Общие научные принципы химического производства егэ

Получение одноатомных cпиртов

Гидратация алкенов

В присутствии сильных минеральных кислот, алкены вступают в реакцию гидратации с образованием спиртов:

В случае несимметричных алкенов присоединение происходит в соответствии с правилом Марковникова – атом водорода молекулы воды присоединяется к более гидрированному атому углерода, а гидрокси-группа к менее гидрированному при двойной связи:

Гидрирование (восстановление) альдегидов и кетонов

Гидрирование альдегидов на металлических катализаторах (Pt, Pd или Ni) при нагревании приводит к образованию первичных спиртов:

В аналогичных условиях из кетонов получаются вторичные спирты:

Гидролиз сложных эфиров

При действии на сложные эфиры сильных минеральных кислот они подвергаются гидролизу с образованием спирта и карбоновой кислоты:

Гидролиз сложных эфиров в присутствии щелочей называют омылением. Данный процесс является необратимым и приводит к образованию спирта и соли карбоновой кислоты:

Данный процесс протекает по действием на моногалогенпроизводные углеводородов водного раствора щелочи:

Другие способы получения отдельных представителей одноатомных спиртов

Спиртовое брожение глюкозы

В присутствии некоторых дрожжей, точнее под действием вырабатываемых ими ферментов, возможно образование этилового спирта из глюкозы. При этом в качестве побочного продукта образуется также углекислый газ:

Получение метанола из синтез-газа

Синтез-газом называют смесь угарного газа и водорода. Действием на данную смесь катализаторов, нагрева и повышенных давлений в промышленности получают метанол:

Получение многоатомных спиртов

Реакция Вагнера (мягкое окисление алкенов)

При действии на алкены нейтрального раствора перманганата калия на холоду (0^oC) образуются вицинальные двухатомные спирты (диолы):

Схема, представленная выше, не является полноценным уравнением реакции. В таком виде ее проще запомнить, для того чтобы суметь ответить на отдельные вопросы тестовые вопросы ЕГЭ. Однако, если данная реакция попадется в заданиях высокой сложности, то ее уравнение обязательно нужно записывать в полном виде:

Хлорирование алкенов с последующим гидролизом

Данный метод является двустадийным и заключается в том, что на первой стадии алкен вступает в реакцию присоединения с галогеном (хлором или бромом). Например:

А на второй, полученный дигалогеналкан подвергается обработке водным раствором щелочи:

Получение глицерина

Основным промышленным способом получения глицерина является щелочной гидролиз жиров (омыление жиров):

Получение фенола

Трехстадийный метод через хлорбензол

Данный метод является трехстадийным. На первой стадии осуществляют бромирование или хлорирование бензола в присутствии катализаторов. В зависимости от используемого галогена (Br₂ или Cl₂) в качестве катализатора используется соответствующий галогенид алюминия или железа (III)

На второй стадии полученное выше галогенпроизводное обрабатывается водным раствором щелочи:

На третьем этапе фенолят натрия обрабатывается сильной минеральной кислотой. Фенол вытесняется поскольку является слабой кислотой, т.е. малодиссоциирующим веществом:

Окисление кумола

Получение альдегидов и кетонов

Дегидрирование спиртов

При дегидрировании первичных и вторичных спиртов на медном катализаторе при нагревании получаются альдегиды и кетоны соответственно

Окисление спиртов

При неполном окислении первичных спиртов получаются альдегиды, а вторичных – кетоны. В общем виде схемы такого окисления можно записать как:

и

Как можно заметить неполное окисление первичных и вторичных спиртов приводит к тем же продуктам, что и дегидрирование этих же спиртов.

В качестве окислителей можно использовать оксид меди при нагревании:

Или другие более сильные окислители, например раствор перманганата калия в кислой, нейтральной, или щелочной среде.

