Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 1.27 Mb.
|
| Тема 4. ПОНЯТИЕ О ДИЕНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДАХ Алкадиены (диеновые углеводороды) — непредельные углеводороды, содержащие две двойные связи между атомами углерода в цепи. Наибольшее значение имеют алкадиены с сопряженными связями (две двойные связи разделены одной одинарной), например: 1 2 3 4 1 2 3 4 СН2=СН–СН=СН2 СН2=С–СН=СН2 бутадиен-1,3 | СН3 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) Общая формула диеновых углеводородов CхH2х-2 где х=3, 4, 5, 6... Алкадиены изомерны алкинам и циклоалкенам. Получение. Алкадиены можно получить каталитическим дегидрированием алканов: Cr2O3, Al2O3, t CН3–СН2–СН2–СН3 → СН2=СН–СН=СН2+2Н2, Cr2O3, Al2O3, t СН3–СН–СН2–СН3 → СН2=С–СН=СН2+2Н2. | | СН3 СН3 Бутадиен-1,3 получают также дегидратацией этилового спирта (метод Лебедева): 2СН3–СН2ОН→СН2=СН–СН=СН2+2Н2О+Н2. Свойства. По химическим свойствам алкадиены похожи на алкены. Наиболее характерны для них реакции присоединения, например: СН2=СН–СН=СН2+Н2→СН3–СН=СН–СН3 СН2=СН–СН=СН2+Br2→СН2Br–СН=СН–СН2Br  →СН3–СН=СН–СН2Cl1,4-присоединение СН2=СН–СН=СН2+HCl— →СН3–СНСl–СН=СН2 1,2-присоединение Непредельные продукты реакций могут вступать в дальнейшие реакции присоединения. Алкадиены легко полимеризуются, образуя синтетические каучуки, например полибуталиен: Na хСН2 =СН–СН=СН2→(–СН2–СН=СН–СН2–)х. Пример: 1.Напишите уравнения реакций, с помощью которых, используя бутадиен-1,3 и неорганические вещества, можно получить 3,4-диметилгексан. Решение. 1.1. Осуществляем неполное гидрирование бутадиена-1,3: СН2=СН–СН=СН2+Н2→СН3–СН=СН–СН3. 1.2. К полученному бутену-2 присоединяем галогеноводород: СН2–СН=СН–СН3+НBr→СН3–СН2–СНBr–СН3. 1.3. Осуществляя реакцию Вюрца, получаем 3,4-диметилгексан: 2СН3–СН2–СНBr–СН3+2Na→СН3–СН2–СН–СН–СН2–СН3+2NaBr | | СН3 СН3 Пример: 2.Объемная доля нормального бутана в смеси с метаном равна 80%. При пропускании этой смеси объемом 8,4 л над катализатором (Сг2О3, А12О3) получен бутадиен-1,3 объемом 4,48 л. Рассчитайте массовую долю выхода бутадиена-1,3. Объемы газов приведены к нормальным условиям. Дано: V(смеси)=8,4 л; φ(С4Н10)=80%; Vр(С4Н6)=4,48 л. ______________________________________________ η(С4Н6)=? Решение. 2.1. Вычисляем объем бутана в исходной смеси:  2.2. Рассчитываем количество вещества бутана:  2.3. При пропускании газовой смеси над катализатором бутадиен-1,3 образуется при дегидрировании нормального бутана: Cr2O3, Al2O3 С4Н10 → С4Н6+2Н2. Из уравнения реакции следует, что n(С4Н6)=n(С4Н10); n(С4Н6)=0,3 моль. 2.4. Определяем массу бутадиена-1,3, который образовался бы при количественном выходе: m(С4Н6)=n(С4Н6) ∙М(С4Н6); m(С4Н6)=0,3 моль ∙54 г/моль=16,2 г. 2.5. Рассчитываем количество вещества реально полученного бутадиена-1,3:  2.6. Масса реально полученного бутадиена-1,3 равна; mp(C4Н6)=np( С4Н6) ∙М(С4Н6)=0,2 моль ∙54 г/моль=10,8 г. 2.7. Вычисляем массовую долю выхода бутадиена-1,3:  Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 92. Напишите структурные формулы следующих органических соединений: а) пентадиена-1,4; б) 2,3-ди-метилгексадиена-2,4; в) З-изопропилгексадиена-1,3; г) 2,2,7,7-тетраметилоктадиена-3,5. Какие из названных веществ имеют сопряженные двойные связи? 