WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Министерство образования Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА Кафедра органической химии и химии нефти Р.З. Сафиева, Л.В. Зиновьева, Е.Е. Янченко, О.А. Борисова Методические указания по дисциплине «Химия нефти и газа» для студентов факультета разработки нефтяных и газовых месторождений МОСКВА 2002 2 УДК 541.182 + 665.5 + 622.276 При изучении дисциплины «Химия нефти и газа» студенты знакомятся с аналитическим и коллоидно-химическим подходами к исследованию нефтяных и газовых систем. Пособие содержит шесть практических работ, описание каждой из которых включает краткое теоретическое введение, порядок выполнения экспериментальной методики и контрольные вопросы. Также изложены правила техники безопасности при проведении лабораторных работ малого практикума по органической химии.

М.: Изд. РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина, 2002. 40 с.

3 СОДЕРЖАНИЕ Стр.

Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ малого практикума по химии нефти 4 Тема: Углеводороды нефти и газа Лабораторная работа №1 6 Физико-химические свойства углеводородов нефтей и нефтепродук- тов. Опыты 1- 9. Опыт 10. Контрольная задача.

Тема: Методы разделения и определения состава углеводородных смесей Лабораторная работа № 2. 15 Определение фракционного состава нефти Лабораторная работа № 3 20 Хроматографические методы анализа и разделения углеводородов Разделение бензиновой фракции методом жидкостноадсорбционной хроматографии (ЖАХ).

Анализ смеси углеводородов методом газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ).

Тема: Неуглеводородные соединения нефти Лабораторная работа № 4 27 Изучение физико-химических свойств нефтяных кислот.

Опыты 1-9.

Тема: Физико-химические свойства нефтяных дисперсных систем.

Лабораторная работа № 5. 32 Деэмульсация водонефтяных эмульсий.

Лабораторная работа № 6. 34 Определение устойчивости асфальтеносодержащих дисперсных систем.

Приложение. Методика вычисления погрешности Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ малого практикума по химии нефти 1. Лабораторные работы малого практикума студенты проводят небольшими группами по 2-4 человека на постоянном рабочем месте (часть химического стола).

2. Студентам при выполнении лабораторных работ рекомендуется быть в рабочих халатах. Во время проведения лабораторных работ на рабочем месте необходимо соблюдать чистоту и порядок. Беспорядок и небрежность часто мешают качественному выполнению работы и могут привести к несчастным случаям.

3. При работе следует бережно и аккуратно обращаться с посудой, приборами и оборудованием. По окончании опытов рабочее место необходимо привести в порядок.

4. К каждой лабораторной работе студент допускается, предварительно ознакомившись с ее содержанием и законспектировав ее в рабочую тетрадь.

5. Каждый опыт проводят, не торопясь, следуя конспекту рабочей тетради, обратив особое внимание на последовательность прибавления реактивов. Если есть неясность в проведении опыта, обязательно перед началом работы выяснить все вопросы с преподавателем или лаборантом.

6. При проведении опытов с легковоспламеняющимися жидкостями ЛВЖ (этиловый спирт, ацетон, эфир, бензол, бензин и др.) необходимо использовать небольшие количества вещества, нагрев проводить на небольшом пламени горелки.

7. При использовании металлического натрия, необходимо соблюдать особую осторожность:

- не допускать контакта натрия с водой и влажными предметами;

- не брать натрий руками, а применять для этого пинцеты;

- не использованные кусочки натрия и отходы ни в коем случае не бросать в раковину или мусорный ящик, а отдать лаборанту.

8. При работе с едкими щелочами и концентрированными кислотами не допускать попадания их на кожу, особенно беречь глаза.

При возникновении пожара необходимо:

- немедленно выключить газ по всей лаборатории и все электроприборы;

- убрать все горючие вещества подальше от огня;

- засыпать песком или накрыть асбестовым одеялом очаг пожара;

- большое пламя тушить углекислотным огнетушителем;

- загоревшуюся одежду накрыть кошмой или асбестовым одеялом;

- о пожаре сообщить дежурному пожарной охраны по телефону 7-77.

