Природный газ реферат 10 класс: Реферат по химии на тему «Природный газ. Алканы»

происхождение, физические и химические свойства

Зажигая горелку на кухне, мало кто из хозяек задумывается, как давно люди стали использовать природный газ в качестве топлива. Эта история насчитывает не века, а тысячелетия: в IV веке до н. э. китайцы обогревались и освещали жилища при помощи бездымного голубоватого огня.

В России промышленная разработка месторождений природного газа началась в прошлом веке, а до этого его находили только при добыче нефти или бурении скважин для воды.

Русская смекалка всегда помогала людям с пользой применять все, что встречается на пути. Когда в Саратовской губернии один купец начал бурить артезианскую скважину и обнаружил не воду, а огонь, он с выгодой воспользовался ситуацией и организовал там стекольное и кирпичное производство.

Другие промышленники переняли его опыт, и бесполезный подземный газ стал постепенно превращаться в ценное топливо.

Что такое природный газ

Содержание:Показать

• Что такое природный газ
• Происхождение природного газа
• Свойства природного газа
• Необходимость очистки
• Доставка
• Запах газа

Одно из важнейших полезных ископаемых – природный газ, который используют и как топливо, и для нужд химической промышленности. Это бесцветное и не имеющее запаха вещество бывает очень опасным.

Без специальных приборов невозможно определить, что в воздухе присутсвует огнеопасный компонент, который может оказаться причиной пожара.

С точки зрения экологии газ – самое чистое природное топливо, ведь при горении он выделяет намного меньше вредных соединений, чем дрова, уголь или нефть.

Это качество делает его востребованным во всех странах мира. Государства, имеющие на своей территории крупные месторождения, используют его и для своих нужд, и для продажи другим народам. Природа подарила России богатейший Уренгой, Казахстану – Карачаганакское месторождение, не обделила она и страны Персидского залива, США, Канаду.

Недра земли создали не только огромные подземные резервуары природного газа – его запасы хранятся и в более компактном виде. В холодных регионах и под дном океана, где гидростатическое давление доходит до 250 атмосфер, происходит соединение газа с пластовой водой и образуется твердое вещество – газогидрат. В небольших объемах находится огромное количество природного топлива, в связанном виде газ уменьшается до 220 раз.

Происхождение природного газа

Сотни миллионов лет назад на месте сегодняшних материков плескался океан. Погибшие обитатели водной стихии падали на дно и превращались в ил. Они не могли разлагаться, поскольку там не было ни воздуха для окисления, ни бактерий, вызывающих гниение. Движение земной коры способствовало погружению этих масс все дальше вглубь. Высокое давление и температура вызывали химические реакции, при которых углерод органических остатков соединялся с водородом, и образовывались новые вещества – углеводороды.

Если давление и температура были не очень высокими, получались высокомолекулярные жидкости, которые со временем превратились в нефть. Когда эти параметры достигали больших величин, образовывались низкомолекулярные газы.

Соединения покрывались осадочными породами и оказались глубоко под поверхностью земли. Геологи находят эти полезные ископаемые на глубине от одного до шести километров.

Существует и другая теория образования природных газов. Некоторые ученые считают, что углеводороды в результате тектонических движений постепенно поднимаются наверх, где давление не так велико, и образуют большие скопления нефти и газа.

Земные породы не монолитны – в них есть мелкие трещины и поры. Газообразные вещества заполняют эти пустоты, поэтому природный газ есть не только в крупных месторождениях, но и в камнях, находящихся на большой глубине.

Свойства природного газа

Природный газ не обособленное вещество – это смесь разных компонентов, основной из которых – метан.

Невозможно найти два абсолютно идентичных образца из разных месторождений: в каждом из них состав индивидуален.

Для его образования были использованы разные органические остатки, условия протекания химических реакций тоже не были одинаковыми.

Ни один ученый не сможет дать вам химическую формулу природного газа – он может только сообщить процентный состав входящих в него веществ. Дополнительными составляющими кроме метана являются углеводороды:

• этан;
• пропан;
• бутан;
• водород;
• сероводород;
• диоксид углерода;
• азот;
• гелий.