93. Сколько алкинов могут быть изомерны изопрену? Напишите структурные формулы этих алкинов и назовите их по заместительной номенклатуре. 94. При дегидратации этилового спирта СаН6ОН массой 36,8 г по способу Лебедева получен бутадиен-1,3 объемом 5,6 л (нормальные условия). Вычислите массовую долю выхода продукта. 95. Назовите вещества А и Б и составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: HBr Na этилен → А → Б → бутадиен-1,3. 96. Напишите уравнения реакций присоединения брома, водорода и бромоводорода к изопрену, а также уравнение реакции полимеризации,изопрена. 97. Изопрен, полученный при дегидрировании 2-метилбутана, пропустили через избыток бромной воды, получив тетрабромпроизводное массой 58,2 г. Рассчитайте массу 2-метилбутана, который был взят для реакции. 98. Смесь бутадиена-1,3 и бутена-2 массой 22,1 г подвергли каталитическому гидрированию, получив бутан объемом 8,96 л (нормальные условия). Рассчитайте массовую долю бутадиена-1,3 в исходной смеси. Тема 5. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ Ароматическими называются соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические структуры — бензольные ядра. Простейшим ароматическим углеводородом является бензол СвНв, структурную формулу которого изображают следующим образом:  Наиболее удачной является формула в, которая будет использоваться в дальнейшем. В этой формуле правильный шестиугольник обозначает обычные связи углерод — углерод, а окружность — единую электронную систему (π-электронную систему), возникающую в молекуле. Гомологами бензола являются СН3 С2Н5 СН3   | | |1 СН36 2 3 5 3 4 метилбензол этилбензол 1,2-диметилбензол или толуол или орто-ксилол СН3 СН3 \ ∕ СН3 СН3 СН |1 |1 | 6 6 2 2 6 2 5 3 5 3  4 СН3 4 СН3 1,3-диметилбензол 1,4-диметилбензол изопропилбензол или мета-ксилол или пара-ксилол или кумол Общая формула гомологического ряда бензола СхН2х-6, где х=6, 7, 8... . Существует большое число ароматических углеводородов, которые не являются гомологами бензола, например:  СН–СН2  | | |— –СН– винилбензол дифенил трифенилметан нафталин или стирол Получение. Бензол и его гомологи получают каталитическим дегидрированием алканов или циклоалканов, например: Cr2О3СН3–СН2–СН2–СН2–СН2–СН3 → + 4Н2 СН3 СН3 | |  Рt→ + 3Н2 Бензол образуется при пропускании ацетилена над раскаленным активным углем: С(активный), t3СН = СН → Гомологи бензола можно получить по реакции алкилирования (присоединения алкильного радикала) бензола в присутствии А1С13: СН3 |AlCl3 + СН3Cl → +HCl СН2–СН3 | AlCl3 + СН2=СН2 → Стирол получают по реакции дегидрирования этил-бензола в присутствии платиновых или никелевых катализаторов: СН2–СН3 СН=СН2 | | Ni→ + Н2 Свойства. Химические свойства бензола и его гомологов обусловлены наличием ароматического кольца. 