Первая помощь при ожогах и отравлениях:

- при ожогах кислотами необходимо промыть обоженное место большим количеством воды под краном, а затем нейтрализовать 3% раствором соды;

- при попадании кислоты в глаза – промыть глаза водой, а затем 3% раствором бикарбоната натрия;

- при ожогах щелочами сразу же обмыть пораженное место большим количеством воды под краном, а затем 1%-ным раствором уксусной кислоты;

- при попадании щелочи в глаза – немедленно промыть глаза водой, а затем раствором борной кислоты.

- при всех случаях травм, ожогов и отравлений после оказания первой помощи следует обратиться к врачу;

- из лаборатории категорически запрещается выносить реактивы.

Тема: Углеводороды нефти и газа Лабораторная работа №Физико-химические свойства углеводородов нефтей и нефтепродуктов Введение.

Нефть представляет собой сложную смесь соединений, состоящих в основном из углеводородов. Углеводороды нефтей представляют собой алканы, циклоалканы (нафтены), арены, а также углеводороды смешанного строения.

При добыче нефти её часто сопровождают попутные газы. В основном это также углеводороды (низкомолекулярные алканы). В результате различных процессов нефтепереработки и нефтехимии получают товарные продукты, содержащие наряду с насыщенными, также ненасыщенные непредельные углеводороды – алкены, алкадиены, алкины.



Целью данной работы является ознакомление с некоторыми методами получения и химическими свойствами отдельных представителей указанных выше типов углеводородов, входящих в состав нефтей и нефтепродуктов.

Алканы (предельные, метановые, насыщенные, парафины) – это углеводороды, в состав молекул которых входят атомы углерода, связанные только одинарными связями. Общая формула алканов - СnН2n+2. Все атомы углерода находятся в состоянии гибридизации sp3, все связи в алканах равноценны и находятся под тетраэдрическим углом друг к другу.

В химическом отношении при обычных условиях алканы менее реакционноспособны, чем углеводороды других типов. К настоящему времени известны следующие основные типы реакций, в которые вступают алканы: реакции замещения водорода (проходят по радикальному механизму, часто только при облучении), реакции окисления, дегидрирования, крекинга (т.е.

идущие с расщеплением связей С-С).

Алкены (этиленовые, непредельные, ненасыщенные, олефины) – углеводороды, в молекулах которых между соседними атомами углерода имеется двойная связь. Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии гибридизации sp2. Двойная связь представляет собой сочетание одинарной связи, образованной за счет осевого перекрывания гибридизованных sp2орбиталей, и -связи, образованной за счет бокового перекрывания негибридизованных р-орбиталей. Общая формула алкенов СnН2n.

Алкены – это один из самых реакционноспособных типов углеводородов. В основном реакции идут по двойной -связи под действием различных реагентов (поскольку -связь намного слабее, чем -связь). Основные типы реакций алкенов - присоединение, полимеризация, окисление и т.д.

Циклоалканы (полиметиленовые, циклопарафины, нафтены) – являются, как и алканы, предельными, насыщенными углеводородами, все атомы углерода в которых находятся в состоянии гибридизации sp3. Атомы углерода в незамещенных циклоалканах замкнуты в цикл. В нефтях найдены циклические углеводороды с пятью и шестью атомами углерода в цикле, поэтому такие циклоалканы получили название нафтенов. Общая формула циклоалканов СnН2n.

По химическим свойствам нафтены похожи на алканы, т.е. малореакционноспособны. Из реакций следует отметить реакцию дегидрирования шестичленных нафтенов (реакция Зелинского), которая даёт возможность получать из низкооктановых нафтенов высокооктановые арены.

Арены (ароматические углеводороды) – углеводороды, в состав молекул которых входит бензольное кольцо ( ). Атомы углерода в бензольном кольце находятся в состоянии гибридизации sp2. Общая формула простейших аренов СnН2n-6.

Арены вступают в реакции замещения в бензольном кольце (галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование, ацилирование), в реакции окисления, присоединения, замещения водорода в боковых цепях (последние аналогичны реакциям алканов).

Наиболее характерными для аренов являются реакции замещения водорода в бензольном кольце. При наличии в бензольном кольце заместителей следующая группа встает не в любое, а в строго определенное положение по отношению к первой. Заместители, которые облегчают проведение реакций и направляют следующую группу в орто-, и пара-положения по отношению к себе, называются заместителями (ориентантами) I рода. Это алкильные группы Alk- (CH3-, C2H5- и т.п.), группы –ОН, NH2, а также галогены (однако последние затрудняют протекание реакции). Заместители, которые затрудняют реакции и направляют следующую группу в мета-положение по отношению к себе, называются заместителями (ориентантами) II рода. К ним относятся: NO2, -SO3H, -COOH, -CN, -СHO.

