Метанът е най-простият представител на наситените въглеводороди. Гори добре с освобождаване Голям бройтоплина, така че се използва широко от индустрията.

Как да получите метан в промишлеността

Метанът е част от природния газ и газа, свързан с нефтените находища. Следователно индустрията получава метан от тези газове.

Как да получите метан у дома

Метанът има друго име - блатен газ. За да си го набавите у дома, трябва да вземете пръст от дъното на блатото и да го поставите в буркан, като отгоре го полеете с вода. Бурканът се затваря плътно и се поставя на тъмно и топло място. След няколко дни ще забележите появата на малки газови мехурчета на повърхността на водата. Полученият метан може да бъде отстранен от кутията през изходната тръба за газ.

Как да получите метан в лабораторията

Метанът може да се получи в лаборатория по няколко начина:

1. Прекарване на смес от сероводород и въглероден дисулфид през тръба с нажежена мед на дъното: CS 2 + 2H 2 S + 8Cu = CH 4 + Cu 2 S. Това беше първият начин за производство на метан. По-късно беше установено, че метан може да се получи чрез нагряване на смес от водород и въглерод в присъствието на никелов катализатор до 475 градуса. Без използването на катализатор, сместа трябва да се нагрее до 1200 градуса. C + 2H 2 = CH 4
2. Понастоящем метанът се получава чрез нагряване на смес от натриев хидроксид и натриев ацетат: CH 3 COONa + NaOH = Na 2 CO 3 + CH 4 .
3. Чистият метан може да се получи чрез реакция на алуминиев карбид и вода: Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4 Al (OH) 3 + 3CH 4
4. Синтезът на метан може да се извърши и на базата на комбинацията от водород и въглероден окис: CO + 3H 2 \u003d CH 4 + H 2 O

Как да получите ацетилен от метан

Ацетиленът може да се получи от метан чрез нагряване на последния до температура от една и половина хиляди градуса:

2 CH 4 > C 2 H 2 + H 2

Как да получите метанол от метан

За да се получи метанол от метан, е необходимо да се извършат няколко химична реакция. Първо, има реакция между хлор и метан. Тази реакция протича само на светло, т.к. изстрелва се от фотони на светлината. Тази реакция произвежда трихлорометан и солна киселина: CH 4 + Cl 2 > CH 3 Cl + HCl. След това се провежда реакция между получения трихлорометан и воден разтворнатриев хидроксид. В резултат на това се получават метанол и натриев хлорид: CH 3 Cl + NaOH > NaCl + CH 3 OH

Как да получите анилин от метан

Възможно е да се получи анилин от метан, като се извърши само цяла верига от реакции, която схематично изглежда така: CH 4 > C 2 H 2 > C 6 H 6 > C 6 H 5 NO 2 > C 6 H 5 NH 2.

Първо, метанът се нагрява до 1500 градуса, в резултат на което се образува ацетилен. След това бензенът се получава от ацетилен, като се използва реакцията на Zelinsky за това. За да направите това, през тръба, загрята до 600 градуса, наполовина пълна активен въглен, преминете ацетилен: 3C 2 H 2 \u003d C 6 H 6

Нитробензенът се получава от бензен: C 6 H 6 + HNO 3 \u003d C 6 H 5 NO 2 + H 2 O, който е суровина за производството на анилин. Този процес следва реакцията на Зинин:

C 6 H 5 NO 2 + 3 (NH 4) 2 S \u003d C 6 H 5 NH 2 + 6NH 3 + 3 S + 2H 2 O.

Физикохимични характеристикиметан.

Опасни примеси в рудничен въздух

Токсичните примеси във въздуха на мините включват въглероден оксид, азотни оксиди, серен диоксид и сероводород.

Въглероден окис (CO) -газ без цвят, вкус и мирис със специфично тегло 0,97. Гори и експлодира при концентрация от 12,5 до 75%. Температура на запалване, при концентрация 30%, 630-810 0 C. Силно токсичен. Смъртоносна концентрация - 0,4%. Допустима концентрация в минните изработки - 0,0017%. Основната помощ при отравяне - изкуствено дишанев работна зона с чист въздух.

