавливаемого в экстракционную трубку из нержавеющей стали, заполненную кокосовым углем. Процедура отбора проб, описанная в Приложении А, включает в себя держатель мембраны, установленный перед трубкой из нержавеющей стали, заполненной древесным углем, манометр и датчик температуры, клапаны и расходомер. Мембрана в этом случае защищает угольную трубку от аэрозольного загрязнения.

Trace использует имеющиеся в продаже стеклянные угольные трубки. Эти пробирки обладают тем преимуществом, что они менее дороги и имеют более надежно низкий уровень загрязнения, чем пробирки, приготовленные в лаборатории.

Аэрозоль и пары масла определяются на очень низких уровнях. Таким образом, чистая безмасляная арматура имеет решающее значение для точного определения загрязнения воздуха. Небольшого количества углеводородного загрязнения в фитинге достаточно для образования неприемлемо высоких уровней масляных паров (OV) на угольной трубке.Не должно быть резких падений давления, чтобы не повредить мембраны. Внутренний диаметр трубы должен быть постоянным и без щелей — с размером отверстия в шаровом клапане, соответствующим размеру трубопровода, чтобы избежать потери масла.

Избегайте чистящих средств с растворителями, которые могут повлиять на содержание углеводородов в образце.Растворители могут оставаться в уплотнительных кольцах и фитингах на удивление долгое время, поэтому следует использовать только растворители, не относящиеся к C6 +. И, как всегда, убедитесь, что входной патрубок воздушного компрессора не расположен рядом с источником материалов C6 +, таких как ванны для очистки, емкости для отработанных растворителей, технологический растворитель / материалы или другие источники углеводородов из окружающей среды.

Если ожидается присутствие ряда соединений в окружающем или технологическом воздухе, лучше всего, чтобы лаборатория провела анализ OV с использованием газовой хроматографии / масс-спектрометрии, метода, который довольно легко позволяет отличить OV от других соединений.Об этих других соединениях можно сообщать отдельно, что не влияет на уровень OV, как это может происходить при газовой хроматографии с неспецифическим детектором, таким как пламенно-ионизационный детектор (FID).

За дополнительной информацией обращайтесь к Руби Очоа, тел .: (512) 263-0000 доб. 4, электронная почта: [email protected] или посетите AirCheckLab.com .

Чтобы узнать больше о Food-Grade Air, посетите сайт www.airbestpractices.com/standards/food-grade-air.

Список литературы

(1) Particle Measuring Systems, Inc., Основное руководство по счетчикам частиц и подсчету частиц, www.pmeasuring.com.

(2) Указанные выше спецификации ISO 8573 защищены авторским правом и доступны для покупки в Интернете по адресу http://webstore.ansi.org/.

Катализатор окисления дизельного топлива

Вт.Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : Катализаторы окисления дизельного топлива способствуют химическому окислению CO и HC, а также органической фракции (OF) твердых частиц дизельного топлива. Они также окисляют диоксид серы, который присутствует в выхлопных газах дизельных двигателей при сгорании серосодержащего топлива. Окисление SO ₂ приводит к образованию твердых частиц сульфата и может значительно увеличить общие выбросы твердых частиц, несмотря на уменьшение органической фракции.В современных системах нейтрализации дизельных двигателей важной функцией DOC является повышение содержания NO ₂ в выхлопных газах для поддержки работы катализаторов SCR и сажевых фильтров.

Каталитические реакции

Катализатор окисления дизельного топлива (DOC) обязан своим названием своей способности способствовать окислению компонентов выхлопных газов кислородом, который в больших количествах присутствует в выхлопных газах дизельных двигателей. При прохождении над катализатором окисления монооксид углерода (CO), газовая фаза углеводородов (HC), органическая фракция дизельных твердых частиц (OF), а также нерегулируемые выбросы, такие как альдегиды или ПАУ, могут окисляться до безвредные продукты, и, следовательно, их можно контролировать с помощью DOC.В современных системах нейтрализации дизельных двигателей важной функцией DOC является окисление оксида азота (NO) до диоксида азота (NO ₂ ) — газа, необходимого для поддержки работы сажевых фильтров и катализаторов SCR, используемых для снижения NOx. . Подробное обсуждение реакций DOC, кинетики реакций и других аспектов технологии можно найти в литературе [3829] .

Механизм реакции над дизельным катализатором окисления объясняется наличием активных каталитических центров на поверхности носителя катализатора, которые обладают способностью адсорбировать кислород.В общем, реакция каталитического окисления включает следующие три стадии:

1. кислород связан с каталитическим центром,
2. реагентов, таких как CO и углеводороды, диффундируют к поверхности и реагируют со связанным кислородом, а
3. продуктов реакции, таких как CO ₂ и водяной пар, десорбируются с каталитического центра и диффундируют в основной объем выхлопных газов.

Окисление углеводородов и CO в выбросах дизельного топлива можно описать следующими химическими реакциями:

[Углеводороды] + O ₂ = CO ₂ + H ₂ O (1)

C _n H _2m + (n + m / 2) O ₂ = nCO ₂ + mH ₂ O (1a)

2CO + O ₂ = 2CO ₂ (2)

Углеводороды окисляются с образованием диоксида углерода и водяного пара, как описано реакцией (1) или — более стехиометрически строго — реакцией (1а).Фактически реакции (1) и (1а) представляют собой два процесса: окисление газовой фазы HC, а также окисление соединений OF. Реакция (2) описывает окисление моноксида углерода до диоксида углерода. Поскольку углекислый газ и водяной пар считаются безвредными, вышеуказанные реакции приносят очевидную выгоду от выбросов. Окисление углеводородов также приводит к уменьшению запаха дизельного топлива.

Однако катализатор окисления будет способствовать окислению всех соединений восстановительного характера; некоторые из реакций окисления могут приводить к образованию нежелательных продуктов и, по сути, быть контрпродуктивными по отношению к назначению катализатора.Окисление диоксида серы до триоксида серы с последующим образованием серной кислоты (H ₂ SO ₄ ), описываемое реакциями (3) и (4), возможно, является наиболее важным из этих процессов.