Из химического состава вытекают и физические свойства природного топлива. Точных параметров тоже нет, ведь они зависят от процентного соотношения компонентов:

• плотность – 0,68–0,85 кг/м3 в газообразном и 400 кг/м3 в жидком виде;
• самовозгорание – при температуре 650 °C;
• удельная теплота сгорания – 28–46 МДж/м³.

Поскольку природный газ почти в два раза легче воздуха, он поднимается вверх. Человек не может задохнуться, оказавшись на дне низины. Но есть другая опасность: если в воздухе присутствует от 5 до 15 % объема природного газа, смесь становится взрывоопасной.

На его основе разработана газотопливная система, применяемая в автомобилях. Октановое число природного газа, используемого в двигателях, – от 120 до 130.

Горение природного газа процесс достаточно сложный, при котором  химическая энергия преобразуется в тепло. Горение бывает полным и неполным.

Необходимость очистки

На первый взгляд, в использовании газа нет ничего сложного. Проложить трубы, пробурить скважину – и голубое топливо, находящееся в недрах под большим давлением, само потечет к котлам и плитам. Но не все так просто – природный газ содержит примеси, которые могут причинить вред трубопроводам, приборам или здоровью людей.

В глубине земли много влаги, которая может вступать в химические реакции или создавать конденсат, а большое количество его мешает проходу газа. Сероводород вызывает ржавление металла, и оборудование быстро приходит в негодность. Чтобы удалить из сырья вредные компоненты, на месторождениях устанавливают специальные станции очистки.

Доставка

Газопроводы имеют протяженность много тысяч километров, начальной энергии потока не хватит, чтобы преодолеть такие расстояния.

Какими бы гладкими ни были внутренние поверхности, все равно возникает сила трения, газ теряет скорость и нагревается.

Чтобы отправить его дальше, строятся компрессорные станции, где голубое топливо охлаждают и придают ему дополнительное давление.

Существуют и другие способы транспортировки газа, но пока трубопроводы являются самыми экономичными.

Запах газа

Природный газ не имеет запаха, так почему же жильцы квартир сразу чувствуют, если где-то происходит утечка? Для нашей безопасности в голубое топливо добавляют специальные одоранты, малейшее присутствие которых чувствительно для обоняния человека. Обычно в этой роли выступают меркаптаны, имеющие настолько неприятный запах, что не заметить его невозможно.

На всем протяжении своей истории человечество обогревалось, сжигая различные виды топлива.

Сейчас самым экономичным и безопасным признан природный газ, но у него есть недостаток, характерный для любого горючего сырья: при сжигании в атмосферу выбрасывается углекислый газ, создающий парниковый эффект.

Ученые всего мира заняты поисками альтернативных источников тепловой энергии, но пока они их ищут, голубое топливо будет востребовано во всех уголках земного шара.

Какие существуют проблемы машиностроения в России читайте в наших публикациях.

В этой статье узнаете про металлоемкое машиностроение.

Углеводороды. Природный газ. Алканы презентация, доклад

Тема 2
Углеводороды

Природный газ. Алканы

25.09.2017

Органическая химия – есть химия углеводородов и их производных, т.е. продуктов, образующихся при замене водорода в молекулах этих веществ другими атомами или группами атомов

Углеводороды

С

н

Молекулы состоят только из атомов углерода и водорода

Газ

Нефть

Природные источники углеводородов

Достоинства природного газа:
Самый дешевый вид топлива
Обладает высокой теплотворной способностью
Легко транспортируется по газопроводам
Является экологически более чистым видом топлива по сравнению с другими

Природный газ – это смесь газообразных углеводородов с небольшой молекулярной массой

Ch5

C2H6

C3H8

C4h20

C5h22

Члены гомологического ряда предельных углеводородов

Структурная формула представителя предельных углеводородов

Предельные – значит все валентности углерода до предела насыщены водородом

Алканы

Алканы –это предельные углеводороды, в молекулах которых все атомы связаны одинарными связями

Общая формула алканов

n – число атомов углерода

Молекула метана
Ch5

Имеет форму тетраэдра

Физические свойства
Зависят от числа атомов углерода в молекуле
С = 1-4: газы
С = 5-15: жидкости
С = 16 и более: твердые вещества

Гомологический ряд алканов

Номенклатура (названия)

Метан, этан, пропан, бутан – исторические (тривиальные) названия

Пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан – в основе названия греческие числительные.