Източници на въглероден окис са взривни работи, двигатели с вътрешно горене, пожари в мини и експлозии на метан и въглищен прах.

Азотни оксиди (NO)Те са кафяви на цвят и имат характерна остра миризма. Силно токсичен, дразнещ лигавиците респираторен тракти око, белодробен оток. Смъртоносната концентрация при краткотрайно вдишване е 0,025%. Пределното съдържание на азотни оксиди в рудничен въздух не трябва да надвишава 0,00025% (по отношение на диоксид - NO 2). За азотен диоксид - 0,0001%.

серен диоксид (SO2)- безцветен, със силна дразнеща миризма и кисел вкус. По-тежък от въздуха 2,3 пъти. Силно токсичен: дразни лигавицата на дихателните пътища и очите, причинява възпаление на бронхите, подуване на ларинкса и бронхите.

Серен диоксид се образува при взривяване (в сернисти скали), пожари, отделя се от скали.

Пределното съдържание в рудничния въздух е 0,00038%. Концентрация от 0,05% е животозастрашаваща.

Сероводород (H 2 S)- газ без цвят, със сладникав вкус и мирис на развалени яйца. Специфичното тегло е 1,19. Сероводородът гори и при концентрация 6% експлодира. Силно токсичен, дразни лигавицата на дихателните пътища и очите. Смъртоносна концентрация - 0,1%. Първа помощ при отравяне - изкуствено дишане на прясна струя, вдишване на хлор (с носна кърпа, навлажнена с белина).

Сероводородът се отделя от скалите и минерални извори. Образува се по време на гниене органична материя, минни пожари и взривяване.

Сероводородът е силно разтворим във вода. Това трябва да се има предвид при преместване на хора по изоставени работи.

Допустимото съдържание на H 2 S в рудничен въздух не трябва да надвишава 0,00071%.

Лекция 2

Метан и неговите свойства

Метанът е основната, най-разпространена част от пещта. В литературата и практиката метанът най-често се идентифицира с газ. При шахтната вентилация този газ получава най-голямо внимание поради експлозивните си свойства.

Физични и химични свойства на метана.

Метан (CH 4)е газ без цвят, вкус и мирис. Плътност - 0.0057. Метанът е инертен, но като измества кислорода (изместването става в следната пропорция: 5 обемни единици метан заместват 1 обемна единица кислород, т.е. 5:1), той може да бъде опасен за хората. Възпламенява се при температура 650-750 0 С. Метанът образува с въздуха горими и експлозивни смеси. Когато съдържанието във въздуха е до 5-6%, той изгаря при източник на топлина, от 5-6% до 14-16% - експлодира, повече от 14-16% - не експлодира. Най-голямата сила на експлозията при концентрация от 9,5%.

Едно от свойствата на метана е забавянето на светкавицата след контакт с източник на запалване. Извиква се времето за забавяне на светкавицата индукцияПериод. Наличието на този период създава условия за предотвратяване на огнища при взривни работи, като се използват безопасни взривни вещества (ВВ).

Налягането на газа на мястото на експлозията е около 9 пъти по-високо от първоначалното налягане на сместа газ-въздух преди експлозията. В този случай налягането до 30 прии по-високи. Различни препятствия в изработките (стеснения, издатини и др.) допринасят за увеличаване на налягането и увеличаване на скоростта на разпространение на взривната вълна в минните изработки.

Изгаряне - бързо протичаща химическа реакция на комбинацията от горими компоненти с кислород, придружена от интензивно отделяне на топлина и рязко повишаване на температурата на продуктите от горенето.

Реакция на изгаряне на чист метан:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Генериране на топлина

Тъй като най-големият обем е метан, се приема обща формулаприродният газ изразява формулата директно метан. И така, оказва се, че химическата формула на природния газ е метан -CH4.