2SO ₂ + O ₂ = 2SO ₃ (3)

SO ₃ + H ₂ O = H ₂ SO ₄ (4)

Когда выхлопные газы выпускаются из выхлопной трубы и смешиваются с воздухом либо в окружающей среде, либо в туннеле для разбавления, который используется для отбора проб твердых частиц, их температура снижается.В таких условиях газообразный H ₂ SO ₄ соединяется с молекулами воды и зародышеобразователями, образуя (жидкие) частицы, состоящие из гидратированной серной кислоты. Этот материал, называемый сульфатными частицами, способствует общему выбросу твердых частиц из двигателя. Каталитическое образование сульфатов, особенно в сочетании с дизельным топливом с высоким содержанием серы, может значительно увеличить общие выбросы ТЧ и, таким образом, стать препятствием для применения катализатора.

Окисление NO до NO ₂ важно для работы современных систем контроля за выбросами дизельного топлива, где DOC является вспомогательным катализатором, поддерживающим работу других типов катализаторов, расположенных после катализатора окисления, для которых требуется повышенное содержание NO _{. 2} / NO соотношение.

2НО + О ₂ = 2НО ₂ (5)

Двуокись азота требуется для повышения эффективности некоторых типов катализаторов SCR, а также для содействия пассивной регенерации сажевых фильтров (DPF). DOC, используемые в приложениях DPF / SCR, обычно оптимизированы для производства с высоким содержанием NO ₂ .

Повышенные отношения NO ₂ / NO с катализаторами окисления — хотя и необходимы для работы систем нейтрализации дизельных двигателей — также были источником разногласий.Среди двух компонентов выбросов NOx NO ₂ проявляет более высокую токсичность, чем NO. В некоторых случаях повышенные выбросы NO ₂ могут способствовать ухудшению качества воздуха. Этот потенциальный вредный эффект DOC был впервые обнаружен в подземных шахтах [159] . Эта проблема также может иметь значение в «уличных каньонах» с высокой интенсивностью движения, даже если термодинамическое равновесие реакции (5) может быть достигнуто быстрее в присутствии солнечного света, а NO может быстро окисляться озоном.

###

Может ли мир производить необходимые химикаты без масла? | Наука

Автор Роберт Ф. Сервис 19 сентября 2019 г. 9:45

Черное липкое жирное масло — это исходный материал не только для транспортного топлива. Это также источник десятков нефтехимических продуктов, которые компании превращают в универсальные и ценные материалы для современной жизни: блестящие краски, жесткие и пластичные пластмассы, пестициды и моющие средства.Промышленные процессы производят что-то вроде красоты из ила. Разбивая углеводороды в нефти и природном газе на более простые соединения, а затем собирая эти строительные блоки, ученые давно научились конструировать молекулы исключительной сложности.

Ископаемое топливо — не только сырье для этих реакций; они также обеспечивают тепло и давление, которые ими движут. В результате на использование нефти в промышленной химии приходится 14% всех выбросов парниковых газов. Теперь все большее число ученых и, что более важно, компаний думают, что те же самые конечные соединения могут быть получены путем использования возобновляемых источников энергии вместо выкапывания и перегруппировки углеводородов и выброса отработанного углекислого газа (CO ₂ ) в воздух.Во-первых, возобновляемая электроэнергия расщепит многочисленные молекулы, такие как CO ₂ , вода, кислород (O ₂ ) и азот, на реактивные фрагменты. Тогда больше возобновляемой электроэнергии поможет соединить эти химические элементы вместе для создания продуктов, на которые опирается современное общество и от которых вряд ли откажется.

«Сейчас это очень актуальная тема», — говорит Дэниел Каммен, физик из Калифорнийского университета в Беркли.

Химики в академических кругах, в стартапах и даже в промышленных гигантах тестируют процессы — даже прототипы заводов — которые используют солнечную и ветровую энергию, а также воздух и воду в качестве сырья.«Мы превращаем электроны в химические вещества», — говорит Николас Фландерс, генеральный директор одного из претендентов, стартапа под названием Opus 12. Компания, расположенная в небольшом офисном парке в Беркли, разработала устройство размером со стиральную машину, которое использует электричество. для преобразования воды и CO ₂ из воздуха в топливо и другие молекулы без необходимости использования масла. На другом конце коммерческой шкалы находится Siemens, производственный конгломерат, расположенный в Мюнхене, Германия. Эта компания продает крупногабаритные электролизеры, которые используют электричество для разделения воды на O ₂ и водород (H ₂ ), которые могут служить топливом или химическим сырьем.Даже нефтяные компании, такие как Shell и Chevron, ищут способы превратить возобновляемую энергию в топливо.

Замена источника жизненной силы промышленной химии с ископаемого топлива на возобновляемую электроэнергию «не произойдет в течение 1-2 лет», — говорит Максимилиан Флейшер, главный эксперт по энергетическим технологиям компании Siemens. Возобновляемых источников энергии пока еще слишком мало и они нестабильны. Однако он добавляет: «Это общая тенденция, которую принимают все» в химической промышленности.

За этой тенденцией стоит резкий рост поставок солнечной, ветровой и других форм возобновляемой электроэнергии.В 2018 году мировая установленная мощность солнечной и ветровой энергии превысила 1 тераватт (ТВт). Второй TW ожидается к середине 2023 года, он будет стоить всего лишь половину стоимости первого, и темпы, вероятно, увеличатся. Один из недавних анализов показывает, что более низкие цены на возобновляемую генерацию могут подтолкнуть к развитию от 30 до 70 ТВт мощности только солнечной энергии к 2050 году, что достаточно для покрытия большей части глобальных потребностей в энергии. «В ближайшем будущем вокруг появится куча возобновляемых электронов», — говорит Эдвард Сарджент, химик из Университета Торонто в Канаде.«И многие из них будут дешевыми». По данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, стоимость солнечной энергии для коммунальных предприятий должна снизиться на 50% к 2050 году, а стоимость энергии ветра — на 30%.