1. Реакции замещения в бензольном кольце, атом водорода в молекуле бензола можно заместить на различные частицы (-NO2 –SO3H, алкильны) NO2 |H2SO4 + HNO3 → + H2O нитробензол SO3H | + H2SO4 → + H2O бензолсульфокислота C2H5 | AlCl3 + C2H5Br → + HBr H3C CH \ ∕ CH | AlCl3 + CH2–CH–CH3 →Br | FeBr3 + Br2 → + HBr Аналогично протекает реакция хлорирования (в присутствии FeCl3). Хлорирование бензола в присутствии А1С13 дает другой продукт: Cl  AlCl3 Cl Cl + 6Cl2 → + 6HCl Cl Cl Cl гексахлорбензол При реакциях замещения в кольцах гомологов бензола обычно образуется смесь продуктов 1,2- (орто-) и 1,4- (пара-) замещения, например: СН3 | NО2  CH3 ∕ | СН3 Н2SO4 |  + НNО3  | NО3 2. Реакции присоединения. В присутствии катализатора бензол и его гомологи присоединяют водород: CH3 CH3 | | Ni+ 3H2 → При интенсивном освещении бензол может присоединять хлор: CHCl ∕ \ClHC CHCl + 3Cl2 → | | ClHC CHCl \ ∕ CHCl 3. Реакции окисления. Легче окисляются гомологи бензола, при этом образуются органические кислоты: СН3 СООН | | KMnO4+ 3[О] → + Н2О бензойнаякислота Бензол устойчив к окислению. Бензол и его гомологи сгорают на воздухе: 2 + 150 г → 12СО2 + 6Н2О Свойства стирола СаН5—СН=СН2 обусловлены как ароматическим ядром, так и двойной связью С=С. Пример: 1. Из ацетилена объемом 3,36 л (нормальные условия) получен бензол объемом 2,5 мл. Определите массовую долю выхода продукта, если плотность бензола равна 0,88 г/мл. Дано: V(С2Н2)=3,36 л; VР(С6Н6)=2,5 мл; ρ(С6Н6)=0,88 г/мл. __________________________________ η(С6Н6)=? Решение. 1.1. Вычисляем количество вещества ацетилена, взятого для реакции:  1.2. Бензол образуется при пропускании ацетилена над раскаленным активным углем: С(активный), t 3С2Н2 → С6Н6. Из уравнения реакции следует, что  1.3. Определяем массу бензола, который образовался бы при количественном выходе: m(C6H6)=n(C6H6) ∙M(C6H6); m(C6H6)=0,05 моль ∙78 г/моль=3,9 г. 1.4. Рассчитываем массу бензола, который был реально получен: mp(C6H6)=Vp(C6H6) ∙ρ(C6H6); mp(C6H6)=2,5 мл ∙0,88 г/мл=2,2 г. 1.5. Вычисляем массовую долю выхода бензола:  Пример: 2.Напишите уравнения реакции, которые надо провести для осуществления следующих превращении: С2Н5 СООН | | → → → Решение. 2.1. Циклогексан превращается в бензол при пропускании его паров над нагретым платиновым катализатором: Pt, t → + 3Н2 2.2. Ввести алкильную группу в бензольное кольцо можно действием галогенпроизводного алкана (или алкена) в присутствии хлорида алюминия: С2Н5 | |AlCl3 + С2Н5Cl → + HCl 2.3. При действии раствора перманганата калия на этилбензол образуется бензойная кислота: С2Н5 СООН | |+ KMnО2 + 6[О] → +2Н2О +СО2 Пример: 3. При дегидрировании этилбензола кассой 4,24 г получен стирол. Выход продукта реакции составил 75%. Какую массу раствора брома в тетрахлориде углерода может обесцветить полученный стирол, если массовая доля брома в растворе составляет 4%? Дано: m(этилбензола)=4,24 г; η(стирола)-75%; w(Br2)=4%. _______________________________________ m=? Решение. 3.1. Определяем исходное количество вещества этилбензола:  3.2. Составляем уравнение реакции дегидрирования этилбензола: СН2–СН3 СН=СН2 | |→ + Н2 Из уравнения реакции следует, что n(стирола) = n(этилбензола); n(стирола) = 0,04 моль. 3.3. Определяем массу стирола, который мог образоваться при количественном выходе: m(стирола) = n(стирола) ∙М(стирола); m(стирола) = 0,04 моль ∙104 г/моль = 4,16 г. 3.4. Учитывая массовую долю выхода стирола, определяем массу реально полученного вещества:  3.5. Количество вещества стирола, полученного в данной реакции, составляет:  3.6. Составляем уравнение реакции стирола с бромом: С8H8+Br2→C8H8Br2. Отсюда следует, что n(Br2)=nр(стирола); n(Br2)=0,03 моль. 3.7. Вычисляем массу брома, который может вступить в реакцию: m(Br2)=n(Br2) ∙M(Br2); m(Br2)=0,03 моль ∙160 г/моль=4,8 г. 3.8. Рассчитываем массу раствора брома в тетрахлориде углерода:  Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 99. Какой ароматический углеводород может быть получен при дегидрировании м-гептана? Напишите структурную формулу этого углеводорода. 