Главная | Обратная связь

Крекинг и пиролиз нефтепродуктов

Каталитическое (Ni, Pt, Pd) дегидрирование алканов при нагревании

С₄Н₁₀ С₄Н₈ + Н₂

3. Из галогенпроизводных, действуя спиртовым раствором щелочи:

спирт

CH₃ − CН − CH − CH₃ + КОН CH₃ − C=CH − CH₃ + KBr + Н₂О

| | |

СН₃ Br СН₃

4. Из спиртов в присутствии кислоты при нагревании:

Н⁺

CH₃ − CH ₂ − CH₂ − ОН CH₃ − CН = CH₂ + Н₂О

 

Н⁺

 

СH₃ − CН(ОН) − CH₂−CH₃ CH₃ − CН = CH− CH₃ + Н₂О

 

 

Отщепление воды и галогеноводородов происходит по правилу Зайцева: атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода, т.е. атома, который связан с меньшим числом атомов водорода.

5. Из дигалогенпроизводных под действием активных двухвалентных металлов(Zn, Mg) при нагревании.

CH₃−CН−CH −СН₂−СН₃ + Zn CH₃−CН = CH−СН₂−CH₃ + ZnBr₂

| |

Br Br

 

3.2.Химические свойства алкенов

1.Для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения(ионного) А_Е , которые протекают с разрывом π- связи.

а) Гидрированиекаталитическое (Ni, Pt, Pd) при нагревании :

 

CH₃−CН = CH₂ + Н₂ CH₃−CН₂−CH₃

 

б) Галогенирование ( Hal₂- Cl₂, Br₂, I₂): Br Br

CCl₄ или Н₂О | |

CH₃−C=CH₂ + Br₂ CH₃−C – CH₂

| |

CH₃ CH₃

 

в) Гидрогалогенирование - присоединение HHal( HCl, HBr, HI)

 

CH₃−C=CH−CH₃ + HBr CH₃−CBr– CH₂−CH₃

| |

CH₃ CH₃

 

г)Гидратация -присоединение воды в кислой среде при нагревании:

 

OH

|

CH₃−C=CH−CH₃ + H₂O CH₃−C– CH₂−CH₃

| |

CH₃ CH₃

Присоединение галогеноводородов и воды в основном протекает по правилу Марковникова: атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода, т.е. к атому, который связан с большим числом атомов водорода. Но есть исключения из этого правила.

 

CH₂−CH=CH₂ + HCl CH₂−CH₂−CH₂Cl

| |

NO₂ NO₂

 

CH₂=CH−COOH + HBr CH₂−CH₂−COOH

|

Br

2. Реакции полимеризации:

t

n CH₃−CH=CH₂ (−CH−CH₂−)_n

AlCl₃ |

СН₃

Реакции окисления

а) реакции мягкого окисления водным раствором перманганата калия

 

-1 -2 +7 0 -1

3 CH₃−CH=CH₂ + 2 KMnO₄ + 4 H₂O 3 CH₃−CH−CH₂ + 2 KOH +

+2MnO₂ | |

OH OH

-1 0

C - 1 е → C

-2 -1 процесс окисления

C - 1 е → C

+7 +4

Mn + 3 е → Mn процесс восстановления

 

Эта реакция обесцвечивания раствора перманганата калия является качественной реакцией на алкены, как и реакция обесцвечивания бромной воды.

в) действие жестких окислителей ( азотной кислоты, перманганата калия и дихромата калия в кислой среде) приводит к разрыву молекулы алкена по месту расположения двойной связи с образованием кислот и кетонов:

CH₃CH=CH­ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ CH₃COOH + CO₂ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O

CH₃−C(CH₃) = CH –CH₃ + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄

CH₃−C(O)СН₃ + CH₃COOH + Cr₂(SO₄)₃ + 4H₂O + K₂SO₄

ацетон

г) каталитическое окисление кислородом:

д) реакции горения

C_nH_2n + 3n/2 O₂ nCO₂ + n H₂O

 

3.3.Примеры решения задач

Пример 12. Газовую смесь, состоящую из этена и водорода и имеющую плотность по водороду 3,6, пропустили над нагретым никелевым катализатором. При этом образовалась газовая смесь с плотностью по водороду 4,23. Определить выход в реакции гидрирования и состав полученной газовой смеси (в % по объему).

Решение:

Поскольку в условии задачи заданы только относительные значения

( т.е. величины, не зависящие от количества вещества – относительная плотность) и необходимо определить также относительные величины

( состав, выход в реакции), для упрощения расчетов зададимся каким-либо абсолютным значением.

1) Пусть количество моль исходной смеси n(см₁) =1 моль,

Исходная газовая смесь(смесь 1): С₂H₄ и H₂

2) Вычислим среднюю молярную массу этой смеси

Мср. (см₁)= D(см₁)∙М(Н₂) = 3,6 ∙ 2 = 7,2 г/моль,

3) Тогда масса смеси (1):

m(см₁) = М (см₁) ∙ n(см₁) = 7,2 ∙ 1 = 7,2 г.

4) Пусть n(С₂H₄)= х моль; n(H₂)= у моль.

Составим систему уравнений и решаем её:

х + у = 1 x = 0,2

28 х + 2у = 7,2 y = 0,8

Таким образом, исходная смесь состоит из 0,8 моль С₂H₄ и 0,2 моль H₂.

5) После реакции гидрирования:

С₂H₄ + H₂ = С₂H₆

получим смесь (2): С₂H_4, H₂ и С₂H₆.

Вычислим среднюю молярную массу этой смеси

Мср. (см₂)= D(см₂)∙М(Н₂) = 4,23 ∙ 2 = 8,46 г/моль.