Этот всплеск использования возобновляемых источников энергии уже привел к кратковременным периодам, когда поставки электроэнергии превышали спрос, например, в полдень в солнечной Южной Калифорнии. Результат — резкое падение цен. Иногда коммунальные предприятия даже платят потребителям за то, чтобы они брали электроэнергию, чтобы избыточное предложение не растопило линии электропередачи.«Это дает нам возможность сделать что-то ценное из этих электронов», — говорит Сарджент.

Взлет и падение

По мере роста использования ветровой и солнечной энергии для коммунальных предприятий за последнее десятилетие стоимость электроэнергии из этих источников резко упала. Обе тенденции должны сохраниться в ближайшие десятилетия, что сделает промышленную химию еще более привлекательной с помощью зеленых электронов.

(ГРАФИКА) N. DESAI / SCIENCE ; (ДАННЫЕ) ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ

Одна из потенциальных ролей этих электронов — вытеснить ископаемое топливо, которое теперь обеспечивает тепло, необходимое для запуска промышленных реакций. В выпуске журнала Science от 24 мая Себастьян Висманн и Иб Чоркендорф из Технического университета Дании в Конгенс Люнгби и его коллеги сообщили о модернизации обычного реактора, работающего на ископаемом топливе, который производит H ₂ из метана и пара для работы на электричестве.В их новом реакторе электричество, протекающее через трубку из сплава железа, встречает сопротивление, повышая температуру до 800 ° C. Тепло заставляет метан и пар, протекающие через трубу, вступать в реакцию, отделяя H ₂ от метана более эффективно, чем традиционные методы, и потенциально обеспечивая как экономию затрат, так и меньшее воздействие на климат.

Но даже если тепло исходит от электричества, при таких реакциях, как образование топлива из метана, по-прежнему выделяются отходы CO ₂ .Химики хотят пойти дальше, используя электроны не только в качестве источника тепла, но и в качестве прямого входа в реакции. Промышленные химики уже используют электричество для выплавки алюминия из бокситовой руды и получения хлора из соли — реакции присоединения электронов, для которых химия с электрическим приводом идеально подходит. Но, как и в случае с H ₂ , большинство товарных химикатов производится из ископаемого топлива, преобразованного под воздействием тепла и давления, создаваемых большим количеством ископаемых видов топлива.

Отказ от этого топлива не требует химической магии.Ключевые промышленные химические вещества, такие как окись углерода (CO) и этилен, уже могут быть получены путем добавления электронов к многочисленным исходным материалам, таким как CO ₂ и вода, если эффективность не имеет значения. Уловка состоит в том, чтобы сделать это экономно.

Для этого процесса требуется дешевый источник возобновляемой электроэнергии. Но, согласно анализу в выпуске Science от 26 апреля, проведенному Сарджентом и Томасом Харамилло, инженером-химиком из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, это не единственное необходимое условие.Сарджент, Харамилло и его коллеги сравнили затраты на создание множества простых промышленных соединений с ископаемым топливом или возобновляемой электроэнергией. Они обнаружили, что электросинтез будет конкурентоспособным для производства основных химических веществ, таких как CO, H ₂ , этанол и этилен, если электричество будет стоить 4 цента за киловатт-час (кВтч) или меньше — и если преобразование электрической энергии в энергию, хранящуюся в химических веществах. облигации были эффективны не менее 60%.

Если стоимость электроэнергии упадет еще больше, в пределах досягаемости появятся и другие комплексы.В ходе анализа, проведенного в мае 2018 года для Джоуля , Сарджент и его коллеги обнаружили, что при более строгих рыночных предположениях, включая цену на электроэнергию в 2 цента / кВт · ч, синтез муравьиной кислоты, этиленгликоля и пропанола будет возможным. «Это дает нам четкий набор целей», — говорит химик Фил Де Луна, сотрудник Сарджента в Национальном исследовательском совете Канады в Торонто.

Сарджента «точны», — говорит Гарри Грей, химик из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене, который проанализировал, что необходимо для вытеснения ископаемого топлива с помощью электросинтеза.О производстве товаров с помощью электросинтеза он говорит: «Я думаю, что мы будем там через 10 лет».

Лучше жить за счет возобновляемых источников энергии

Промышленные химики производят большинство молекул путем расщепления и переработки углеводородов в нефти и природном газе на более мелкие соединения. Теперь исследователи хотят использовать возобновляемую электроэнергию, чтобы активировать простые исходные материалы, такие как вода и углекислый газ (CO ₂ ), и сшить их вместе в одни и те же соединения.

V. ALTOUNIAN / НАУКА

Каммен отмечает, что несколько проектов в области солнечной и ветровой энергетики уже соответствуют одному эталону, обеспечивая мощность на уровне 4 цента / кВтч или ниже, а стоимость возобновляемых источников энергии продолжает снижаться. Но достижение 60% эффективности преобразования электрической энергии в химическую — более сложная задача, и именно на этом исследователи сосредотачивают свои усилия.

Самые простые процессы, те, которые производят H ₂ и CO, уже достигают этого второго эталона. По словам Флейшера, коммерческие электролизеры от Siemens и других компаний уже демонстрируют более высокий КПД, чем 60%, при расщеплении воды для получения H ₂ . Компания Siemens использует известную технологию, называемую электролизерами с протонообменной мембраной (PEM), которые подают напряжение между двумя электродами, по одному с каждой стороны полимерной мембраны. Напряжение разделяет молекулы воды на покрытом катализатором аноде на O ₂ , ионы водорода и электроны.Мембрана только позволяет ионам водорода проходить к другому покрытому катализатором электроду, катоду, где они встречаются с электронами, образуя газ H ₂ . Стоимость производимого H ₂ резко упала в последние годы, поскольку размер электролизеров увеличился до промышленных масштабов. Тем не менее, Билл Тумас, заместитель директора лаборатории Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голдене, штат Колорадо, в прошлом месяце на заседании Американского химического общества отметил, что стоимость электролизеров, а также материалов электродов и катализаторов, входящих в их состав, должна быть снижена. упадите дальше, чтобы получить H ₂ по цене, конкурентоспособной с массивными тепловыми установками, которые разрушают метан.

