Giải Hóa 11 - Bài 33: Nguồn hiđrocacbon thiên nhiên
BÀI 33. NGUỒN HIĐROCACBON THIÊN NHIÊN A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ I. Dầu mỏ Dầu mỏ là sản phẩm của sự phân hủy chậm nhiều xác động vật và thực vật bị vùi sâu dưới đất. Túi dầu có thể gồm 3 lớp: trên cùng là lớp khí dầu mỏ, có áp xuất cao có khi tới 200 atm; lớp giữa là dầu và lớp dưới cùng là nước và cặn. Thành phần Dầu mỏ chứa hàng trăm chất khác nhau chủ yếu là hiđrocacbon no, vòng no và thơm. Tỉ lệ hiđrocacbon này thay đổi tùy từng khu vực. Dầu mỏ là chất lỏng sánh, đặc, nâu sẫm có mùi đặc trưng, không tan trong nước, tan trong dung môi hữư cơ, nhẹ hơn nước (d = 0,71 -> 0,94). Khai thác Muốn khai thác dầu mỏ, người ta khoan những lỗ khoan gọi là giếng dầu. Khi khoan trúng lớp dầu lỏng, dầu sẽ tự phun lên do áp xuất cao của khí dầu mỏ. Khi lượng dầu giảm thì áp xuất cũng giảm, người ta phải dùng bơm hút dầu lên hoặc bơm nước xuống đẩy dầu lên. Sản phẩm chế biến của dầu mỏ a) Chứng cất phân đoạn ở 40°C đến 200°C: thu et-xăng nhẹ (C5 -> C11) làm dung môi, nhiên liệu. ở 1200C đến 2400C: thu et-xăng nhẹ (C8 -> c14) làm dung môi, nhiên liệu. ở 150°C đến 310°C: thu dầu thắp (C12 -> C18) làm nhiên liệu thắp sáng. ở 300°C: thu dầu nặng làm nhiên liệu động cơ diezen. ở nhiệt độ cao hơn: thu dầu cặn (mazut) đem chưng cất chân không ta được các sản phẩm: Dầu nhờn để bôi trơn máy. Vazo’lin: (dùng trong y học, ngành mỹ phẩm). Paraíìn: làm nến. Hắc ín: để làm nhựa trải đường. b} Chế biến hóa học Crackinh là quá trình “bể gãy” phân tử hiđrocacbon mạch dài thành các phân tử hiđrocacbon mạch ngắn hơn nhờ tác dụng của nhiệt hoặc của xúc tác và nhiệt. GIÃI BÀI TẬP HÓA HỌC 11 - cơ BẢN 1 05 Ví dụ: C4H10 -CScnh > C2H4 + C2H6 C4H10 600°c > C3H6 + CH4 Rifominh là quá trình dùng xúc tác và nhiệt độ hiến đổi cấu trúc của hiđrocacbon từ không phân nhánh thành phân nhánh (dồng phân hóa), từ không thơm thành thơm. Khí thiên nhiên và khí (lầu mỏ Khí thiên nhiên có nhiều trong các mỏ khí, tại đó khí tích tụ trong các lớp đất đá xốp ở những độ sâu khác nhau và được bao bọc bởi các lớp đất đá không thấm nước và khí, chẳng hạn như đất sét. Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là metan, có thế’ chiếm tới 95% thế’ tích. Khí dầu mỏ (còn được gọi là khí đồng hành vì nó thoát ra củng với dầu mỏ) có trong các mỏ dầu. Thành phần của khí mỏ dầu giông như khí thiên nhiên, nhưng hàm lượng metan thấp hơn (chi chiếm khoảng 50 - 70% thể tích). Than mỏ Than mỏ là một trong các loại nhiên liệu và nguyên liệu quan trong. Than mỏ là phần còn lại của cây cỏ cố đại đã bị biến hóa. Có ba loại than chính: than gầy, than mỡ và than nâu. Khí lò cốc là hỗn hợp của các chất dễ cháy. Nhựa than đá là chất lỏng, có chứa nhiều hiđrocacbon thơm và phenol. Từ nhựa than đá người ta đã tách được nhiều chất có giá trị như benzen, toluen, phenol, naphtalen,... còn lại là hắc ín. B. HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA TRANG 169 Câu 1. Dầu mỏ là một hỗn hợp lỏng, sánh, màu sẫm, có mùi đặc trưng, nhẹ hơn nước và không tan trong nước. Dầu mỏ khai thác được từ các mỏ dầu dưới lòng đất (trong lục địa cũng như ngoài thềm lục địa). Dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp gồm hàng trăm