6) Поскольку, согласно закону сохранения массы, общая масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна общей массе продуктов реакции; масса газовой смеси в результате гидрирования не меняется,

m(см₁) = m (см₂) = 7,2 г.

7) Вычислим количество вещества конечной газовой смеси (смеси 2):

n(см₂)= m (см₂)/ M(см₂) = 7,2 ׃ 8,46 = 0,851моль.

8) Пусть, в реакцию вступает z(моль) H₂, тогда в реакцию ступает также z моль С₂H₄ и в результате реакции образуется z моль С₂H₆.

 

Было 0,8 0,2

С₂H₄ + H₂ = С₂H₆

Прореагировало z z стало z

Запишем эти данные для удобства в виде таблицы

 

Вещества	Было(моль)	Прореаг.(моль)	Стало(моль)
С2Н4	0,8	Z	0,8 – z
Н2	0,2	Z	0,2 – z
С2Н6	-	-	z
∑(n)	1,0	2z	1 - z

 

9) Определим количества всех веществ в конечной газовой смеси(2):

n(см₂)= n(С₂Н₄)+ n(Н₂)+n(С₂Н₆)= (0,8-z)+(0.2-z)+z=1-z= 0,851

Отсюда z= 1-0,851=0,149

В смеси (2):

n(С₂Н₄)= 0,8-0,149=0,651 моль

n(Н₂)= 0,2-0,149=0,051 моль

n(С₂Н₆)=0,149моль

10) Выход в реакции гидрирования вычисляем как отношение количества вещества С₂Н_6, полученное практически, к количеству вещества, рассчитанному по уравнению химической реакции (т.е. теоретически).

Количество вещества С₂Н_6, полученное по реакции теоретически, рассчитываем по недостатку. В смеси (1) водород находится в недостатке. Следовательно n(С₂Н₆)_теор= 0,2 моль

η (С₂Н₆)=0,149/0,2= 0,745 (74,5%)

11) Определяем состав полученной газовой смеси (в % по объему)

φ( в-ва)=V(в-ва)/V(см₂)∙100%= n(в-ва)/n(см₂)∙100%

φ(С₂Н₆)=0,149:0,851∙100%= 17,51% φ(С₂Н₄)=0,651:0,851∙100%= 76,50%

φ(Н₂)=0,051:0,851∙100%= 5,99%

Ответ: φ(С₂Н₆)=17,51%; φ(С₂Н₄)= 76,50%; φ(Н₂)= 5,99%

η (С₂Н₆)=74,5%

Пример13.В молекуле нециклического углеводорода sp³ – гибридизованных атомов углерода равно трем, , а sp²- гибридизованных – двум. Установите строение этого углеводорода, если в его составе содержится только один третичный атом углерода. Какая масса бромоводорода может вступить в реакцию с 14 г этого углеводорода. Определить массовую долю брома как элемента в полученном бромпроизводном .

Решение:

1) Условию задачи отвечает следующее строение:

sp³ sp³ sp² sp²

CH₃-CH –CH= CH₂ - 3-метилбутен-2 C₅H₁₀

|

CH₃

sp³

2) Запишем реакцию взаимодействия алкена с бромоводородом

 

CH₃−CH−CH= CH_{2 +} HBr CH₃−CH −CH −CH₃

| | |

CH₃ CH₃ Br

 

2-бром-3метилбутан

Реакция протекает по правилу Марковникова.

М(C₅H₁₀) = 70 г/моль, n(C₅H₁₀) = 14 / 70 = 0,5 моль.

В соответствии с уравнением реакции n(HBr) = n (C₅H₁₀) =0,5 моль,

m ( HBr) = n ( HBr) ∙ М ( HBr) = 0,5 ∙ 81 = 40,5 (г)

3) Определяем массовую долю брома в полученном бромпроизводном C₅H₁₁Br ω (Br) = Ar( Br)∙n(Br)/ Mr(C₅H₁₁Br),

где Ar (Br) –относительная атомная масса Br,

n (Br)- число атомов брома в молекуле,

Mr (C₅H₁₁Br)- относительная молекулярная масса бромпроизводного

ω (Br) =80∙1/149= 0,5369 (53,69%)

Ответ: 3-метилбутен-2; ω (Br) =53,69%

Пример14. Определить массу 1,2 дихлорпропана, необходимую для получения 3,36 г пропена, учитывая, что реакция взаимодействия

1,2- дихлорпропана с избытком цинка проходит с выходом 72,7%.

Решение:

1) Реакция получения пропена :

_t

CH₃−CH −CH₂ +Zn СН₃−СН=СН₂ +ZnCl₂

| |

Cl Cl

2) Вычисляем количество полученного пропена практически

n (С₃Н₆) = m (С₃Н₆)/М (С₃Н₆)= 3,36: 42 = 0,08 моль.

3) Следовательно, n (С₃Н₆Cl₂), вступающего в реакцию, также равно

0,08 моль.

4) С учетом того, что выход в реакции равен отношению количества вещества практически вступающего в реакцию n(пр.), к количеству вещества, вступающего в реакцию теоретически n(теор.), определяем количество вещества С₃Н₆Cl_2, взятого для реакции

η = n(пр) /n(теор) ∙ 100% ═> n(теор)= n (пр) : η =0,08 :0.727= 1,1 моль.

5) Масса 1,2-дихлорпропана, взятая для реакции:

m(С₃Н₆Cl₂)= 0,11∙ 111=12,2 (г)

Ответ: m(С₃Н₆Cl₂)= 12,2 г