Opus 12 и другие компании также полагаются на электролизеры PEM, но добавляют дополнительный катализатор к катоду для разделения подаваемого по трубопроводу CO ₂ на CO и O ₂ . CO можно улавливать и продавать для использования в химическом производстве. Или он может быть объединен с ионами водорода и электронами, генерируемыми на аноде, для создания ряда других строительных блоков для промышленной химии, включая газы, такие как этилен — сырье для определенных пластмасс, — и жидкости, такие как этанол и метанол.По словам Этоша Кейв, главного научного сотрудника Opus 12, компания уже произвела 16 товарных химикатов. И он работает над расширением своих реакторов в течение следующих нескольких лет для переработки тонн CO ₂ в день, скорее всего, улавливаемых из дымовых газов электростанций и других промышленных источников.

Растущее предложение возобновляемых источников энергии заставляет некоторых химиков думать о способах получения углеродно-нейтрального топлива. В прошлом месяце в Дрездене, Германия, компания Sunfire завершила тестовый запуск высокотемпературного электролизного реактора, известного как твердооксидный топливный элемент, который обещает даже более высокую эффективность, чем электролизеры из PEM.Реактор находится в центре четырехступенчатой ​​испытательной установки, которая вырабатывает топливо из воды, CO ₂ и электроэнергии. Первая ступень завода размером с товарный вагон отделяет CO ₂ от воздуха, а затем подает CO ₂ в топливный элемент Sunfire. Он работает немного иначе, чем его аналоги из PEM: он использует электричество для разделения воды и CO ₂ на катоде, генерируя смесь CO, H ₂ и отрицательно заряженных атомов кислорода или оксидных ионов. Эти ионы проходят через проницаемую для кислорода твердую мембрану к аноду, где они отдают электроны и объединяются с образованием O ₂ .Смесь CO и H ₂ , известная как синтез-газ, затем перемещается в третий реактор, который собирает их в более сложные углеводороды. На четвертом этапе эти углеводороды объединяются с дополнительным количеством H ₂ и превращаются в смесь углеводородов в бензине, дизельном топливе и авиационном топливе. Поскольку установка работает при высоких температурах, реакции расщепления воды и CO ₂ преобразуют электрическую энергию в химические связи с эффективностью почти 80%, сообщает компания.

Sunfire теперь производит около 10 литров топлива в день.Компания уже расширяет масштабы технологии и планирует открыть свой первый коммерческий завод в Норвегии в следующем году. Установка будет частью более крупного завода, который будет использовать 20 мегаватт гидроэлектроэнергии для производства 8000 тонн транспортного топлива в год, чего достаточно для поставки 13000 автомобилей. Его метод позволит избежать производства 28 600 тонн CO ₂ ежегодно из ископаемого топлива.

Еще одно достижение может также повысить эффективность: использование промышленных отходов в качестве источника электронов, необходимых для отделения CO от CO ₂ .Образование кислорода на аноде с образованием электронов обычно настолько медленное, что 90% всей электрической энергии всего процесса идет на эту реакцию. В выпуске журнала Nature Energy от 22 апреля химик Пол Кенис из Университета штата Иллинойс в Урбане и его коллеги сообщили о добавлении в анод глицерина — прозрачной вязкой жидкости, которая является побочным продуктом производства биодизельного топлива, которая с большей готовностью отдает свои электроны. Таким образом, метод может снизить потребность в энергии для расщепления CO ₂ на 53%.И в качестве бонуса, когда глицерин теряет электроны, он производит комбинацию муравьиной кислоты и молочной кислоты, двух обычных промышленных соединений, используемых в качестве консервантов, а также в чистящих средствах и косметике. «Вы берете отходы и превращаете их во что-то ценное», — говорит Кенис.

Хотя простые промышленные химические вещества могут быть готовы к экологизации, прямой синтез наиболее сложных углеводородов с помощью электричества остается слишком неэффективным и дорогостоящим. Даже создание соединений, содержащих всего два атома углерода, таких как этилен и этанол, обычно улавливает только около 35% энергии, потребляемой в конечном соединении.С трехуглеродными соединениями и выше эффективность может упасть ниже 10%. Проблемы двоякие: во-первых, каждый раз, когда создаются новые связи, теряется некоторая энергия. А производство более сложных углеводородов неизбежно означает создание большего количества побочных продуктов. Такой результат вынуждает производителей отделять желаемый состав за дополнительную плату.

Но и здесь начинают помогать инновации, в том числе улучшенные катализаторы. Например, в онлайн-выпуске Joule от 21 августа Сарджент и его коллеги сообщают о создании устройства, в котором используется мембрана, покрытая медным катализатором, для преобразования CO ₂ и пара в смесь двухуглеродных соединений, включая этилен. и этанол с эффективностью 80%.Они достигли этой эффективности, прижимая один электрод непосредственно к мембране, тем самым устраняя заполненный жидкостью зазор, который истощал энергию и приводил к быстрой поломке устройства.

БЕНДЕТТО КРИСТОФАНИ / САЛЬЦМАНАРТ

Углеродные нанотрубки — это один из классов сложных молекул, которые легче создать с помощью электричества. Эти длинные, полые, похожие на соломинку молекулы, ценимые за их силу и электронные возможности, обычно создаются путем химического осаждения из паровой фазы: в нагретой кварцевой трубке кобальтовые и железные катализаторы удаляют атомы углерода из закачанного газа ацетилена и добавляют их в растущие нанотрубки. которые захватывают семена на металлических частицах.Этот процесс энергоемкий и дорогостоящий, обычно он стоит около 100000 долларов на производство 1 тонны нанотрубок. Но в 2015 году в статье Nano Letters Стюарт Лихт, химик из Университета Джорджа Вашингтона в Вашингтоне, округ Колумбия, и его коллеги сообщили о подходе к электролизу, который, по расчетам, стоит в одну сотую меньше.

