Номер 106, страница 41 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.106. Предложите метод синтеза бутадиена-1,3 из неорганических веществ.

Синтез бутадиена-1,3 из неорганических веществ представляет собой многостадийный процесс. Одним из классических и исторически важных методов является синтез по методу С. В. Лебедева, который включает получение этанола из ацетилена с последующей каталитической конверсией этанола в бутадиен. Исходными неорганическими веществами служат кокс (углерод), оксид кальция (негашеная известь) и вода.

1. Получение карбида кальция

На первой стадии получают карбид кальция путем прокаливания смеси кокса и оксида кальция в дуговых электрических печах при температуре около 2000-2500 °C.

$CaO + 3C \xrightarrow{2000-2500\ ^\circ C} CaC_2 + CO\uparrow$

2. Получение ацетилена

Далее из карбида кальция получают ацетилен (этин) путем его взаимодействия с водой (гидролиз).

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow CH\equiv CH\uparrow + Ca(OH)_2$

3. Получение этанола из ацетилена

Этот этап проводится в две стадии. Сначала ацетилен подвергается каталитической гидратации в присутствии солей ртути(II) в кислой среде (реакция Кучерова), в результате чего образуется ацетальдегид (этаналь).

$CH\equiv CH + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4} CH_3-CHO$

Затем полученный ацетальдегид восстанавливают водородом до этилового спирта (этанола) на гетерогенном катализаторе (например, никеле, платине или палладии) при нагревании и повышенном давлении.

$CH_3-CHO + H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} CH_3-CH_2-OH$

4. Синтез бутадиена-1,3 из этанола (метод Лебедева)

На заключительной стадии из этанола получают бутадиен-1,3. Пары этанола пропускают над специальным смешанным катализатором (например, $Al_2O_3/ZnO$ или $Al_2O_3/MgO$) при температуре около 425 °C. В этом процессе одновременно протекают реакции дегидрирования (отщепление водорода) и дегидратации (отщепление воды).

$2CH_3-CH_2-OH \xrightarrow{Al_2O_3, ZnO, 425\ ^\circ C} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2O + H_2\uparrow$

Данная последовательность превращений является полным путем синтеза бутадиена-1,3 из доступных неорганических соединений.

Ответ:

Метод синтеза бутадиена-1,3 из неорганических веществ можно представить следующей цепочкой химических превращений:
1. $CaO + 3C \xrightarrow{t} CaC_2 + CO$
2. $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2 + Ca(OH)_2$
3. $C_2H_2 + H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H^+} CH_3CHO$
4. $CH_3CHO + H_2 \xrightarrow{Ni, t} C_2H_5OH$
5. $2C_2H_5OH \xrightarrow{Al_2O_3, ZnO, t} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2O + H_2$