Номер 2, страница 262 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте презентацию о промышленном способе получения и применении этанола.

Промышленные способы получения этанола

В современной промышленности этанол ($C_2H_5OH$) получают двумя основными способами: микробиологическим (спиртовое брожение) и синтетическим (гидратация этилена).

1. Микробиологический (ферментативный) способ

Это исторически первый и наиболее распространенный метод, особенно для производства пищевого, медицинского спирта и биотоплива. Он основан на процессе спиртового брожения сахаров под действием ферментов дрожжей.

• Сырье. Используется сырье, богатое углеводами:
  • Сахаросодержащее: сахарный тростник, сахарная свекла, меласса (патока).
  • Крахмалосодержащее: картофель, кукуруза, пшеница, рожь, рис.
  • Целлюлозосодержащее: древесина, солома (требует предварительного гидролиза целлюлозы до сахаров).
• Технологический процесс.
  1. Подготовка сырья: Измельчение и смешивание с водой. Если сырье содержит крахмал, его предварительно осахаривают (гидролизуют) с помощью ферментов (амилаз), превращая в глюкозу: $(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \rightarrow nC_6H_{12}O_6$.
  2. Брожение (ферментация): В полученное сусло добавляют специальные культуры дрожжей (например, Saccharomyces cerevisiae). Дрожжи перерабатывают глюкозу в этанол и углекислый газ. Процесс идет в анаэробных (бескислородных) условиях при температуре 30-35 °C. Суммарное уравнение реакции: $C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{ферменты \ дрожжей} 2C_2H_5OH + 2CO_2 \uparrow$. В результате образуется бражка, содержащая 8–18 % этанола.
  3. Перегонка и ректификация: Бражку нагревают в перегонных аппаратах (ректификационных колоннах). Так как температура кипения этанола (78,3 °C) ниже температуры кипения воды (100 °C), спирт испаряется интенсивнее. Пары спирта конденсируют и собирают. Многократное повторение этого процесса (ректификация) позволяет получить спирт-ректификат с концентрацией до 96,5 %. Для получения абсолютного (100 %) этанола применяют специальные методы, например, азеотропную перегонку.

2. Синтетический способ (гидратация этилена)

Этот метод используется для получения технического спирта из нефтехимического сырья. Он более экономичен для крупнотоннажного производства, но полученный продукт содержит токсичные примеси и не может использоваться в пищевой и медицинской промышленности.

• Сырье. Этилен ($CH_2=CH_2$), продукт крекинга нефти.
• Технологический процесс. Процесс заключается в прямой каталитической гидратации этилена — присоединении молекулы воды к двойной связи этилена.
  Уравнение реакции: $CH_2=CH_2 + H_2O \rightleftarrows CH_3-CH_2-OH$.
  Реакцию проводят в газовой фазе при следующих условиях:
  • Температура: 250–300 °C.
  • Давление: 7–10 МПа (70–100 атм).
  • Катализатор: ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$), нанесенная на пористый носитель (силикагель, активированный уголь).

  Реакция является обратимой, поэтому для смещения равновесия в сторону образования продукта используют избыток водяного пара, высокое давление и рециркуляцию (возврат непрореагировавшего этилена в реактор). Полученный спирт-сырец очищают от примесей (диэтилового эфира, ацетальдегида) методом ректификации.

Ответ: Основные промышленные способы получения этанола — это спиртовое брожение углеводсодержащего сырья (для пищевого, медицинского спирта и биотоплива) и синтетический метод гидратации этилена (для получения технического спирта).

Применение этанола

Этанол является одним из самых востребованных органических соединений и находит широкое применение в различных отраслях.

• Топливо. Этанол — это важное возобновляемое биотопливо. Его добавляют к бензину (смеси Е10, Е85) для повышения октанового числа и снижения вредных выбросов в атмосферу, а также используют в качестве самостоятельного топлива.
• Химическая промышленность. Этанол служит:
  • Растворителем для производства лаков, красок, бытовой химии, парфюмерии.
  • Сырьем (реагентом) для синтеза других органических веществ: уксусной кислоты ($CH_3COOH$), диэтилового эфира ($C_2H_5OC_2H_5$), этилацетата ($CH_3COOC_2H_5$), бутадиена (для каучуков) и др.
• Медицина. Применяется как:
  • Антисептик для дезинфекции кожи, медицинских инструментов (обычно в виде 70% раствора).
  • Растворитель и экстрагент при изготовлении настоек и экстрактов из лекарственного сырья.
  • Консервант для биологических образцов.
• Пищевая промышленность. Является основой всех алкогольных напитков. Также используется как растворитель для пищевых ароматизаторов и как консервант.
• Парфюмерия и косметика. Этанол — основной компонент духов, одеколонов, туалетной воды, лосьонов и других косметических средств, выступая в роли растворителя для ароматических композиций.
• Другие области. Используется в качестве компонента незамерзающих жидкостей для автомобилей, как топливо для спиртовых ламп (спиртовок) и как наполнитель в спиртовых термометрах.

Ответ: Этанол широко применяется как топливо, растворитель, сырье в химической промышленности, антисептик в медицине, основа алкогольных напитков в пищевой промышленности, а также в парфюмерии и для бытовых нужд.