Процесс, описанный в данной последовательности, является синтезом бензола из метана. Давайте рассмотрим каждый этап этого процесса и объясним, как происходит превращение одного вещества в другое.
1. Метан → 1,2-дибромэтан:
Процесс начинается с метана (CH4), который является самым простым углеводородом. Для получения 1,2-дибромэтана (CH2Br2) к метану добавляется два атома брома. Реакция можно описать следующим образом:
CH4 + Br2 → CH2Br2 + HBr
Здесь один атом водорода замещается атомом брома, образуя 1,2-дибромэтан.
2. 1,2-дибромэтан → ацетилен:
Далее 1,2-дибромэтан (CH2Br2) претерпевает ряд превращений, чтобы стать ацетиленом (C2H2). Сначала 1,2-дибромэтан нагревается, образуя хлорэтан (C2H5Cl) и соляную кислоту (HBr):
CH2Br2 + Zn + 2 HCl → C2H5Cl + ZnBr2
Здесь хлорэтан образуется после выделения атомов брома из 1,2-дибромэтана.
Затем хлорэтан проходит дополнительную обработку с натрием, чтобы образовать ацетилен:
C2H5Cl + 2 Na → C2H2 + 2 NaCl
Здесь хлорэтан реагирует с натрием и образует ацетилен и хлористый натрий.
3. Ацетилен → бензол:
Последний этап включает превращение ацетилена (C2H2) в бензол (C6H6). Оно происходит в несколько этапов. Сначала ацетилен обрабатывается суперфосфатом кальция (Ca3(PO4)2):
2 C2H2 + 5 Ca3(PO4)2 → C6H6 + 10 CaO + P4
Здесь ацетилен реагирует с суперфосфатом кальция и образует бензол, оксид кальция и фосфор.
Далее оксид кальция обрабатывается с водой, чтобы образовать гидроксид кальция (известный как поглотитель угольной кислоты):
CaO + H2O → Ca(OH)2
Затем полученный гидроксид кальция реагирует с угольной кислотой (H2CO3) и превращается в кальциевый карбонат (CaCO3):
Ca(OH)2 + H2CO3 → CaCO3 + 2 H2O
И, наконец, карбонат кальция претерпевает карбоксилирование, чтобы стать бензолом:
CaCO3 + 2 CH2O → C6H6 + Ca(HCO3)2
Здесь карбонат кальция реагирует с формальдегидом и образует бензол и бикарбонат кальция.
Таким образом, последовательность реакций: метан → 1,2-дибромэтан → ацетилен → бензол позволяет получить бензол из метана с помощью химических превращений. Школьнику стоит обратить внимание на каждое превращение и взаимодействие веществ, чтобы понять, как происходит образование бензола.
2СН₄ ⇒ CH₂=CH₂ + 2H₂
CH₂=CH₂ + Br₂ ⇒ CH₂Br-CH₂Br
CH₂Br-CH₂Br + 2NaOH ⇒ (H₂O) => CH₂OH-CH₂OH + 2NaBr
CH₂OH-CH₂OH + 2HCl ⇒ CH₂Cl-CH₂Cl + 2H₂O
CH₂Cl-CH₂Cl + 2NaOH (спирт.) ⇒СН≡СН + 2NaCl + 2H₂O
Объяснение:
1. Метан → 1,2-дибромэтан:
Процесс начинается с метана (CH4), который является самым простым углеводородом. Для получения 1,2-дибромэтана (CH2Br2) к метану добавляется два атома брома. Реакция можно описать следующим образом:
CH4 + Br2 → CH2Br2 + HBr
Здесь один атом водорода замещается атомом брома, образуя 1,2-дибромэтан.
2. 1,2-дибромэтан → ацетилен:
Далее 1,2-дибромэтан (CH2Br2) претерпевает ряд превращений, чтобы стать ацетиленом (C2H2). Сначала 1,2-дибромэтан нагревается, образуя хлорэтан (C2H5Cl) и соляную кислоту (HBr):
CH2Br2 + Zn + 2 HCl → C2H5Cl + ZnBr2
Здесь хлорэтан образуется после выделения атомов брома из 1,2-дибромэтана.
Затем хлорэтан проходит дополнительную обработку с натрием, чтобы образовать ацетилен:
C2H5Cl + 2 Na → C2H2 + 2 NaCl
Здесь хлорэтан реагирует с натрием и образует ацетилен и хлористый натрий.
3. Ацетилен → бензол:
Последний этап включает превращение ацетилена (C2H2) в бензол (C6H6). Оно происходит в несколько этапов. Сначала ацетилен обрабатывается суперфосфатом кальция (Ca3(PO4)2):
2 C2H2 + 5 Ca3(PO4)2 → C6H6 + 10 CaO + P4
Здесь ацетилен реагирует с суперфосфатом кальция и образует бензол, оксид кальция и фосфор.
Далее оксид кальция обрабатывается с водой, чтобы образовать гидроксид кальция (известный как поглотитель угольной кислоты):
CaO + H2O → Ca(OH)2
Затем полученный гидроксид кальция реагирует с угольной кислотой (H2CO3) и превращается в кальциевый карбонат (CaCO3):
Ca(OH)2 + H2CO3 → CaCO3 + 2 H2O
И, наконец, карбонат кальция претерпевает карбоксилирование, чтобы стать бензолом:
CaCO3 + 2 CH2O → C6H6 + Ca(HCO3)2
Здесь карбонат кальция реагирует с формальдегидом и образует бензол и бикарбонат кальция.
Таким образом, последовательность реакций: метан → 1,2-дибромэтан → ацетилен → бензол позволяет получить бензол из метана с помощью химических превращений. Школьнику стоит обратить внимание на каждое превращение и взаимодействие веществ, чтобы понять, как происходит образование бензола.