Останалите компоненти имат следните емпирични формули в химията:

етан - C2H6;

пропан - C3H8;

бутан - C4H10;

въглероден диоксид - CO2;

водород - Н2;

сероводород - H2S.

Смес от тези вещества е природен газ.

По-често почистване на природен газвъзниква директно по време на добива на суровини. В зависимост от състава и концентрацията на примесите се избира един или друг метод за пречистване. В световната практика най-често използваните хемосорбционни методи за почистване, където са основните активни съставки Разтвори на алкаколамин с вода или Benfield(калиев карбонат и вода с добавки). Следващите по популярност са комбинирани методи, съчетаващ химични и физични процеси, с наличието на сулфинол като активен агент. Ако е необходимо фино почистване на суровини, използвайте твърди адсорбенти и окисляването на сярата до твърда утайка.

Получаване в лаборатория и индустрия

В допълнение към естествените места на образуване на газ, има редица начини да го получите в лабораторията. Въпреки това, тези методи, разбира се, се използват само за малки части от продукта, тъй като не е икономически изгодно да се извършва синтез на природен газ в лабораторията.

Лабораторни методи:

Хидролиза на нискомолекулно съединение - алуминиев карбид: AL4C3 + 12H2O = 3CH4 + 4AL(OH)3.

От натриев ацетат в присъствието на основа: CH3COOH + NaOH = CH4 + Na2CO3.

От синтетичен газ: CO+ 3H2 = CH4 + H2O.

От прости вещества - водород и въглерод - при повишена температураи натиск.

Химическата формула на природния газ се отразява от формулата на метана, следователно всички реакции, характерни за алканите, са характерни и за този газ.

Градски газ = Природен газ + Добавки за миризма

Чисто природен газняма цвят и мирис. За да може да се определи изтичането по миризма, към газа се добавя малко количество вещества със силна неприятна миризма (гнило зеле, гнило сено) (т.нар. одоранти). Най-често използваният одорант е етил меркаптан (С2H5SH) (16 g на 1000 куб. м природен газ).

C3H8 - Пропан

Видове класификации на реакциите.

По броя на веществата и образуваните вещества	Чрез промяна на степента на окисление на атомите
	Няма промяна в степента на окисление	С промяна в степента на окисление
ВРЪЗКИ A + B = AB От няколко прости или сложни веществаобразува се един комплекс	CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 PbO + SiO 2 \u003d PbSiO 3	4Fe (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4Fe (OH) 3
РАЗШИРЕНИЯ AB \u003d A + B Няколко прости или сложни вещества се образуват от сложно вещество	Cu(OH) 2 \u003d CuO + H 2 O CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 NH 4 Cl \u003d NH 3 + HCl	4HNO 3 \u003d 2H 2 O + 4NO 2 + O 2 4KClO 3 \u003d 3KClO 4 + KCl
ЗАМЕНИ A + BC \u003d AC + B Атом на просто вещество замества един от атомите на комплекс		CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu 2KBr+Cl 2 \u003d 2KCl+Br 2
РАЗМЯНА AB + CD = AD + CB Съединенията обменят своите съставки	NaOH+HCl=NaCl+H2O

Предел, въглеводороди от серията метан (алкани)

Алканите или парафините са алифатни наситени въглеводороди, в чиито молекули въглеродните атоми са свързани чрез простас -комуникация. Останалите валенции на въглеродния атом, които не са изразходвани за свързване с други въглеродни атоми, са напълно наситени с водород. Следователно наситените въглеводороди съдържат максимален брой водородни атоми в молекулата.

Въглеводородите на редица алкани имат обща формула C n H 2n+2. Таблицата показва някои представители на редица алкани и някои от техните физични свойства.