Гидратация алкинов

В присутствии солей ртути (часто вместе с сильными кислотами) алкины вступают в реакцию гидратации. В случае этина (ацетилена) образуется альдегид, в случае любого другого алкина — кетон:

Пиролиз солей карбоновых кислот двухвалентных металлов

При нагревании солей карбоновых кислот двухвалентных металлов, например, щелочно-земельных, образуется кетон и карбонат соответствующего металла:

Гидролиз геминальных дигалогенпроизводных

Щелочной гидролиз геминальных дигалогенпроизводных различных углеводородов приводит к альдегидам если атомы хлора были прикреплены к крайнему атому углерода и к кетонам,если не к крайнему:

Каталитическое окисление алкенов

Каталитическим окислением этилена получают ацетальдегид:

Получение карбоновых кислот

Каталитическое окисление алканов

Окисление алкенов и алкинов

Для этого чаще всего используют подкисленный раствор перманганата или дихромата калия. При этом происходит разрыв кратной углерод-углеродной связи:

Окисление альдегидов и первичных спиртов

В этом способе получения карбоновых кислот также наиболее распространенные используемые окислители это подкисленный раствор перманганата или дихромата калия:

С помощью гидролиза тригалогензамещенных углеводородов

На первой стадии тригалогеналкан подвергается обработке водным раствором щелочи. При этом образуется соль карбоновой кислоты:

На второй стадии следует обработка соли карбоновой кислоты сильной минеральной кислотой. Т.к. карбоновые кислоты являются слабыми они легко вытесняются сильными кислотами:

Гидролиз сложных эфиров

Из солей карбоновых кислот

Данная реакция уже была рассмотрена при получении карбоновых кислот посредством гидролиза тригалогенпроизодных (см. выше). Заключается в том, что карбоновые кислоты, являясь слабыми, легко вытесняются сильными неорганическими кислотами:

Специфические методы получения кислот

Получение муравьиной кислоты из угарного газа

Данный метод является промышленным и заключается в том, что на первой стадии угарный газ под давлением при высоких температурах реагирует с безводной щелочью:

а на второй полученный формиат обрабатывают сильной неорганической кислотой:

2HCOONa + H₂SO₄ > 2HCOOH + Na₂SO₄

Получение высших карбоновых кислот гидролизом жиров

Данный метод является основным для получения высших карбоновых кислот:

Получение бензойной кислоты окислением гомологов бензола

Автор: С.И. Широкопояс https://scienceforyou.ru/

• Курс

Промышленное получение серной  кислоты

1)      4FeS

₂

+ 11O

₂

→ 2Fe

₂

O

₃

+ 8SO

₂

2)      2SO

₂

+ O

₂


^V


₂


^O


₅

→ 2SO

₃

3)      nSO

₃

+ H

₂

SO

₄

→ H

₂

SO

₄

·nSO

<sub>3 (


олеум


)</sub>

Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в «

кипящем слое

«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом.

Из печи выходит печной газ, состав которого: SO

₂

, O

₂

, пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне).

В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора

^V


₂


^O


₅

( пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции — повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С ( т.к реакция экзотермическая).

В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой.

Поглощение водой не используют, т.к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся  серная кислота закипает и превращается в пар. Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H

₂

SO

₄

·nSO

₃

Промышленное получение аммиака

Предварительно получают азотоводородную смесь. Водород получают конверсией метана (из природного газа):

СН

₄

+ Н

₂

О(г) → СО + ЗН

₂

— Q

2СН

₄

+ О

₂

→ 2СО + 4Н

₂

+ Q

СО + Н

₂

О(г)  → СО

₂

+ Н

₂

+ Q

Азот получают из жидкого воздуха.

В турбокомпрессоре происходит сжатие смеси до необходимого давления 25·10

⁶

Па. В колонне синтеза газы реагируют при 450—500 °С в присутствии катализатора (пористое железо с примесями Al

₂

O

₃

и K

₂

O) :

N

₂

+ 3H

₂

↔ 2NH

₃

+ 92 кДж (выход 10—20% аммиака)

Образующийся аммиак отделяют от непрореагировавших азота и водорода сжижением в холодильнике, возвращая непрореагировавшую азотоводородную смесь в колонну синтеза.

Процесс непрерывный, циркуляционный.

Применение: производство азотных удобрений, взрывчатых веществ, пластических масс и др.

Производство метилового спирта

До промышленного освоения каталитического способа получения метанол получали при сухой перегонке дерева (отсюда его название «древесный спирт»). В данное время этот способ имеет второстепенное значение.

Современный способ:

Сырье: синтез-газ — смесь оксида углерода (II) с водородом (1:2).

Вспомогательные материалы: катализаторы (ZnO  и CuO).