Как называть изомеры?

Система названий международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) – международная номенклатура ИЮПАК

Радикал – это одновалентная частица, которая получается при отщеплении от молекулы алкана атома водорода (в названии радикала меняем суффикс ан на суффикс ил)

Номенклатура (названия)

Алгоритм названия органических соединений

Ch4

CH

Ch3

Ch3

Ch3

CH

Ch3

Ch4

Ch4

Ch4

В структурной формуле выбирают самую длинную цепь атомов углерода (главная цепь)
Атомы углерода главной цепи нумеруют, начиная с того конца, к которому ближе разветвление
В начале названия перечисляются радикалы с указанием номеров атомов углерода, с которыми они связаны. Если одинакковых радикалов несколько, то цифрой указывают место каждого из них и указывают их число приставкой ди-, три-, тетра-
Основа названия – наименование углеводорода с тем же числом атомов углерода, что и в главной цепи

1

2

3

4

5

6

7

2-метил

5-этил

2-метил-5-этилгептан

Химические свойства алканов

Общее уравнение горения алканов

4. Реакции отщепления

Скачать презентацию

Вклад добычи нефти и природного газа в возобновление увеличения содержания метана в атмосфере (2007–2014 гг.): нисходящая оценка на основе наблюдений за этаном и метаном в колонке

Исследовательская статья
11 марта 2016 г.

Исследовательская статья | 11 марта 2016 г.

Петра Хаусманн ¹ , Ральф Суссманн ¹ и Дэн Смейл ²
Петра Хаусманн и др.
Петра Хаусманн ¹ ,Ralf Sussmann ¹ ,and Dan Smale ²

Show author details

• ¹ Karlsruhe Institute of Technology, IMK-IFU, Garmisch-Partenkirchen, Germany
• ² National Institute of Исследование воды и атмосферы, Лаудер, Новая Зеландия

Получено: 30 ноября 2015 г. – Начало обсуждения: 21 декабря 2015 г. – Пересмотрено: 18 февраля 2016 г. – Принято: 5 марта 2016 г. – Опубликовано: 11 марта 2016 г.