100. Сколько изомерных гомологов бензола соответствует формуле C9H12? Напишите структурные формулы изомеров и назовите их. 101. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения: Метан → А → бензол. Назовите вещества А и укажите условия протекания реакций. 102. Напишите уравнения реакций толуола со следующими веществами: а) бромом в присутствии бромида железа (III); б) нитрующей смесью (HNO3 и H2SO4); в) раствором перманганата калия; г) этиленом в присутствии хлорида алюминия. 103. Какие из записанных ниже веществ являются гомологами бензола: СН3    СН3 СН3 СН3а) б) в) СН3 СН3 СН=СН2 СН3–С=СН2 С = СН СН3   С2Н5г) д) е) СН3 Дайте названия гомологам бензола. Какие из записанных веществ являются изомерами? 104. В пробирках имеются следующие жидкости: бензол С6Н6, стирол С6Н5—СН=СН2 и фенилацетилен С6Н5—С=СН. При помощи, каких реакций можно различить эти вещества? Составьте уравнения этих реакций. 105. Из циклогексана массой 9,24 г по реакции дегидрирования в присутствии никелевого катализатора получен бензол. Рассчитайте объем бензола, если его плотность равна 0,88 г/мл. 106. Рассчитайте массу гептана, который потребуется для получения толуола массой 8,97 г, если массовая доля выхода толуола равна 65%. 107. Вычислите объем воздуха, измеренный при нормальных условиях, который потребуется для полного сгорания 1,4-диметилбензола массой 5,3 г. Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%. 108. Рассчитайте объем водорода, измеренный при нормальных условиях, который образуется при циклизации и дегидрировании до ароматического углеводорода гексана объемом 200 мл и плотностью 0,66 г/мл. Реакция протекает с выходом 65%. 109. Бензол, полученный дегидрированием циклогексана объемом 151 мл и плотностью 0,779 г/мл, подвергли хлорированию при освещении. Образовалось хлорпроизводное массой 300 г. Определите выход продукта реакции. 110. При бромировании бензола в присутствии бромида железа (III) получен бромоводород, который пропустили через избыток раствора нитрата серебра. При этом образовался осадок массой 7,52 г. Вычислите массу полученного продукта бромирования бензола и назовите этот продукт. 111. Рассчитайте объем стирола, который может обесцветить бромную воду массой 150 г (массовая доля Вг2 3,2%). Плотность стирола равна 0,91 г/мл. 112. При нитровании гомолога бензола массой 4,6 г получили нитропроизводное массой 6,85 г. Какой гомолог бензола был взят? 113. Газ, образовавшийся при сжигании бензола, пропустили через избыток раствора гидроксида бария. Образовался осадок массой 59,1 г. Рассчитайте массу сожженного вещества. 114. Смесь бензола и стирола обесцветила бромную воду массой 500 г (массовая доля брома 3,2%). При сгорании смеси той же массы выделился оксид углерода (IV) объемом 44,8 (нормальные условия). Определите массовую долю бензола в смеси. |
