Номер 2, страница 218 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 41. Генетическая связь между различными классами углеводородов. Глава 3. Углеводороды - номер 2, страница 218.

Условие.

2. Как, имея в распоряжении порошок алюминия, уголь, водород, воду и любое оборудование, можно получить бензол? Напишите уравнения реакций.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Порошок алюминия ($Al$),
Уголь ($C$),
Водород ($H_2$),
Вода ($H_2O$),
Любое оборудование.

Найти:

Способ получения бензола ($C_6H_6$) и соответствующие уравнения реакций.

Решение:

Для получения бензола из предложенных веществ можно осуществить следующую последовательность химических превращений в четыре стадии.

1. Получение карбида алюминия
Первым шагом является синтез карбида алюминия ($Al_4C_3$). Его получают путем прямого взаимодействия порошка алюминия с углем (углеродом) при сильном нагревании (около 2000°C) в отсутствие кислорода.

$4Al + 3C \xrightarrow{t°} Al_4C_3$

2. Получение метана
Далее из карбида алюминия получаем метан ($CH_4$) путем гидролиза. При взаимодействии карбида алюминия с водой образуется гидроксид алюминия и выделяется метан.

$Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 \downarrow + 3CH_4 \uparrow$

3. Получение ацетилена
Следующий этап — получение ацетилена ($C_2H_2$) из метана. Это достигается путем пиролиза (термического разложения при высокой температуре без доступа воздуха) метана. Процесс ведут при температуре около 1500°C с последующим резким охлаждением продуктов реакции.

$2CH_4 \xrightarrow{1500°C} C_2H_2 + 3H_2$

4. Получение бензола
Заключительным этапом является синтез бензола ($C_6H_6$) из ацетилена. Это реакция тримеризации, которая протекает при пропускании ацетилена над катализатором — активированным углем (который можно получить из имеющегося угля) при температуре 400-600°C. Эта реакция известна как реакция Зелинского.

$3C_2H_2 \xrightarrow{t°, C_{акт.}} C_6H_6$

Таким образом, используя алюминий, уголь и воду, можно получить бензол. Водород, предоставленный в условии, в данной технологической цепочке не используется, но может быть полезен для создания инертной (восстановительной) атмосферы на первой стадии синтеза.

Ответ: Бензол можно получить в четыре стадии: 1) синтез карбида алюминия из алюминия и угля ($4Al + 3C \rightarrow Al_4C_3$); 2) гидролиз карбида алюминия для получения метана ($Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 + 3CH_4$); 3) пиролиз метана для получения ацетилена ($2CH_4 \rightarrow C_2H_2 + 3H_2$); 4) тримеризация ацетилена в бензол ($3C_2H_2 \rightarrow C_6H_6$).