Номер 3, страница 40 - гдз по химии 11 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. Запишите уравнение дегидратации этилена и дайте полную классификационную характеристику этого процесса.

В формулировке вопроса, по всей видимости, содержится неточность. Дегидратация — это реакция отщепления молекулы воды от органического соединения. От молекулы этилена ($C_2H_4$), которая не содержит гидроксильных групп, отщепить воду невозможно. Вероятнее всего, в задаче имеется в виду реакция получения этилена путем дегидратации этанола (этилового спирта). Именно этот классический процесс и будет рассмотрен.

Решение

Уравнение реакции

Внутримолекулярная дегидратация этанола, приводящая к образованию алкена (этилена), происходит при нагревании спирта с водоотнимающими веществами, которые выступают в роли катализаторов. Наиболее распространенными катализаторами для этого процесса являются концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$) или оксид алюминия ($Al_2O_3$).

Уравнение реакции при использовании концентрированной серной кислоты:

$C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t > 140^\circ C} CH_2=CH_2 \uparrow + H_2O$

Структурная формула реакции:

$CH_3-CH_2-OH \xrightarrow{катализатор, t} CH_2=CH_2 + H_2O$

Полная классификационная характеристика процесса

• По типу превращения реагентов (механизму): реакция элиминирования (отщепления). Так как отщепляется молекула воды, это частный случай элиминирования — реакция дегидратации.
• По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции: реакция разложения, поскольку из одного сложного исходного вещества (этанол) образуются два более простых продукта (этилен и вода).
• По изменению степеней окисления: внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция. В молекуле этанола ($CH_3-CH_2OH$) степени окисления атомов углерода не одинаковы: у углерода в группе $CH_3$ она равна -3, а у углерода в группе $CH_2OH$ — -1. В молекуле этилена ($CH_2=CH_2$) степени окисления обоих атомов углерода равны -2. Таким образом, один атом углерода окисляется ($C^{-3} \rightarrow C^{-2}$), а другой одновременно восстанавливается ($C^{-1} \rightarrow C^{-2}$).
• По направлению протекания: обратимая реакция. Обратный процесс — гидратация этилена (присоединение воды к этилену) — является промышленным способом получения этанола.
• По тепловому эффекту: эндотермическая реакция ($ \Delta H > 0 $). Для разрыва связей C-H и C-O требуется затратить энергию, поэтому реакция протекает при нагревании.
• По наличию катализатора: каталитическая реакция. Реакция протекает с приемлемой скоростью только в присутствии катализаторов (сильных кислот или оксида алюминия).
• По фазовому составу (агрегатному состоянию веществ): гетерогенная реакция. Процесс протекает на границе раздела фаз: например, жидкий этанол и твердый катализатор ($Al_2O_3$), или жидкий этанол и жидкая концентрированная серная кислота, которая образует отдельную тяжелую фазу.

Ответ:

Уравнение реакции: $C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t > 140^\circ C} C_2H_4 + H_2O$.
Классификация процесса: реакция является реакцией элиминирования (дегидратации), разложения, внутримолекулярной окислительно-восстановительной, обратимой, эндотермической, каталитической и гетерогенной.