Licht начинается с расплавленного карбоната лития с добавлением металлических катализаторов. Электрический ток отделяет атомы углерода от карбоната лития и добавляет тепло, которое поддерживает реакцию.Катализаторы собирают углерод и вставляют его в растущие нанотрубки. Барботирование CO ₂ в смесь затем регенерирует карбонат лития. Эффективность процесса составляет 97,5%. Поскольку он использует отходы CO ₂ , Лихт отмечает, что он отрицательный по количеству углерода: для производства каждой тонны углеродных нанотрубок требуется 4 тонны CO ₂ .

Затем нанотрубки могут быть смешаны с цементом для создания высокопрочного композита, который связывает углерод, предотвращая его окисление и возвращение в атмосферу.Трубы также можно смешивать с металлами, такими как алюминий, титан и нержавеющая сталь, для их усиления. C2CNT, компания, созданная Licht для коммерциализации технологии, является одним из 10 финалистов конкурса Carbon XPrize, который присудит 20 миллионов долларов за успешные технологии по превращению CO ₂ в продукты.

Насколько быстро огромные химические предприятия, расположенные в промышленных зонах мира, перейдут с ископаемого топлива на экологически чистую энергию, является предметом споров. Нейт Льюис, инженер-химик из Калифорнийского технологического института, говорит, что переход будет медленным.Он отмечает, что одним из основных препятствий является то, что возобновляемые источники энергии работают с перебоями, а это означает, что химические предприятия, использующие их, будут неэффективными. Экономисты фиксируют эту идею с помощью показателя, называемого коэффициентом мощности, — соотношением производительности завода с течением времени по сравнению с теоретически возможным. Химические заводы, работающие на ископаемом топливе, могут работать круглосуточно, хотя простои из-за технического обслуживания и других проблем обычно снижают их коэффициент мощности примерно до 60%. Но сами входы в электростанцию, работающую на возобновляемых источниках энергии, имеют низкие коэффициенты мощности: ветровая и гидроэнергетика обычно составляет чуть менее 50%, а солнечная энергия падает ниже 25% из-за ночных и пасмурных дней.«Ваша полная мощность используется только в течение нескольких часов в день», — говорит Гарри Этуотер, химик из Калифорнийского технологического института и глава Объединенного центра искусственного фотосинтеза, сотрудничества в области солнечного топлива между Калифорнийским технологическим институтом, Национальной лабораторией Лоуренса Беркли и другими учреждениями. В результате, отмечает Льюис, любой электростанции, работающей на возобновляемых источниках энергии, потребуется больше времени, чтобы получить прибыль, из-за чего инвесторы неохотно поддерживают такие проекты.

Установки, работающие на возобновляемых источниках энергии, могли бы оставаться в сети дольше, если бы они использовали несколько источников энергии или имели более стабильное энергоснабжение благодаря батареям или другой форме хранения энергии, отмечает Каммен.Но эти решения могут увеличить стоимость, говорит Льюис. «Мы все еще далеки» от получения большинства товарных химикатов с прибылью из возобновляемых источников энергии. Производство электроэнергии из возобновляемых источников в количестве, достаточном для перестройки химической промышленности, также является проблемой. Например, в анализе, опубликованном в выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 4 июня, исследователи пришли к выводу, что для работы мировой химической промышленности на возобновляемых источниках энергии потребуется более 18 петаватт-часов электроэнергии, или 18000 тераватт-часов, ежегодно. .Это 55% от общего мирового производства электроэнергии, ожидаемого из всех источников в 2030 году.

Возможно, наиболее вероятной перспективой для промышленной химии является постепенное «озеленение». Пока химики не найдут катализаторы, способные производить сложные углеводороды с высокой эффективностью, компании могут использовать возобновляемую электроэнергию для производства простых молекул, таких как H ₂ и CO, а затем прибегать к ископаемому топливу, чтобы стимулировать реакции, чтобы сшить их вместе в более сложные углеводороды. .

Но по мере того, как химики разрабатывают новые реакторы и находят все более привлекательные комбинации катализаторов — и по мере того, как возобновляемая энергия продолжает набирать обороты, — растения, производящие основные химические продукты, неизбежно станут больше похожими на зеленые сорта, полностью поддерживаемые солнцем, воздухом и воды.

Химия нефти 1: Что такое углеводороды?

Назначение

Познакомить студентов с органической химией и строением углеводородов.

Контекст

Этот урок является частью проекта «Энергия в мире высоких технологий», который исследует науку, лежащую в основе энергетики. Энергия в мире высоких технологий разрабатывается AAAS и финансируется Американским институтом нефти.Для получения дополнительных уроков, занятий и интерактивных материалов, которые ближе познакомятся с наукой, лежащей в основе энергетики, обязательно посетите страницу проекта «Энергия в мире высоких технологий».

Этот урок является первым из четырех уроков по химии нефти, предназначенных для старших классов химии 11 и 12 классов. Цель этих уроков — познакомить старшеклассников с использованием нефти в качестве источника энергии в современном мире высоких технологий. В химии нефти 1: что такое углеводороды? студенты будут изучать углеводороды, молекулярную основу нефти, и научатся различать органические и неорганические соединения.

В химии нефти 2: Что происходит при горении углеводородов? студенты будут изучать различные количества энергии, производимой при сгорании различных углеводородов.

По курсу «Химия нефти 3: Дистилляция углеводородов» студенты будут ознакомлены с процессами дистилляции и очистки, с помощью которых нефть перерабатывается для получения полезного жидкого топлива.

Химия нефти 4: Обработка углеводородов поможет студентам изучить процессы химической обработки, с помощью которых дистиллированные нефтяные фракции превращаются в полезное жидкое топливо.