Основной химический процесс: синтез-газ при температуре 250 °С и давлении 7 МПа  превращается каталитически в метанол:

СО + 2Н

₂

↔ СНзОН + Q

Особенности технологического процесса: при прохождении газовой смеси через слой катализатора образуется 10—15% метанола,  который конденсируют, а непрореагировавшую смесь смешивают со свежей порцией синтез — газа и после нагревания снова направляют в слой катализатора (циркуляция). Общий выход — 85%.

Условия проведения синтеза метанола и аммиака при среднем   давлении сходны, а сырье (природный газ) общее для обоих   процессов. Поэтому чаще всего производства метанола и аммиака   объединяют (азотно-туковые заводы).

Тема кодификатора ЕГЭ по химии: Общие научные принципы химического производства на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола.

В этой статье мы рассмотрим принципы химического производства на примере получения аммиака в объеме, достаточном для решения заданий по этой теме в ЕГЭ по химии.

В промышленности аммиак получают по методу Габера – прямым взаимодействием азота и водорода в реакционной колонне:

N₂    +    3Н₂    ⇄    2NH₃

Реакция азота с водородом обратимая, экзотермическая, гомогенная (газофазная). Для увеличения выхода аммиака необходимо смещать равновесие в сторону продукта. Согласно принципу Ле-Шателье, для смещения равновесия вправо в данной реакции необходимо повышать давление и понижать температуру. Однако низкая температура уменьшит скорость реакции.

Поэтому для повышения скорости реакции температура в процессе поддерживается все-таки высокой, 500-550^оС и в присутствии катализатора.

А для смещения равновесия применяют очень высокие давления 15-30 МПа.

В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Рассмотрим процессы, протекающие на разных участках производства аммиака:

1 этап. Трубопровод. В трубопровод подается предварительно подготовленная азотно-водородная смесь (N₂:Н₂=1:3) в соотношении 1 к 3.

2 этап. Турбокомпрессор. Турбокомпрессор используется для сжатия исходной смеси газов с целью повышения давления. Синтез аммиака проводится при очень высоком давлении (15-30 МПа, или 150-300 атм).

3 этап. Колонна синтеза. В колонне синтеза (контактном аппарате) производится синтез аммиака. Азотно-водородная смесь продавливается через  полки с катализатором. Процесс синтеза протекает обратимо (т.е. частично) и является сильно экзотермическим, протекает с большим выделением тепла. Часть выделяющегося тепла расходуется на нагревание поступающей азотоводородной смеси с помощью теплообменников. Смесь, выходящая из колонны синтеза в холодильник, состоит из аммиака (20-30%) и не прорегировавших азота и водорода.

4 этап. Холодильник. В холодильнике реакционная смесь, которая выходит из колонны синтеза, охлаждается и направляется на дальнейшее разделение в сепаратор.

5 этап. Сепаратор. После прохождения холодильника температура реакционной смеси значительно снижается, и аммиак переходит в жидкую фазу. В сепараторе происходит разделение реакционной смеси, жидкий аммиак отделяют от азота и водорода и отправляют на склад.

6 этап. Циркуляционный насос. Циркуляционный насос возвращает не прореагировавшую смесь азота и водорода в контактный аппарат. Благодаря циркуляции удаѐтся довести использование азотводородной смеси  (конверсию) до 95%.

• Взрослым: Skillbox, Хекслет, Eduson, XYZ, GB, Яндекс, Otus, SkillFactory.
• 8-11 класс: Умскул, Лектариум, Годограф, Знанио.
• До 7 класса: Алгоритмика, Кодланд, Реботика.
• Английский: Инглекс, Puzzle, Novakid.

Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола). Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

Наука синтезирует знания о мире и позволяет двигаться вперёд. Принципы, которые наука изучает, помогают улучшить результаты процессов, бытовых и лабораторных. Многие реакции, с которыми школьники и студенты знакомятся в процессе изучения химии, могут быть проведены не только в условиях лабораторий, но и в промышленных условиях. Их проводят для производства химической продукции, которую мы используем в повседневной жизни. Выпуск косметики, моющих средств, средств гигиены, пластмассы, лекарств, удобрений и многого другого в большей степени зависит от химического производства.

Принципы химического производства

Принципы химического производства необходимы для оптимизации процесса производства и создания таких условий для вещества, которые позволят решать научные производственные вызовы. Принципы химического производства принято разделять на общие и частные. Общие принципы позволяют сформировать направление работы, а честные сосредоточены на решении конкретных задач, которые стоят перед учёными, занимающимися решением проблем синтеза того или иного вещества.

Общие принципы химического производства:

• чтобы реакция протекала правильно и продуктивно, необходимо создать оптимальные для этого условия;
• сырьё необходимо использовать комплексно;
• для проведения реакций используют теплоту, которая ускоряет процесс реагирования одного вещества с другим;
• реакции, проводимые для синтеза веществ в промышленных условиях, не должны наносить вред экологии.

Частные принципы непосредственно связаны с общими. Проблемы химического производства объёмны, поэтому для решения каждой задачи, которая стоит перед учёными, существуют отдельные пути. К таким путям, например, относятся:

• применение технологий для механизации и автоматизации процесса производства;
• утилизация отходов, которые могут нанести вред природе;
• герметизация аппаратов;
• создание производств, которые перерабатывают отходы и вторичное сырьё для полного использования ресурсов;
• использование катализаторов для ускорения процесса реагирования одного вещества с другим;
• использование катализатора, повышения давления, концентрации реагентов и площади поверхности их соприкосновения для создания максимально выгодных условий реакции.

Теперь, изучив, какие принципы химического производства существуют, необходимо разобраться, как они воплощаются в процессе синтеза химических веществ.

Производство серной кислоты

1) 4FeS₂ + 110₂→ 2FE₂O₃ + 8SO₂;

2) 2SO₂ + O₂^V₂^O₅→2SO₃;

3) nSO_{3 +} H₂SO₄→ H₂SO₄ ^. NSO_{3 (олеум)}.

Серный колчедан – это измельчённый очищенный влажный пирит. При синтезе серной кислоты его помещают в печь для обжига в «кипящем слое». Снизу в печь запускают воздух с высокой концентрацией кислорода. В результате выделяется газ, в котором находятся SO₂, кислород, пары воды (они появляются в составе газа, поскольку пирит, который помещается в печь, влажный, а как известно, под воздействием температуры вода начинает испаряться) и мелкие частицы оксида железа (огарка).

После этого из газа выделяют примеси твёрдых частиц. Процесс очищения проходит в электрофильтре и циклоне. В сушильной башне из газа вычленяют пары воды. Контактный аппарат необходим для окисления сернистого газа. Этот процесс происходит с использованием катализатора. В данном случае катализатором выступает пятиокись ванадия.

Катализатор необходим для ускорения реакции. Также для оптимизации условий реакции используют повышенное давление (так как в её ходе уменьшается общий объем) и температуру не выше пятисот градусов (контроль температуры необходим, так как реакция является экзотермической, то есть в её ходе выделяется тепло), поскольку процесс окисления одного оксида в другой оксид обратим.

Поглотительная башня позволяет поглотить оксид серы. Происходит это при участии концентрированной серной кислоты. Поглотить оксид серы можно также водой, однако этот способ не используют, поскольку вещество легко растворяется, а в ходе реакции выделяется большое количество теплоты. Серная кислота, которая образуется в результате взаимодействия с водой, начинает закипать и превращаться в пар, образуется сернокислотный туман.

Производство аммиака

Промышленное производство аммиака начинается с получения азотоводородной смеси из непосредственно азота и водорода.

Азот производят из жидкого воздуха, а водород – из природного газа.

Далее процесс промышленного производства аммиака протекает в турбокомпрессоре. Здесь смесь сжимают до необходимого давления (оно должно составлять 25·10 ⁶ Па), а затем газы реагируют в колонне синтеза. Для проведения реакции поддерживают температуру от 450 до 500 градусов и используют катализатор (в данном случае катализатором выступает железо, включающее в себя примеси оксидов калия и алюминия).

Холодильник необходим для сжижения аммиака, который образуется в ходе реакции в турбокомпрессоре, и отделения его от азота и водорода. Азотоводородная смесь, что получается на выходе, возвращается в колонну синтеза.

Процесс производства аммиака является непрерывным, а аммиак, который получают в итоге, используют при создании удобрений, взрывчатки, пластмассы и так далее.

