Номер 2, страница 142, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Составьте стехиометрическую схему получения дивинилового каучука из углерода (минимальным числом стадий) и запишите соответствующие схемы реакций.

Решение

Для решения задачи необходимо составить технологическую цепочку превращений от углерода до дивинилового каучука, выбрав путь с наименьшим количеством химических реакций (стадий). Наиболее коротким и промышленно значимым является путь через синтез-газ и этанол по методу Лебедева.

Общая стехиометрическая схема процесса выглядит следующим образом:

Углерод $ \rightarrow $ Синтез-газ ($Co + H_2$) $ \rightarrow $ Этанол ($C_2H_5OH$) $ \rightarrow $ Бутадиен-1,3 ($C_4H_6$) $ \rightarrow $ Дивиниловый каучук ($(-C_4H_6-)_n$)

Эта схема реализуется через четыре последовательные стадии.

На первой стадии из углерода (угля, кокса) получают синтез-газ — смесь монооксида углерода и водорода. Это достигается путем паровой газификации при высокой температуре:

$ C + H_2o \xrightarrow{t^\circ} Co + H_2 $

На второй стадии из синтез-газа синтезируют этанол. Реакция проводится в присутствии специальных катализаторов при высоком давлении и температуре:

$ 2Co + 4H_2 \xrightarrow{kat, P, t^\circ} C_2H_5OH + H_2o $

Третья стадия — это получение бутадиена-1,3 (дивинила) из этанола по методу С. В. Лебедева. Пары спирта пропускают над смешанным оксидным катализатором (например, $Al_2O_3$ и $ZnO$), что приводит к одновременному отщеплению воды (дегидратация) и водорода (дегидрирование):

$ 2C_2H_5OH \xrightarrow{Al_2O_3, ZnO, 425^\circ C} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2o + H_2 $

Четвертая стадия — полимеризация полученного мономера, бутадиена-1,3, в дивиниловый каучук. В качестве катализатора исторически использовался металлический натрий, который инициирует процесс полимеризации по механизму 1,4-присоединения:

$ n(CH_2=CH-CH=CH_2) \xrightarrow{Na, t^\circ} (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n $

Таким образом, представленная четырехстадийная схема является путем получения дивинилового каучука из углерода с минимальным числом стадий.

Ответ:

Стехиометрическая схема получения дивинилового каучука из углерода с минимальным числом стадий:

$ C \xrightarrow{1} CO, H_2 \xrightarrow{2} C_2H_5OH \xrightarrow{3} CH_2=CH-CH=CH_2 \xrightarrow{4} (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n $

Соответствующие схемы реакций:

1. $ C + H_2o \xrightarrow{t^\circ} Co + H_2 $

2. $ 2Co + 4H_2 \xrightarrow{kat, P, t^\circ} C_2H_5OH + H_2o $

3. $ 2C_2H_5OH \xrightarrow{Al_2O_3, ZnO, 425^\circ C} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2o + H_2 $

4. $ n(CH_2=CH-CH=CH_2) \xrightarrow{Na, t^\circ} (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n $