Арены являются высокооктановыми компонентами моторных топлив, содержание которых из-за токсичности ограничивается. Циклоалканы и нормальные (неразветвленные) алканы обладают низкими октановыми числами.

Наиболее ценными компонентами бензинов являются разветвленные алканы.

Порядок выполнения работы.

Алканы и циклоалканы Опыт 1. Химические свойства гексана и циклогексана.

Гексан и циклогексан представляют собой бесцветные прозрачные жидкости с характерным запахом. Температуры их кипения 68,7 0С и 81,4 0С соответственно, плотности 20 =0,6548 и 0,7786 г/см3.

а) отношение к кислотам В две пробирки наливают по 1 мл гексана и циклогексана, затем в каждую добавляют по 1 мл конц. H2SO4. Встряхивают пробирки, отмечают отсутствие протекания в них каких-либо реакций.

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 H2SO4(k) + + H2SO4(k) б) отношение к щелочам Повторяют опыт а), но вместо кислоты в пробирки добавляют раствор щелочи NaOH. Реакции также не идут.

в) отношение к окислителям В качестве окислителя используют раствор перманганата калия, однако обесцвечивание раствора KMnO4 не происходит даже при встряхивании и нагревании.

г) отношение к галогенам В две пробирки, содержащие по 1 мл гексана и циклогексана, добавляют по несколько капель бромной воды желтого цвета. Обесцвечивания растворов не происходит.

Опыт 2. Получение и свойства этилена.

Готовят заранее две пробирки: с бромной водой и с раствором перманганата калия. В третью, сухую пробирку помещают 1 мл этилового спирта и осторожно приливают 2 мл концентрированной серной кислоты. В разогревшуюся смесь бросают кипелку, закрывают пробирку газоотоводной трубкой и начинают медленно и осторожно нагревать до начала равномерного выделения газа. Реакция внутримолекулярной дегидратации (отщепление воды) протекает по уравнению:





H2SO4, t CH2-CHH2 O CH2=CH+ этилен H OH Возможно также протекание побочной реакции межмолекулярной дегидратации:

H2SO4, t H O-CH2-CHCH3-CH2-OH C2H5-O-C2H5 H2 O + + диэтиловый эфир Реакционная смесь при этом часто темнеет из-за образования углерода:

[O] + H2 O CO2 + CO + C C2H5OH Как только из реакционной пробирки начинает выделяться этилен, опускают газоотводную трубку поочередно в пробирки с бромной водой и пер манганатом калия. Наблюдают, как при пропускании газа через приготовленные растворы они постепенно обесцвечиваются (во время опыта полезно подводящую газ трубочку время от времени вынимать из пробирок с раствором брома и перманганата калия и встряхивать их) в результате протекания следующих реакций:

Галогенирование (присоединения брома):

CH2=CH2 Br2 Br-CH2-CH2-Br + 1,2-дибромэтан Окисление:

+ KMnO3 CH2=CH2 CH2-CH2 + KOH 3 + 2 MnO2 H2 O + OH OH этиленгликоль (1,2-этандиол) Затем, не прекращая нагревания пробирки со смесью спирта и кислоты, газоотводную трубку поворачивают отверстием вверх и зажигают выделяющийся этилен.

CH2=CH2+ O2 CO2 H2 O + Опыт 3. Бромирование 1-гексена и циклогексена.

В одну пробирку наливают 1 мл 1-гексена, в другую-1 мл циклогексена.

Добавляют в каждую 0,5 мл бромной воды. Встряхивают пробирки, наблюдают почти мгновенное исчезновение брома в обеих пробирках в результате протекания реакции бромирования:

СH2-CH-CH2-CH2-CH2-CHCH2=CH-CH2-CH2-CH2-CH3 Br2 (р-р) + гексен-1 Br Br 1,2-дибромгексан Br + Br2 (р-р) Br циклогексен 1,2-дибромциклогексан Опыт 4. Полимеризация стирола В фарфоровую чашечку помещают 1 мл стирола и добавляют 12 капли конц. H2SO4. Постепенно вязкость жидкости повышается вследствие полимеризации стирола, на поверхности фарфоровой чашки образуется глянцевая пленка полистирола.

CH-CHCH=CHn n стирол полистирол Арены Опыт 5. Бромирование бензола и толуола В две пробирки наливают по 1 мл бензола, в третью – 1 мл толуола. В одну из пробирок с бензолом и с толуолом добавляют 0,5 г катализатора – железа. Приливают во все три пробирки по 0,5 мл р-ра брома в тетрахлорметане (CCl4). Нагревают пробирки при встряхивании на водяной бане. Наблюдают, что в пробирке с бензолом без катализатора изменений не происходит, реакция не идет. В остальных случаях происходит постепенное исчезновение окраски брома.

Br+ Br бензол Br2 Fe H Br + + бромбензол CHCH3 CHBr Fe 2 Br2 H Br + ++ толуол Br пара-бромтолуол орто-бромтолуол Опыт 6. Окисление толуола.

В две пробирки помещают по несколько капель (3-4 капли) раствора перманганата калия и разбавленной серной кислоты и затем добавляют в одну пробирку 0,5 мл бензола, а в другую – такое же количество толуола.

Сильно встряхивают обе пробирки. Наблюдают, что смесь, содержащая бен зол, не изменяет окраски, а в пробирке с толуолом розовая окраска постепенно исчезает.

Бензол весьма устойчив к действию окислителей, а гомологи бензола окисляются сравнительно легко с образованием бензойной кислоты:

KMnOH2SOCHCOOH KMnO+ H2 O H2SO4 разб.

толуол бензойная кислота Опыт 7. Нитрование нафталина.

В пробирку с 0,5 г нафталина добавляют 2 мл концентрированной азотной кислоты. При встряхивании смесь начинает желтеть уже при комнатной температуре. Смесь нагревают на кипящей водяной бане 5 мин и выливают в пробирку с холодной водой, -нитронафталин выделяется в виде оранжевого масла, быстро твердеющего при встряхивании:

NOH2 O + HO-NO2 конц.

+ 1-нитронафталин нафталин Опыт 8. Сульфирование.

В пробирку наливают 1 мл толуола и добавляют такой же объем (1мл) концентрированной серной кислоты. Нагревают пробирку на водяной бане, постепенно встряхивая. Наблюдают увеличение кислотного слоя за счет растворившихся в нем орто- и пара-толуолсульфокислот:

CHCH3 CHSO3H 2 HOSO3H + ++ H2 O SO3H ортопаратолуолсульфокислоты Опыт 9. Конденсация с формалином (формалитовая реакция – качественная проба на присутствие ароматических соединений).

В маленькую фарфоровую чашечку наливают 4 капли чистой концентрированной серной кислоты, затем прибавляют 2 капли формалина и 2-3 капли испытуемого продукта (сначала гексана, затем толуола). При отсутствии ароматических углеводородов смесь остается бесцветной или слегка желтеет.

Яркое окрашивание, а часто выделение осадков указывает на наличие ароматических углеводородов. Если реакция получилась неясной, в конце нужно добавить еще 2-3 капли серной кислоты:

R R R H O CHn H2 O (n+1) + n H-C + H n формальдегид Опыт 10. Контрольная задача.

Получают у лаборанта 3 пробирки с веществами:

- В одной -находится гексан, в другой - гексен, в третьей – толуол.

Учитывая разницу в химических свойствах углеводородов различных рядов, определяют, какое вещество находится в каждой пробирке. Записывают соответствующие реакции. Результат проверяют у лаборанта.

Контрольные вопросы.

1. Реагируют ли пентан и циклопентан с бромной водой и с раствором перманганата калия 2. Напишите схемы реакций бромирования: а) этилена; б) пропилена; в) ацетилена; г) метилацетилена; д) стирола.

Нужен ли в данных реакциях катализатор 3. Напишите схемы реакций гидробромирования: а) этилена; б) пропилена; в) ацетилена; г) метилацетилена.

4. Сформулируйте правило Марковникова и правило Зайцева.

5. Напишите схемы реакций дегидратации, протекающих при нагревании с серной кислотой: а) этанола; б) 2-бутанола; в) 2-метил-2-пропанола.

Назовите образующиеся соединения.

6. Напишите схему получения ацетилена из карбида кальция.

7. Напишите схему реакций окисления раствором перманганата калия:

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.