Сторінки 157–165

Розв’язання

1. Аналізуємо склад нафти: це суміш сотень різних органічних сполук.

2. Визначаємо, що основну частку становлять насичені вуглеводні (алкани).

3. Записуємо діапазон кількості атомів Карбону у молекулах цих вуглеводнів: від 1 до 40.

Розв’язання

1. Проаналізуй переклад грецьких слів: pyr — вогонь, lysis — розкладання. Отже, піроліз означає «розкладання вогнем».

2. Пригадай визначення крекінгу з параграфа 20.4 (с. 162): це термічне розщеплення молекул при нагріванні до $500{}^{\circ }\text{C}$ без доступу повітря.

3. Порівняй умови: обидва процеси відбуваються за високої температури в умовах відсутності кисню, що призводить до розкладання (піролізу) великих молекул на менші.

Розв’язання

1. Сирою нафту нагрівають у донній частині ректифікаційної колоні до високої температури, що призводить до її кипіння та переходу в парову фазу.

2. Пар піднімається вгору по колоні, охолоджується і конденсується на різних рівнях (тарілках), утворюючи окремі фракції залежно від температури їхнього кипіння: газова, бензин, гас, газойль, мазут та важкі залишки.

3. Фракції з найвищою температурою кипіння (важкий мазут) переганяють за зниженого тиску, щоб уникнути їхнього розкладання при високих температурах.

Розв’язання

1. Для прикладу візьмемо поліетилен — твердий пластик, який виробляють із етену, отриманого з нафтопродуктів.

2. Властивості: поліетилен міцний, водонепроникний, стійкий до хімічних реагентів і має низьку температуру плавлення.

3. Застосування: виготовлення пакетів, плівки, ємностей, трубок та ізоляційних матеріалів.

4. Можливість заміни: поліетилен можна синтезувати з біомаси (наприклад, з кукурудзи), але це дорожче; жити без пластику сьогодні неможливо через його універсальність, хоча шукати екологічні альтернативи.

Розв’язання

1. Східний регіон (Донецький басейн): охоплює Сумську, Полтавську, Чернігівську та Харківську області; це один із найстаріших і найбільш розроблених районів, де видобуток часто здійснюється на значних глибинах.

2. Західний регіон (Прикарпатський басейн): включає Львівську та Івано-Франківську області; відомий великими запасами нафти, хоча частка видобутку зменшується через виснаження родовищ.

3. Південний регіон (Причорноморський басейн): включає шельфи Азовського та Чорного морів; це перспективний район для пошуку нових родовищ, хоча видобуток ускладнюється складними геологічними умовами.

Розв’язання

1. Записуємо загальний вигляд реакції розщеплення: $C_{20}{H}_{42}\to C_{10}{H}_x+C_{10}{H}_y$.

2. Знаходимо суму атомів водню в продуктах: $x+y=42$. Оскільки молекули розщеплюються на алкени (ненасичені) та алкани (насичені), припустимо, що один продукт має формулу алкану ($C_n{H}_{2n+2}$), а інший — алкену ($C_m{H}_{2m}$).

3. Перевіряємо варіанти розщеплення: якщо $x=10$, то $y=32$ (це не підходить для вуглеводню з 10 атомами C, оскільки максимум водню — 22). Спробуємо інше співвідношення. Якщо один продукт має менше водню (алкен), а другий більше (алкан). Наприклад: $C_{20}{H}_{42}\to C_{10}{H}_{20}+C_{10}{H}_{22}$. Перевірка: $20+22=42$. Це правильний баланс.

Розв’язання

1. Ректифікація — це фізичний метод розділення суміші, який ґрунтується на різній температурі кипіння компонентів; молекули при цьому не змінюються.

2. Крекінг — це хімічна реакція розщеплення (піролізу) довгих вуглеводневих ланцюгів на коротші за високої температури та тиску; формула речовини змінюється.

Розв’язання

1. При перегонці сира нафта розділяється на багато фракцій: газ, бензин, лігроїн, гас, газойль, мазут, бітум тощо.