Формула	Име	Името на радикала	Т мн.ч. 0 С	Т бала 0 С
CH 4	метан	метил
C 2 H 6	етан	етил
C 3 H 8	пропан	пропил
C 4 H 10	бутан	бутил
C 4 H 10	изобутан	изобутил
C 5 H 12	пентан	пентил
C 5 H 12	изопентан	изопентил
C 5 H 12	неопентан	неопентил
C 6 H 14	хексан	хексил
C 7 H 16	хептан	хептил
C 10 H 22	декан	децил
C 15 H 32	пентадекан
C 20 H 42	ейкозан

Таблицата показва, че тези въглеводороди се различават един от друг по броя на групите - CH 2 -. Такава серия от структурно подобни, имащи близки химични свойстваи различаващи се една от друга по броя на тези групи се нарича хомоложна серия. А веществата, които го изграждат, се наричат хомолози .

Симулатор № 1 - Хомолози и изомери

Треньор номер 2. - Хомоложни серии от наситени въглеводороди

Физични свойства

Първите четири члена на хомоложната серия на метана са газообразни вещества, като се започне с пентана са течности, а въглеводородите с брой въглеродни атоми от 16 и повече са твърди вещества (при обикновена температура). Алканите са неполярни съединения и трудно се поляризират. Те са по-леки от водата и практически неразтворими в нея. Те също не се разтварят в други разтворители с висока полярност. Течните алкани са добри разтворители за много органични вещества. Метанът и етанът, както и висшите алкани, са без мирис. Алканите са горими вещества. Метанът гори с безцветен пламък.

Получаване на алкани

За получаване на алкани се използват предимно природни източници.

Газообразните алкани се получават от природни и свързани с тях нефтени газове, а твърдите алкани от нефт. Естествена смес от твърди алкани с високо молекулно тегло е планина восък -естествен битум.

1. От прости вещества:

н С+2 н H 2 500 °С, кат →СЪС н H 2 н + 2

2. Действието на металния натрий върху халогенните производни на алканите Реакция на A.Wurtz:

2CH 3 -Cl + 2Na → CH 3 -CH 3 + 2NaCl

Химични свойства на алканите

1. Реакции на заместване - Халогениране (на сцена)

CH 4 + Cl 2 hν → CH3CI (хлорометан) + HCI (1 етап);

метан

CH3Cl + Cl2 hν→ CH2CI2 (дихлорометан) + HCI (етап 2);

CH 2 Cl 2 + Cl 2 hν → CHCI3 (трихлорометан) + HCI (етап 3);

CHCl3 + Cl2 hν → CC14 (хлорометан) + HCI (етап 4).

2. Реакции на горене (изгорете с лек пламък без дим)

C n H 2n+2 + O 2 t → nCO2 + (n+1)H2O

3. Реакции на разлагане

а) Напукванепри температура 700-1000 ° C, (-С-С-) връзките се разрушават:

C 10 H 22 → C 5 H 12 + C 5 H 10

б) Пиролизапри температура от 1000 ° C всички връзки се разрушават, продуктите са C (сажди) и H 2:

C H 4 1000°С →С + 2 Н 2

Приложение

· Пределните въглеводороди се използват широко в голямо разнообразие от области на човешкия живот и дейност.

· Използва се като гориво - в котелни инсталации, бензин, дизелово гориво, авиационно гориво, бутилки за смес от пропан-бутан за битови печки

· Вазелинът се използва в медицината, парфюмерията, козметиката, висшите алкани са част от смазочните масла, алканните съединения се използват като хладилни агенти в домашните хладилници

· Смес от изомерни пентани и хексани се нарича петролев етер и се използва като разтворител. Циклохексанът също се използва широко като разтворител и за синтез на полимери.

· Метанът се използва за производство на гуми и боя

· Стойността на алканите в модерен святогромен. В нефтохимическата промишленост наситените въглеводороди са основа за получаване на различни органични съединения, важна суровина в процесите за получаване на междинни продукти за производство на пластмаси, каучук, синтетични влакна, детергенти и много други вещества. Голяма стойност в медицината, парфюмерията и козметиката.

Задачи за поправка

номер 1. Напишете уравненията за реакциите на горене на етан и бутан.

