Номер 8, страница 354 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

8. Каким образом из древесных отходов можно получить синтетический каучук? Приведите уравнения реакций.

Синтетический каучук, а именно бутадиеновый каучук, можно получить из древесных отходов по методу, исторически разработанному С. В. Лебедевым. Основным компонентом древесины, используемым в этом процессе, является целлюлоза. Процесс состоит из нескольких последовательных стадий.

Стадия 1: Гидролиз целлюлозы

На первой стадии древесные отходы (например, опилки) подвергают гидролизу. Процесс проводят при нагревании в присутствии кислотного катализатора, обычно серной кислоты. При этом полимер целлюлоза расщепляется до своего мономера — глюкозы.

Уравнение реакции:

$(C_6H_{10}O_5)_n \text{ (целлюлоза)} + nH_2O \xrightarrow{H_2SO_4, t} nC_6H_{12}O_6 \text{ (глюкоза)}$

Стадия 2: Спиртовое брожение глюкозы

Полученный раствор глюкозы подвергается спиртовому брожению под действием ферментов дрожжей. В результате этого биохимического процесса из глюкозы образуется этиловый спирт (этанол) и углекислый газ.

Уравнение реакции:

$C_6H_{12}O_6 \text{ (глюкоза)} \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH \text{ (этанол)} + 2CO_2 \uparrow$

Стадия 3: Получение бутадиена-1,3 из этанола

Этанол служит сырьем для синтеза бутадиена-1,3 (дивинила). Пары этанола пропускают над смешанным катализатором (например, оксиды алюминия и цинка $Al_2O_3/ZnO$) при высокой температуре (400–450 °C). В ходе реакции происходит одновременное дегидрирование (отщепление водорода) и дегидратация (отщепление воды) этанола.

Уравнение реакции (метод Лебедева):

$2C_2H_5OH \text{ (этанол)} \xrightarrow{Al_2O_3, ZnO, t} CH_2=CH-CH=CH_2 \text{ (бутадиен-1,3)} + 2H_2O + H_2 \uparrow$

Стадия 4: Полимеризация бутадиена

На заключительной стадии из мономера, бутадиена-1,3, получают полимер — синтетический каучук. Это достигается путем реакции полимеризации, которая инициируется катализатором (исторически — металлический натрий, в современных технологиях — металлоорганические катализаторы).

Уравнение реакции:

$n CH_2=CH-CH=CH_2 \text{ (бутадиен-1,3)} \xrightarrow{катализатор} (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n \text{ (полибутадиен)}$

Ответ:

Получение синтетического каучука из древесных отходов включает следующую цепь химических превращений с соответствующими уравнениями реакций:

1. Гидролиз целлюлозы до глюкозы:

$(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H^+, t} nC_6H_{12}O_6$

2. Спиртовое брожение глюкозы до этанола:

$C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2$

3. Синтез бутадиена-1,3 из этанола:

$2C_2H_5OH \xrightarrow{катализатор, t} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2O + H_2$

4. Полимеризация бутадиена-1,3 в синтетический каучук:

$n CH_2=CH-CH=CH_2 \xrightarrow{катализатор} (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n$