Підручник з Хімії. 10 клас. Величко - Нова програма

§ 24. КАМ'ЯНЕ ВУГІЛЛЯ І ПРОДУКТИ ЙОГО ПЕРЕРОБКИ

Кам’яне вугілля, як і нафта, є сумішшю речовин і має складну структуру (мал. 78). До його складу входять вільний вуглець (масова частка — до 10 %), органічні речовини, що містять Карбон, Гідроген, Оксиген, Сульфур, Нітроген, неорганічні речовини (вони залишаються у вигляді шлаку після спалювання вугілля).

Мал. 78. Фрагмент молекулярної структури кам'яного вугілля

Вам відомо, що вугілля використовують як паливо, але не менше значення має хімічна переробка вугілля з метою добування великої кількості цінних речовин.

Унаслідок нагрівання кам’яного вугілля в коксовій печі до температури 1 000 оС без доступу повітря воно перетворюється на кокс. Цей продукт на 96—98 % складається з вуглецю. Основні галузі його застосування — металургія та хімічна промисловість.

Коксова піч побудована з довгих вузьких камер, розділених вертикальними опалювальними каналами. У камеру через верхні отвори завантажують подрібнене вугілля (мал. 79). Декілька десятків таких камер утворюють батарею коксових печей. В опалювальних каналах камер згоряє газувате пальне, нагріваючи вугілля до температури розкладу. Кокс утворюється у вигляді «коксового пирога», що «випікається» протягом 14 год. Після цього він виштовхується з камери, а в неї завантажують нову порцію вугілля.

Мал. 79. Схема будови коксової печі

Разом із коксом утворюються амоніакова вода, коксовий газ і кам’яновугільна смола (дьоготь). До складу коксового газу входять органічні й неорганічні речовини (схема 2, с. 122). Їх розділяють і використовують як паливо або як сировину для хімічного синтезу.

Схема 2

Продукти коксування кам’яного вугілля

Кам’яновугільна смола є багатим джерелом різноманітних речовин — з неї їх виділено близько 500. Перегонкою й хімічною обробкою кам’яновугільної смоли добувають толуен, нафтален, піридин, антрацен, феноли, інші цінні речовини.

Кам’яновугільну смолу й коксовий газ переробляють на коксохімічних заводах.

У розвитку органічної хімії кам’яновугільна смола відіграла особливу роль. Як джерело хімічних сполук кам’яне вугілля почали використовуватии раніше, ніж природний газ і нафту. На основі продуктів, виділених із кам’яновугільної смоли, виникли цілі галузі хімічної промисловості — виробництво синтетичних барвників, лікарських засобів, засобів захисту рослин, вибухових речовин тощо.

Кам’яновугільна смола виявилася доступною сировиною для виробництва всіх цих продуктів, що уможливило їх багатотоннажне виробництво. Отже, кам’яне вугілля — цінна хімічна сировина, яку вигідніше переробляти, ніж спалювати.

Лабораторний дослід 1

Ознайомлення зі зразками нафтопродуктів і продуктів коксування кам’яного вугілля

Розгляньте видані вам колекції продуктів переробки нафти і продуктів коксування кам’яного вугілля. Опишіть (усно) їх зовнішній вигляд. Що ви можете сказати про застосування цих речовин?

Завдання для самоконтролю

1. Який хімічний склад має кам’яне вугілля?

2. Чому коксування вугілля проводять без доступу повітря?

3. Схарактеризуйте продукти коксування кам’яного вугілля за схемою 2. Де їх використовують?

4. Як саме переробка кам’яного вугілля пов’язана із розвитком синтетичної органічної хімії?

5. Теплота згоряння вугілля (в перерахунку на чистий вуглець) становить 394 кДж/моль, а бензину (октану) — 5 474 кДж/моль. Обчисліть, що вигідніше використовувати (за масою) як паливо: вугілля чи октан.