Ацетиленовые углеводороды (Алкины)

CnH2n-2

Алкины – это УВ, в молекулах которых два атома углерода находятся в состоянии sp-гибридизации и связаны друг с другом тройной связью:

Длина связи в алкинах равна 0,120 нм. Валентный угол = 180.

Каждый атом углерода в состоянии sp-гибридизации связан с двумя другими атомами и может присоединять ещё два атома.

В молекуле одна σ-связь и две π-связи.

Химические свойства

I. Реакции присоединения

1. Гидрирование

+ H2 à CH2 = CH2

этин этен

CH2 = CH2 +H2 à CH3 – CH3

этен этан

2. Присоединение галогенов

+ Cl2 à CHCl = CHCl

этин 1,2 дихлорэтан

CHCl = CHCl + Cl2 à CHCl2 – CHCl2

1,1,2,2 тетрахлорэтан

3. Присоединение галогенно-водородных

+ HCl à CH2 – CHCl

4. Гидратация (реакция Кучерова)

уксусный альдегид

II. Реакции окисления

1. Горение

2C2H2 + 5O2 à 4CO2 + 2H2O

2. Обесцвечивание KMnO4

III. Полимеризация

3C2H2 à C6H6 (t, активированный уголь)

бензол

Получение

1) Из метана

2CH4 à C2H2 + 3H2

2) Из карбида кальция

CaC2 + 2HOH à C2H2 + Ca(OH)2

Применение

Винилацетилен, щавельная кислота, винилхлорид, ацельдегид, сварка и резка металлов.

Вопрос №27

Ароматические углеводороды (Арены)

CnH2n-6

Ароматические УВ (арены) – это УВ, молекулы которых содержат одно или несколько бензольных колец или ядер.

Строение молекул бензола

C6H6

SP² – гибридизация

120⁰ – валентный угол

l = 0,140 нм (длина связи)

π-электронное облако состоит из 6 Pe (электронов).

Гомологический ряд

С6H6 – бензол

С6H5 – CH3 – метилбензол

С6H5 – C3H5 – этилбензол

С6H5 – C3H7 – пропилбензол

С6H5 – C4H9 – бутилбензол

Физические свойства

Бензол – бесцветная, нерастворимая в воде жидкость со своеобразным запахом. Его t кипения = 80,1⁰ С. При охлаждении он легко застывает в белую кристаллическую массу с t плавления = 5,5⁰ С.

Химические свойства

I. Реакции замещения

1. Взаимодействие с галогенами

C6H6 + Br2 à C6H5Br + HBr (в присутствии FeCl3)

2. Взаимодействие с HNO3

C6H6 + HONO2 à C6H5NO2 + H2O (в присутствии H2SO4)

нитробензол

II. Реакции присоединения

1. Гидрирование (присоединение Н2)

+ 3H2 à

бензол циклогексан

2. Присоединение галогенов

+ 3Cl2 à (при температуре)

бензол гексохлорциклогексан

III. Реакции окисления

1. Горение

2C6H6 + 15O2 à 12CO2 + 6H2O

2. Бензол стоек к действию окислителей. Окисляются только гомологи по боковой цепи.

C6H5 – CH3 + 3O à C6H5 – COOH + H2O (в присутствии KMnO4)

бензойная кислота

Получение

1) Из циклогексана

C6H12 à 3H2 + C6H6 (при t и катализаторе)

циклогексан бензол

2) Из гексана

C6H14 à C6H6 + 4H2 (при t и катализаторе)

3) Из ацетилена

3C2H2 à C6H6 (при t и катализаторе)

Применение бензола: получение пластмасс, красителей, растворителей, бутадиенового каучука, волокна лавсана, сахарина, анилина, лекарств, средств для борьбы с вредными насекомыми и болезнями.

Вопрос №28

Газ, нефть, кокс.

Природный газ

Месторождения: Уренгойское, Заполярное, Вуктыльское, Оренбургское, Газли, Ставропольское.

Основным компонентом природного газа является метан. В нём содержаться также этан, пропан, бутан. Существует следующая закономерность: чем выше относительная молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержится в природном газе.