Аннотация. Гармонизированные временные ряды усредненных по столбцам мольных долей атмосферного метана и этана за период 1999–2014 гг. получены на основе измерений солнечного инфракрасного преобразования Фурье (FTIR) на вершине Цугшпитце (47° с. ш., 11° в. д.; 2964 м над ур. м.) и в Лаудер (45° ю.ш., 170° в.д., 370 м над ур. м.). Анализ долгосрочных тенденций показывает последовательное возобновление роста содержания метана с 2007 г. на уровне 6,2 [5,6, 6,9] частей на миллиард в год ⁻¹ (частей на миллиард в год) в Цугшпитце и 6,0 [5,3, 6,7] частей на миллиард в год ^-1 в Лаудер (95 % доверительные интервалы). В нескольких недавних исследованиях представлены доказательства того, что возобновление роста метана, скорее всего, обусловлено двумя основными факторами: (i) увеличением выбросов метана из тропических водно-болотных угодий, за которым следует (ii) увеличение термогенных выбросов метана из-за растущей добычи нефти и природного газа. Здесь мы количественно определяем величину второго класса источников, используя долгосрочные измерения атмосферного этана в качестве индикатора выбросов термогенного метана. В 2007 г., после нескольких лет слабого снижения, временной ряд по этану в Цугшпитце показывает внезапное начало значительного положительного тренда (2,3 [1,8, 2,8] × 10 ^-2 частей на миллиард в год ^-1 за 2007–2014 годы), в то время как отрицательный тренд сохраняется в Лаудер после 2007 года (-0,4 [-0,6, -0,1] × 10 ^-2 частей на миллиард в год ^-1 ). Временные ряды метана и этана в Цугшпитце значительно коррелированы за период 2007–2014 гг. и могут быть отнесены к термогенным выбросам метана с отношением этана к метану (EMR) 12–19 %. Мы представляем оптимизированные сценарии выбросов на 2007–2014 гг., полученные на основе атмосферной двухблочной модели. Из наших наблюдений за тенденциями мы делаем вывод об увеличении общего объема выбросов этана за период 2007–2014 гг. из источников нефти и природного газа на 1–11 Тг в год9.0012 −1 вместе с общим увеличением выбросов метана на 24–45 Тг/год ⁻¹ . Основываясь на этих результатах, вклад нефти и природного газа ( C ) в повторное увеличение метана выводится с использованием трех различных сценариев выбросов с выделенными диапазонами ЭМИ. Базовый сценарий 1 предполагает комбинацию выбросов нефти и газа с EMR = 7,0–16,2 %, что приводит к минимальному вкладу C  > 39 % (задается как нижняя граница 95 % доверительного интервала). Помимо этого наиболее правдоподобного сценария 1, мы рассматриваем два менее реалистичных предельных случая чисто связанных с нефтью выбросов (сценарий 2 с ЭМИ = 16,2–31,4 %) и источников чистого природного газа (сценарий 3 с ЭМИ = 4,4–7,0 %), что приводит к в C  > 18 % и C  > 73 % соответственно. Наши результаты показывают, что долгосрочные наблюдения за этаном, усредненным по столбцу, обеспечивают ценное ограничение на определение источника изменений выбросов метана и предоставляют базовые знания для разработки эффективных стратегий смягчения последствий изменения климата.

Загрузить

Краткий обзор

После периода стагнации в 2007 г. уровень метана в атмосфере снова начал расти. Предполагается, что основными движущими факторами являются увеличение выбросов водно-болотных угодий и производство ископаемого топлива. Здесь мы количественно оцениваем вклад нефти и природного газа в выбросы. Наша оценка основана на наземных наблюдениях за метаном и этаном. Мы находим значительный вклад нефти и газа, по крайней мере, 39% (18%, 73%) в трех сценариях выбросов, призывающих к стратегиям сокращения выбросов в растущих нефтегазовых отраслях.

Подробнее

Альтметрика

Окончательная редакция статьи

Препринт

Газовые законы: Обзор — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Созданные в начале 17 века газовые законы помогали ученым определять объемы, количество, давление и температуру при работе с газами. Газовые законы состоят из трех основных законов: закона Чарльза, закона Бойля и закона Авогадро (все они позже будут объединены в общее газовое уравнение и закон идеального газа).

Введение

Три фундаментальных газовых закона раскрывают взаимосвязь между давлением, температурой, объемом и количеством газа. Закон Бойля говорит нам, что объем газа увеличивается с уменьшением давления. Закон Чарльза говорит нам, что объем газа увеличивается с повышением температуры. А закон Авогадро говорит нам, что объем газа увеличивается по мере увеличения количества газа. Закон идеального газа представляет собой комбинацию трех простых газовых законов.

Идеальные газы

Идеальный газ или идеальный газ — это теоретическое вещество, которое помогает установить взаимосвязь между четырьмя газовыми переменными: давлением (P), объем(V) , количество газа(n) и температура(T) . Его символы описываются следующим образом:

1. Частицы в газе чрезвычайно малы, поэтому газ не занимает места.
2. Идеальный газ имеет постоянное, хаотическое и прямолинейное движение.
3. Нет сил между частицами газа. Частицы только упруго сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда.

Реальные газы

Реальный газ, напротив, имеет реальный объем, и столкновение частиц не является упругим, поскольку между частицами существуют силы притяжения. В результате объем реального газа намного больше, чем у идеального газа, а давление реального газа ниже, чем у идеального газа. Все реальные газы ведут себя как идеальные газы при низком давлении и относительно высокой температуре.