Промышленная органическая химия

С каждым годом промышленность органического синтеза увеличивает выпуск химической продукции. Среди товаров, которые производит промышленность органического синтеза, можно указать каучуки, волокна, клеи, красители, пластмассы, синтетические смолы, смазочные и лакокрасочные материалы, растворители, ядохимикаты, фотореактивы, взрывчатку, фармацевтические товары и многое другое.

Сырьё для органической промышленности

В промышленности органического синтеза выделяют:

• исходные вещества;
• полупродукты (промежуточные продукты);
• готовый продукт.

Исходные вещества – это простые углеводороды. К ним относятся метан, этилен, пропилен, бутилен, бензол и так далее. Простые углеводороды – это основное сырьё органического синтеза, которое получают при переработке топлива (газообразного, жидкого и твёрдого). Какое-то время назад главным источником сырья являлась смола коксования и полукоксования. Тогда активно применяли сырьё растительного и животного происхождения. В последние годы большее значение приобрели жидкие углеводороды нефти, природный газ, а также газы нефтепереработки и попутные газы.

Полупродукты образуются в ходе предварительной переработки исходных веществ. В свою очередь, полупродукты могут выступать сырьём для производства более сложных органических веществ, например, для получения пластмассы, красителей, физиологически активных веществ, лекарств. Взаимосвязь готового продукта и исходного сырья можно изобразить графически.

Производство метилового спирта

Ранее метиловый спирт (или метанол) синтезировали при сухой перегонке дерева. Отсюда и произошло ещё одно название метанола – «древесный спирт». Сейчас способ сухой перегонки практически не применяется для производства метилового спирта.

Для современного варианта синтеза этого спирта в качестве сырья применяют синтез-газ. Синтез-газ представляет собой смесь оксида углерода (II) и водорода в пропорциях 1:2. Катализаторами в этом процессе выступают оксид меди и оксид цинка.

Чтобы повысить количество продукта на выходе, используют высокое давление. Важную роль при протекании реакции играют принципы теплообмена и циркуляции, а высокая температура необходима, чтобы ускорить процесс.

Газ проходит через катализатор. В ходе процессов, происходящих на этом этапе, производится до 15% метанола. Затем этот метанол конденсируют, а смесь, что не прореагировала в катализаторе, смешивают со свежей порцией и снова отправляют на переработку. Процесс является циркулирующим.

Производство этилового спирта

Этиловый спирт занимает первое место среди всех остальных органических продуктов по объему производства, ведь сегодня пищевой спирт всё больше вытесняется синтетическим: такой спирт дешевле пищевого, а его производство требует меньших трудовых затрат.

Этиловый спирт необходим для производства ацетальдегида, искусственного шёлка, лекарств, духов и так далее. В промышленных условиях этиловый спирт получают в ходе реакции гидратации этилена.

На фоне этой реакции, которая считается основной, протекают и другие, побочные.

Процесс получения этилового спирта является сложным, обратимым и экзотермическим (то есть происходит выделение некоторого количества теплоты в ходе реакции).

Чтобы сдвинуть равновесие реакции в сторону гидратации этилена, понижают температуру и увеличивают давление, поскольку процесс проходит с сокращением числа молей. Катализатором в этой реакции выступает фосфорная кислота: её наносят на широкопористые носители (силикагель или алюмосиликат). Такие носители упрощают протекание диффузии реагирующих веществ внутрь зёрен пористого катализатора.

Этилен смешивают с водяными парами, а затем направляют эту смесь в теплообменник. После смесь отправляется в печь, откуда попадает в гидрататор, заполненный катализатором. Продукты реакции отдают теплоту в теплообменнике и окончательно охлаждаются в холодильнике. Чтобы отмыть газ от паров спирта, используют промывальную колонну.

Схема производства этилового спирта представлена на рисунке, где изображены элементы:

• трубчатый теплообменник;
• печь;
• гидрататор;
• сборник;
• холодильник;
• промывная колонна с насадкой.

Производство ацетилена

Электрокрекинг и термоокислительный крекинг метана, пиролиз природного газа, карбидный метод – это наиболее широко используемые промышленные способы, которые применяют для получения ацетилена.

Карбидный метод подразумевает прокаливание в электропечах смеси оксида кальция с коксом при высокой температуре (1800–2000 °С). Продуктом этой реакции является карбид кальция.

Затем на карбид действует вода, после чего образуется гидроксид кальция и ацетилен.

Суть способа пиролиза заключается в том, что смесь природного газа с воздухом пропускается над огнеупорной насадкой. В ходе реакции температура поднимается до 1500 °С, а после на насадке происходит пиролиз метана.

Метод электрокрокеринга заключается в пропускании метана между металлическими электродами. С точки зрения химии этот метод аналогичен пиролизу, но отличается аппаратным и технологическим исполнением.

Для термоокислительного крекинга применяют частичное окисление метана.

Наиболее крупнотоннажные производства органических соединений

Наиболее масштабными являются производства основных неорганических веществ, к которым относятся кислоты (серная, азотная, фосфорная), аммиак, азот, кислород, негашёная известь, едкий натр, газообразный хлор и хлороводород. Все вышеперечисленные вещества необходимы в больших количествах для производства пластмассы, фармацевтических средств, удобрений, парфюмерии, косметики, моющих средств и продуктов, которые мы употребляем в пищу.

К примеру, производством азотных удобрений в нашей стране занимаются 19 ЗМУ (заводов минеральных удобрений). Органическое и нефтехимическое производства отличаются масштабами отдельных производств. Ежегодно в мире выпускается несколько сотен миллионов тонн продукции.

В России ведущими производителями органических химических веществ являются ПАО «СИБУР Холдинг», ПАО «Нижнекамскнефтехим», ПАО «ЛУКОЙЛ», ОАО «НК «Роснефть», ОАО «Газпром нефтехим Салават», ПАО «Казаньоргсинтез».

Химия и экология

Предприятия, на которых происходит синтез химических продуктов, являются одним из источников выбросов в окружающую среду опасных веществ, которые влияют на качество воздуха, воды и почвы. Хотя по мере развития промышленности вводятся многочисленные требования, которые предполагают уменьшение сбросов и утилизацию отходов, приносящих вред экологии, свалки, на которых находятся потенциально опасные отходы, также несут угрозу для природы, ведь они выделяют вредные вещества. На восстановление территорий, которые предназначены для свалок, понадобится не менее десятка лет.

Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

Источниками химического загрязнения окружающей среды являются следующие:

• Выхлопные газы. В городской среде этот источник загрязнения считается главным, ведь большинство людей в городах перемещаются на автомобилях.
• Заводы. Сточные воды содержат в себе большое количество химикатов, которые оказывают пагубное влияние на окружающую среду.
• Теплоэлектростанции. ТЭЦ вредят окружающей среде, поскольку при сжигании угля в воздух выбрасываются вредные элементы, среди которых присутствуют и радиоактивные.
• Атомные электростанции. АЭС являются источниками техногенного загрязнения природы. При неправильном использовании оборудования АЭС способны выделять опасные для окружающей среды вещества.
• Природные источники. К таким источникам относятся, например, извержения вулканов и лесные пожары.

Развитие химической промышленности, как и других отраслей производства, приводит к истощению природных ресурсов. Темп добычи природных ресурсов начинает превышать их возобновление. Одной из наиболее остро стоящих проблем является вырубка лесов. Для получения экономической выгоды человек не жалеет природу и оставляет после себя безлесные участки.

Кроме того, существует риск возобновления масштабных лесных пожаров. Из-за уменьшения числа деревьев на планете и без того загрязнённый воздух хуже очищается, а многие территории оказываются под угрозой затопления.

На загрязнённой почве невозможно вырастить здоровый урожай, а в загрязнённой воде не могут существовать здоровые животные. Химическое загрязнение приводит и к глобальному потеплению и сокращению биоразнообразия планеты.

Химическая промышленность пагубно влияет и на человеческое здоровье. Реакция организма на вредные вещества зависит от пола, возраста и его общего физиологического состояния: небольшие объемы загрязняющих веществ в окружающей среде могут особенно сильно повлиять на пожилых людей и детей. А если токсичные вещества регулярно оказываются в организме, это может вызвать хроническое отравление.

Проблема отходов и побочных продуктов

Отходами химической промышленности называют материалы, которые содержат в себе токсичные вещества и несут вред здоровью человека. К ним могут относиться составы топлива, зола, шлаки, пыль. Классифицируют следующие классы опасности отходов:

• 1 класс – чрезвычайно опасные. К первому классу относят отходы ртути и мышьяка, асбестовую пыль.
• 2 класс – высоко опасные. К ним относят свинцовые аккумуляторы, серные кислоты и остатки нефтепродуктов.
• 3 класс – умеренно опасные. Умеренно опасными считаются песок, загрязнённый бензином, табачная пыль, ацетон.
• 4 класс – малоопасные. К ним относят пыль металлов, отработанные покрышки, бумажные отходы.