Применение

При сгорании природного газа выделяется много теплоты, поэтому он служит энергетически эффективным и дешёвым топливом в котельных установках, доменных, мартеновских и стекловаренных печах и так далее.

Природный газ – источник сырья для химической промышленности: получение ацетилена, этилена, водорода, сажи, различных пластмасс, уксусной кислоты, красителей, медикаментов и других продуктов.

Нефть

Нахождение: в недрах Земли на различной глубине. Если она под давлением газов, то поднимается по скважине на поверхность Земли.

Физические свойства:

Масляная жидкость от светло-бурого до чёрного цвета, легче воды, не растворима в ней, нет определённой температуры кипения.

Состав зависит от месторождения.

Фракции нефти:

1. Собираемая от 40 до 200 С – газолиновая фракция бензинов (от C5H12 ДО C11H24). При дальнейшей перегонке получают: газолин (от 40 до 70 С), бензин (от 70 до 120 С) – авиационный, автомобильный и так далее.

2. Лигроиновая фракция, собираемая от 150 до 250 С, (от С8Н18 до С14Н30). Применение: как горячее для тракторов.

3. Керосиновая фракция (от С23Н26 до С18Н38) с температурой кипения = 180 – 300 С. После очистки – горючее для тракторов, реактивных самолётов и ракет.

4. В следующей фракции получают газойль (выше 275 С) – дизельное топливо.

5. Остаток после перегонки – мазут разделяют на фракции: соляровые масла – дизельное топливо, смазочные масла (автотракторные, авиационные, индустриальные и другие), вазелин (основа для косметических средств и лекарств). Из некоторых сортов нефти получают парафин (для производства спичек, свечей и др.). После отгонки остаётся гудрон. Его широко применяют в дорожном строительстве.

Установка для перегонки нефти состоит из:

1. трубчатой печи;

2. ректификационной колонны;

3. холодильника.

Главный недостаток перегонки – малый выход бензина (не более 20%).

Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле.

C6H14 à C8H18 + C8H16

гексадекан октан октен

Пиролизом называется разложение органического вещества без доступа воздуха при высокой температуре.

Термический крекинг	Каталитический крекинг
Расщепление углеводородов происходит при сравнительно высокой температуре (470 – 550 С). Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвлённой цепью атомов углерода.	Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов и при более низкой температуре (450 – 500 С). По сравнению с термическим крекингом процесс протекает значительно быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул углеводородов, но и их изомеризация, то есть образуются углеводороды с разветвлённой цепью атомов.
БЕНЗИН
Много непредельных углеводородов (обладает больше детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки). В бензине термического крекинга содержится много непредельных УВ, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя. Для устранения этого вредного воздействия к такому бензину добавляют антиокислители.	Бензин каталитического крекинга по сравнению с бензином термического крекинга обладает ещё большей детонационной стойкостью, ибо в нём содержаться УВ с разветвлённой цепью углеродных атомов. В бензине каталитического крекинга непредельных УВ содержится меньше, и поэтому процессы окисления и полимеризации в нём не протекают. Такой бензин более устойчив при хранении.

Кокс

Одним из основных способов получения углеводородов (в том числе и ароматических) является коксование (пиролиз) каменного угля.

При нагревании каменного угля сложные органические вещества, входящие в его состав, постепенно разлагаются с образованием летучих продуктов. Последние поступают в общий газосборник, где из них конденсируется каменная смола. Из неё путём фракционной дистилляции получают гомологи бензола, фенол и другие вещества.

В газосборнике одновременно со смолой конденсируется и вода, в которой растворяются аммиак, сероводород, фенол и другие вещества. Из надсмольной воды в специальной колонне отгоняется аммиак, а затем и другие продукты.

Коксовый газ охлаждают и пропускают через электрофильтры для отделения смолы. Затем из несконденсировавшегося газа извлекают аммиак и ароматические углеводороды (бензол). С целью извлечения аммиака газ пропускают через раствор серной кислоты и получают сульфат аммония – азотное удобрение. Из коксового газа выделяются водород и этилен для различных синтезов. Газ после очистки используется в качестве топлива в промышленности и быту.

Вопрос №29