hiđrocacbon thuộc các loại ankan, xicloankan, aren (hiđrocacbon thơm). Ngoài hiđrocacbon ra, trong dầu mỏ còn có một lượng nhỏ các chất hữu cơ chứa oxi, nitơ, lưu huỳnh và vết các chát vô cơ. Dầu ở các mỏ khác nhau thường có thành phần các loại hiđrocacbon và các tạp chất rất khác nhau nhưng về thành phần nguyên tố thì thường như sau: 83-87%C; 11-14%H; 0,01-7%S; 0,01-7%O; 0,01-2%N; các kim loại nặng vào khoảng phần triệu đến phần vạn. Câu 2. Các hựp phần Khoảng % thể tích Khí mỏ dầu Khí thiên nhiên Metan 50 4- 70 70 4- 95 Etan ~ 20 2 4-8 Propan ~ 11 ~ 2 Butan ~ 4 ~ 1 Pentan (khí) ~ 2 ~ 1 N2, H2i H2S, He, co2 ~ 12 4 4-20 Khí mỏ dầu còn gọi là khí đồng hành. Khí mỏ dầu có trong các mỏ dầu. Khí thiền nhiên là khí chứa trong các mỏ khí riêng biệt. Thành phần của khí mỏ dầu và khí thiên nhiên ở các mỏ khúc nhau dao động như các số liệu ở bảng trển. Khí lò cốc là hỗn hợp của các chất dễ cháy. Thành phần của khí. lò cốc phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu. Câu 3. Dầu khai thác từ mỏ lên gọi là dầu thô. Dầu thô sau khi sơ chế loại bỏ nước, muối, được chưng cất ở áp suất thường trong các tháp chưng cất phân đoạn liên tục cao vài chục mét (hình 7.5 SGK Hóa 10, trang 165). Nhờ vậy người ta tách được những phân đoạn dầu có nhiệt độ sôi khác nhau. Các phân đoạn đó được đưa đi sử dụng hoặc chế biến tiếp. Các sản phẩm chưng cất dầu mỏ ở áp suất thường. Nhiệt độ sôi Số nguyên tử c trong phân tử Hướng xử lí tiếp theo < 180°C 1 ~ 10 Phân đoạn khí và xăng Chưng cất áp suất cao, tách phân đoạn Cj-Ci, C3-C4 khỏi phân đoạn lỏng (C5-C10) 170 - 270°C 10 - 16 Phân đoạn dầu hỏa Tách tạp chất chứa s, dùng làm nhiên liệu phản lực, nhiên liệu thắp sáng, đun nâu... 250 - 350°C 16 - 21 Phần đoạn dầu diezen Tách tạp chất chứa s, dùng làm nhiên liệu cho động cơ diezen. 350 - 400°C 21 - 30 Phần đoạn dầu nhờn Sản xuất dầu nhờn, làm nguyên liệu cho crăckinh. > 400°C > 30 (Cặn mazut) Chưng cất áp suất thâ'p lấy nguyên liệu cho crăckinh, dầu nhờn, paraffin, nhựa rải đường. Trong các loại than mỏ (than gầy, than mỡ, than nâu,...) hiện nay chỉ có than mỡ được dùng để chế biến than cốc và cung cấp một lượng nhỏ hiđrocacbon. Than gầy chủ yếu dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện, xi măng, v.v... Câu 4. Nhiệt lượng cần để đun nóng 100 lít nước từ 20°C lên 100°C là: 4,18 X (100-20) X 105 = 33440000 (J) = 33440 (kJ) Gọi số mol khí thiên nhiên là X (mol), => nCH = 0,85x (mol), nC)Hr = o,lx (mol). Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy metan là: 880 X 0,85x = 748x (kJ). Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy etan là: 1560 X o,lx = 156x (kJ). => 748x + 156x = 33440 => x«36,991 (mol). Vậy thể tích khí thiên nhiên cần dùng: 36,991 X 22,4 « 828,6 (lít). 828,6 (lít) khí thiên nhiên có 0,85x mol CH4 và o,lx (mol) C2H6. 106 (lít) khí thiên nhiên có a mol CH4 và b (mol) C2H6. Suy ra: a = '— ~ 37946,4 (mol). 828,6 và b = — ' ~ ' = 4464,3 (mol). 828,6 Sơ đồ phản ứng: 2CH4 > C2H2 > CH2=CHC1 (mol) 2 1 (mol) 37946,4 18973,2 C2H6 > C2H2 > CH2=CHC1 (mol) 1 1 (mol) 4464,3 4464,3 Số mol vinyl clorua thực tế là: (18973,2 + 4464,3) X 0,65 = 15234,4 (mol). Khối lượng vinyl clorua thực tế thu được là: 15234,4 X 62,5 = 952,15.103 (gam) = 952,15 (kg).