Главной проблемой отходов и побочных продуктов является невозможность их переработки. Некоторые изделия химической промышленности скапливаются на свалках и разлагаются более пятидесяти лет, вредя тем самым природе. Поэтому на данный момент актуальным является вопрос о сортировке мусора. Такой подход к утилизации должен помочь нивелировать тот вред, который человек наносит окружающей среде.

Охрана гидросферы, почвы, атмосферы, флоры и фауны от химического загрязнения

Учёные-экологи предлагают следующие пути решения экологических проблем:

1. Правовые. Чтобы защитить природу от пагубного влияния химического производства, необходимо создать законы (административные, государственные и международные), а также правовые акты об охране окружающей среды.
2. Экономические. Необходимо минимизировать или ликвидировать отрицательное техногенное воздействие на окружающую среду при помощи вливания денежных средств, а также создания финансируемых программ и фондов.
3. Организационные. Человек должен научиться равномерно распределять автомобильную нагрузку, чтобы не допускать критическое скопление транспортных средств в одном месте.
4. Архитектурные. Для защиты природы необходимо проектировать и строить «экологически дружелюбные города», озеленять населённые пункты.
5. Технологические. Чтобы избежать необратимых последствий от загрязнения окружающей среды производствами, следует изобретать и внедрять новые технологии в промышленные отрасли, а также использовать экологически чистые источники энергии.

Охрана окружающей среды при нефтепереработке и транспортировке нефтепродуктов

Попадание нефти и нефтепродуктов в экосистемы очень опасно. Связано это не только с пожароопасными и взрывоопасными углеводородами, но и с токсичностью компонентов, содержащихся в нефти, и продуктов их превращений.

Чтобы избежать экологической катастрофы, необходимо соблюдать следующие правила.

• На стадии добычи необходимо повысить нефтеотдачу для наиболее полного извлечения нефти из недр. Для этих целей применяют методы подачи в нефтяные пласты воды и различных растворов. Это помогает обеспечить более высокий уровень добычи нефти без необходимости освоения новых её месторождений.
• Переработка нефти должна быть безотходной. В первую очередь это касается глубокой переработки всех компонентов нефти в необходимые продукты. Чтобы переработка была безотходной, необходимо совершенствовать технологии производства, а также оснащать нефтеперерабатывающие предприятия системами очистки.
• На стадии транспортировки нефти необходимо соблюдать правила безопасности и очистки нефтяных ёмкостей от остатков нефтепродуктов во избежание попадания их в окружающую среду.
• Важную роль играет и разработка прогрессивных энергосберегающих технологий, которые помогают сократить потребление нефтепродуктов и снизить опасность для окружающей среды.

Тесты с выбором ответа с решениями

1. При производстве аммиака в качестве исходного сырья используется

1) “синтез-газ”

2) метан и воздух

3) метан и оксид углерода(II)

4) азот и оксид углерода(II)

2. В ходе синтеза аммиака по схеме равновесие реакции сдвигается в сторону продуктов реакции

1) при введении катализатора

2) при увеличении температуры

3) при повышении давления

4) при понижении давления

3. При производстве метанола в качестве сырья используется

1) азот и оксид углерода(II)

2) метан и воздух

3) метан и оксид углерода(II)

4) “синтез-газ”

