Zadanie 14
Matura z chemii, maj 2026, poziom rozszerzony
Wymaganie: XI. Węglowodory — źródła węglowodorów, przeróbka ropy naftowej: destylacja frakcyjna, kraking, reforming; benzyny i liczba oktanowa, dodatki do paliw i ich znaczenie ekologiczne.
Treść zadania
Poniżej przedstawiono w przypadkowej kolejności wzory trzech związków: dwa z nich występują w produktach rafinacji ropy naftowej, a jeden jest stosowany jako dodatek do paliwa, bo zapobiega zbyt gwałtownemu spalaniu w komorze silnika (antydetonator).
- Związek 1. — — eter tert-butylowo-metylowy (MTBE)
- Związek 2. — — heptan
- Związek 3. — pierścień benzenowy z podstawnikiem — toluen (metylobenzen)
Polecenie (0–1). Uzupełnij tabelę. Wpisz numery, którymi oznaczono opisane związki:
| Produkt reformingu | Antydetonator |
|---|---|
| … | … |
Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2605. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
| Produkt reformingu | Antydetonator |
|---|---|
| 3 (toluen) | 1 (MTBE) |
Uzasadnienie:
Produkt reformingu — związek 3. (toluen). Reforming to proces katalitycznego przekształcania węglowodorów łańcuchowych w aromatyczne i rozgałęzione, prowadzony w celu podniesienia liczby oktanowej benzyny. Toluen jest typowym produktem reformingu — powstaje m.in. przez cyklizację i dehydrogenację heptanu:
Antydetonator — związek 1. (MTBE). Eter tert-butylowo-metylowy to najpowszechniejszy współczesny dodatek przeciwstukowy do benzyn bezołowiowych. Jego rozgałęziona budowa i obecność atomu tlenu spowalniają samozapłon mieszanki, zapobiegając detonacyjnemu (stukowemu) spalaniu.
Związek 2. (heptan) jest produktem destylacji frakcyjnej ropy naftowej — i jednocześnie wzorcem o liczbie oktanowej 0 w skali oceny paliw. To on pozostaje bez przypisania w tabeli.
Najczęstsza pomyłka: uznanie heptanu za produkt reformingu. Heptan to prosty, nierozgałęziony alkan — czyli dokładnie substrat, a nie produkt reformingu. Reforming ma go przekształcić w związek o wyższej liczbie oktanowej.
Nie myl reformingu z krakingiem. Kraking rozrywa długie łańcuchy na krótsze (zwiększa wydajność benzyny); reforming przekształca łańcuchy w związki aromatyczne i rozgałęzione (zwiększa jakość benzyny, czyli liczbę oktanową).
Antydetonator to nie to samo co paliwo. MTBE dodaje się w niewielkim procencie — jego zadaniem nie jest dostarczanie energii, lecz zapobieganie samozapłonowi mieszanki przed dojściem iskry.
Rozpoznanie MTBE po wzorze: obecność atomu tlenu w mostku eterowym i czwartorzędowego atomu węgla. Żaden węglowodór z frakcji naftowej nie zawiera tlenu — to najpewniejszy sygnał.
Tetraetyloołów to antydetonator historyczny. Do lat 90. stosowano , wycofany ze względu na toksyczność ołowiu i niszczenie katalizatorów samochodowych. MTBE i etanol to jego następcy — o tym często pyta się w zadaniach kontekstowych.
Punkt przyznaje się za całą tabelę. Jedno trafne i jedno błędne przyporządkowanie daje zero.
Treść zadania (CKE)
Przeróbka ropy naftowej — trzy procesy
| Proces | Na czym polega | Cel | Przykład |
|---|---|---|---|
| destylacja frakcyjna | rozdział według temperatury wrzenia | uzyskanie frakcji | gazy, benzyna, nafta, olej napędowy, mazut |
| kraking | rozrywanie długich łańcuchów | więcej benzyny | |
| reforming | przebudowa szkieletu: cyklizacja, izomeryzacja, aromatyzacja | lepsza benzyna (wyższa LO) | heptan → toluen + 4 H₂ |
Liczba oktanowa
| Wzorzec | Liczba oktanowa | Cecha |
|---|---|---|
| heptan (n-C₇H₁₆) | 0 | prosty łańcuch, łatwy samozapłon |
| izooktan (2,2,4-trimetylopentan) | 100 | silnie rozgałęziony, odporny na detonację |
Liczba oktanowa paliwa = procent objętościowy izooktanu w mieszaninie z heptanem, która detonuje tak samo jak badane paliwo.
| Rodzaj związku | Wpływ na liczbę oktanową |
|---|---|
| alkany nierozgałęzione | najniższa LO |
| alkany rozgałęzione | wysoka LO |
| cykloalkany | średnio-wysoka LO |
| węglowodory aromatyczne | bardzo wysoka LO |
| etery (MTBE), alkohole (etanol) | bardzo wysoka LO |
To wyjaśnia sens reformingu: zamiana heptanu (LO = 0) na toluen (LO ≈ 120) radykalnie poprawia jakość benzyny.
Antydetonatory — historia i teraźniejszość
| Dodatek | Okres stosowania | Problem / zaleta |
|---|---|---|
| tetraetyloołów | lata 20.–90. XX w. | toksyczny ołów, niszczy katalizatory — wycofany |
| MTBE | od lat 80. | wysoka LO; zarzut skażania wód gruntowych |
| ETBE | współcześnie | odpowiednik MTBE z etanolu (częściowo biopaliwo) |
| etanol | współcześnie | odnawialny, wysoka LO; niższa wartość energetyczna |
Detonacja (spalanie stukowe) — dlaczego szkodzi
| Etap | Prawidłowo | Detonacja |
|---|---|---|
| zapłon | od iskry ze świecy | samozapłon mieszanki przed iskrą |
| przebieg płomienia | równomierny, kontrolowany | fala uderzeniowa |
| skutek | pełne wykorzystanie energii | spadek mocy, przegrzanie, uszkodzenie tłoka |
| dźwięk | brak | charakterystyczne stukanie |
Antydetonator podnosi temperaturę samozapłonu mieszanki, dzięki czemu paliwo czeka na iskrę.
Frakcje destylacji ropy naftowej
| Frakcja | Zakres | Liczba atomów C | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| gazy | < 20 °C | C₁–C₄ | LPG, surowiec chemiczny |
| benzyna | 40–200 °C | C₅–C₁₂ | paliwo silnikowe |
| nafta | 180–260 °C | C₁₀–C₁₆ | paliwo lotnicze |
| olej napędowy | 250–350 °C | C₁₄–C₂₀ | diesel |
| oleje smarowe, mazut | > 350 °C | C₂₀+ | smary, asfalt, koks |
Punktacja CKE
- 1 pkt — poprawne uzupełnienie całej tabeli: produkt reformingu — 3, antydetonator — 1.
- 0 pkt — odpowiedź niepełna albo błędna.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „przerobka ropy naftowej, reforming, antydetonatory, MTBE, liczba oktanowa, toluen" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl