Кочкаров Ж.А. Химия в уранениях реакций

Химия в уравнениях реакций

Соотношение 1:1,84 находится между 1 :1 и 1: 2, т. е. в раство­ ре образуются две соли — NaHC03 и Na2C 03. По первой реакции

визбытке оказывается щелочь:

С02 + NaOH = NaHC03,

0,2 моль 0,2 моль 0,2 моль

Таким образом, в растворе остается:

v(NaHC03) = 0,2 моль - 0,168 моль = 0,032 моль и образуется: н (Na2C 03) = 0,168 моль.

Далее количество массы и массовые доли веществ в растворе:

тр= 163,5г + 8,8 г = 172,3 г,

J(N aH C 03) = (2,688/172,3) • 100 % = 1,56 %, со(Na2C 03) = (17,808/172,3) • 100 % = 10,34 %. Ответ: <o(NaHC03) = 1,56 %, ю(Na2C 03) = 10,34 %.

Задача. К 50 г раствора гидросульфата натрия медленно до­ бавили 50 г раствора кальцинированной соды. При этом образо­ валось 98 г раствора. А при сливании растворов в обратном по­ рядке образовалось 99 г раствора. При сливании этих растворах в соотношениях 25 г раствора гидросульфата и 50 г раствора соды образовалось 75 г раствора. Определить массовые доли веществ в исходных растворах.

Ре ш е н и е

Впервом опыте при сливании растворов в таком порядке гид­ росульфат будет в избытке и реакция протекает до образования уг­ лекислого газа:

mp= 50 г + 50 г = 100 г m(C02) = 100 г - 98 г = 2 г

v(C02) = 2 /44 г/моль= 0,0455 моль

250

Глава 2. Решение задач на кислые соли

Во втором опыте при сливании растворов в обратном порядке Na2C03 будетв избытке, следовательно, образуетсякислая сольNaHC03:

Следовательно, Na2C 03 взят в избытке, a NaHS04 расходуется полностью. Тогда по количеству вещества v(C 02) можно опреде­

251

Химия в уравнениях реакций

По условию уравнения реакции (6) и полученному соотноше­ нию 1 : 1,5 определяем, что сода в избытке:

NaHS04 + Na2C 03 = NaHC03 + Na2S04,

0,0455 моль 0,0455 моль

Na2C 03 остается в избытке так как:

Na2C 03 + NaHC03 Ф

Таким образом, при решении подобных задач необходимо следовать определенному алгоритму:

1.Составить уравнения всех возможных реакций.

2.Рассчитать количества реагирующих веществ и по их соот­ ношению определить уравнение реакции или уравнения двух по­ следовательных реакций.

3.Решить задачу по выбранному уравнению реакции.

252

Глава 3. ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ_________________

1. АЛ КАНЫ

Алканы — предельные углеводороды с общей формулой С Н 2и+2; от СН4 по С4Н10 — газообразные вещества, от С5Н12 по С15Н32 — жидкости, от С16Н34 и далее — твердые вещества (парафины).

Метан и этан — без запаха, жидкие углеводороды — с запахом бензина, твердые — без запаха, в воде не растворяются; ^ -ги б ри ­ дизация атомов углерода, валентный угол равен 109°28'.

Для алканов характерны процессы риформинга: циклизация, ароматизация, изомеризация, объединение в более крупные моле­ кулы; легче замещается атом водорода при третичном атоме угле­ рода, затем — при вторичном, труднее — при первичном.

Возможные пути получения

1)в промышленности:

♦из простых веществ:

пС + (п + 1)Н2-> С Н2я + 2(450 °С, кат: Fe): С+ 2Н2 -> СН4(г)(450 °С, кат: Fe)

♦ из синтез-газа:

[иСО + (2п + 1)Н2] синтез.газ —»СиН2я + 2 + пН20 (300 °С, кат: Fe): [СО+ ЗН2]синтез газ -> сн4(Г)+ н20 (300 °С, кат: Ni или Fe, давление) [2СО+ 5Н2] синтез_газ-^ С2Н6+ 2Н20 (300 °С, кат: N i, давление)

♦получают также из природного газа и нефти

♦каталитическим гидрированием непредельных углеводородов: С2Н4 + Н2 —> С2Н6(150 °С, кат: Ni; если Pt, то при обычных условиях) С2Н2 + 2Н2 —» С2Н6 (t, кат: Ni, если Pt, то при обычных условиях)

2)в лаборатории:

♦сплавлением солей карбоновых кислот со щелочами (декарбоксилирование натронной известью Са(ОН)2 + NaOH):

CH3COONa + NaOH -> СН4 + Na2C 03 (200 °С)

CH3CH2COONa + NaOH -> C2H6+ Na2C 03 (200 °C)

(СНзС4сОО)2В а+2NaOH C ^ C ^ C E ^ C ^ + BaC03 +Na2C03(t) ♦ гидролизом карбида алюминия:

Al4c 3+ 12H20 -> 3CH4T+ 4Al(OH)3

253

Химия в уравнениях реакций

♦ по реакции Вюрца:

2C2H5Br+ 2Na -> С4Н10+ 2NaBr (t) C2H5Br+ 2Na + CH3Br -4 C3H8 + 2NaBr (t)

3C2H5Br+ 6Na + 3CH3Br -> C4H10+ C2H6 + C3H8 + 6NaBr (t)

♦ электролизом растворов солей карбоновых кислот (синтез

Свойства алканов

Реакции замещения

♦ Реакции замещения с галогенами идут по цепному свобод­ но-радикальному механизму с образованием различных продуктов (энергичнее взаимодействуют фтор и хлор, слабее бром, иодиро­ вать предельные углеводороды не удается):