4. В контактном аппарате идет

1) обжиг колчедана

2) растворение SO₃ в конц. H₂SO₄

3) окисление SO₂ до SO₃

4) разбавление олеума

5. Принцип противотока используется

1) при растворении SO₃ в конц. H₂SO₄

2) при окислении SO₂ до SO₃

3) при обжиге колчедана

4) при очистке печного газа от пыли

Тесты с выбором ответа для самостоятельного решения

6. При производстве аммиака исходную смесь газов берут в соотношении

1) 1 объем N₂ к 3 объемам Н₂

2) 3 объема N₂ к 1 объему Н₂

3) 5 объемов N₂ к 1 объему Н₂

4) 1 объем N₂ к 5 объемам Н₂

7. “Синтез-газ” — это смесь

1) углекислого газа и паров воды

2) углекислого газа и водорода

3) угарного газа и водорода

4) угарного газа и паров воды

8. “Метод кипящего слоя” используется

1) при окислении SO₂ до SO₃

2) при обжиге колчедана

3) при растворении SO₃ в конц. H₂SO₄

4) при разбавлении олеума

9. Оксид ванадия(V) в качестве катализатора используется

1) при обжиге колчедана

2) при осушке печного газа

3) при растворении SO₃ в конц. H₂SO₄

4) при окислении SO₂ до SO₃

10. При организации химических производств для наиболее полного использования теплоты химических реакций применяют следующие принципы

1) противоток (прямоток) веществ, введение катализатора, повышение давления, повышение концентрации реагирующих веществ

2) создание смежных производств (по переработке отходов)

3) теплообмен, утилизацию теплоты реакций

4) автоматизацию вредных производств, утилизацию отходов, нейтрализацию выбросов в атмосферу

Ответы на тесты раздела 4.2.2

1. 2 2. 3 3. 4 4. 3 5. 1 6. 1 7. 3 8. 2 9. 4 10. 3

Решения тестов раздела 4.2.2

Решение 1. В промышленности при производстве аммиака в качестве исходного сырья используют воздух и природный газ — метан. Воздух сжижают. Из жидкого воздуха первым испаряется азот, который и используют для синтеза аммиака. В ходе конверсии метана при 1300° С на никелевом катализаторе получают водород: Синтез аммиака проводят при 500-600° С и 32-100 МПа на железном катализаторе: Из полученного аммиака можно получить азотную кислоту и ее соли:

Ответ: 2.

Решение 2. Согласно правилу смещения равновесия система, находящаяся в равновесии, противодействует оказываемому на нее внешнему воздействию.

Реакция является экзотермической реакцией. В левой части реакции имеем 4 моль газов, в правой части реакции имеем 2 моль газов.

Введение катализатора не сдвигает равновесие реакции. Повышение температуры сдвигает равновесие в сторону той реакции, в ходе которой температура системы уменьшается, то есть в сторону эндотермической реакции, то есть в сторону исходных веществ. Повышение давления сдвигает равновесие в сторону той реакции, в ходе которой давление в системе уменьшается, то есть в сторону меньшего числа газообразных молекул, то есть равновесие сдвигается в сторону продуктов реакции. Понижение давления сдвигает равновесие в сторону той реакции, в ходе которой давление в системе увеличивается, то есть в сторону большего числа газообразных молекул, то есть равновесие сдвигается в сторону исходных веществ.

Ответ: 3.

Решение 3. “Синтез-газ” — это смесь оксида углерода(II) и водорода. Именно из этой смеси в промышленности получают метанол:

“Синтез-газ” может быть использован для получения различных жидких углеводородов:

Ответ: 4.

Решение 4. Получение серной кислоты контактным способом предусматривает три стадии. Первая стадия — получение сернистого газа, например, при обжиге пирита (серного колчедана) FeS₂:

Обжиг пирита — это гетерогенный процесс. Для увеличения скорости этого процесса через размолотый пирит пропускают струю воздуха, и частицы пирита находятся во взвешенном состоянии — “кипящем слое”. Через печь для обжига проходят трубы с водой, которая отводит избыточное тепло, поскольку при перегреве может произойти спекание частиц пирита и нарушение процесса обжига. Полученный газ очищают в циклонах от пыли и сушат.

Вторая стадия — получение оксида серы(VI) (серного ангидрида) SO₃ — происходит в контактном аппарате, где предварительно нагретые в теплообменнике газы контактируют с катализатором.

Третья стадия — получение серной кислоты. Полученный в контактном аппарате оксид серы(VI) поглощают безводной серной кислотой с получением олеума — раствора SO₃ в H₂SO₄. Процесс идет в наполненной керамическими кольцами поглотительной башне с использованием принципа противотока: газ вдувают снизу башни, а кислота стекает сверху башни. Полученный олеум с водой дает концентрированную серную кислоту.

Ответ: 3.

Решение 5. Принцип противотока, как указано выше, используется при поглощении серного ангидрида SO₃ серной кислотой.

Ответ: 1.