Номер 272, страница 335 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.272. Гидрирование этилена катализируется оксидом цинка. На рисунке изображены отдельные стадии этого процесса. Расположите эти стадии в правильном порядке.

№		№
1	H — H … — O — … — Zn — … — O — …	5
2		6	${\mathrm{H}}_3\mathrm{C}—{\mathrm{CH}}_3$ … — O — … — Zn — … — O — …
3	${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}=\mathrm{CH}2$	7
4

Решение

Процесс каталитического гидрирования этилена на оксиде цинка представляет собой многостадийный гетерогенный каталитический процесс. Он включает адсорбцию реагентов на поверхности катализатора, поверхностную реакцию между адсорбированными частицами и десорбцию продукта. Для определения правильной последовательности стадий необходимо проанализировать каждую из них с точки зрения химической логики.

Механизм реакции можно разделить на следующие ключевые этапы:

1. Адсорбция и диссоциация водорода.

   Сначала на поверхности катализатора $ZnO$ должен адсорбироваться водород.
   • Стадия 1: Молекула водорода ($H_2$) приближается к поверхности катализатора. Это начальный этап взаимодействия.
   • Стадия 2: Происходит гетеролитический разрыв связи $H-H$. Один атом водорода (как протон $H^+$) связывается с поверхностным атомом кислорода, образуя гидроксогруппу ($O-H$), а второй атом (как гидрид-ион $H^−$) оказывается вблизи иона цинка. Эта стадия является промежуточной в процессе диссоциации.
   • Стадия 7: Диссоциация завершается образованием стабильных поверхностных частиц: гидридной группы ($Zn-H$) и гидроксогруппы ($O-H$). Поверхность катализатора теперь активирована для реакции.
   Последовательность этих этапов: 1 → 2 → 7.

2. Адсорбция этилена.

   После активации поверхности водородом на нее адсорбируется второй реагент — этилен.
   • Стадия 3: Молекула этилена ($H_2C=CH_2$) приближается к активированной поверхности катализатора.
   • Стадия 5: Этилен адсорбируется на ионе цинка, образуя π-комплекс. Двойная связь этилена взаимодействует с катионом цинка. На рисунке для упрощения не показан гидрид-ион на цинке, но стрелка ясно указывает на процесс адсорбции.
   Последовательность этих этапов: 3 → 5.

3. Поверхностная реакция и десорбция продукта.

   После адсорбции обоих реагентов происходит их последовательное взаимодействие.
   • Стадия 4: Происходит первая стадия гидрирования. Адсорбированный на цинке гидрид-ион ($H^−$) атакует один из атомов углерода в молекуле этилена. В результате образуется этильная группа ($-CH_2-CH_3$), ковалентно связанная с ионом цинка. На поверхности остается гидроксогруппа.
   • Стадия 6: Происходит вторая стадия гидрирования и десорбция. Протон ($H^+$) из гидроксогруппы переносится ко второму атому углерода этильной группы. Образуется молекула конечного продукта — этана ($H_3C-CH_3$). Этан слабо связан с поверхностью и десорбируется, а катализатор регенерируется до своего первоначального состояния.
   Последовательность этих этапов: 4 → 6.

Объединяя все этапы, получаем полную последовательность стадий каталитического гидрирования этилена.

Ответ: 1 → 2 → 7 → 3 → 5 → 4 → 6.