ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΕΣ ΚΑΥΣΗ και ΚΑΥΣΙΜΑ

Transcript

1 ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΕΣ ΚΑΥΣΗ και ΚΑΥΣΙΜΑ Καύση ονομάζεται η αντίδραση μιας οργανικής ή ανόργανης ουσίας με το Ο 2, κατά την οποία εκλύεται θερμότητα στο περιβάλλον και παράγεται φως. Είδη καύσης Α. Τέλεια καύση έχουμε όταν υπάρχει επάρκεια Ο 2, όταν δηλαδή υπάρχει η απαιτούμενη ποσότητα Ο 2 ή περισσότερη από αυτήν που χρειάζεται. Προϊόντα της τέλειας καύσης : CO 2 και Η 2 Ο (υδρατμοί) Καυσαέρια Στα καυσαέρια της τέλειας καύσης περιλαμβάνονται :.. CO 2, υδρατμοί ( H 2 O αέριο ), Ο 2 που πιθανόν περίσσεψε και Ν 2 Συνήθως η καύση γίνεται όχι με καθαρό Ο 2 αλλά με αέρα ο οποίος θεωρούμε ότι είναι μείγμα Ν 2 και Ο 2, με περιεκτικότητα 80 % v/v N 2 και 20 % v/v O 2. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΤΕΛΕΙΑΣ ΚΑΥΣΗΣ C 2 H /2 O 2 2 CO H 2 O C ν Η 2 ν+2 + (3 ν+1) / 2 Ο 2 ν CO 2 + (ν+1) Η 2 Ο Υπενθύμιση Μπορούμε να χρησιμοποιούμε κλασματικούς συντελεστές μπροστά από στοιχεία, αλλά όχι μπροστά από χημικές ενώσεις. Β. Ατελής καύση γίνεται όταν δεν επαρκεί το Ο 2 Στην ατελή καύση πιθανόν να παραχθεί CO ή C ή μίγμα διαφόρων προϊόντων. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ Κάθε αντίδραση ενός σώματος (στοιχείου ή χημικής ένωσης) με το Ο 2 δεν είναι απαραιτήτως καύση. Για παράδειγμα, η αντίδραση : 2 ΝΟ + Ο 2 2 ΝΟ 2 που συμβαίνει στην ατμόσφαιρα δεν είναι καύση. Οι υδρατμοί απομακρύνονται από τα υπόλοιπα καυσαέρια με ψύξη, οπότε υγροποιούνται. Ο όγκος του υγρού που παράγεται συνήθως είναι αμελητέος. Οι υδρατμοί ακόμα μπορούν να δεσμευτούν από αφυδατικά μέσα. Το CO 2 δεσμεύεται από διαλύματα βάσεων με τις οποίες αντιδρά. Π.χ. κατά τη διέλευση των καυσαερίων από διάλυμα Ca(OH) 2 παρατηρείται μείωση του όγκου τους επειδή το CO 2 αντιδρά με τη βάση και σχηματίζει άλας. CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O

2 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ 1. Καίγονται πλήρως 160 g CH 4. Να υπολογίσετε τον όγκο του απαιτούμενου Ο 2 καθώς και τον όγκο του παραγόμενου CO 2 σε stp. Ποια είναι η μάζα των παραγόμενων υδρατμών ; Τα mol του CH 4 είναι n = m / Mr = 160 /16 = 10 mol Η καύση του CH 4 είναι : CH O 2 CO H 2 O 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol x 1 = 20 mol = 20 22,4 = 448 L O 2 x 2 = 10 mol = 10 22,4 = 22,4 L CO 2 x 3 = 20 mol = = 360 g H 2 O 10 mol x 1 x 2 x 3 2. Κατά την πλήρη καύση 5,4 g ενός αλκινίου παράγονται 8,96 L CO 2 σε stp. Να βρείτε τον μοριακό τύπο του αλκινίου και να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ισομερών του αλκινίου. Τα mol του αλκινίου είναι n = m / Mr = 5,4 / 14ν-2 mol Τα mol του CO 2 είναι n = V / Vmol = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol C v H 2V-2 + (3v-1) /2 O 2 v CO 2 + (v-1) H 2 O 1mol v mol 5,4 /(14v-2) mol 0,4 mol 0,4 = v 5,4 / 14v-2 v =4 M.T. C 4 H 6 ισομερή : CH C CH 2 CH 3 CH 3 - C C CH 3 εφαρμογή Για τη πλήρη καύση 23 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης απαιτούνται 48 g O 2. Na βρείτε τον συντακτικό τύπο της αλκοόλης και να υπολογίσετε τον όγκο των παραγόμενων καυσαερίων σε πίεση 1at και θερμοκρασία C. 3. Ποσότητα C 2 H 4 αναμιγνύονται με αέρα που περιέχει 20 mol O 2 προκαλείται καύση. Μετά την καύση και την ψύξη, τα καυσαέρια περνούν μέσα από ένα διάλυμα βάσης οπότε εμφανίζεται μείωση της μάζας τους κατά 440 g. Nα υπολογίσετε τη μάζα του αιθυλενίου και τη μάζα των υπόλοιπων καυσαερίων. Ο αέρας έχει σύσταση 80 % v/v N 2 και 20 % v/v O 2.

