Ситуационные задачи Природные источники углеводородов и их применение Задача 1. Ситуация: Ваша семья решила перейти на использование природного газа для отопления дома. Природный газ в основном состоит из метана (CH₄). ВОПРОСЫ: Какова молекулярная масса метана? Если ваш дом потребляет 500 м³ природного газа в месяц, сколько граммов метана это составляет? (Принимаем, что 1 м³ метана весит примерно 0,717 кг.) Какое количество углерода (C) содержится в этой массе метана? Задача 2. Ситуация: На нефтяной вышке была добыта нефть, содержащая 85% углеводородов, 10% воды и 5% других веществ. ВОПРОСЫ: Если из вышки было добыто 1000 кг нефти, сколько килограммов углеводородов содержится в этой нефти? Какое количество воды содержится в этой нефти? Какое общее количество других веществ присутствует в нефти? Задача 3. Ситуация: Ваша школа проводит эксперимент по изучению свойств различных углеводородов. Учащиеся исследуют бензин (C₈H₁₈) и его применение в двигателях внутреннего сгорания. ВОПРОСЫ: Какова молекулярная масса бензина (октана)? Если в двигателе сгорает 2 литра бензина, сколько граммов углерода выделяется при этом? (Плотность бензина ≈ 0,74 кг/л.) Какое количество энергии выделяется при сгорании одного литра бензина? (Принимаем, что при сгорании одного литра бензина выделяется около 31 МДж.) Ситуационные задачи Природные источники углеводородов и их применение Задача 4. Ситуация: Исследуя альтернативные источники энергии, ваша группа изучает биомассу, которая может быть преобразована в биотопливо. ВОПРОСЫ: Если из 1000 кг биомассы можно получить 300 кг биодизеля, какая массовая доля превращения биомассы в биодизель? Если ваш дом потребляет 500 м³ природного газа в месяц, сколько граммов метана это составляет? (Принимаем, что 1 м³ метана весит примерно 0,717 кг.) Если биодизель будет использоваться для работы генератора с КПД 30%, сколько полезной энергии можно получить? Задача 5. Ситуация: В результате утечки нефти в океан произошло загрязнение водоема. ВОПРОСЫ: Если утечка составила 5000 литров нефти, сколько килограммов нефти это составляет? (Плотность нефти ≈ 0,85 кг/л.) Какова общая масса углеводородов в этом количестве нефти, если известно, что нефть содержит около 85% углеводородов? молекулярная масса бензина (октана)? Какие меры можноКакова предпринять для очистки загрязненного водоема? Задача 6. Ситуация: На нефтеперерабатывающем заводе происходит дистилляция сырой нефти. В процессе выделяются разные фракции: газ, бензин, керосин, дизельное топливо и мазут. ВОПРОС: Объясните, как происходит процесс дистилляции и какие факторы влияют на разделение фракций. Какова температура кипения для каждой из указанных фракций? Ответы: Задача 1. Решение: 1. Молекулярная масса метана (C: 12 г/моль, H: 1 г/моль) = 12 + (4 × 1) = 16 г/ моль. 2. Масса метана = 500 м³ × 0,717 кг/м³ = 358,5 кг = 358500 г. 3. Количество углерода в метане = (масса метана / молекулярная масса метана) × количество углерода в формуле CH₄ = (358500 г / 16 г/моль) × 1 = 22343,75 моль C. Масса углерода = 22343,75 моль × 12 г/моль = 268125 г. Задача 2. Решение: 1. Масса углеводородов = 1000 кг × 0,85 = 850 кг. 2. Масса воды = 1000 кг × 0,10 = 100 кг. 3. Масса других веществ = 1000 кг × 0,05 = 50 кг. Задача 3. Решение: 1. Молекулярная масса октана (C: 12 г/моль, H: 1 г/моль) = (8 × 12) + (18 × 1) = 114 г/моль. 2. Масса бензина = 2 л × 0,74 кг/л = 1,48 кг = 1480 г. Количество моль бензина = 1480 г / 114 г/моль ≈ 12,98 моль. Масса углерода = количество моль бензина × количество углерода в формуле C₈H₁₈ = 12,98 моль × 8 ≈ 103,84 моль C. Масса углерода = 103,84 моль × 12 г/моль ≈ 1246,08 г. 3. Энергия при сгорании двух литров бензина = 2 л × 31 МДж/л = 62 МДж. Задача 4. Решение: 1. Массовая доля превращения = (масса биодизеля / масса биомассы) × 100% = (300 кг / 1000 кг) × 100% = 30%. 2. Общая энергия из биодизеля = масса биодизеля × энергия на килограмм = 300 кг × 37 МДж/кг = 11100 МДж. 3. Полезная энергия = общая энергия × КПД = 11100 МДж × 0,30 = 3330 МДж. Задача 5. Решение: 1. Масса нефти = объем нефти × плотность нефти = 5000 л × 0,85 кг/л = 4250 кг. 2. Масса углеводородов = масса нефти × содержание углеводородов = 4250 кг × 0,85 = 3612,5 кг. 3. Меры по очистке могут включать использование сорбентов для поглощения нефти, механическое удаление нефти с поверхности воды и применение химических реагентов для разложения углеводородов. Задача 6. Решение: Процесс дистилляции основан на различии температур кипения компонентов. Сырая нефть нагревается в колонне, и при достижении определенной температуры пары поднимаются вверх. Более легкие фракции, такие как газ и бензин, испаряются при более низких температурах (до 200°C), в то время как более тяжелые фракции, такие как дизельное топливо и мазут, требуют более высоких температур (200-400°C).