Изучение органической химии, в частности углеводородов, — отличный способ для студентов узнать о структуре вещества. Как указывает Science for All Americans , физический мир, кажется, имеет потрясающе разнообразный набор материалов. Эти материалы сильно различаются по форме, плотности, гибкости, текстуре, прочности и цвету; в их способности испускать, поглощать, изгибать или отражать свет; в каком виде они принимают при разной температуре; в их ответах друг другу; и сотнями других способов.Тем не менее, несмотря на внешность, на самом деле все состоит из относительно небольшого количества видов базовых материалов, соединенных различными способами. Оказывается, сейчас известно о существовании около 100 таких материалов — химических элементов, и лишь некоторые из них распространены во Вселенной. Из этих химических элементов углерод — один из самых важных для жизни. ( Science for All Americans , p. 46.)

В процессе фотосинтеза растения собирают энергию солнечного света и используют ее для объединения углерода и водорода в высокоэнергетические соединения, называемые «углеводородами».«Углерод в форме углеводородов и других органических соединений передается от организма к организму через пищевую сеть и в конечном итоге перерабатывается деструкторами обратно в питательные вещества, используемые растениями. Некоторые основанные на углероде растения и животные, которые умерли миллионы лет назад в океанах, опустились на дно, где их углеводороды были погребены под осадками и грязью. Интенсивное давление и высокая температура (125–300 ° C) в течение миллионов лет на этих глубоко залегающих углеводородах привели к получению нефти, которая сегодня перерабатывается для производства множества углеродных топлив и материалов для использования человеком.

Эти уроки требуют от учащихся некоторых предварительных знаний об основах атомов. Например, студенты должны быть знакомы со структурой атома, а также с организацией электронов в оболочки. Понимание валентных электронов необходимо студентам, чтобы понять, почему атом углерода образует четыре ковалентные связи. Некоторую основную информацию об атомах можно найти на сайте The Atom.

Мотивация

Начните урок с того, что скажите студентам, что они начнут работать с разделом по органической химии; то есть они будут исследовать «органические» соединения.

Спросите студентов: Что вы думаете, когда слышите слово «органический»?

Запишите мысли студентов на доске. Вероятно, что некоторые из их мыслей будут вращаться вокруг методов ведения сельского хозяйства или методов ведения сельского хозяйства. По мере того, как учащиеся высказывают свои идеи, обратите внимание, как одно слово может означать разные вещи для разных людей.

Важно начать с этого задания, так как оно позволит вам определить неправильные представления учащихся о термине «органический.Это упражнение можно повторять в конце всех уроков, чтобы оценить понимание учащимися. В качестве альтернативы, первоначальные мысли студентов можно записать и повторно посетить в конце этого урока. Это позволит учащимся исправить свои заблуждения и со временем оценить собственное понимание темы.

Попросите учащихся использовать свои «Что такое углеводороды»? Электронная таблица для студентов, которую можно найти и прочитать Что такое органическая химия? и органическая химия: введение. Они должны ответить на вопросы из раздела Что такое углеводороды? студенческий лист.Вы можете найти ответы на вопросы в листе учителя.

После того, как они прочитают статью, обсудите, что такое изучение органической химии, убедившись, что учащиеся понимают, что сегодня термин «органический» имеет другое значение, когда он используется для обозначения продуктов питания, натуральных и синтетических продуктов.

• Мы знаем, что термин «органическое» означает для разных людей разное. Что означает «органическое» для химиков?
  (Это означает на основе углерода.)
• Чем органическое соединение отличается от неорганического соединения?
  (Органические соединения содержат углерод, а неорганические — нет.)
• Почему органическая химия важна для изучения живых организмов?
  (Это важно, потому что живые организмы основаны на углероде, что означает, что они состоят из органических соединений.)
• Какие примеры органических соединений приведены в статье?
  (Примеры включают нефть, пластмассы, витамины, сахар и бензин.)

Развитие

В качестве демонстрации нарисуйте или напишите химическую структуру глюкозы (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) и спросите учащихся:

• Это соединение — органическое или неорганическое?
  (Органический.)
• Откуда мы знаем?
  (Имеет карбон.)

Скажите студентам, что химическая структура на доске — это сахар, глюкоза. Повторите это действие для ряда различных обычных органических и неорганических соединений. Например:

• C ₅ H ₄ N ₄ O ₃ — мочевая кислота (органическая)
• H ₂ O — вода (неорганическая)
• C ₂₁ H ₂₂ N ₂ O ₂ — стрихнин (органический)
• C ₁₇ H ₁₉ NO ₃ — морфин (органический)
• NaCl — соль (неорганическая)
• C ₁₉ H ₂₈ O ₂ — тестостерон (органический)
• CH ₄ — метан (органический)

Задайте вопрос студентам:

• Представьте, что органические соединения, которые вы только что определили, были созданы в лаборатории ученым.Будет ли она, ученый, по-прежнему классифицировать их как органические соединения, даже если они не встречаются в природе?
  (Да)
• Почему она до сих пор считает их органическими, даже если они синтетические, созданные людьми?
  (Соединения содержат углерод, и это единственная характеристика, которая важна для классификации соединений как органических. Соединение классифицируется как органическое на основании того, что оно содержит углерод, а не в зависимости от того, является ли оно естественным или синтетическим.)

Обведите или укажите химическую формулу метана (CH ₄ ).Скажите студентам, что это конкретное органическое соединение имеет только два типа атомов — углерод и водород. Есть некоторые органические соединения, которые содержат только атомы углерода и атомы водорода. Эти соединения относятся к углеводородам. Просмотрите другие органические соединения, перечисленные на доске, уточняя, что соединения могут быть органическими, а не углеводородами. Напротив, все углеводороды являются органическими, потому что они содержат углерод. Это может помочь учащимся наметить или диаграмму взаимосвязи между неорганическими соединениями, органическими соединениями и углеводородами.

