Підручник з Хімії. 10 клас. Величко - Нова програма

§ 25. ВУГЛЕВОДНЕВА СИРОВИНА Й ОХОРОНА ДОВКІЛЛЯ

Життя людини повсякчас пов’язане зі спалюванням горючих речовин у побуті, на транспорті, у промисловості.

Крім очевидної користі застосування нафтопродуктів, вугілля і природного газу створює ряд проблем, пов’язаних із виживанням людства. З’ясуємо їх.

Тепловий баланс нашої планети підтримується завдяки тому, що вуглекислий газ і вода, які містяться в атмосфері, убирають енергію сонячного випромінювання (інфрачервону частину спектра), а потім віддають її. Так на планеті зберігається теплота.

Убирання і випромінювання енергії вуглекислим газом та іншими речовинами створює парниковий ефект. Можна стверджувати, що ми живемо в умовах парникового ефекту, і це відповідає нормальному станові атмосфери, комфортному для нас. Проте посилення цього ефекту може мати згубні наслідки, а саме: глобальне підвищення температури й у зв’язку з цим — зміну клімату.

До цього може призвести підвищення концентрації вуглекислого газу внаслідок спалювання горючих речовин. Протягом останніх 100 років у результаті техногенної діяльності людини вміст вуглекислого газу в атмосфері невпинно зростає.

Учені розробляють так звані технології проектування клімату, однією з яких є технологія «морського обілення хмар». З кораблів розпилюють краплини морської води в хмари над океаном, аби вони відбивали більше сонячного світла назад у космос, тим самим зменшуючи нагрівання Землі.

Подумайте, як саме підвищення температури на планеті може позначитися на природних умовах Північної півкулі. Чим це загрожує людству?

Окрім парникового ефекту в результаті переробки й використання горючих корисних копалин атмосфера забруднюється шкідливими речовинами, такими як карбон(ІІ) оксид СО (унаслідок неповного згоряння пального у двигунах), сульфур(IV) оксид SO2 (утворюється з сірки, що міститься у вугіллі, бензині, поліметалічних рудах), метан СН4 (витікання газу), сірководень H2S (виділяється під час переробки нафти), оксиди Нітрогену (утворюються під час високотемпературного горіння) та ін.

Усі ці речовини спричиняють фотохімічний смог, кислотні дощі тощо.

Фотохімічний смог (від англ. smoke — курити і fog — туман) утворюється в результаті реакцій, що відбуваються під упливом сонячного світла (фотохімічні реакції) (мал. 80). При цьому крім наявних у повітрі забруднювачів додатково утворюються нітроген(IV) оксид і озон. Останній реагує з вуглеводнями, що виділяються в повітря від неповного згоряння пального. У результаті утворюються сполуки, небезпечні для здоров’я людей і шкідливі для довкілля.

Мал. 80. Фотохімічний смог над містом

Фотохімічний смог уперше спостерігався в Лос-Анджелесі, де яскраві сонячні дні та багато автомобілів.

Крім того, під час згоряння палива утворюються дим, у якому містяться дрібні часточки вуглецю і твердих вуглеводнів, що не згоріли, а також сполуки Кадмію, Плюмбуму, Меркурію та інших елементів, надзвичайно шкідливі для здоров’я.

Зважаючи на те, що атмосфера не має кордонів, поясніть глобальні наслідки її забруднення.

Як можна позбутися шкідливих забруднювачів, що утворюються в результаті використання палива й пального? По-перше, можна ощадливо використовувати ці продукти й тим самим зменшувати кількість шкідливих викидів. По-друге, можна вилучати з палива сірку ще до його використання. По-третє, створювати технологічні умови для повного згоряння вугілля в котельнях, на теплоелектростанціях та бензину — у двигунах автомобілів. По-четверте, можна вловлювати відходи згоряння палива за допомогою фільтрів. По-п’яте, можна замінити джерела енергії: замість енергії палива використовувати енергію сонця, вітру, води, ядерну та геотермальну.

Які із зазначених чинників мають, на вашу думку, більше й менше значення? Розгляньте їх з погляду переваг і недоліків.

Лабораторний дослід 2

Ознайомлення з різними видами палива

Розгляньте видану вам колекцію видів палива. Як класифікують види палива: за агрегатним станом; за походженням? Назвіть ці види. Які переваги й недоліки кожного виду? Схарактеризуйте види палива з погляду екології.

Завдання для самоконтролю

1. Пригадайте, як створюється парниковий ефект у теплиці. Порівняйте його з парниковим ефектом на планеті.

2. Як зелені насадження і вирубування лісів позначаються на парниковому ефекті?