3 Έστω x mol το C 2 H 4 C 2 H O 2 2 CO H 2 O x mol 3x mol 2x mol 2x mol Κατά την ψύξη των καυσαερίων απομακρύνεται απ αυτά οι υδρατμοί Κατά την διέλευση των καυσαερίων από διάλυμα βάσης κατακρατείται το CO 2.Επομένως η μείωση της μάζας τους αντιστοιχεί στη μάζα του CO 2. Συνεπώς τα mol του CO 2 είναι : n = m / Mr δηλαδή 2x = 440 / 44 =10 mol και x = 5 mol. Άρα η μάζα του C 2 H 4 θα είναι m = 5 28 = 140 g Eπειδή η αναλογία όγκων είναι και αναλογία mol, τα mol του Ν 2 θα είναι τετραπλάσια του Ο 2 δηλαδή n = 80 mol N 2. Στη καύση δαπανήθηκαν 15 mol O 2 επομένως περίσσεψαν 5 mol O 2. Το τελικό μίγμα των καυσαερίων περιέχει 5 mol O 2 ( = 160 g ) και 80 mol N 2 δηλαδή ( = 2344 g ) 4. Αέριο μίγμα CH 4 και C 3 H 8 όγκου 150 ml αναμιγνύεται με την απαιτούμενη ποσότητα Ο 2 και καίγεται. Το παραγόμενο CO 2 έχει όγκο 250 ml. Nα βρείτε την % v/v κατ όγκο σύσταση του μίγματος. Οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. CH O 2 CO H 2 O C 3 H O 2 3 CO H 2 O α ml α ml β ml 3 β ml α + β = 150 α + 3β = 250 επομένως β = 50 ml και α = 100 ml. 5. Να εξηγήσετε, αν επαρκούν 12O L αέρα που μετρήθηκαν σε stp, για την τέλεια καύση 10,8 g πεντανίου ( C 5 H 12 ). Ο αέρας έχει σύσταση 80 % v/v N 2 και 20 % v/v O 2. Τα mol του C 5 H 12 είναι n = m/mr = 10,8/72 = 0,15 Στα 100 L αέρα περιέχονται 20 L O 2 Στα 120 L x =24 L O 2 δηλαδή ο διαθέσιμος όγκος Ο 2 είναι 24 L. Έστω ότι η καύση ήταν τέλεια. C 5 H O 2 5 CO H 2 O 1 mol 8 mol 0,15 mol 1,2 mol Ta 1,2 mol O 2 σε stp, έχουν όγκο V = 26,88 L. Επομένως ο απαιτούμενος όγκος Ο 2 για τη τέλεια καύση, θα είναι μεγαλύτερος από τον όγκο που υπάρχει, άρα δεν είναι δυνατόν να γίνει τέλεια καύση.

4 ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ( ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ) Καταλυτικοί μετατροπείς ή καταλύτες αυτοκινήτων είναι συσκευές που μετατρέπουν τα αέρια προϊόντα της ατελούς καύσης σε αβλαβή αέρια. CO καταλύτης CO 2 NO καταλύτης Ν 2 + Ο 2 C x H y καταλύτης CO 2 + H 2 O * Στα καταλυτικά αυτοκίνητα πρέπει να χρησιμοποιείται αμόλυβδη βενζίνη γιατί ο μόλυβδος ( Pb ) αχρηστεύει τον καταλύτη. ΤΟ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ ΚΑΙ ΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΑ ΤΟΥ Το πετρέλαιο είναι μίγμα πολλών υδρογονανθράκων διαφόρων ειδών ( κορεσμένοι, ακόρεστοι, άκυκλοι, κυκλικοί κ.τ.λ. ) Η σύσταση του πετρελαίου δεν είναι σταθερή. Επεξεργασία Στο αργό πετρέλαιο γίνεται διύλιση ( κλασματική απόσταξη ) με σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας, οπότε αυτό διαχωρίζεται σε κλάσματα ( μίγματα που αποτελούνται από λίγους υδρογονάνθρακες ). Προϊόντα του πετρελαίου Υγραέριο περιέχει υδρογονάνθρακες με 1 4 άτομα C Βενζίνη περιέχει υδρογονάνθρακες με 5-12 άτομα C χρησιμοποιείται στους κινητήρες εσωτερικής καύσεως η ποιότητα της μετρείται στη κλίμακα οκτανίου Νάφθα ( ακατέργαστη βενζίνη ) ενδιάμεσο προϊόν, μεταξύ βενζίνης και κηροζίνης, με τη πυρόλυση της προκύπτουν μικρότεροι υδρογονάνθρακες που χρησιμοποιούνται από τη πετροχημεία. Κηροζίνη Πετρέλαιο Ντίζελ Μαζούτ Λιπαντικά Άσφαλτος χρησιμοποιείται στους κινητήρες των αεροπλάνων χρησιμοποιείται στα πετρελαιοκίνητα οχήματα και στους καυστήρες καλοριφέρ καύσιμο της βιομηχανίας και των πλοίων λίπανση κινητήρων - ορυκτέλαια ασφαλτόστρωση