Изучите основы химии углерода со студентами. Могут быть заданы следующие вопросы:

• Сколько электронов у атома углерода?
  (Их шесть.)
• Сколько из этих шести электронов валентных?
  (Четыре валентных электрона.)
• Сколько еще электронов нужно углероду для завершения своей валентной оболочки?
  (Нужно еще четыре.)
• Сколько связей он может образовать с другими атомами?
  (Может составлять до четырех облигаций.)
• Сколько электронов у водорода?
  (Есть один.)
• Сколько еще электронов нужно водороду для завершения своей валентной оболочки?
  (Нужен еще один.)
• Сколько связей водород образует с другими атомами?
  (Создает одну связь.)

Раздайте учащимся большие зефиры (представляющие углерод), изюм (представляющие водород) и зубочистки (представляющие ковалентную связь). Попросите учащихся использовать эти предметы для визуализации структуры метана.Студенты должны иметь зефир с четырьмя зубочистками, каждая из которых связана с изюмом. Задайте вопрос студентам:

• Подсчитайте количество электронов, которое теперь имеет ваш зефирный углерод, поделившись с атомами водорода.
  (Имеет восемь электронов.)
• Завершена ли валентная оболочка?
  (Да)
• Подсчитайте количество электронов, которые теперь есть у каждого из водородов изюма, разделенных с углеродом.
  (У них два электрона.)
• Завершена ли валентная оболочка?
  (Да.)

Попросите двух студентов показать их метановые модели и подержите их рядом. Спросите студентов, как эти два соединения могут объединиться в одно. Попросите учащихся поработать с партнером над образованием этана. Попросите учащихся подсчитать количество общих электронов, которые у каждого из их атомов углерода и водорода, чтобы подтвердить, что у них есть соответствующее количество связей (например, что водород не имеет двух связей, что дает ему четыре общих электрона, а не два).

Задайте вопрос студентам:

• Какова химическая структура соединения этана, которое вы только что создали со своим партнером?
  (Это C ₂ H ₆ .)
• Это углеводород?
  (Да)
• Это органическое?
  (Да)

Напомните студентам, что углерод может образовывать двойные связи. Используя одну из этановых моделей ученика, добавьте вторую зубочистку между углями зефира. Попросите учащихся снова поработать в парах, чтобы реорганизовать свои модели так, чтобы атомы углерода и водорода имели правильное количество общих электронов. Студенты должны удалить водород изюма с каждого атома углерода. Скажите студентам, что состав этана изменился; теперь он имеет двойную связь, и его химическая структура изменилась.Задайте вопрос студентам:

• Какова химическая структура этого нового соединения?
  (Это C ₂ H ₄ .)
• Это все еще органический углеводород?
  (Да)
• Что мы сделали с молекулой этана?
  (Мы добавили двойную связь.)
• Если химическая формула соединения изменилась, остается ли это этан?
  (№)

Скажите студентам, что в органической химии есть способ давать названия углеводородам, чтобы мы знали, есть ли у них двойная или одинарная связь между любыми атомами углерода.Эта молекула — этен. Суффикс –ene указывает на двойную связь, тогда как суффикс –ane указывает на одинарную связь. В совокупности углеводороды с двойной связью между двумя атомами углерода называются алкенами, а углеводороды с одинарными связями между всеми атомами углерода называются алканами.

Дайте каждому ученику еще один зефир и попросите их приготовить «алкан» с тремя атомами углерода. После этого попросите их проверить свою модель с партнером. Задайте вопрос студентам:

• Почему мы знаем, что у вас есть алканы, а не алкены?
  (Между тремя атомами углерода есть только одинарные связи.)
• Какова химическая формула вашего соединения?
  (C ₃ H ₈ .)

Порекомендуйте учащимся ознакомиться с таблицей префиксов углеводородов, найденной в «Органической химии: введение». Попросите учащихся назвать свое соединение на основе таблицы. Студенты должны определить, что их модели представляют собой пропан. Попросите студентов взять пропан и превратить его в пропен. Затем попросите учащихся создать тройную связь между двумя атомами углерода и соответствующим образом изменить свои модели.Скажите студентам, что это не пропан и не пропен; скорее это пропин. Суффикс –yne указывает на тройную связь между двумя атомами углерода углеводорода.

Просмотрите таблицу префиксов со студентами, убедившись, что студенты могут правильно произносить каждое имя как алкан, алкен и алкин. Задайте вопрос студентам:

• Слышали ли вы о некоторых из этих углеводородов раньше?
  (Ответы могут быть разными, но распространенными углеводородами являются пропан, бутан и метан.)
• Возможно ли объединить более десяти атомов углерода в один углеводород?
  (Да.)

Оценка

Используя зефир, изюм и зубочистки, попросите учащихся построить эти углеводороды:

1. этан
2. Бутыне (ученики должны быть двух типов)
3. Гексан
4. Гептен (у студентов должно быть три типа)

Спросите студентов, почему химики-органики говорят, что существует почти бесконечное количество различных углеводородов. Студенты должны указать, что атомы углерода могут быть связаны друг с другом непрерывно, образуя длинные цепи.Они также могут содержать двойные и тройные связи в различных местах. По мере увеличения размера углеводорода количество возможных двойных и тройных связей растет. Чтобы подчеркнуть это, попросите учащихся приготовить соединение октина, которое также содержит одну двойную связь. Студенты должны понимать, что соединение может иметь более одной двойной или тройной связи в разных местах.

Задайте вопрос студентам:

• Представьте, что мы соединили все атомы углерода алтея в одну длинную цепочку одинарными связями.Будет ли это хрупкая или прочная конструкция?
  (Было бы ненадежно.)
• Почему?
  (Одинарные связи могут легко порваться.)
• Как мы могли сделать эту структуру действительно прочной, не удаляя углерод?
  (Мы могли бы сделать его действительно сильным, добавив двойные и тройные связи в как можно большем количестве мест.)
• Углеводороды, содержащие до 18 атомов углерода, обычно жидкие, а углеводороды, содержащие более 18 атомов углерода, обычно твердые. Как вы думаете, почему это так?
  (Более мелкие углеводороды будут иметь меньше двойных и тройных связей и, следовательно, меньшую жесткость, чем более крупные углеводороды, которые содержат двойные и тройные связи для стабилизации своей структуры.)