Коэффициент сжимаемости (Z) (Z) говорит нам, насколько реальные газы отличаются от поведения идеальных газов.

\[ Z = \dfrac{PV}{nRT} \]

Для идеальных газов \( Z = 1 \). Для реальных газов \( Z\neq 1 \).

Закон Бойля

В 1662 году Роберт Бойль обнаружил корреляцию между Давлением (P) и Объемом (V) (при условии, что Температура(T) и Остаток газа и Количество газа(n) постоянный):

\[ P\propto \dfrac{1}{V} \rightarrow PV=x \]

где x — константа, зависящая от количества газа при данной температуре.

• Давление обратно пропорционально объему

Другая форма уравнения (предполагая наличие двух наборов условий и сопоставление обеих констант друг с другом), которая может помочь в решении задач:

\[ P_1V_1 = x = P_2V_2 \]

Закон Шарля

В 1787 году французские физики Жак Шарль обнаружили корреляцию между Температура(T) и Объем (V) (при условии, что Давление (P) и Количество газа (n) остаются постоянными):

\[ V \propto T \rightarrow V=yT \]

где y — константа, зависящая от по количеству газа и давлению. Объем прямо пропорционален температуре

Другая форма уравнения (при условии, что есть 2 набора условий и привязка обеих констант друг к другу), которая может помочь решить проблемы:

\[ \dfrac{V_1}{T_1} = у = \dfrac{V_2}{T_2} \]

Закон Авогадро

В 1811 году Амедео Авогадро решил проблему Гей-Люссака, найдя корреляцию между 9V 9 Volume (n) 9011 (при условии, что Температура (T) и Давление (P) остаются постоянными):

\[ V \propto n \rightarrow V = zn\]

, где z — константа, зависящая от давления и температуры.

• Объем (V) прямо пропорционален количеству газа (n)

Другая форма уравнения (при условии, что есть 2 набора условий и привязка обеих констант друг к другу), которая может помочь решить проблемы:

\[ \dfrac{P_1}{n_1} = z= \dfrac {P_2}{n_2}\]

Закон идеального газа представляет собой комбинацию трех законов простого газа. Установив все три закона прямо или обратно пропорционально Volume, вы получите:

\[ V \propto \dfrac{nT}{P}\]

Далее, заменив знак прямо пропорционально на константу (R), вы получите:

\[ V = \dfrac{RnT}{P}\]

И, наконец, получаем уравнение:

\[ PV = nRT \]

где P= абсолютное давление идеального газа

• V= объем идеального газа
• n = количество газа
• T = абсолютная температура
• R = газовая постоянная

Здесь R называется газовой постоянной. {-1} \] 9{-1} \]

Общее уравнение газа

В ситуации с идеальным газом \( \frac{PV}{nRT} = 1 \) (при условии, что все газы «идеальны» или совершенны). В случаях, когда \( \frac{PV}{nRT} \neq 1 \) или при наличии нескольких наборов условий (давление (P), объем (V), количество газа (n) и температура (T)) , используйте общее газовое уравнение:

Предполагая 2 набора условий:

Начальный случай: Окончательный случай:

\[ P_iV_i = n_iRT_i \; \; \; \; \; \; P_fV_f = n_fRT_f \]

Присвоив обеим сторонам значение R (которое является константой с одинаковым значением в каждом случае), можно получить:

\[ R= \dfrac{P_iV_i}{n_iT_i} \; \; \; \; \; \; R= \dfrac{P_fV_f}{n_fT_f} \]

Если заменить одно R на другое, то получится окончательное уравнение и общее уравнение газа:

\[ \dfrac{P_iV_i}{n_iT_i} = \dfrac {P_fV_f}{n_fT_f} \]

Стандартные условия

Если в каком-либо из законов переменная не указана, считать, что она задана. Для постоянной температуры, давления и количества:

1. Абсолютный ноль (Кельвин): 0 K = — 273.15 ^O C

T (K) = T ( ^O C) + 273.15 (единица температуры должна быть KEL).

2. Давление: 1 атмосфера (760 мм рт. ст.)