5 ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Καίγονται 88 g C 3 H 8 με την απαιτούμενη για τη πλήρη καύση ποσότητα Ο 2. Να υπολογισθεί η μάζα των παραγόμενων υδρατμών, ο όγκος του CO 2 που παράχθηκε και ο όγκος του Ο 2 που καταναλώθηκε σε πρότυπες συνθήκες. 2. Ποιος είναι ο όγκος του ατμοσφαιρικού αέρα, o οποίος απαιτείται για τη πλήρη καύση 5 mole αιθανίου; Ποια είναι η % v/v σύσταση των καυσαερίων μετά την απομάκρυνση των υδρατμών με ψύξη των προϊόντων ; Οι όγκοι μετρήθηκαν σε stp Η σύσταση του αέρα είναι 80 % v/v Ν 2 και 20 % v/v Ο 2 3. Για τη πλήρη καύση 22 g ενός αλκανίου απαιτούνται 56 L O 2 μετρημένα σε stp. Α) Ποιος είναι ο μοριακός τύπος του αλκανίου ; Β) Ποια είναι η μάζα των υδρατμών που παράχθηκε κατά τη καύση ; 4. Αναμιγνύονται 10 L αέριου υδρογονάνθρακα, με 70 L O 2 και το μίγμα αναφλέγεται. Παράγονται από τη καύση 20 L CO 2 και 20 L υδρατμών. Να βρεθούν : α) ο μοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα β) ο όγκος του οξυγόνου που αντέδρασε καθώς και αυτός που περίσσεψε. Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. 5. Κατά τη πλήρη καύση ορισμένης ποσότητας αλκινίου, παράχθηκε ίση μάζα υδρατμών με τη μάζα του αλκινίου. α) Να βρείτε το μοριακό τύπο του αλκινίου και τα ισομερή του β) Nα βρείτε τον όγκο του αέρα που απαιτήθηκε για τη καύση. Η σύσταση του αέρα είναι : 80 % v/v Ν 2, 20 % v/v O 2 6. Ένα ισομοριακό μίγμα, μεθανίου και ενός αλκινίου (Α), έχει μάζα 36 g και όγκο 22,4 L σε stp. A. Να βρείτε τη μάζα κάθε συστατικού του μίγματος. Β. Να βρείτε το μοριακό τύπο του Α και να γράψετε τα ισομερή του. Γ. Να υπολογίσετε τη μάζα του παραγόμενου CO 2 κατά τη πλήρη καύση όλης της ποσότητας του παραπάνω μίγματος. 7. Αναμιγνύονται, 11 g C 3 H 8 με 280 L αέρα και προκαλείται καύση. Να υπολογίσετε τον όγκο των καυσαερίων μετά τη καύση και τη ψύξη. Οι όγκοι μετρήθηκαν σε stp. 8. Ένα αλκένιο που έχει μάζα 56 g καίγεται με περίσσεια αέρα. Τα καυσαέρια, μετά τη ψύξη τους, διέρχονται από διάλυμα βάσης, οπότε παρατηρείται ελάττωση της μάζας τους κατά 176 g. Nα βρείτε το μοριακό τύπο του αλκανίου και να γράψετε τα ισομερή του. 9. Ένα μίγμα αιθενίου και προπανίου έχει όγκο 250 ml. Το μίγμα αναμιγνύεται με την απαιτούμενη ποσότητα Ο 2 και καίγεται. Κατά τη ψύξη των καυσαερίων, παρατηρείται ελάττωση του όγκου τους κατά 700 ml. Α. Να βρείτε την % v/v σύσταση του μίγματος. Β. Να υπολογίσετε τον όγκο του Ο 2 ο οποίος απαιτήθηκε για τη καύση του κάθε υδρογονάνθρακα. Οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. 10. Κατά τη πλήρη καύση ενός υδρογονάνθρακα με την απαιτούμενη ποσότητα Ο 2 διαπιστώθηκαν τα εξής : α. ο όγκος των αντιδρώντων είναι ίσος με τον όγκο των προϊόντων β. ο όγκος του CO 2 είναι ίσος με τον όγκο των υδρατμών. Να βρείτε το μοριακό τύπο του υδρογονάνθρακα. Οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. 11. Ένα αέριο ισομοριακό μίγμα δύο διαδοχικών μελών της ομόλογης σειράς των αλκενίων παράγει κατά τη πλήρη καύση το, 2,5 φορές μεγαλύτερο όγκο CO 2 από τον όγκο του μίγματος που κάηκε. Να βρείτε τους μοριακούς τύπους των δύο αλκενίων. Οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες.