Органическая химия для поступающих в вузы. Учебное пособие

Применение алкинов

СН2═СН─СºСН→СН2═СН─ССl═СН2→(─СН2─СН═ССl─СН2─)n

С2Н2

сварка и резание металлов

СН3─СОН → СН3─СООН ацетальдегид уксусная кислота СООН – СООН – щавелевая кислота

Задача 1.9. Сколько по объему ацетилена и водорода (н.у.) можно получить из 1042 м3 природного газа, который содержит в объемных долях 0,96, или 96 % (по объему), метана?

Решение

1. Запишем реакцию термического разложения природного газа (метана):

Ответ: 498,4 м3 С2Н2; 1495 м3 Н2.

31

Задача 1.10. Количество карбида кальция определяется так называемым литражом (объемом газа, образующегося при действии воды на 1 кг карбида). Каков литраж химически чистого карбида?

Решение

1. При действии воды на карбид кальция образуется ацетилен:

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + CH≡CH.

2. Найдем количество вещества карбида кальция:

32

4.Для 2,3-диметилпентена-1 напишите названия двух изомеров

исоставьте для них структурные формулы:

1)2,4-диметилпентен-1 и 3,3-диметилпентен-1;

2)1,5-диметилпентен-1 и 2,2-диметилпентан;

3)1,4-диметилпентен-2 и 2,4-диметилпентен-1;

4)1,1-диметилпентен-1 и 2,2-диметилпентен-5.

5.Тип гибридизации орбиталей атомов углерода в циклопарафинах:

7.Алканы получили название «парафины» в связи:

1)с малой химической активностью;

2)с предельной насыщенностью атомами водорода;

3)с разрывом связи С– С;

4)с разрывом связи С– Н.

8.Синтез циклобутана можно осуществить, исходя из:

3)1,4-дибромбутана; 4) 1,4-дифторпентана.

9.В промышленности метан получают:

1)из природного газа, синтез из СО и Н2;

33

2)из природного газа и карбида алюминия;

3)из природного газа и ацетата натрия;

4)получить нельзя.

10.Число изомеров пентана:

1) 3; 2) 4; 3) 5; 4) 2.

Написать структурные формулы и назвать эти соединения.

11. Продуктами крекинга гексадекана являются: 1) октан и нонан; 2) октан и октен;

3)гексан и декан; 4) октен-1 и октен-2.

12.Реакции протекают по схеме

С¾¾®Х СН4 ¾¾®Y СН3Cl ¾¾®Z C2H6.

Укажите неизвестные реагенты:

1)водород, хлороводород, натрий;

2)кислород, хлор, гидроксид натрия;

3)водород, хлор, натрий;

4)водород, хлор, гидроксид натрия.

13.Продукты полного сгорания (в избытке кислорода) 6,72 л (н.у.) смеси этана и пропана пропустили через избыток известковой воды. При этом образовалось 80 г осадка. Состав исходной смеси газов составляет:

1)2,24 л этана и 4,48 л пропана;

2)1,12 л этана и 4,48 л пропана;

3)2,24 л этана и 2,24 л пропана;

4)2,24 л этана и 1,12 л пропана.

14.При сгорании 4,2 г циклоалкана образовался оксид углерода (IV) массой 13,2 г и вода массой 5,4 г. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 2,9. Определите формулу данного циклоалкана.

1) С6Н14; 2) С5Н10; 3) С6Н12; 4) С6Н6.

34

15. Образец технического карбида алюминия массой 16 г обработали избытком воды. Определите объем газа (н.у.), который при этом получили, если массовая доля примесей в карбиде составляет 10 %, а

Глава 2. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Ароматические углеводороды (арены) – это УВ, молекулы которых содержат одно или несколько бензольных колец (СnН2n-6).

Простейший представитель – бензол С6Н6.

2.1. БЕНЗОЛ

Электронное строение молекулы бензола

Формула Кекуле (1865 г.) формула не объясняет реакции замещения, характерные для бензола; бензол не обесцвечивает растворы КМnO4 и бромную воду (характерные для непредельных УВ).

СН НС СН

НС СН СН

35

Электронографические исследования показали, что все связи между атомами углерода в молекуле бензола имеют одинаковую длину 0,140 нм (простая связь С─С 0,154нм, двойная связь С=С 0,134 нм). Угол между связями равен 120о. Молекула представляет собой правильный плоский шестиугольник.

Атомы углерода в молекуле бензола находятся в состоянии sр2-гибридизации. Каждый атом углерода образует три σ -связи (две с атомами углерода и одну с атомом водорода). Все σ-связи находятся в одной плоскости. Негибридизованные р-орбитали (по одной у каждого атома С) находятся в плоскости, перпендикулярной плоскости δ-связи. Каждое р-облако перекрывается двумя соседними р-облаками, и в результате образуется единая сопряженная π-система.

Сочетание шести σ-связей с единой π-системой называется

ароматической связью.

В настоящее время молекулу С6Н6 изображают следующим образом:

С─Н Н─С С─Н

Физические свойства бензола

Бензол – бесцветная жидкость, не смешивается с водой, имеет

характерный запах. Хороший растворитель, сильно токсичен. tпл = 5,5оС, tкип.= 80 оС.

Химические свойства бензола

Наиболее характерны реакции замещения (менее характерны – присоединения).

1. Реакции замещения: а) галогенирование

36

б) нитрование

бензолсульфокислота (сульфобензол)

─СН2─СН3

+ СН2═СН2 ¾¾®H+

этилбензол

37

2. Реакции присоединения:

а) гидрирование

+ 3Н2 ¾150¾-160¾о¾С¾,Ni®

циклогексан

б) галогенирование

Cl

Cl Cl

+ 3Cl2 ¾¾®hν

Cl Cl

Cl

гексахлорциклогексан (гексахлоран-инсектицид)

3. Реакции окисления:

а) горение

2С6Н6 + 15О2 → 12СО2 + 6Н2О;

б) неполное окисление (КMnО4 или К2Сr2О7 в кислой среде). Реакция не идет! Бензольное кольцо устойчиво к окислителям.

Получение бензола

В промышленности:

а) переработка нефти и угля; б) дегидрирование циклогексана (реакция Н.Д. Зелинского)

¾300¾о¾С,Pt,¾Pd ®

+ 3Н2

в) дегидроциклизация (ароматизация) гексана (Зелинский, Казан-

ский, Платэ)

38

Гомологи бензола

Гомологи бензола имеют боковую цепь, то есть алкильные радикалы связанные с бензольным кольцом.

СН3

|

– метилбензол (толуол, фенилметан)

Радикал бензола С6Н5– называется фенил. Радикал толуола –

бензил.

СН2–

|

Другие представители:

этилбензол изопропилбензол

Изомерия гомологов бензола

Для гомологов бензола возможна изомерия боковой цепи, которая может быть двух видов [8]:

1)изомерия числа и строения заместителей;

2)изомерия положения заместителей.

40