Обезвоживание этанола карбидом кальция. Высушивание органических жидкостей. Спирты и фенолы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Опыт 1. Получение метана и опыты с ним

Оборудование и реактивы: Круглодонная пробирка, спиртовка, штатив, лапка штатива, пробка с газоотводной стеклянной и резиновой трубкой, трубка с оттянутым концом, две U-образные трубки, спички, фарфоровая ступка с пестиком, ацетат натрия, раствор брома в воде, оксид кальция, гидроксид натрия, раствор перманганата калия, активированный уголь, электроплитка, стеклянная палочка.

Ход работы: Ацетат натрия до опыта обезвоживают. Соль CH 3 COONa . 3H 2 O помещают в фарфоровую чашечку, нагревают, помешивая стеклянной палочкой. Ацетат натрия вначале растворяется в кристаллизационной воде, затем, после испарения воды, выделяется в твердом виде. После того как затвердевшая соль снова расплавится, ей дают остыть в эксикаторе и измельчают в ступке пестиком.

Оксид кальция перед использованием прокалить, охладить в эксикаторе и измельчить.

К едкому натру, предварительно измельченному в фарфоровой ступке, добавляют оксид кальция, в соотношении 2:1 по объему порошков. Полученную смесь называют натронной известью. Оксид кальция необходим для устранения гигроскопичности едкого натра.

Реакционную круглодонную пробирку на 3/4 наполняют смесью ацетата натрия с натронной известью в соотношении объемов порошков 1:3 или 1:2. Смесь тщательно перемешивается в фарфоровой ступке. Собирают прибор согласно рис. 1.

Рис. 1. Получение метана и опыты с ним.

Реакционную пробирку подсоединяют к системе из двух U-образных трубок. Правое колено второй трубки закрывают пробкой со стеклянной трубкой, имеющей оттянутый конец. Трубку заполняют активированным углем. В одну U-образную трубку наливают слабый раствор перманганата калия, в другую - бромную воду. Пробирку-реактор прогревают. Избегают чрезмерного перегрева, что приводит к побочным реакциям и получению нежелательных продуктов - ацетона, непредельных углеводородов, углекислого газа и т. д. Для улавливания этих веществ используют стеклянную трубку с активированным углем, которую подсоединяют к газоотводной трубке перед входом газов в первую U-образную трубку.

Метан, полученный в ходе реакции, проходит через растворы KMnO 4 и Br 2 , обесцвечивания растворов не наблюдается (установка герметична, если пробулькивание газов происходит синхронно в обоих растворах). По окончании опыта подносят пламя спички или лучины к отверстию трубки с оттянутым концом. Наблюдают горение метана. Записать уравнения химических реакций.

Техника безопасности: Поджигать метан после установления устойчивого синхронного пробулькивания газа в растворах, но не в первые минуты прохождения метана. Соблюдать правила нагревания, не держать спиртовку руками.

Утилизация. Раствор KMnO 4 и бромную воду использовать повторно. Продукт реакции - карбонат натрия с примесью ацетата натрия и натронной извести перенести полностью в емкость-нейтрализатор. U-образные трубки мыть под вытяжкой слабым щелочным раствором гидроксида кальция.

Опыт 2. Получение этилена и опыты с ним.

Оборудование и реактивы: Реакционная пробирка, газоотводная трубка, две U-образные трубки, стеклянная трубка с активированным углем (с оттянутым концом), спиртовка, штативы с лапками, кипятильники, хлоркальциевая трубка, этиловый спирт, серная концентрированная кислота, бромная вода, раствор перманганата калия, активированный уголь.

Ход работы: В сухую пробирку-реактор (рис. 2.) наливают заранее приготовленную и охлажденную смесь (6 мл) одной части спирта с тремя частями серной концентрированной кислоты. В пробирку помещают несколько кипятильников для равномерного кипения реакционной смеси. Пробирку закрепляют в штативе. Подсоединить пробирку-реактор к U-образным трубкам, используя резиновые шланги (см. рис. установки), в которых находятся раствор KMnO 4 и бромная вода. Правое колено второй U-образной трубки закрывают пробкой со вставленной стеклянной трубкой, имеющей оттянутый конец. Трубка заполняется предварительно активированным углем.

Так как в процессе нагревания спирта и серной кислоты кроме этилена получаются другие вещества (SO 2 , диэтиловый эфир, CO 2 и др.), некоторые из которых также могут обесцвечивать раствор KMnO 4 и бромную воду, то на пути газовой смеси из пробирки-реактора перед первой U-образной трубкой, следует

Рис. 2. Получение этилена и опыты с ним.

поместить хлоркальциевую трубку с активированным углем.

Пробирку-реактор нагреть до равномерного кипения. Наблюдать равномерное синхронное пробулькивание воздуха, а затем этилена через раствор KMnO 4 и бромную воду. Окраска растворов постепенно исчезает. После полного обесцвечивания растворов поднести пламя спички или горящей лучины к трубке с оттянутым концом и поджечь этилен. Написать уравнения реакций, объяснить наблюдаемые явления.

Техника безопасности. Поджигать этилен после полного обесцвечивания раствора KMnO 4 и бромной воды. Прибор должен быть герметичным, что определяется синхронным пробулькиванием газа через растворы KMnO 4 и бромной воды.

Утилизация. Вследствие окисления спирта в пробирке-реакторе остается обуглившаяся смесь неопределенного состава, которую полностью переносят в емкость-нейтрализатор. В раствор, оставшийся после обесцвечивания перманганата калия, добавить немного крепкого подкисленного H 2 SO 4 раствора KMnO 4 и прокипятить. Все имеющиеся органические соединения окисляются до углекислого газа и воды:

C х H у O z + KMnO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + K 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

Раствор KMnO 4 использовать многократно. Утилизацию полученного MnSO 4 (после отработки раствора) см.: VIII кл., тема "Галогены". В раствор, оставшийся после обесцвечивания бромной воды, добавить небольшую порцию железного порошка и несколько капель соляной кислоты средней концентрации:

Fe + HCI = FeCI 2 + 2H.

