Номер 69, страница 145 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.69. Какие восстановители можно использовать для восстановления нитробензола в анилин? Приведите необходимые уравнения реакций.

Для восстановления нитробензола ($C_6H_5NO_2$) в анилин ($C_6H_5NH_2$) можно использовать различные восстановители и методы. Основными являются восстановление металлами в кислой среде (реакция Зинина) и каталитическое гидрирование.

1. Восстановление металлами в кислой среде (реакция Зинина)

Это классический и широко используемый лабораторный метод получения аминов из нитросоединений. В качестве восстановителей выступают активные металлы, такие как железо ($Fe$), цинк ($Zn$) или олово ($Sn$), в присутствии сильной кислоты, обычно соляной ($HCl$). Атомарный водород, образующийся в ходе реакции металла с кислотой, является восстанавливающим агентом.

Реакция с использованием железа и соляной кислоты является наиболее экономичной. Процесс протекает в две стадии. Сначала нитробензол восстанавливается до соли анилина (хлорида анилиния), так как реакция идет в кислой среде.

Стадия 1: Восстановление

$C_6H_5NO_2 + 3Fe + 7HCl \rightarrow [C_6H_5NH_3]Cl + 3FeCl_2 + 2H_2O$

Затем для выделения свободного анилина, который является основанием, к реакционной смеси добавляют щелочь (например, $NaOH$) для нейтрализации кислоты и разложения соли анилиния.

Стадия 2: Выделение анилина

$[C_6H_5NH_3]Cl + NaOH \rightarrow C_6H_5NH_2 + NaCl + H_2O$

Суммарное уравнение реакции (без учета стадии выделения) часто записывают в упрощенном виде:

$C_6H_5NO_2 + 3Fe + 6HCl \rightarrow C_6H_5NH_2 + 3FeCl_2 + 2H_2O$

В промышленных условиях эту реакцию проводят с каталитическим количеством кислоты. В этом случае уравнение выглядит так:

$4C_6H_5NO_2 + 9Fe + 4H_2O \xrightarrow{HCl_{кат}} 4C_6H_5NH_2 + 3Fe_3O_4$

Ответ: В качестве восстановителя можно использовать железо, цинк или олово в среде соляной кислоты. Уравнение реакции: $C_6H_5NO_2 + 3Fe + 6HCl \rightarrow C_6H_5NH_2 + 3FeCl_2 + 2H_2O$.

2. Каталитическое гидрирование

Это основной промышленный метод получения анилина. Процесс заключается в восстановлении нитробензола газообразным водородом ($H_2$) в присутствии гетерогенных катализаторов. В качестве катализаторов обычно используют металлы, такие как никель (часто в виде скелетного никеля или никеля Ренея), платина ($Pt$) или палладий ($Pd$), нанесенные на носитель (например, уголь). Реакция проводится при повышенной температуре и давлении.

Этот метод отличается высокой эффективностью и чистотой получаемого продукта. Побочными продуктами являются только вода.

Уравнение реакции:

$C_6H_5NO_2 + 3H_2 \xrightarrow{Ni/Pt/Pd, t, p} C_6H_5NH_2 + 2H_2O$

Ответ: В качестве восстановителя можно использовать водород ($H_2$) в присутствии катализаторов (никель, платина, палладий). Уравнение реакции: $C_6H_5NO_2 + 3H_2 \xrightarrow{cat} C_6H_5NH_2 + 2H_2O$.

3. Восстановление сульфидами

Исторически первой реакцией получения анилина из нитробензола была реакция, открытая Н.Н. Зининым в 1842 году, с использованием сульфида аммония ($(NH_4)_2S$) в качестве восстановителя. Также могут использоваться сульфиды или гидросульфиды щелочных металлов (например, $Na_2S$). Этот метод особенно важен для селективного восстановления одной нитрогруппы в полинитросоединениях.

Уравнение реакции с сульфидом аммония:

$C_6H_5NO_2 + 3(NH_4)_2S \rightarrow C_6H_5NH_2 + 6NH_3 + 3S \downarrow + 2H_2O$

Ответ: В качестве восстановителя можно использовать сульфид аммония. Уравнение реакции: $C_6H_5NO_2 + 3(NH_4)_2S \rightarrow C_6H_5NH_2 + 6NH_3 + 3S + 2H_2O$.