3. Количество: 1 моль = 22,4 литра газа

4. В законе идеального газа газовая постоянная R = 8,3145 Дж · моль ^-1 · K ^-1
= 0,082057 л · атм·K ^— 92} \) корректирует давление реального газа на действие сил притяжения между молекулами газа.

Точно так же, поскольку молекулы газа имеют объем, объем реального газа намного больше, чем у идеального газа, поправочный член \(1 -nb \) используется для корректировки объема, заполненного молекулами газа.

Практические задачи

1. Если 4 л газа H ₂ при 1,43 атм имеют стандартную температуру, а давление увеличилось в 2/3 раза, каков конечный объем H ₂ газ? (Подсказка: закон Бойля)
2. Если 1,25 л газа существует при температуре 35 ^o C при постоянном давлении 0,70 атм в цилиндрическом блоке и объем должен быть умножен на коэффициент 3/5, какова новая температура газа? (Подсказка: закон Чарльза)
3. Баллон с 4,00 г газообразного гелия имеет объем 500 мл. Когда температура и давление остаются постоянными. Каков будет новый объем гелия в баллоне, если добавить в баллон еще 4,00 г гелия? (Подсказка: Закон Авогадро)

Решения

1. 2,40 л

Для решения этого вопроса необходимо использовать закон Бойля:

\[ P_1V_1 = P_2V_2 \]

Имея в виду температуру и количество газа

Подставив эти значения в уравнение, вы получите:

В ₂ = (1,43 атм x 4 л)/(2,39 атм) = 2,38 л

2. 184,89 К

5 использовать закон Чарльза:

Еще раз помните о ключевых переменных. Давление оставалось постоянным, и, поскольку количество газа не упоминается, мы предполагаем, что оно остается постоянным. В противном случае ключевые переменные:

1. Начальный объем: 1,25 л
2. Начальная температура: 35 ^o C + 273,15 = 308,15 К
3. Конечный объем: 1,25 л * 3/5 = 0,75 л
4. Конечная температура: T ₂

Вы можете изменить порядок чисел Чарльза:

. Подставив числа, вы получите: T ₂ = (308,15 K x 0,75 л)/(1,25 л) = 184,89 K

3. 1000 мл или 1 л

Используя закон Авогадро для решения этой задачи, вы можете изменить уравнение на \( V_2=\frac{n_1\centerdot V_2}{n_2} \). Однако вам нужно преобразовать граммы газообразного гелия в моли.

\[ n_1 = \frac{4,00г}{4,00г/моль} = \text{1 моль} \]

Аналогично, n ₂ =2 моль

\[ V_2=\frac{n_2 \centerdot V_2}{n_1}\]

\[ =\frac{2 моль \centerdot 500 мл}{1 моль}\]

\[ = \text{1000 мл или 1 л } \]

Ссылки

1. Petrucci, Ральф Х. Общая химия: принципы и современные приложения . 9-е изд. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Pearson Prentice Hall, 2007.
2. Стейли, Деннис. Прентис Холл Химия . Бостон, Массачусетс: Pearson Prentice Hall, 2007.

3. Оландер, Дональд Р. «Глава 2. Уравнение состояния». Общая термодинамика . Бока-Ратон, Северо-Запад: CRC, 2008. Печать

4. О’Коннелл, Джон П. и Дж. М. Хейл. «Свойства относительно идеальных газов». Термодинамика: основы приложений . Кембридж: Cambridge UP, 2005. Печать.

5. Гаре, Шакунтала. «Законы идеального газа для одного компонента». Закон идеального газа, энтальпия, теплоемкость, теплота растворения и смешения . Том. 4. Нью-Йорк, 1984. Печать. F.

Внешние ссылки

• http://en.Wikipedia.org/wiki/Gas_laws
• www.chem.queensu.ca/people/faculty/mombourquette/firstyrchem/GasLaws/index.htm

9003 vimeo .com/10588774

Законы о газе: обзор распространяется по незадекларированной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором выступила LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Показать страницу TOC

   нет на странице

2. Метки

   На этой странице нет тегов.