Номер 4, страница 107 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Решение:

Для того чтобы получить анилин ($C_6H_5NH_2$) из метана ($CH_4$), можно предложить следующую последовательность химических превращений в четыре стадии:

Метан $\rightarrow$ Ацетилен $\rightarrow$ Бензол $\rightarrow$ Нитробензол $\rightarrow$ Анилин

Рассмотрим каждую стадию подробно.

1. Получение ацетилена из метана (пиролиз)

Первый этап — это получение ацетилена (этина) путем высокотемпературного крекинга (пиролиза) метана. Реакция проводится при температуре около $1500^{\circ}C$ с последующим быстрым охлаждением (закалкой) продуктов для предотвращения их разложения.

Уравнение реакции:

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

Промежуточное вещество, полученное на этой стадии, — ацетилен.

2. Получение бензола из ацетилена (реакция тримеризации)

Далее из ацетилена получают бензол. Это реакция циклотримеризации ацетилена, которая протекает при пропускании газообразного ацетилена над катализатором — активированным углем — при температуре $400-600^{\circ}C$ (реакция Зелинского-Казанского).

Уравнение реакции:

$3C_2H_2 \xrightarrow{C_{акт.}, 400-600^{\circ}C} C_6H_6$

Промежуточное вещество, полученное на этой стадии, — бензол.

3. Получение нитробензола из бензола (нитрование)

На третьей стадии бензол подвергают нитрованию для введения нитрогруппы ($-NO_2$) в бензольное кольцо. Реакцию проводят с помощью нитрующей смеси, состоящей из концентрированных азотной ($HNO_3$) и серной ($H_2SO_4$) кислот, при умеренном нагревании (до $50-60^{\circ}C$).

Уравнение реакции:

$C_6H_6 + HNO_3(конц.) \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t} C_6H_5NO_2 + H_2O$

Промежуточное вещество, полученное на этой стадии, — нитробензол.

4. Получение анилина из нитробензола (восстановление)

Заключительный этап — восстановление нитробензола до анилина. Эта реакция известна как реакция Зинина. В лабораторных условиях ее проводят с использованием металлического железа или олова в соляной кислоте.

Уравнение реакции в общем виде (с использованием атомарного водорода):

$C_6H_5NO_2 + 6[H] \xrightarrow{Fe, HCl} C_6H_5NH_2 + 2H_2O$

Конечный продукт — анилин.

Таким образом, предложенная цепь превращений состоит из четырех звеньев (стадий).

Ответ:

Уравнения реакций для получения анилина из метана:
1) $2CH_4 \xrightarrow{1500^{\circ}C} C_2H_2 + 3H_2$
2) $3C_2H_2 \xrightarrow{C_{акт.}, 400-600^{\circ}C} C_6H_6$
3) $C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, 50-60^{\circ}C} C_6H_5NO_2 + H_2O$
4) $C_6H_5NO_2 + 6[H] \xrightarrow{Fe, HCl} C_6H_5NH_2 + 2H_2O$
Промежуточные вещества: ацетилен, бензол, нитробензол.
В предложенной цепи превращений 4 звена.