Расширения

После этого урока прочтите следующие три урока из серии «Химия нефти»:

Предложите учащимся работать в группах, чтобы исследовать использование одного алкана в прошлом и в настоящее время. Хорошей отправной точкой для студентов, чтобы начать свои исследования, является Краткое изложение свойств и использования углеводородов.

Присутствие углеводородов на других планетах — верный признак возможности существования жизни. Предложите студентам прочитать статью 2007 года об открытии углеводородов на Луне Сатурна, Гиперионе, под названием «Углеводороды, необходимые для жизни», обнаруженные на Луне Сатурна Гиперион.

Отправьте нам отзыв об этом уроке>

Какие четыре основных типа углеводородов? Petro Online

Углеводороды — это встречающиеся в природе органические молекулы в нашей окружающей среде, которые можно собирать и сжигать для получения энергии. Как следует из названия, углеводороды состоят всего из двух элементов: водорода и углерода. Как правило, атомы углерода окружены атомами водорода, чтобы создать структуру молекулы. Существует четыре основных типа углеводородов, которые классифицируются как алканы, алкены, алкины и ароматические углеводороды.

Алканы

Алканы — простейшие углеводороды, содержащие одинарные связи двух элементов. Они считаются настоящими углеводородами, поскольку в них нет других элементов. Алканы определяются молекулярной формулой: Cnh3n + 2, где C представляет собой углерод, H означает водород, а n означает количество атомов углерода.

Три наиболее распространенных и наименее сложных алкана — это метан (Ch5), этан (C2H6) и пропан (C3H8). Как и все другие углеводороды, алканы являются отличным источником топлива, но при сгорании могут нанести вред окружающей среде.Мониторинг метана особенно важен, учитывая огромный потенциал глобального потепления (ПГП) этого газа.

Алкенес

Как и алканы, алкены также являются настоящими углеводородами, не содержащими других элементов в своем составе. По определению, алкены содержат по крайней мере один атом углерода на каждую двойную углеродную связь в их цепи. Алкены определяются молекулярной формулой: Cnh3n, где C представляет собой углерод, H означает водород, а n означает количество атомов углерода.

Наиболее распространенными и наименее сложными алкенами являются этен (C2h5) и пропен (C3H6).Двойная связь — это то, что отличает алкен от алкана, и его точное положение в молекулярной цепи может создавать различные связывающие структуры.

Алкины

Опять же, алкены — это настоящие углеводороды, которые содержат только водород и углерод. Однако они отличаются от алканов и алкенов тем, что содержат тройную связь между двумя атомами углерода. Алкины определяются молекулярной формулой Ch3n-2, где C представляет собой углерод, H означает водород, а n означает количество атомов углерода.

Три наиболее распространенных и наименее сложных алкина — это этин (C2h3), пропин (C3h5) и бутин (C4H6). Все алкины содержат суффикс -ин, что означает, что их можно легко идентифицировать по сравнению с другими типами углеводородов.

Углеводороды ароматические

Ароматические углеводороды также являются настоящими углеводородами, содержащими только водород и углерод. Они более сложны, чем другие типы углеводородов, упомянутые выше, и могут иметь различную структуру. Их называют ароматическими из-за того, что они имеют тенденцию к сильному запаху.

Наиболее распространенным и наименее сложным ароматическим соединением является бензол (C6H6). Бензол (и многие другие ароматические углеводороды) содержатся в таких источниках топлива, как бензин, дизельное топливо и керосин. Концентрация ароматических соединений в источнике топлива может быть увеличена для увеличения его октанового числа, что увеличивает способность топлива противодействовать детонации.

9 и 10 классы | Химия | Средняя школа | Химия

Эта викторина по химии называется «Химия — углеводороды и топливо» и написана учителями, чтобы помочь вам, если вы изучаете этот предмет в средней школе.Обучающие викторины — это удобный способ узнать, учитесь ли вы в 9-м или 10-м классе — в возрасте от 14 до 16 лет.

Игра в эту викторину стоит всего 12,50 долларов в месяц и более 3500 других, которые помогут вам с вашим школьное задание. Вы можете подписаться на странице «Присоединяйтесь к нам»

В старших классах естествознания изучается одна тема — сырая нефть и другие виды топлива. В этой викторине конкретно рассматриваются углеводороды — соединения углерода и водорода в сырой нефти.

Большинство соединений, содержащихся в сырой нефти, представляют собой углеводороды.Они так называются, потому что содержат только атомы водорода и углерода, которые соединены ковалентными химическими связями. Есть разные семейства углеводородов, каждое из которых содержит множество родственных химикатов. Большинство из них в сырой нефти принадлежат к семейству алканов.

Алканы — это насыщенные углеводороды с одним или несколькими атомами углерода. Там, где имеется более одного атома углерода, они соединяются в цепочки, например, бутан. Бутан имеет четыре атома углерода в цепи. К атомам углерода в конце каждой цепи присоединены три атома водорода, а к атомам в середине цепи — только два.Насыщенный означает, что их атомы углерода соединены друг с другом только одинарными связями. Это делает их относительно инертными, за исключением их реакции с кислородом в воздухе, которую мы называем горением или горением.

Углеводородные соединения имеют разную температуру кипения и могут быть твердыми, жидкими или газообразными при комнатной температуре:

• Небольшие углеводороды, содержащие всего несколько атомов углерода, имеют низкие температуры плавления и кипения и, следовательно, являются газами при комнатной температуре.
• Углеводороды, содержащие от пяти до примерно 18 атомов углерода, имеют умеренную температуру плавления, а точки кипения обычно являются жидкостями при комнатной температуре.
• Крупные углеводороды с большим количеством атомов углерода имеют высокие температуры плавления и кипения и являются твердыми веществами.

  No related posts.