מרכז ארצי למורי הכימיה - עמוד הבית

אתר נגיש חיפושדלג על חיפוש
Bannersדלג על Banners
חיפושדלג על חיפוש
סגירה
תוכן העמודדלג על תוכן העמוד

תהליכי פישר-טרופש – פיתוח תחליפי דלקים

10/10/2019 15:46:37
תהליכי פישר-טרופש – פיתוח תחליפי דלקים (הגדל)

חומרי דלק התקבלו בעבר מזיקוק של נפט גולמי. אבל, תערובת של נפט גולמי מכילה חומרים מזיקים כגון תרכובות גופרית, לעומת תערובת של גז טבעי המכילה כמויות קטנות של חומרים מזהמים מסוג זה. לכן יש להשקיע כספים בטיפול בנפט במטרה לקבל דלקים שאינם פוגעים באיכות הסביבה בעת שריפתם.

ראה את המבנית "תחליפי דלקים".

 

חומרי דלק שמקורם בגז טבעי

1. גז טבעי דחוס, CNG Compressed Natural Gas, וגז טבעי מונזל LNG Liquid Natural Gas,

גז טבעי דחוס או גז טבעי מונזל משמשים כחומר דלק. תערובת הגז הטבעי עוברת דחיסה בלחצים גבוהים לתערובת דחוסה או במצב צבירה נוזלי ומוזרמת למיכל הדלק. במכל הדלק מתאן נשרף, תגובה (1), ומשמש מקור אנרגיה להנעת הרכב:

(1) CH4(g) + 2O2(g) ® CO2(g) + 2H2O(l)

יתרון משמעותי של שימוש בגז הטבעי הוא העובדה שיש פליטה נמוכה יותר של פחמן דו חמצני, שהוא גז חממה הגורם להעלאת הטמפרטורה באטמוספרה. חסרון משמעותי הוא העלות הגבוהה בדחיסה של הגז: טמפרטורת רתיחה של מתאן, המרכיב העיקרי של תערובת הגז הטבעי, מאוד נמוכה  -1610C  ולכן נדרשים לחצים מאוד גבוהים במטרה לדחוס את הגז.

 

2. מתאנול, CH3OH(i)

מתאנול הוא נוזל שקוף בעל ריח. בשרפה של מתאנול נפלטת אנרגיה המשמשת כמקור אנרגיה להנעת הרכב.

  הפקת מתאנול מתבצעת בשני שלבים. בשלב ראשון מתרחשת תגובה (2) לקבלת סינגז.

(2) CH4(g) + 1/2 O2(g) ® CO(g) + 2H2(g)

בשלב השני מתרחשת תגובה (3) בה מתקבל מתאנול:

(3) CO(g) + 2H2(g) ® CH3OH(i) 

בשלב שלישי מזקקים את התערובת ומתקבל מתאנול נקי.

 


 

שאלה מספר 1

א. הסבר מדוע מתאן הוא גז בתנאי החדר ואילו מתאנול נוזל.

 

ב. בשריפה של מול מתאנול משתחררת אנרגיה השווה 715 kJ (תוצרי השרפה הם CO2(g) ו- H2O(l)). עובדה זו מסבירה את העובדה כי מתאנול יכול לשמש כמקור אנרגיה.

 I. נסח תגובה המתארת שריפה של מול מתאנול. הצב את השינוי באנתלפיה בתהליך.

II. כמה אנרגיה נפלטת כאשר נשרף דלק עשוי מתאנול בנפח 250 מ"ל? פרט את חישוביך.

מסה של 1 ליטר מתאנול שווה 800 גרם.

 

 ג. באידוי של מול מים נקלטת אנרגיה השווה 44 kJ.

I. נסח תהליך שרפה של מתאנול כאשר תוצרי השרפה הם CO2(g) ו- H2O(g). 

II. חשב את השינוי באנתלפיה בתגובה שניסחת בסעיף ג I.

 

מתאנול משמש גם מקור אנרגיה עבור מכונית חשמלית.  