№2. Напишете уравненията на реакцията за получаване на бутан от следните халоалкани:

CH3-Cl (хлорометан) и C2H5-I (йодоетан).

номер 3. Извършете трансформациите по схемата, назовете продуктите:

C → CH 4 → CH 3 Cl → C 2 H 6 → CO 2

номер 4. Реши кръстословицата

Хоризонтално:

1. Алкан с молекулна формула C3H8.
2. Най-простият представител на наситените въглеводороди.
3. Френски химик, чието име носи реакцията на получаване на въглеводороди с по-дълга въглеродна верига чрез взаимодействие на халогенни производни на наситени въглеводороди с метален натрий.
4. Геометрична фигура, което наподобява пространствената структура на молекулата на метана.
5. Трихлорометан.
6. Името на радикала C 2 H 5 -.
7. Повечето характерен външен видреакции за алкани.
8. Агрегатно състояниепървите четири представителя на алкани при нормални условия.

Ако сте отговорили правилно на въпросите, тогава в маркираната колона вертикалновземете едно от имената на наситени въглеводороди. Назовете тази дума?

Във вода

? g/100 ml (?C) Температура на топене-182,5 C при 1 atm Температура на кипене-161,6 C (111,55 K) тройна точка90,7 К, 0,11 бара Структура Форма на молекулаТетраедър Диполен моментнула опасност температура
огнища-188 С температура
спонтанно възпламеняване537C Граници на експлозивност 5-15% Свързани съединения Семейство алканиЕтан
Пропан Други връзкиметанол
Хлорометан

2. Структурата на молекулата

Молекулна формула CH 4. Структурни и електронни формули:

H | H-S-N | з

3. Химични свойства

Първият член на хомоложната серия от наситени (метанови) въглеводороди. Метанът е химически неактивно вещество. При нормални условиятой е доста устойчив на киселини, основи и окислители. По този начин, когато метанът преминава през разтвор на KMnO 4, който е доста силен окислител, той не се окислява и виолетовият цвят на разтвора не изчезва. Метанът не влиза в реакцията на добавяне (съобщение), тъй като в неговата молекула всичките четири валенции на въглеродния атом са напълно наситени. За метана, както и за други наситени въглеводороди, са характерни реакциите на заместване, при които водородните атоми се заместват с атоми на други елементи или атомни групи. Характерна за метана е и реакцията с хлора, която протича при обикновени температури под въздействието на дифузна светлина (възможна е експлозия при пряка слънчева светлина). В този случай водородните атоми в молекулата на метана се заменят последователно с хлорни атоми

• CH 4 + Cl 2 \u003d CH 3 Cl + HCl
• CH 3 Cl + Cl 2 \u003d CH 2 Cl 2 + HCl
• CH 2 Cl 2 + Cl 2 \u003d CHCl 3 + HCl
• CHCl3 + Cl2 = CCl4 + HCI

В резултат на реакцията се образува смес от хлороиден метан.

Във въздуха метанът гори с безцветен пламък с отделяне на значително количество топлина:

• CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

Метанът образува горима експлозивна смес с въздуха. Когато метанът се нагрява без достъп на въздух до температура над 1000 С, той се разлага на елементи - на въглерод (сажди) и водород:

• CH 4 \u003d C + 2H 2

4. Разпространение в природата

Метанът е основният компонент:

• естествени горими газове (до 99,5%),
• свързано масло (39-91%),
• блатни (99%) и руднични (34-48%) газове;
• присъства в газовете на калните вулкани (повече от 95%),
• среща се спорадично във вулканични газове и в газове от магмени и метаморфни скали.

Голямо количество метан е разтворено във водите на океаните, моретата, езерата. Средното съдържание на метан във водите на Световния океан е около 10 -2 cm 3 / l, общото количество е 14,10 12 m 3. Количеството метан, разтворен във водите на формацията, е с няколко порядъка по-високо от промишлените му запаси.