2. Фракція «бензин» займає вузький діапазон температур (20–180 °С) і складається лише з вуглеводнів масою 5–10 атомів Карбону.

3. Решта нафти (більшість її об'єму) становлять легші гази та важкі фракції (газойль, мазут), які не є бензином і потребують подальшої хімічної переробки (крекінгу), щоб перетворитися на бензин.

Розв’язання

1. Записуємо невідповідне рівняння: $C_8{H}_{18}+O_2\to C{O}_2+H_{2}O$.

2. Балансуємо атоми Карбону: у лівій частині 8 атомів, отже праву множимо на 8 ($8C{O}_2$).

3. Балансуємо атоми Водню: у лівій частині 18 атомів, отже праву множимо на 9 ($9H_{2}O$).

4. Балансуємо атоми Кисню: справа $8\times 2+9\times 1=25$ атомів. Зліва треба 25, тому коефіцієнт перед $O_2$ дорівнює $12,5$. Щоб отримати цілі числа, множимо все рівняння на 2.

Розв’язання

1. Карбон(II) оксид ($CO$) утворюється при неповному згорянні палива через недостатній надлишок кисню або погане перемішування суміші: $2C+O_2\to 2CO$.

2. Нітроген(IV) оксид ($N{O}_2$) утворюється внаслідок реакції між азотом та киснем повітря при високих температурах, що виникають під час згоряння: $N_2+2O_2\to 2N{O}_2$.

Розв’язання

1. У країнах із холодним кліматом використовують бензин з легшими фракціями (меншою молекулярною масою), оскільки вони менш леткі, що запобігає утворенню конденсату та замерзанню двигуна взимку.

2. У країнах із теплим кліматом використовують бензин з важчими фракціями (більшою молекулярною масою), щоб зменшити випаровування летких компонентів, що знижує втрати палива та забруднення повітря.

Розв’язання

1. Розкрийте суть вислову: оскільки запаси нафти обмежені і вона утворюється надзвичайно повільно, її спалювання як палива є марною витратою цінного ресурсу, який краще використовувати для створення матеріалів (пластмас, ліків).

2. Сформулюйте власну думку: згоден, що потрібно обмежувати використання нафти як пального, оскільки це призводить до швидкого виснаження запасів та забруднення довкілля.

3. Наведіть аргументи «за» перехід на альтернативи: відновлювані джерела енергії (сонце, вітер) не виснажуються, їх використання безпечніше для клімату та здоров'я людей.

4. Наведіть аргументи «проти» (перешкоди): альтернативні джерела поки що дорожчі, технології виробництва енергозберігаючих пристроїв ще удосконалюються, а повний перехід займе багато часу.

Розв’язання

1. Опишіть основні етапи шляху нафти, показані на малюнку (видобуток $\to$ транспортування $\to$ переробка $\to$ розподіл).

2. Відповідьте на питання про шкоду розливу в холодних водах (низька температура уповільнює розчинення токсинів, але збільшує тривалість контакту з організмами; також морські організми менш адаптовані).

3. Поясніть вплив тиску та температури на швидкість випаровування легких фракцій (вища температура $\to$ вища швидкість випаровування; знижений тиск сприяє кипінню при нижчих температурах).

4. Перелічіть природні чинники, що впливають на розповсюдження плями (вітри визначають напрямок, течії — швидкість і траєкторію, хвилі — змішують плівку, солоність може змінювати густину води).

5. Поясніть, як густина та нерозчинність нафти призводять до забруднення ґрунтових вод (нафта не розчиняється у воді, створює плівку, що перешкоджає газообміну, і може просочуватися в грунт).

6. Обґрунтуйте раціональне використання нафти для матеріалів замість палива (при спалюванні виділяється $C{O}_2$, що порушує колообіг Карбону; перетворення на матеріали зберігає вуглець у твердій формі).

7. Поясніть вплив температури повітря на випаровування бензину (вища температура $\to$ більше випаровування, що підвищує ризик пожежі та забруднення повітря).

8. Порівняйте ризики транспортування танкерами (ризик аварійного розливу великої кількості) та трубопроводами (ризик витоків у місцях корозії або землетрусів, але менші обсяги при аварії).