Через некоторое время бромпроизводные восстановятся атомарным водородом до углеводородов и бромид-ионов, к примеру, по схеме:

Полученный раствор имеет желтовато-бурый цвет бромной воды, который можно использовать для определения непредельных углеводородов и демонстрации окислительных свойств брома. Далее фильтрованием отделяют железный порошок, который промывают, сушат и используют вновь.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Опыт 1. Получение этилена дегидратацией этанола над оксидом алюминия

Описанный выше опыт получения этилена дегидратацией этанола в присутствии H 2 SO 4 (конц) приводит к образованию большого количества оксида серы (IV) и множества других токсичных соединений, опасных для окружающей среды. Оксид серы (IV) очень быстро обесцвечивает раствор KMnO 4 и бромную воду, что делает некорректным описанный опыт в целях учебной демонстрации: C 2 H 5 OH + 2H 2 SO 4 = 2C+2SO 2 + 5H 2 O, далее:

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O (принагревании)

5SO 2 +2KMnO 4 +2H 2 O = K 2 SO 4 +2MnSO 4 +2H 2 SO 4

SO 2 +Br 2 +2H 2 O = H 2 SO 4 +2HBr

Более простой и экологически чистый вариант получения этилена основан на пропускании паров спирта над нагретым твердым катализатором из оксида алюминия.

Оборудование и реактивы: Демонстрационная круглодонная пробирка, стеклянные и резиновые газоотводные трубки, две U-образные трубки, пробирки, стеклянная трубка с оттянутым концом, штатив, лапка штатива, спиртовка, лучинка, этанол, промытый и прокаленный песок, катализатор из глины в смеси с оксидом аллюминия, вода дистиллированная.

Ход работы: Готовят катализатор. Для этого накануне занятия смешивают глину с оксидом алюминия в соотношении 2:1, смачивают водой, хорошо перемешивают и выкатывают из них горошины, которые сушат на воздухе.

В демонстрационную пробирку (1) насыпают сухой песок (3-4 см. высотой) и пропитывают его спиртом. Поверх песка помещают катализатор почти до краев пробирки. Пробирку-реактор закрепляют в лапке штатива с небольшим наклоном (дно выше отверстия) и соединяют с двумя U-образными трубками (рис.3). Тщательно прогревают катализатор, затем другой спиртовкой нагревают песок, смоченный спиртом так, чтобы постоянно в емкости имелись пары спирта (не перегревать!). В данных условиях кроме этилена может получаться и бутадиен, который ставит под сомнение корректность опыта. Для поглощения бутадиена в первую U-образную трубку (2) наливают этанол. Растворимость бутадиена в спирте 15 мл на 100 мл растворителя. Весь бутадиен остается в спирте, так как газовая смесь, выходящая из первой U-образной трубки, не дает розовой окраски с раствором качественного реактива на бутадиен - хинона.

Рис. 3. Получение этилена дегидратацией этанола над твердым катализатором.

Другая U-образная трубка (3) заполняется спиртом или водой для получения раствора этилена. Растворимость этилена в воде и спирте 25,6 и 360 мл на 100 мл растворителя соответственно. Таким образом, можно получить раствор этилена в воде и спирте, которые используют для определения непредельных органических веществ.

Отросток последней U-образной трубки соединяют с газоотводной трубкой, которую помещают в пробирку (4) вначале с бромной водой, а затем с раствором перманганата калия. Наблюдают обесцвечивание растворов. Перед окончанием опыта к газоотводной трубке присоединяют стеклянную трубку с оттянутым концом. Поджигают этилен пламенем лучинки. Наблюдают горение этилена светящимся пламенем. Написать уравнения реакций.

Техника безопасности. 1. Демонстрационная пробирка-реактор прогревается равномерно во избежание растрескивания и возгорания газообразных веществ, образующихся в пробирке. 2. Подставить противень с песком под нагреваемую пробирку. 3. Установка должна быть герметичной.

Утилизация. Раствор бутадиена и этилена в спирте использовать в спиртовках, а также для демонстрации их непредельного характера Обесцвеченный раствор KMnO 4 и бромную воду утилизировать согласно прописям в предыдущем опыте.

Опыт 2. Получение ацетилена и опыты с ним

Оборудование и реактивы: Демонстрационная пробирка Вюрца, газоотводные стеклянные и резиновые трубки, две U-образные трубки, трубка с оттянутым концом, заполненная активированным углем, штативы, лапки штатива, шприц, игла шприца, резиновые пробки, пинцет, лучинка, спички, карбид кальция, насыщенный раствор хлорида натрия, раствор KMnO 4 , бромная вода.

Ход работы: Осторожно поместить в пробирку Вюрца (4) несколько кусочков карбида кальция. Отверстие пробирки закрывают пробкой (5). Далее соединяют пробирку-реактор с U-образными трубками согласно рис. 4.

Работу выполняют на демонстрационном столе, так как побочные продукты реакции технического карбида кальция с водой полностью поглощаются адсорбентом – активированным углем. Важно обеспечить герметичность установки, что достигается плотным прилеганием пробок и резиновых трубок к стеклянным пробиркам и стеклянным трубкам.

Рис. 4. Получение ацетилена и опыты с ним.

Правое колено второй U-образной трубки закрывают пробкой со стеклянной трубкой, заполненной активированным углем. В U-образные трубки наливают разбавленный раствор KMnO 4 и бромную воду. Длинной иглой шприца прокалывают резиновый шланг, соединяющий реактор с первой U-образной трубкой, и медленно вводят насыщенный раствор хлорида натрия в пробирку-реактор с карбидом кальция, регулируя количеством прилитого раствора интенсивность выделения ацетилена.

Наблюдают обесцвечивание растворов KMnO 4 и бромной воды. После обесцвечивания растворов подносят пламя лучинки к трубке с активированным углем, наблюдают коптящее пламя горящего ацетилена. Написать уравнения химических процессов и объяснить наблюдаемые явления.

Техника безопасности. Не брать руками кусочки карбида кальция. Добавлять водный раствор хлорида натрия к карбиду кальция малыми порциями. Израсходовать весь карбид кальция. Проверить герметичность установки: должно быть синхронное пробулькивание пузырьков газа через оба раствора в U-образных трубках.

Утилизация. В пробирку-реактор заливаем из шприца крепкий раствор KMnO 4 и перемешиваем содержимое. Ацетилен и другие продукты гидролиза (H 2 S, PH 3 и др.) окисляются, воздух остается чистым. Через некоторое время пробирку открываем, полученную суспензию сложного состава сливаем в емкость-нейтрализатор со щелочным раствором.

Утилизацию обесцвеченного раствора KMnO 4 и бромной воды проводить согласно прописям в опыте № 2.

исходной смеси. Ответ: объемная доля 40%; массовая доля 38,4%.

17.28. Состав углеводорода выражается формулой С3 H4 . На гидрирование этого углеводорода массой 5 г до предельного соединения затратили водород объемом 2,8 л (нормальные условия). Определите структурную формулу углеводорода и назовите его. Ответ: циклопропен.

18. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ 18.1. Составьте структурные формулы изомеров, отвечающих формуле

С8 H10 и содержащих ароматическое кольцо.

18.4. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

метан→ Х→ бензол

Назовите вещество X. Укажите условия протекания реакций. Ответ: Х - ацетилен.

18.5. При дегидрировании этилбензола массой 4,24 г получили стирол. Выход продукта реакции составил 75%. Какую массу раствора брома в тетрахлориде углерода может обесцветить полученный стирол, если массовая доля брома в растворе составляет 4%?

18.6. Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, образуется при циклизации и дегидрировании м-гексана объемом 200 мл и плотностью 0,66 г/мл? Реакция протекает с выходом 65%. Ответ: 89,4 л.

18.7. Какой объем воздуха, измеренный при нормальных условиях, потребуется для полного сгорания 1,4-диметил-бензола массой 5,3 г? Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%. Ответ: 56 л.

18.8. При сжигании гомолога бензола массой 0,92 г в кислороде получили оксид углерода (IV), который пропустили через избыток раствора гидроксида кальция. При этом образовался осадок массой 7 г. Определите формулу углеводорода и назовите его. Ответ: C7 H8

18.9. Ароматический углеводород, являющийся гомологом бензола, массой 5,3 г сожгли, получив оксид углерода (IV) объемом 8,96 л (нормальные условия). Определите формулу углеводорода. Сколько изомеров может иметь этот углеводород среди гомологов бензола? Напишите структурные формулы этих изомеров. Ответ: С8 H10 ; 4 изомерных гомолога бензола.

18.10. Из ацетилена объемом 3,36 л (нормальные условия) получили

бензол объемом 2,5 мл. Определите выход продукта, если плотность бензола равна 0,88 г/мл. Ответ: 56,4%.

18.11. При бромировании бензола в присутствии бромида железа (III) получили бромоводород, который пропустили через избыток раствора нитрата серебра. При этом образовался осадок массой 7,52 г. Вычислите массу полученного продукта бромирования бензола и назовите этот продукт. Ответ: 6,28 г; бромбензол.

18.12. Бензол, полученный дегидрированием пиклогексана объемом 151 мл и плотностью 0,779 г/мл, подвергли хлорированию при освещении. Образовалось хлорпроизводное массой 300 г. Определите выход продукта реакции. Ответ: 73,6%.

18.13. Смесь бензола с циклогексеном массой 4,39 г обесцвечивает бромную воду массой 125 г с массовой долей брома 3,2%. Какая масса воды образуется при сжигании в кислороде той же смеси массой 10 г?

18.14. Смесь бензола и стирола некоторой массы обесцвечивает бромную воду массой 500 г с массовой долей брома 3,2%. При сжигании смеси той же массы выделился оксид углерода (IV) объемом 44,8 л (нормальные условия). Определите массовые доли бензола и стирола в смеси. Ответ: 60% бензола; 40% стирола.

19. СПИРТЫ И ФЕНОЛЫ

Номенклатура, свойства и получение спиртов и фенолов

19.4. Сколько изомерных спиртов может иметь хлорпропанол С3 H6 CIOH? Напишите структурные формулы изомеров и назовите их по заместительной номенклатуре. Ответ: 5 изомеров.

19.5. Сколько фенолов могут быть изомерны 2-метил-6-хлорфенолу? Напишите структурные формулы этих фенолов и назовите их. Ответ: 12 изомерных фенолов (не считая 2-метил-6-хлорфенола).

19.6. Сколько изомерных третичных спиртов могут иметь состав С6 H13 OH? Напишите формулы этих спиртов и назовите по заместительной номенклатуре. Ответ: три спирта.

19.11. В трех пробирках находятся бутанол-1, этиленгликоль и раствор фенола в бензоле. При помощи каких химических реакций можно различить эти вещества? Напишите уравнения соответствующих реакций.

19.12. В трех пробирках без надписей находятся жидкости: н-пропанол, 1- хлорбутан и глицерин. При помощи каких химических реакций можно различить эти вещества? Напишите уравнения этих реакций.

Расчеты по уравнениям реакций с участием предельных одноатомных спиртов

19.14. Какая масса пропилата натрия может быть получена при взаимодействии пропанола-1 массой 15 г с натрием массой 9,2 г?

19.15. При взаимодействии бутанола-1 с избытком металлического натрия выделился водород, занимающий при нормальных условиях объем 2,8 л. Какое количество вещества бутанола-1 вступило в реакцию? Ответ: 0,25 моль.

19.16. Метанол количеством вещества 0,5 моль нагрели с избытком бромида калия и серной кислоты, получили бромметан массой 38 г. Определите выход бромметана. Ответ: 80%.

19.17. При дегидратации пропанола-2 получили пропилен, который обесцветил бромную воду массой 200 г. Массовая доля брома в бромной воде равна 3,2%. Определите массу пропанола-2, взятую для реакции.

Ответ: 2,4 г.

19.18. При нагревании предельного одноатомного спирта массой 12 г с концентрированной серной кислотой образовался алкен массой 6,3 г. Выход продукта составил 75%. Определите формулу исходного спирта.

19.19. Определите формулу предельного одноатомного спирта, если при дегидратации образца его объемом 37 мл и плотностью 1,4 г/мл получили алкен массой 39,2 г. Ответ: С4 H9 OH.

19.20. Натрий массой 12 г поместили в этанол объемом 23 мл и плотностью 0,8 г/мл. Массовая доля воды в этаноле составляет 5%. Какой объем водорода выделится при этом? Объем рассчитайте при нормальных условиях.

19.21. Какая масса металлического натрия прореагирует с раствором пропанола-1 массой 200 г, массовая доля воды в котором 10%? Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, выделится при этой реакции? Ответ: 94,5 г Nа; 46 г Н2 .

19.22. Какую массу карбида кальция надо добавить к спирту объемом 150 мл и плотностью 0,8 г/мл для получения абсолютного (безводного) спирта,

если массовая доля этанола в спирте составляет 96%? Какая масса абсолютного спирта будет получена при этом? Ответ: 8,53 г СаС2 ; 115,2 г абсолютного спирта.

19.23. Из технического карбида кальция массой 4 г при действии избытка воды можно получить газ объемом 1,12 л (нормальные условия). Какую массу технического карбида надо взять для получения этанола массой 19,6 г, массовая доля воды в котором составляет 6%? Ответ: 32 г.

19.24. При каталитической дегидратации этанола массой 1,84 г получили газ, .который прореагировал с бромом, содержавшемся в хлороформовом растворе массой 50 г. Массовая доля брома в этом растворе равна 8%. Определите выход продукта дегидратации спирта, если выход в реакции бромирования количественный. Ответ: 62,5%.

19.25. Предельный одноатомный спирт массой 30 г взаимодействует с избытком металлического натрия, образуя водород, объем которого при нормальных условиях составил 5,6 л. Определите формулу спирта. Ответ:

С3 H7 OH.

19.26. При получении синтетического каучука по способу Лебедева в качестве исходного сырья используют этанол, пары которого пропускают над катализатором, получая бутадиен-1,3, водород и воду. Какую массу бутадиена-1,3 можно получить из спирта объемом 230 л и плотностью 0,8 кг/л, если массовая доля этанола в спирте равна 95%? Учесть, что выход продукта составляет 60%. Ответ: 61,56 кг.

19.27. Метанол получают взаимодействием оксида углерода (II) с водородом. Для реакции взяты оксид углерода (II) объемом 2 м3 и водород объемом 5 м3 (объемы приведены к нормальным условиям). В результате получили метанол массой 2,04 кг. Определите выход продукта. Ответ:

19.28. Какую массу металлического натрия и абсолютного этанола надо взять для получения этанольного раствора массой 200 г, массовая доля этилата натрия в котором равна 10,2%?

19.29. Определите массовую долю алкоголята натрия в его спиртовом растворе, полученном в результате реакции между металлическим натрием массой 2,3 г и абсолютным этанолом объемом 50 мл и плотностью 0,79 г/мл.

Ответ: 16,3%.

19.30. Из пропанола-2 массой 24 г получили 2-бромпро-пан, который использовали для получения 2,3-диметилбута-на. Какая масса диметилбутана образовалась, если выход продуктов на каждой стадии синтеза составил

60%? Ответ: 6,2г.

19.31. При взаимодействии бутанола-2 массой 7,4 г с избытком бромоводородной кислоты получили бромпроизводное, из которого синтезировали 3,4-диметилгексан массой 3,99 г. Определите выход продукта реакции. Ответ: 70%.

19.32. Дегидратацией предельного одноатомного спирта получили алкен симметричного строения с неразветвленной цепью массой 8,4 г, который взаимодействует с бромом массой 24 г. Определите структурную формулу исходного спирта и назовите его. Ответ: бутанол-2.

19.33. При нагревании предельного одноатомного спирта с концентрированной бромоводородной кислотой образуется соединение, массовая доля брома в котором составляет 73,4%. Определите формулу исходного спирта. Ответ: С2 H5 OH.

19.34. Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, может быть получен при взаимодействии металлического натрия массой 1,6 г со смесью метанола и этанола массой 2,48 г? Массовая доля метанола,в смеси составляет 25,8%, этанола - 74,2%. Ответ: 672 мл.

Расчеты по уравнениям реакций с участием фенолов

19.35. Какая масса фенолята натрия может быть получена при взаимодействии фенола массой 4,7 г с раствором гидроксида натрия объемом 4,97 мл и плотностью 1,38 г/мл? Массовая доля гидроксида натрия в растворе составляет 35%. Ответ: 5,8 г.

19.36. При взаимодействии раствора фенола в бензоле массой 200 г с избытком бромной воды получили бромпроизводное массой 66,2 г. Определите массовую долю фенола в растворе. Ответ: 9,4%.

19.37. Имеется смесь фенола с этанолом. К одной половине смеси добавили избыток металлического натрия, получив водород объемом 672 мл (нормальные условия). К другой половине смеси добавили избыток раствора брома, при этом образовался осадок массой 6,62 г. Определите массовые доли фенола и этанола в смеси.

19.38. На нейтрализацию смеси фенола с этанолом затратили раствор объемом 50 мл с массовой долей гидроксида натрия 18% и плотностью 1,2 г/мл. Такая же масса смеси прореагировала с металлическим натрием массой 9,2 г. Определите массовые доли фенола и этанола в смеси. Ответ: фенола

80,9%; этанола 19,1%. 20. АЛЬДЕГИДЫ

20.1. Напишите структурные формулы следующих альдегидов: 2- метилпентаналя, 2,3-диметилбутаналя, гексаналя.

20.4. Какое количество вещества формальдегида содержится в растворе объемом Зли плотностью 1,06 г/мл, массовая доля СНгО в котором равна

20%? Ответ: 21,2 моль.

20.5. Какой объем формальдегида надо растворить в воде массой 300 г для получения формалина с массовой долей формальдегида 40%? Объем рассчитайте при нормальных условиях. Какая масса формалина будет получена? Ответ: СH2 O объемом 149,3 л; формалин массой 500 г.

20.6. При взаимодействии этанола массой 13,8 г с оксидом меди (II) массой 28 г получили альдегид, масса которого составила 9,24 г. Определите выход продукта реакции. Ответ: 70%.

20.7. В промышленности апетальдегид получают по способу Кучерова. Какую массу ацетальдегида можно получить исходя из технического карбида кальция массой 500 кг, массовая доля примесей в котором составляет 10,4%? Выход ацетальдегида 75%. Ответ: 231 кг.

20.8. При каталитическом гидрировании формальдегида получили спирт, при взаимодействии которого с избытком металлического натрия образовался водород объемом 8,96 л (нормальные условия). Выход продуктов на каждой из стадий синтеза составил 80%. Определите исходную массу формальдегида. Ответ: 37,5 г.

20.9. Какая масса серебра будет получена в результате реакции "серебряного зеркала", если к избытку аммиачного раствора оксида серебра добавить водный раствор массой 50 г с массовой долей пропаналя 11,6%.

Ответ: 21,6 г.

20.10. Ацетилен объемом 280 мл (нормальные условия) был использован для получения ацетальдегида, выход которого составил 80%. Какая масса металла может быть получена при добавлении всего полученного альдегида,

к избытку аммиачного раствора оксида серебра? Ответ: 2,16 г.

20.11. К водному раствору массой 4 г с массовой долей некоторого альдегида 22% прилили избыток аммиачного раствора оксида серебра. При этом образовался осадок массой 4,32 г. Определите формулу исходного альдегида.

20.12. При окислении паров спирта массой 2,3 г над избытком оксида меди (II) получили альдегид и медь массой 3,2 г. Какой альдегид получен? Определите массу альдегида, если его выход составил 75%. Ответ: 1,65 г уксусного альдегида.

20.13. Массовые доли углерода, водорода и кислорода в альдегиде составляют соответственно 62,1, 10,3 и 27,6%. Какой объем водорода потребуется для гидрирования этого альдегида массой 14,5 г до спирта? Объем рассчитайте при нормальных условиях. Ответ: 5,6 л.

20.14. Один из промышленных способов получения альдегидов - нагревание алкенов с оксидом углерода (II) и водородом при повышенном давлении в присутствии катализатора. Для такой реакции был взят пропилен объемом 140 л (нормальные условия) и избыток других веществ. Какая масса бутаналя и 2-метилпропаналя будет получена, если в результате образуется смесь этих альдегидов, массовая доля бутаналя в которой составляет 60%? Ответ: 270 г бутаналя и 180 г 2-метилпропаналя.

20.15. При окислении некоторого кислородсодержащего органического вещества массой 1,8 г аммиачным раствором оксида серебра получили серебро массой 5,4 г. Какое органическое вещество подвергнуто окислению? Ответ: бута-наль.

20.16. Из карбида кальция массой 7,5 г, содержащего примеси (массовая доля примесей равна 4%), получили ацетилен, который был превращен в альдегид по реакции Кучерова. Какая масса серебра выделится при взаимодействии всего полученного альдегида с аммиачным раствором оксида серебра? Ответ: 24,3 г.

20.17. При окислении этанола образовался альдегид с 80%-ным выходом. При взаимодействии такой же массы этанола с металлическим натрием выделился водород, занимающий при нормальных условиях объем 2,8 л (выход - количественный). Определите массу образовавшегося альдегида в первой реакции. Ответ: 8,8 г.

20.18. Какая масса формалина с массовой долей формальдегида 40% может образоваться, если использовать альдегид, полученный при каталитическом окислении метана объемом 336 л (нормальные условия) кислородом воздуха? Выход продуктов в реакции окисления равен 60%.

20.19. Какая масса раствора с массовой долей ацетальде-гида 20% образуется, если альдегид получили с выходом 75% из ацетилена объемом 6,72 л (нормальные условия) по реакции Кучерова? Ответ: 49,5 г.

20.20. При сжигании альдегида массой 0,9 г образовался оксид углерода (IV), который прореагировал с раствором гидроксида натрия объемом 16,4 мл и плотностью 1,22 г/мл с образованием средней соли. Массовая доля гидроксида натрия в этом растворе равна 20%. Определите формулу сожженного альдегида. Сколько изомерных альдегидов могут соответствовать этой формуле? Напишите их структурные формулы. Ответ: бутаналь; 2 изомерных альдегида.

21. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫНоменклатура, химические свойства и получение карбоновых кислот

21.2. Напишите структурные формулы следующих кислот: 2- метилпропановая кислота, 2,3,4-трихлорбутановая кислота, 3,4- диметилгептановая кислота.

21.3. Сколько изомерных карбоновых кислот может соответствовать формуле С5 H10 O2 ? Напишите структурные формулы этих изомеров. Ответ: 4 изомера.

21.4. В трех пробирках без надписей находятся следующие вещества: этанол, муравьиная кислота, уксусная кислота. При помощи каких химических методов можно различить эти вещества?

21.5. В четырех пробирках находятся следующие вещества: пропионовая кислота, раствор формальдегида, раствор фенола в бензоле, метанол. При помощи каких химических реакций можно различить эти вещества?

21.6. Сколько изомерных одноосновных карбоновых кислот может соответствовать формуле С6 H12 O2 ;? Напишите структурные формулы этих кислот и назовите их по заместительной номенклатуре. Ответ: 8 изомерных кислот.

Расчетные задачи

21.11. Какой объем уксусной эссенции плотностью 1,070 г/мл надо взять для приготовления столового уксуса объемом 200 мл и плотностью 1,007 г/мл? Массовая доля уксусной кислоты в уксусной эссенции равна 80%, в уксусе -6%.

21.12. Какие массы растворов уксусной кислоты с массовой долей СН3 СООН 90 и 10% надо взять для получения раствора массой 200 г с массовой долей кислоты 40%? Ответ: раствора с массовой долей 90% - 75

г; 10% - 125 г.

21.13. В лаборатории имеется раствор объемом 300 мл с массовой долей уксусной кислоты 70% и плотностью 1,07 г/мл. Какой объем воды плотностью 1 г/мл надо прилить к имеющемуся раствору для получения раствора с массовой долей кислоты 30%? Изменением объема при смешении раствора и воды пренебречь. Ответ: 428 мл. 236

21.14. Через раствор уксусной кислоты массой 150 г пропустили аммиак объемом 4,48 л (нормальные условия). Определите массовую долю СН3 СООН в полученном растворе, если в исходном растворе массовая доля кислоты составляла 20%.

21.15. К раствору массой 300 г с массовой долей уксусной кислоты 30% добавили гидроксид натрия массой 20 г. Какой объем раствора с массовой долей гидроксида калия 25% потребуется для нейтрализации раствора, полученного после добавления гидроксида натрия? Плотность раствора КОН равна 1,24 г/мл. Ответ: 180,6 мл.

21.16. В раствор массой 370 г с массовой долей пропио-новой кислоты 60% поместили гидрокарбонат натрия. В результате реакции образовался газ объемом 11,2 л (нормальные условия). Определите массовую долю пропионовой кислоты в полученном растворе. Ответ: 47,4%.

21.17. Какой объем раствора с массовой долей гидроксида натрия 20% и плотностью 1,22 г/мл потребуется для нейтрализации одноосновной карбоновой кислоты массой 14,8 г? Кислота имеет состав: углерод (массовая доля 48,65%), кислород (43,24%), водород (8,11%). Ответ: 32,8

21.18. Определите объем метана, который можно получить при нагревании уксусной кислоты массой 50 г с избытком гидроксида натрия. Учесть, что массовая доля воды в кислоте составляет 4%, а выход газа равен 75%. Объем

рассчитайте при нормальных условиях. Ответ: 13,44 л.

21.19. Какую массу стеариновой кислоты С17 H35 COOH можно получить из жидкого мыла, содержащего стеарат калия массой 96,6 г? Выход кислоты составляет 75%. Ответ: 63,9 г. 238

21.20. Какую массу раствора с массовой долей уксусной кислоты 90% можно получить, проводя окисление бутана объемом 56 л (нормальные условия) кислородом воздуха, если выход кислоты составляет 60%? Ответ:

21.21. Уксусную кислоту можно получить в три последовательные стадии, используя в качестве исходного вещества карбид кальция. Для реакции взят технический карбид кальция массой 200 г, массовая доля примесей в котором равна 12%. Какая масса кислоты будет получена, если выход продуктов на первой стадии синтеза составляет 80%, на второй - 75%, на третьей - 80%. Ответ: 79,2 г.

21.22. При пропускании хлора в раствор с массовой долей уксусной кислоты 75% получили хлоруксусную кислоту. Определите ее массовую долю в растворе, считая, что избыточный хлор и хлороводород удалены из раствора. Ответ: 82,5%.

21.23. На нейтрализацию предельной одноосновной кислоты массой 3,7 г затратили раствор объемом 5 мл с массовой долей гидроксида калия 40% и плотностью 1,4 г/мл. Определите формулу кислоты.

21.24. Определите формулу предельной одноосновной карбоновой кислоты, если известно, что на нейтрализацию пробы ее массой 11 г затратили раствор объемом 15,75 мл с массовой долей гидроксида натрия 25% и плотностью 1,27 г/мл. Сколько изомерных кислот соответствует найденной формуле? Ответ: С3 H7 COOH; две изомерные кислоты.

21.25. При окислении муравьиной кислоты получили газ, который пропустили через избыток раствораидроксида кальция. При этом образовался осадок массой 20 г. Какая масса муравьиной кислоты взята для окисления? Ответ: 9,2г.

21.26. Имеется раствор муравьиной кислоты массой 36,8 г. К раствору добавили избыток окислителя. Газ, полученный в результате окисления, пропустили через избыток баритовой воды, в результате чего получили осадок массой 39,4 г. Определите массовую долю кислоты в исходном

Настоящее изобретение относится к способу получения абсолютированного этилового спирта, который может быть использован в химической, электронной и фармацевтической промышленности. Способ включает подачу спирта-сырца или водно-спиртового раствора в колонну предварительного абсолютирования, работающую под вакуумом для получения дистиллята, который направляется в колонну окончательного абсолютирования, работающую при избыточном давлении, на которой отбирают абсолютированный спирт в виде кубовой жидкости, а дистиллят в виде возвратного потока направляют в колонну предварительного абсолютирования. При этом процесс ректификации на колонне предварительного абсолютирования осуществляется при абсолютном давлении 8,0-13,3 КПа с получением дистиллята с содержанием спирта 98,2-98,9 об.%, а процесс ректификации на колонне окончательного абсолютирования проводят при абсолютном давлении 0,1-0,5 МПа и содержании спирта в возвратном потоке 96,5-97,2 об.%. Предлагаемый способ позволяет получить целевой продукт высокого качества при использовании усовершенствованной технологической схемы процесса. 1 табл., 1 ил., 2 пр.

Изобретение относится к спиртовой промышленности, а именно к производству спирта этилового обезвоженного (абсолютированного), и может быть использовано в химической, электронной, фармацевтической промышленности.

Известны способы обезвоживания этилового спирта, основанные как на использовании химических методов, так и различных процессов, например экстракции, адсорбции, азеотропной и экстрактивной ректификации, первапорации.

Одним из способов получения спирта этилового абсолютированного является получение обезвоженного этилового спирта при разделении смесей в комплексе ректификационных колонн, работающих под разным давлением. В основу данного способа положено изменение содержания этилового спирта в азеотропной смеси этанол - вода в зависимости от давления.

Для получения обезвоженного этилового спирта представлена возможная технологическая схема двухколонной установки (С.В.Львов. Некоторые вопросы ректификации бинарных и многокомпонентных смесей. М.: Изд. Академии Наук СССР, 1960, с.13). В первой колонне, работающей под атмосферным давлением, из исходной, бедной этанолом смеси, получают в качестве нижнего продукта воду и в качестве верхнего продукта - смесь, по составу близкую к азеотропу, т.е. 90 мол.% этилового спирта и 10 мол.% воды. Последняя насосом нагнетается во вторую ректификационную колонну, работающую под давлением 75 атм (7,6 МПа), где в качестве верхнего продукта будет отгоняться смесь, близкая по составу к азеотропной смеси с содержанием 70 мол.% этилового спирта и 30 мол.% воды, которая вновь направляется на обогащение в первую колонну, а в качестве нижнего продукта будет получаться практически обезвоженный спирт.

Известна технологическая схема производства биоэтанола, используемого в качестве топливного этанола, включающая схему обезвоживания, состоящую из двух колонн (N.Arifeen, R.Wang, I.К.Kookos, С.Webb, A.A.Koutinas. Process design and optimization of novel wheat-based continuous bioethanol production system. Biotechnol. Prog. 2007, 23, 1394-1403). На первую колонну, работающую под давлением 1 бар (0,1 МПа), подается исходная смесь, содержащая 40 мол.% этилового спирта, где отбирается дистиллят, содержащий 89,75 мол.% этилового спирта, и кубовая жидкость - вода с содержанием этилового спирта 1,09 мол.%. Дистиллят с первой колонны направляется на вторую колонну, работающую под давлением 10 бар (1,0 МПа), на которой в виде кубовой жидкости отбирается обезвоженный этанол, содержащий 99,0 мол.% этилового спирта, и дистиллят, содержащий 84,95%) мольных этилового спирта, который возвращается на первую колонну.

Известен способ дегидратации спирта (патент США №1676700, B01D, опубл. 10.07.1928), включающий концентрирование водного раствора этилового спирта, содержащего менее 95,6% этанола, фракционной дистилляцией при абсолютном давлении не более 6 inch Hg (20,3 КПа) с отбором дистиллята, содержащего более 95,6% этанола, и фракционной дистилляцией данного дистиллята при давлении, по крайней мере, 100 psi (0,69 МПа) с последующим удалением обезвоженного остатка и получением дистиллята, содержащего менее 95,6% этанола, который с водным раствором этилового спирта подается на дистилляцию под вакуумом.

Известен способ получения дегидратированного спирта из ферментированного сусла, содержащего 8-10 об.% спирта (патент Франции №2461751, B01D 3/00, опубл. 06.02.1981). Ферментированное сусло, предварительно нагретое в теплообменнике, подают на первую ректификационную колонну, работающую под остаточным давлением 190 мм Hg (25,3 КПа) в головной части. Спирт концентрацией 97,4 мас.%, отбирают и направляют с помощью насоса через рекуператор в ректификационную колонну, которая работает под давлением 7 бар (0,7 МПа). При данном давлении содержание спирта в азеотропе спирт - вода составляет 93,6 мас.% таким образом, питание этой колонны можно рассматривать как псевдобинарную смесь, состоящую из 40,6 мас.% азеотропной смеси (более легкая часть) и 59,4 мас.% безводного спирта (тяжелая часть). Абсолютированный спирт отбирают из основания второй колонны и охлаждают. Азеотропная смесь с 10% абсолютированного спирта удаляется из головной части второй колонны и возвращается в первую колонну. Выделенные в головной части второй колонны пары сжимаются до 7-8 бар (0,7-0,8 МПа) компрессором, приводимым в движение паровой турбиной. Сжатые спиртовые пары конденсируются в теплообменнике, обогревая вторую колонну. Выход дегидратированного спирта составляет около 97% из расчета на спирт в исходном сырье.

Рассмотренные выше технологические схемы получения обезвоженного этилового спирта с использованием ректификационных колонн, работающих под давлением, требуют применения пара высокого давления или других высокотемпературных теплоносителей для обеспечения указанных параметров процесса ректификации на колоннах высокого давления, что увеличивает потребление теплоэнергоресурсов, а также создания разделительных комплексов с использованием устройств различного функционального действия, что усложняет технологическую схему производства.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование способа обезвоживания спирта, повышение качества целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения спирта этилового абсолютированного включает подачу спирта-сырца или водно-спиртового раствора в колонну предварительного абсолютирования, работающую под вакуумом для получения дистиллята, который направляется в колонну окончательного абсолютирования, работающую при избыточном давлении, на которой отбирается абсолютированный спирт в виде кубовой жидкости, а дистиллят в виде возвратного потока направляется в колонну предварительного абсолютирования. При этом процесс ректификации на колонне предварительного абсолютирования осуществляется при абсолютном давлении 8,0-13,3 КПа с получением дистиллята с содержанием спирта 98,2-98,9 об.%, а процесс ректификации на колонне окончательного абсолютирования проводят при абсолютном давлении 0,1-0,5 МПа и содержании спирта в возвратном потоке 96,5-97,2 об.%.

Предлагаемый способ позволяет существенно упростить технологическую схему обезвоживания спирта, а именно отказаться от сложного оборудования для механической рекомпрессии пара. Процесс проводится при более низком давлении, что снижает требования к характеристикам теплоносителей, позволяет легко реализовать этот способ на спиртовых заводах, использующих в промышленном цикле водяной пар 0,6 МПа, и гарантировать получение спирта этилового абсолютированного крепостью 99,5-99,95 об.%.

Способ получения спирта этилового абсолютированного осуществляется на установке, схема которой представлена на чертеже, следующим образом.

Исходное сырье (спирт крепостью 95 об.% или водно-спиртовой раствор крепостью 40 об.%) принимается в сборник 1. Из сборника 1 сырье по линии 2 подается в колонну 3 на верх первой или второй (считая снизу) царги колонны 3 за счет разности давлений в сборнике 1 (атмосферное) и в колонне 3 (вакуум). На колонне 3 производится предварительное абсолютирование спирта под вакуумом при абсолютном давлении 8,0-13,3 КПа. Колонна 3 имеет 5 царг, заполненных регулярной насадкой из металлической сетки, оборудована дефлегматором 4 и конденсатором 5, охлаждаемыми водой с температурой 5-7°С. Обогрев колонны 3 производится через выносной кипятильник 6 водяным паром. Пары, поступающие из колонны 3, конденсируются в дефлегматоре 4 и конденсаторе 5 и в виде флегмы по коллектору флегмы 7 возвращаются на верхнюю царгу колонны 3. Неконденсирующиеся пары и газы из конденсатора 5 поступают в вакуумный коллектор (на схеме не показан). Дистиллят, являющийся частично обезвоженным спиртом крепостью 98,2-98,9 об.%, отбирается из коллектора флегмы 7 по барометрической трубе 8 в сборник 9, находящийся под атмосферным давлением. Кубовая жидкость колонны 3 (лютерная вода) отводится в вакуумированный сборник 10.

Из сборника 9 частично обезвоженный спирт насосом 11 по линии 12 через подогреватель 13 подается в колонну 14 на верх второй или третьей (считая снизу) царги колонны 14. В подогревателе 13, обогрев которого осуществляется паром, частично обезвоженный спирт нагревается до температуры 95-100°С. На колонне 14 производится окончательное абсолютирование спирта при абсолютном давлении 0,1-0,5 МПа. Колонна 14 имеет 5 царг, заполненных регулярной насадкой из металлической сетки, оборудована дефлегматором 15, охлаждаемым водой. Обогрев колонны 14 производится через выносной кипятильник 16 водяным паром. Пары, поступающие из колонны 14, конденсируются в дефлегматоре 15 и в виде флегмы по коллектору флегмы 17 возвращаются на верхнюю царгу колонны 14. Воздушная линия 18 с дефлегматора 15 оборудована предохранительным клапаном (на схеме не показан). Дистиллят колонны 14, являющийся возвратным спиртом крепостью 96,5-97,2 об.%, отбирается из коллектора флегмы 17 и направляется через холодильник 19, в котором охлаждается водой до 30°С, по линии 20 в колонну 3 на верх второй (считая снизу) царги колонны 3 за счет разности давлений в колоннах 3 и 14. Кубовая жидкость колонны 14, являющаяся абсолютированным спиртом крепостью 99,5-99,95 об.%, отводится через холодильник 21, охлаждаемый водой, в сборник 22 за счет разности давлений в колонне 14 (избыточное) и в сборнике 22 (атмосферное).

Режимы работы ректификационных колонн и качество получаемого спирта этилового абсолютированного по предлагаемому способу представлены в таблице.

Способ получения спирта этилового абсолютированного, включающий подачу спирта-сырца или водно-спиртового раствора в колонну предварительного абсолютирования, работающую под вакуумом для получения дистиллята, который направляется в колонну окончательного абсолютирования, работающую при избыточном давлении, на которой отбирают абсолютированный спирт в виде кубовой жидкости, а дистиллят в виде возвратного потока направляют в колонну предварительного абсолютирования, отличающийся тем, что процесс ректификации на колонне предварительного абсолютирования осуществляется при абсолютном давлении 8,0-13,3 КПа с получением дистиллята с содержанием спирта 98,2-98,9 об.%, а процесс ректификации на колонне окончательного абсолютирования проводят при абсолютном давлении 0,1-0,5 МПа и содержании спирта в возвратном потоке 96,5-97,2 об.%.