Метан присъства и в атмосферите на Земята, Юпитер, Сатурн, Уран; в газовете на повърхността на почвата на Луната. По-голямата част от метана през лятото и хидросферата на Земята се образува по време на биохимично и термично каталитично разрушаване на диспергирана органична материя, въглища и нефт. Метанът се образува по време на анаеробно разлагане на органични вещества, по-специално целулоза (метанова ферментация).

В природата на Земята метанът е доста често срещан. Горимите природни газове се състоят от 90-97% метан. Образува множество находища, от които се добива и доставя по газопроводи до мястото на използване. На дъното на блатата и езерата се образува метан в резултат на разлагането на растителни остатъци без достъп на въздух. Поради това се нарича още блатен газ. Под името firedamp, метанът се натрупва във въглищните мини в резултат на освобождаването от въглищните пластове и свързаните с тях скали, в които се намира в свободна и свързана форма. В действащите мини се наблюдава отделяне на метан от въглищни пластове в количество до 70-80 m / t s. b. m (t s. b. m. - тон суха безпепелна маса), което прави икономически целесъобразно самостоятелно или съпътстващо (дегазиране) извличане от въглищни находища.

Огненият газ е много опасен, защото може да образува експлозивна смес с въздуха. Най-експлозивните концентрации на метан във въздуха са 9-14%.

При ниски температуриметанът образува инклузионни съединения - газови хидрати, широко разпространени в природата.

Изкопаеми горива Естествено неизкопаемо гориво изкуствено гориво

Биогорива WWVS Производителни газове Кокс Моторни горива

Концепции

Енергийна биосуровина

Големи количества метан се използват като удобно и евтино гориво. При непълно изгаряне на метана се получават сажди, които се използват за направата на печатарско мастило и като пълнител за каучук, а при термично разлагане (над 1000 С) се получават сажди и водород, който се използва за синтеза на амоняк. Продуктът от пълното хлориране на метана - въглероден тетрахлорид CCl 4 - е добър разтворител на мазнини и се използва за извличане на мазнини от маслодайни семена. Метанът също така служи като изходен материал за производството на ацетилен, метилов алкохол и много други. химически продукти.

7. Метанът като фактор при въгледобива

М. образува експлозивни смеси с въздуха. Когато съдържанието във въздуха е до 5-6%, М. изгаря в близост до източник на топлина (температура на възпаление 650-750 C), при съдържание 5-15,2 (16)% - експлодира, повече от 16% - може да изгори с приток на кислород, като същевременно намали концентрацията на M. експлозивен. М. има слаб наркотичен ефект. MPC 300 mg / m 3. Разпределението на M. в минните изработки създава специална опасност при добива на въглища. Има три форми на освобождаване на М. в минните изработки: обикновени, суфле и внезапни. Според изобилието на метан, според "Правилата за безопасност в мини за въглища и шисти", мините се разделят на пет категории. Критерият за такова разделение е относителното изобилие на метан, т.е. количеството метан в кубични метри, отделено на ден на 1 тон среднодневно производство: с отделяне на метан до 5 m 3 / t, 5 - 10 m 3 / t, 10 - 15 m 3 / t; супер-категория - повече от 15 m 3 / t; опасни за суфларен секрет. Мините, които разработват пластове, които са опасни или заплашителни поради внезапни изблици на въглища, газ и скали, принадлежат към специална категория - опасни поради внезапни изблици. Добивът на метан от въглищни пластове се счита за обещаващ (виж съдържание на метан във въглищни пластове, метан от въглищни пластове). В края на ХХ век. този проблем само в САЩ се занимаваше от учени ок. 40 университета, ок. 100 фирми. Първите промишлени опити за използване на свързан метан (въгледобива) също се правят в Украйна, в Донбас. В промишлеността метанът се използва за производство на синтетичен газ, ацетилен, хлороформ, тетрахлорид, сажди и др.. Продуктите от непълното окисление на метана са изходни материали за производството на пластмаси, използвани в органичен синтез.

Вижте също

Източници