3. Що таке фотохімічний смог?

4. Які речовини забруднюють довкілля внаслідок використання горючих копалин? Як можна запобігти шкідливим викидам у атмосферу?

Додаткові завдання

5. Природний газ, кам’яне вугілля, нафта належать до енергохімічних ресурсів. Як ви розумієте цей термін?

6. Чому, на вашу думку, у побуті надають перевагу як паливу кам’яному вугіллю над дровами, природному газу — над вугіллям, електричному струму — над газом?

7. Чому важливо знати про походження нафти? Як це пов’язано з дефіцитом нафтопродуктів?

8. Як позначається густина нафти на екологічній безпеці під час її транспортування, зокрема, водним шляхом?

9. Чому, на вашу думку, можна добувати з нафти таку велику кількість речовин?

10. Які зміни відбулися в житті останніх поколінь у результаті використання продуктів переробки нафти?

11. Природний газ — екологічно безпечніше пальне порівняно з бензином. Чому? Яке значення має його використання в автомобілях замість бензину?

12. Які, на вашу думку, перспективи використання альтернативних джерел енергії?

13. Поясніть значення екологічного контролю за роботою двигунів автомобілів.

14. Коефіцієнт корисної дії автомобіля становить 25 % (тобто пальне використовується на 25 %). На вашу думку, на що даремно затрачаються 75 % енергії пального?

15. У результаті ароматизації циклогексану виділився водень об’ємом 33,6 л (н. у.). Якої маси бензен утворився?

16. Для добування електроенергії на тепловій електростанції упродовж 1 год згоряє вугілля масою 1 т, у якому масова частка сірки становить 2,5 %. Яка маса сульфур(IV) оксиду потрапить в атмосферу протягом доби?

17. Для вбирання сульфур(IV) оксиду в промисловості використовують вапно СаО. Яку масу цієї речовини треба взяти, щоб нейтралізувати сульфур(IV) оксид, що утворюється за умовою попередньої задачі?

18. Поцікавтеся, звідки надходить паливо у вашу місцевість, з яких родовищ. Знайдіть їх на мапі.

19. Сорти пального для дизельних двигунів характеризують так званими цетановими числами. Цетанове число 100 має вуглеводень цетан складу С16Н34. З’ясуйте за довідковою літературою, який ізомер цетану є еталоном дизельного пального.

20. Проаналізуйте дані, наведені на діаграмах (мал. 81, 82). Зробіть висновки.

Мал. 81. Порівняння кількості енергії, що виділяється в результаті спалювання палива різних видів

Мал. 82. Загальні запаси джерел енергії (а) і частки різних джерел у загальній кількості енергії, що її споживає людство (б)

21. Розгляньте й проаналізуйте схему 3 (с. 126). Які існують альтернативні джерела добування пального? Користуючись додатковими джерелами інформації, підготуйте повідомлення про переваги й недоліки замінників традиційних видів пального.

22. Розгляньте таблицю 10 (с. 126) і проаналізуйте склад деяких видів палива.

Дайте відповіді на такі запитання.

• Які продукти утворюються в результаті спалювання різних видів палива?

• Які складники палива негативно впливають на довкілля?

Схема 3

Сировина для виробництва пального

• які переваги й недоліки використання різного палива?

Запропонуйте варіанти зменшення шкоди від спалювання горючих матеріалів.

23. За даними таблиці 10 складіть кілька запитань і розрахункових задач. Запропонуйте їх однокласникам.

24. «У Кіото лідери країн домовилися про скорочення викидів вуглеводу до 2010 р. на 5,2 % порівняно з 1990 р.» (З газети). «Кошти, які планується використати на скорочення викидів вуглецю, могли б піти на фінансування наукових досліджень технологічних альтернатив» (Там само). Знайдіть хімічні помилки в цих повідомленнях і запропонуйте своє формулювання.

25. Складіть загальні висновки до розділу «Природні джерела вуглеводнів» (за зразком рубрики «Висновки» до попередніх параграфів).

Таблиця 10

Склад деяких видів палива (усереднені дані)

Вид палива

Склад горючої маси, %

Волога, %

Зола, %

C

H

O + N

S

Кам’яне вугілля Донбасу

82,0

5,0

13,0

2—6

3—8

14,5

Буре вугілля

70,0

5,5

24,5

2—3

50

4,0

Горючі сланці

75,0

10,0

15,0

3,5

13,5

50,0

Торф

59,0

6,0

35,0

0,4

25

4,5

Деревина

40—50

6,0

42,0

0,1

30—40

0,4