Nguồn hydrocarbon: dầu mỏ, khí thiên nhiên, chưng cất phân đoạn, cracking và bài tập có đáp án Hóa 11
Nguồn hydrocarbon trong tự nhiên chủ yếu là dầu mỏ và khí thiên nhiên. Bài viết nêu thành phần, chưng cất phân đoạn dầu mỏ, cracking, reforming, chỉ số octane, thành phần khí thiên nhiên, khí mỏ dầu, tác động môi trường và bài tập có đáp án Hóa 11.
Nguồn hydrocarbon là gì?
Nguồn hydrocarbon trong tự nhiên chủ yếu là dầu mỏ, khí thiên nhiên và khí mỏ dầu. Đây là nhiên liệu hóa thạch, đồng thời là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp hóa dầu, sản xuất nhựa, cao su, sợi, phân bón và hóa chất.
Dầu mỏ và chưng cất phân đoạn
Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp của nhiều hydrocarbon (alkane, cycloalkane, arene) cùng một lượng nhỏ hợp chất của S, N, O. Chưng cất phân đoạn tách dầu mỏ thành các phân đoạn có khoảng nhiệt độ sôi khác nhau:
| Phân đoạn | Số C xấp xỉ | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Khí | $\ce{C1}$–$\ce{C4}$ | Khí đốt, nhiên liệu LPG |
| Xăng (naphtha) | $\ce{C5}$–$\ce{C11}$ | Nhiên liệu động cơ xăng, nguyên liệu hóa dầu |
| Dầu hỏa | $\ce{C10}$–$\ce{C16}$ | Nhiên liệu máy bay, thắp sáng |
| Diesel | $\ce{C14}$–$\ce{C20}$ | Nhiên liệu động cơ diesel |
| Dầu nhờn, mazut | $> \ce{C20}$ | Bôi trơn, nhiên liệu lò |
| Cặn (bitumen) | Rất lớn | Nhựa đường |
Cracking, reforming và chỉ số octane
- Cracking: bẻ gãy alkane mạch dài thành alkane và alkene mạch ngắn hơn, tăng lượng xăng: $\ce{C16H34 ->[t, xt] C8H18 + C8H16}$.
- Reforming: biến đổi cấu trúc hydrocarbon (mạch thẳng thành mạch nhánh, vòng, thơm) để tăng chất lượng xăng.
- Chỉ số octane: đo khả năng chống kích nổ của xăng; 2,2,4-trimethylpentane (isooctane) có chỉ số $100$, heptane có chỉ số $0$. Xăng A92, A95 có chỉ số octane $92$, $95$.
Ví dụ 1
Xăng RON 95 là gì?
Xăng có khả năng chống kích nổ tương đương hỗn hợp chứa $95\%$ isooctane và $5\%$ heptane.
Khí thiên nhiên và tác động môi trường
- Khí thiên nhiên chứa $70$–$95\%$ methane, còn lại là ethane, propane, butane, $\ce{CO2}$, $\ce{N2}$; là nhiên liệu sạch hơn than, dầu, và nguyên liệu sản xuất $\ce{H2}$, $\ce{NH3}$, methanol.
- Khí mỏ dầu (khí đồng hành) là khí tách ra khi khai thác dầu mỏ, chứa nhiều propane, butane.
- Đốt nhiên liệu hóa thạch thải $\ce{CO2}$ gây hiệu ứng nhà kính; tràn dầu gây ô nhiễm biển. Nhiên liệu thay thế gồm xăng sinh học E5 (xăng trộn $5\%$ ethanol), biodiesel, hydrogen.
Ví dụ 2
Tính thể tích $\ce{CO2}$ (điều kiện chuẩn) sinh ra khi đốt $1$ mol $\ce{CH4}$.
$\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$ nên $n_{\ce{CO2}} = 1$ mol, $V = 24{,}79$ L.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Dầu mỏ được tách thành các phân đoạn bằng phương pháp nào?
- Cracking nhằm mục đích gì?
- Chỉ số octane của xăng cho biết điều gì?
- Thành phần chính của khí thiên nhiên là gì?
- Nêu hai nhiên liệu thay thế giúp giảm phát thải $\ce{CO2}$ từ nhiên liệu hóa thạch.
Đáp án
- Chưng cất phân đoạn.
- Biến hydrocarbon mạch dài thành hydrocarbon mạch ngắn hơn để tăng lượng xăng.
- Khả năng chống kích nổ của xăng.
- Methane $\ce{CH4}$ ($70$–$95\%$).
- Xăng sinh học (E5), biodiesel, hydrogen.
Tổng kết
Bài học liên quan
Xem tất cả bài học chủ điểm Hydrocarbon
Câu hỏi thường gặp
Nguồn hydrocarbon chính trong tự nhiên?
Dầu mỏ, khí thiên nhiên và khí mỏ dầu.
Chưng cất phân đoạn dầu mỏ cho những sản phẩm nào?
Khí, xăng, dầu hỏa, diesel, dầu nhờn, mazut, nhựa đường.
Cracking là gì?
Quá trình bẻ gãy mạch carbon dài thành các hydrocarbon mạch ngắn hơn.
Chỉ số octane là gì?
Số đo khả năng chống kích nổ của xăng.