Номер 1, страница 262 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Используя ресурсы Интернета, подготовьте презентацию о промышленном способе получения и применении метанола.

Промышленный способ получения метанола

Метанол, или метиловый спирт ($CH_3OH$), является одним из важнейших продуктов химической промышленности. Современный промышленный способ его получения основан на каталитическом синтезе из оксида углерода(II) и водорода. Весь процесс можно условно разделить на три этапа.

Этап 1: Получение синтез-газа. Синтез-газ представляет собой смесь монооксида углерода ($CO$) и водорода ($H_2$). Основным сырьем для его получения является природный газ (метан, $CH_4$). Синтез-газ получают паровой конверсией метана, которая протекает при высокой температуре (800–900 °C) и давлении на никелевом катализаторе. Уравнение реакции: $CH_4 + H_2O \rightleftharpoons CO + 3H_2$. Альтернативными источниками сырья могут служить уголь или биомасса.

Этап 2: Синтез метанола. Полученный синтез-газ после очистки и сжатия направляется в реактор, где происходит обратимая экзотермическая реакция синтеза метанола. Уравнение реакции: $CO + 2H_2 \rightleftharpoons CH_3OH$. Процесс ведется при определенных условиях: температура 250–300 °C, давление 5–10 МПа (50–100 атмосфер) и в присутствии медь-цинк-оксидного катализатора на носителе из оксида алюминия ($CuO-ZnO/Al_2O_3$). Поскольку реакция выделяет тепло, для смещения равновесия в сторону образования продукта из реактора постоянно отводят теплоту.

Этап 3: Очистка метанола. Продукт, выходящий из реактора (метанол-сырец), содержит различные примеси, такие как вода, диметиловый эфир и высшие спирты. Для получения товарного продукта высокой чистоты (99,85 % и выше) метанол-сырец подвергают многостадийной ректификации.

Ранее метанол получали методом сухой перегонки древесины, что и дало ему название "древесный спирт". Сегодня этот способ нерентабелен и в промышленности не применяется.

Ответ: Основным промышленным способом получения метанола является каталитический синтез из синтез-газа (смеси $CO$ и $H_2$), который, в свою очередь, получают преимущественно паровой конверсией метана. Синтез метанола проводят при температуре 250–300 °C, давлении 5–10 МПа на медь-цинк-оксидном катализаторе. Полученный продукт очищают ректификацией.

Применение метанола

Метанол — многотоннажный продукт, который находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Главные сферы его использования следующие.

1. Сырье в химической промышленности. Это основное направление использования метанола (более 80% от всего производства). Он служит исходным веществом для получения множества других химических продуктов, важнейшими из которых являются: формальдегид ($CH_2O$), используемый для производства смол, пластмасс, клеев и материалов для мебели (ДСП, МДФ); уксусная кислота ($CH_3COOH$), получаемая карбонилированием метанола и применяемая для синтеза полимеров и растворителей; сложные эфиры, такие как метилметакрилат (для оргстекла) и диметилтерефталат (для полиэфирных волокон, например, лавсана); диметиловый эфир (ДМЭ), который является экологически чистым топливом и пропеллентом.

2. Топливо и компонент топлив. Метанол используется как высокооктановый компонент бензинов. Он является основным сырьем для синтеза метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), также являющегося октаноповышающей добавкой. Метанол служит сырьем для производства биодизеля в реакции переэтерификации растительных масел и животных жиров. Кроме того, метанол может использоваться в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания (в том числе в гоночных автомобилях) и в топливных элементах для прямого преобразования в электроэнергию.

3. Растворитель и антифриз. Метанол является хорошим полярным растворителем и используется в производстве лакокрасочных материалов, а также в лабораторных целях. Благодаря низкой температуре замерзания (−97,6 °C) он применяется как компонент автомобильных стеклоомывающих жидкостей и как антифриз для предотвращения образования гидратных пробок в газопроводах.

Необходимо строго соблюдать технику безопасности при работе с метанолом, так как он является сильнейшим ядом. Попадание в организм даже незначительных количеств метанола (5-10 мл) может привести к слепоте и тяжелому отравлению, а доза в 30 мл считается смертельной.

Ответ: Метанол широко применяется как сырье для производства формальдегида, уксусной кислоты, различных эфиров и полимеров; как компонент моторных топлив и сырье для биодизеля; как промышленный растворитель и компонент антифризов. Является сильным ядом.