254

Глава 3. Химия органических соединений

♦ Реакции замещения с азотной кислотой (нитрование) проте­ кают по цепному радикальному механизму и осуществляются при жестких условиях:

СН4 (г) + HN03 (г) -> CH3N 02 + Н20 (400-500 °С, в газовой фазе)

С2Н6Г(г)+ HNO3 (Г) C2H5N 02+ Н2° (400-500 °С, в газовой фазе,

образуется также и CH3N 02 за счет разрыва связи С—С)

СН3СН2СН3 (г)+ HN03 (r)-> CH3CH(N02)CH3 + Н20 (400-500 °С,

в газовой фазе, образуются также CH3N 02, C2H5N 023a счет разры­ ва связи С—С)

♦Нитрование осуществляется также и по реакции Коновалова раз­ бавленной азотной кислотой (12%) при температуре 140 °С и давлении:

СН4 (г) + HN03 (р) -» CH3N 02 + Н20 (протекает с трудом) СН3СН2СН3 (г) + HN03 ф)-> CH3CH(N02)CH3 + Н20 (идет легче) СН3 СН(СН3)СН2СН3 + HN03 ^ -> CH3CN02(CH3)CH2CH3+ н 2о

(реакция протекает еще легче)

♦Взаимодействие с концентрированной серной кислотой (суль­ фирование, реакция протекает легче на третичном или вторичном атоме углерода):

СН4+ H O -S03H(k) -> CH3SO3H + Н20 ( t , протекает с трудом)

сульфометан, метилсульфокислота

CH3CH2CH3+ H O S 0 3H(K)^CH3CH(S03H)CH3№nponaH+H 20(t)

255

Химия в уравнениях реакций

♦ Жесткое каталитическое окисление:

СН3СН2СН2СН3 + 0 2 —» С2Н5ОН + СН3СНО (неполное окисление) 2СН3СН2СН2СН3 + 502 -» 401^00011 + 21^0 (неполное окисление)

СН 2й+2 + КМп04(К2Сг20 7) Фрекции не протекает

СН 2„+2 + К2Сг20 7 Фрекции не протекает

♦ Термическое разложение (термолиз) алканов без доступа кис­ лорода:

С Н 2и+2 ->иС + (я + 1)Н2 (t >1000 °С); СН4(г)-> С + 2H2(t > 1000 °С)

♦Каталитическое дегидрирование алканов с образованием алкенов и алкинов:

2СН4(г)~> С2Н2(г)+ ЗН2 (1500 °С, кат, синтез ацетилена); 2СН4(;)» С 2Н4(;)+ 2Н2 (1000 °С, кат: Ni)

С Д ад-> С4Н6+ 2Н2 (600 “С, А120 3/Сг20 3)

С2Н6(г)-> С 2Н4(г)+ н 2 (850 °С, кат:№)

С4Н10(г)-^С4Н8+ Н2 (600 °С, А120 3/Сг20 3)

♦Риформинг алканов.

К риформингу относятся процессы циклизации, ароматизации, изомеризации и алкилирования.

СН3СН2СН2СН2СН3-> СН3СН(СН3)СН2СН3(100 °С, А1С13, изо­

ются алкан и алкен с меньшим числом углеродных атомов за счет раз­ рыва связи С—С; обычно разрыв происходит посередине молекулы.

С4Н10(г)^ С 2Н4(г)+ С2Н6(г)(450-700 “С)

С6Н14->С3Н8+ C3H6(t, кат.), С8Н18->С4Н]0+ C4H8(t) с,„н22-> с 5н 12+ c5H10(t), с 16н 34-> с 8н 18+ C8H16(t)

Свойства галогенпроизводных алканов

♦ Гидролиз приводит к образованию спиртов, альдегидов, ке-

256

Глава 3. Химия органических соединений

♦Аминирование (получение аминов):

СН3С1 + 2NH3(p)-> CH3NH2+ NH4C1 C2H5Br + 2NH3(p)-> C2H5NH2+ NH4Br

♦Дегалогенирование с образованием алкенов:

Использование алканов и их галогенопроизводных

СН3С1 — хлодоагент, анестезирующее средство; С Н А , СНС13хлороформ, СС14, СНВг36ромоформ— жидкие растворители;

средства;

257

Химия в уравнениях реакций

СС14— для тушения пожара; С2Н5С1 — жидкость, для местного обезболивания;

СНВг3 бромоформ— противокашлевое средство; С2Н4С12дихлорэтан, СН3Вг — для обеззараживания почвы и зерна

от колорадского жука.

Вазелин — смесь жидких и твердых предельных углеводоро­ дов — основа мазей.

Вазелиновое масло — смесь жидких предельных углеводоро­ дов применяется в медицине, парфюмерии и косметике.

Парафин — смесь твердых предельных углеводородов — при­ меняется при проведении тепловых процедур при лечении нефри­ тов, артритов, для изготовления упаковочного материала.

258

2. ЦИКЛОАЛКАНЫ

Алициклические соединения с общей формулой СиН2и.

С3Н6 (газ)> С 4Н 8 (газ)>С 5 ^ 0 ( ж _ ) , С6Н12 (жидкость)’ ^'ГИбрИДИЗаЦИЯ

атомов углерода; валентные углы: С3Н6 — 60°, С4Н8 — 90°, С5Н10 и С6Н12 — близки к 109° 28'; в воде не растворяются или растворя­ ются очень плохо; при наличии двух заместителей возможна цистрансизомерия.

Свойства циклоалканов

♦ Обесцвечивание бромной воды может происходить только в

259