1. התגובות המתרחשות:

חצי תא (1):

CH3OH  +  7H2O(l)   6H3O+(aq)  +  6e  +  CO2(g)      

חצי תא (2):

1.5O2(g)  +  6H3O+(aq)  +  6e    9H2O(l)                     

תגובה כוללת 

(4) CH3OH  +  1.5O2(g)   2H2O(l)  +  CO2(g)                    

 (בתגובה:

Fe(s) + 2Ag+(aq) ® Fe2+(aq) + 2Ag(s)

חצי התא העובר חמצון:

Ag+(aq) + e- ® Ag(s)

חצי התא העובר חיזור:

Fe(s) ® Fe2+(aq) + 2e-)

 

 

שאלה מספר 2

א. באיזה משני חצאי התא מתרחש תהליך חמצון, חצי תא (1) או חצי תא (2)? הסבר.

ב. I. כמה מול אלקטרונים עוברים בתגובה בה מגיבים 1 מול מתאנול?

II. כמה מול אלקטרונים עוברים כאשר מגיבים 1 גרם מתאנול? פרט את חישוביך.

ג. רשום דרגות חמצון של כל האטומים במולקולה של מתאנול.

 

3. די מתיל אתר, DME, CH3OCH3(g)

די-מתיל אתר הוא חומר מתאים להחליף סולר המתקבל מזיקוק נפט. הסולר הוא חומר מזהם, ואילו שימוש ב- DME ,המיוצר מגז טבעי שבו יש פחות מרכיבים מזהמים, יפחית את הזיהום.

 

תגובה (5) מציגה את התהליך הנפוץ לקבלת די מתיל אתר ממתאנול כחומר הגלם (שאינו זול):

(5) 2CH3OH(i)  ® CH3OCH3(g) + H2O(l) 

אפשרות טובה יותר ליצור די מתיל אתר מגז טבעי שהוא זול וזמין. בשלב הראשון מייצרים סינגז, ובשלב השני מתרחשת תגובה (6):

(6) 3CO(g) + 3H2(g) ® CH3OCH3(g) + CO2(l) 

שאלה מספר 3

קבע עבור כל אחת משתי התגובות, (5) ו- (6), אם הן תגובות חמצון חיזור. נמק.

 

שאלה מספר 4

החיסרון של די מתיל אתר כסולר, כי הוא גז בתנאי החדר. כדי שיתאים לשמש כחומר דלק למכונית, יש לדחוס אותו- פעולה המייקרת את חומר הדלק. גם די-אתיל אתר, C2H5OC2H5(l),  יכול להחליף סולר.

א. קבע אם די מתיל אתר ודי אתיל אתר הם איזומרים. נמק.

ב. לפניך שני ערכים של טמפרטורות רתיחה: -240C  ו- 34.60C.

לאיזה משני החומרים, די מתיל אתר או די אתיל אתר, מתאימה הטמפרטורה -240C ? נמק במונחים של מבנה וקישור.

ג. די אתיל אתר יוצר פראוקסידים (חומרים נפיצים) בהם קשרי O-O. לקשר אנתלפיית קשר נמוכה, 146 kJ/mol, ולכן גם בטמפרטורות נמוכות הקשר מתפרק.

לפניך השלב הראשון לקבלת פראוקסידים מדי-אתיל אתר:

hemshech7

ציין אלו קשרים קוולנטיים מתקיימים במולקולה די אתיל אתר ואלו קשרים קוולנטיים מתקיימים במולקולה של הפראוקסיד, Diethyl ether hydroperoxide.

 

ד. הקשר הקוולנטי המאפיין פראוקסידים הוא O-O.

נתונים ערכים של אנתלפיות קשר:

413 kJ/mol , 146 kJ/mol

איזה משני הערכים מתאים לאנתלפיית הקשר של O-O ואיזה לאנתלפית הקשר C-H? נמק.

 

ה. רשום יתרון אחד לדי מתיל אתר ויתרון אחד לדי אתיל אתר כתחליף לסולר.

עבור לתוכן העמוד