Giải bài tập SGK Hóa 11 Bài 37: Nguồn hiđrocacbon thiên nhiên

Hãy cho biết thành phần dầu mỏ. Tại sao dầu mỏ không có nhiệt độ sôi nhất định? có thể biểu thị thành phần của dầu mỏ bằng một công thức phân tử nhất định được không? Tại sao?

Phương pháp giải

Xem lại lý thuyết về nguồn hidrocacbon thiên nhiên

Hướng dẫn giải

- Thành phần dầu mỏ: là hỗn hợp của rất nhiều các hiđrocacbon khác nhau, thành phần cơ bản gồm các loại ankan, xicloankan, aren ngoài ra còn 1 só lượng nhỏ các chất hữu cơ chứa oxi, nito, lưu huỳnh và vết các chất hữu cơ.

- Lý do dầu mỏ không có nhiệt độ sôi nhất định vì 

Một cách chính xác thì dầu mỏ là hỗn hợp của các hiđrocacbon, là hợp chất của hiđro và cacbon. Nên nó không có nhiệt độ sôi nhất định.

Trong điều kiện thông thường, bốn ankan nhẹ nhất - CH₄ (metan), C₂H₆ (etan), C₃H₈ (propan) và C₄H₁₀ (butan) - ở dạng khí, sôi ở nhiệt độ - 161.6 °C, - 88.6 °C, - 42 °C, và - 0.5 °C tương ứng (- 258.9°, --127.5°, --43.6°, và --31.1 °F).

- Dầu mỏ không có công thức nhất định cũng vì lý do trên.

Thành phần chính của dầu mỏ là metan , etan , butan , và propan .Còn có rất nhiều các chất khác nhưng tỷ lệ 4 chất này là nhiều nhất.

Khí thiên nhiên, khí dầu mỏ, khí lò cốc là gì? Nêu thành phần chính của mỗi loại khí này và ứng dụng của nó.

Phương pháp giải

Xem lại lý thuyết về nguồn hidrocacbon thiên nhiên

Hướng dẫn giải

- Khí thiên nhiên có trong các mỏ khí riêng biệt, khí dầu mỏ có trong các mỏ dầu.

- Thành phần gồm: metan (trong khí thiên nhiên metan chiếm từ 75-95%), etan, propan, butan, pentan và một số khí vô cơ khác ( như nito, hidro,hidrosunfua,...)

- Khí lò cốc: là hỗn hợp các chất dễ cháy. thành phần phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu nhưng hàm lượng trung bình các chất theo thành phần phần trăm thể tích.( tham khảo sgk trang 168)

- Ứng dụng:làm nhiên liệu cho các nhà mấy nhiệt điện. 

Trình bày tóm tắt quy trình chưng cất dầu mỏ, các phân đoạn và ứng dụng của chúng. Có mấy loại than chính? Thành phần và cách chế biến chúng.

Phương pháp giải

Xem lại lý thuyết về nguồn hidrocacbon thiên nhiên, quy trình sản xuất dầu mỏ, các sơ đồ điều chế, chưng cất...

Hướng dẫn giải

Sơ đồ quy trình chưng cất dầu mỏ:

- Phân đoạn và ứng dụng:

+ 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. 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 được chế biến tiếp.

+ Các sản phẩm chưng cất dầu mỏ ở áp suất thường:

Trong các loại than mỏ (than gầy, than béo, than bùn,…) hiện nay chỉ có than béo (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, vv…

Một loại khí thiên nhiên có thành phần phần trăm về thể tích các khí như sau: 85% metan; 10,0% etan; 2,0% nitơ và 3,0% cacbon đioxit.

a) Tính thể tích khí (đo ở điều kiện tiêu chuẩn) cần để đun nóng 100,0 lít nước từ 20,0^oC lên 100^oC, biết nhiệt lượng tỏa ra khi đốt 1 mol metan, 1 mol etan lần lượt bằng: 880,0 kJ; 1560,0 kJ và để nâng 1 ml nước lên 1⁰ cần 4,18 J.

b) Nếu chuyển được toàn bộ hiđrocacbon trong 1,000.10³ m³ khí trên (đktc) thành axetilen, sau đó thành vinyl clorua với hiệu suất toàn bộ quá trình bằng 65,0% thì sẽ thu được bao nhiêu kilogram vinyl clorua? 

Phương pháp giải

a) Nhiệt lượng cần để để đun nóng 100 lít nước từ 20^oC lên 100^oC

[4,18x(100 – 20).10⁵ = 334.10⁵ (J) = 334.10² KJ.

Gọi số mol khí thiên nhiên là x mol.

Vậy: số mol CH₄ là 0,85x mol; số mol C₂H₆ là 0,1x mol.

Do đó: 0,85x mol CH₄ tỏa ra nhiệt lượng là: 880 x 0,85x = 748 (kJ).

0,1x mol C₂H₆ tỏa ra nhiệt lượng là 1560 x 0,10x = 156x (kJ).

Ta có: 748x + 156x = 334x10² → x = ? mol.

b) Viết PTHH xảy ra, tính toán theo PTHH

\(\% H = \frac{{Luong{\mkern 1mu} thuc{\mkern 1mu} te}}{{Luong{\mkern 1mu} li{\mkern 1mu} thuyet}}.100\% \)

Hướng dẫn giải

a) Nhiệt lượng cần để để đun nóng 100 lít nước từ 20^oC lên 100^oC

[4,18x(100 – 20).10⁵ = 334.10⁵ (J) = 334.10² KJ.

Gọi số mol khí thiên nhiên là x mol.

Vậy: số mol CH₄ là 0,85x mol; số mol C₂H₆ là 0,1x mol.

Do đó: 0,85x mol CH₄ tỏa ra nhiệt lượng là: 880 x 0,85x = 748x (kJ).

0,1x mol C₂H₆ tỏa ra nhiệt lượng là 1560 x 0,10x = 156x (kJ).

Ta có: 748x + 156x = 334x10² => x = 36,9 mol.

Vậy, thể tích khí thiên nhiên cần dùng để đun nóng 100 lít nước từ 20^oC lên 100^oC là 22,4x = 827 lít.

b) 827 lít khí thiên nhiên có 0,85x mol CH₄ và 0,1x mol C₂H₆

10⁶  lít khí thiên nhiên có a mol CH₄ và b mol C₂H₆.

a = \(\dfrac{10^{6}x0,85x36,9}{827}\) = 3,79.10⁴ (mol) CH₄

b = \(\dfrac{10^{6}x0,1x36,991}{827}\) = 4,46.10³  (mol) C2H6.

2C₂H₄ → C₂H₂ → C₂H₃Cl

2 mol                  1mol

3,79.10⁴ mol       1,9.10⁴ mol

C₂H₆ → C₂H2 → C₂H₃Cl

1 mol                 1 mol

4,46.10³ mol        4,46.10³ mol

Số mol C₂H₃Cl thực tế thu được:

(1,9.10⁴ + 4,46.10³).0,65 = 1,52.10⁴ (mol)

Khối lượng C₂H₃Cl thực tế thu được:

1,52.10⁴.62,5 = 95.104 (g) = 950 kg.