Крекинг и пиролиз нефтепродуктов

Стр 1 из 13Следующая ⇒

2. 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) Гидрирование каталитическое (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:

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

2. Реакции полимеризации:

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.

б) 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

в каталитическое окисление кислородом:

г) реакции горения

C_nH₂_n + 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): С₂H₄и 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,H₂и 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 С₂H₄и 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

| | |

CH₃CH₃ Br

2-бром-3-метил-бутан

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:

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

3.4. Задачи и упражнения для самостоятельного решения

73. Приведите структурные формулы всех возможных изомеров углеводорода состава C₆H₁₂, назовите каждый изомер.

74. Какое вещество является структурным изомером цис-пентена-2.

75. Назовите следующие соединения:

а) СН₃-С( С₂Н₅)=С( С₂Н₅)-СН₂-СН₃

б) СН₃-С( С₂Н₅)=СН- СН(СН₃)₂

Какое из этих соединений имеет цис-, транс-изомеры?

76. С какими из перечисленных реагентов будет вступать в реакцию

3-метилпентен-1:

бром, хлорид натрия, натрий, вода, водород, перманганат калия, бромоводород. Напишите уравнения, укажите условия протекания реакций.

77. При пропускании каких из перечисленных веществ происходит обесцвечивание фиолетового раствора перманганата калия: бутана, пропана, углекислого газа, этана, пропена.

78. Осуществите превращение:

1-бром-3-метилбутан 2-метилбутен-2

79. Назовите вещества А, Б, В в следующих цепочках превращений:

Н₂О, Н⁺ - Н₂О, H⁺ Cl₂, t

а) СН₃СН=СН₂ А Б В

Br₂ Zn, t H₂, Ni, t

б) СН₃СН=СН₂ А Б В

Br₂, t KOH(спирт) Br₂

в) СН₃СН₂СН₃ А Б В

HBr KOH(спирт) KMnO₄, H₂O

г) СН₃СН=СН₂ А Б В

80. Осуществите следующие превращения, укажите вещество Х:

а) СН₃СНBrСН₂Br X СН₃СНClСН₃

б) СН₃СН₂СНBrСН₂Br X СН₃СН₂СНОНСН₂ОН

в) СН₃СН₂СН₂Br X СН₃СНBrСН₃

г) СН₃СН₂СН₂ОН X СН₃СНОНСН₃

81. Получите из 1-бромпропана 2-бромпропан.

82. При гидрировании некоторого алкена массой 11, 2 г требуется 4, 48 л водорода (н.у.). Определите формулу алкена. Напишите структурные формулы изомеров.

83. При добавлении какого газообразного углеводорода к газовой смеси, состоящей из азота и оксида углерода(II), плотность газовой смеси будет равна 1, 25 г/л?

84. Через 450 г раствора брома в тетрахлорметане c массовой долей брома 0, 032 пропустили 3, 36 л ( н.у.) смеси бутана, бутена-1 и бутена-2.Раствор брома при этом полностью обесцветился. Определите объём кислорода

( н.у.), необходимый для сжигания этой смеси.

85. 77, 4 г смеси предельного и этиленового углеводорода, содержащих одинаковое количество атомов углерода, реагирует с 20, 16 л (н.у.) бромоводорода. Определите состав смеси (в %% по объёму) и напишите структурные формулы углеводородов, если известно, что продукт взаимодействия этиленового углеводорода с бромом в 50, 5 раз тяжелее гелия.

86. Газовую смесь, состоящую из этена и водорода и имеющую плотность по водороду 4, 9, пропустили над нагретым платиновым катализатором. При этом образовалась газовая смесь с плотностью по водороду на 20% больше исходной газовой смеси. Определите состав полученной газовой смеси (в % по объему).

87. 2-метилбутан пропустили над нагретым платиновым катализатором, при этом плотность газовой смеси уменьшилась на 12%.Определите состав полученной газовой смеси( в % по объему) и выход в реакции дегидрирования.

88. Газовую смесь, состоящую из пентена и водорода и имеющую плотность по гелию 12, пропустили над нагретым никелевым катализатором.При этом образовалась газовая смесь с плотностью по гелию 14, 1.Определите выход в реакции гидрирования и состав полученной газовой смеси (в % по объему).

89. Газовую смесь, состоящую из бутена-1 и водорода и имеющую плотность по аммиаку 2, 5, пропустили над нагретым платиновым катализатором, при этом образовалась газовая смесь с плотностью по воздуху 1, 83. Определите выход в реакции гидрирования и состав полученной газовой смеси (в %% по объему).

90. Через 500 г раствора брома в тетрахлорметане c массовой долей брома 0, 064 пропустили 11, 2 л ( н.у.) смеси бутана, бутена-1 и бутена-2. Раствор брома при этом полностью обесцветился. Определите массовую долю бутана в смеси углеводородов.

91. При пропускании 2, 24 л ( н.у.) смеси этена, бутена и бутана через бромную воду прореагировало 40 г раствора с массовой долей брома 20%. Плотность газовой смеси по водороду равна 24, 3. Определите состав смеси углеводородов ( в %% по объёму).

92. После пропускания смеси этана и этена через склянку с бромной водой масса склянки увеличилась на 2, 8 г. При полном сгорании исходной смеси углеводородов образовалось 8, 96 л (н.у.) оксида углерода (IV). Определите состав исходной смеси углеводородов (в %% по объему).

93. 38, 7 г смеси алкана и алкена, содержащих одинаковое количество атомов углерода, может прореагировать с 10, 08 л (н.у.) бромоводорода. Определите состав смеси (в%% по объему) и напишите структурные формулы углеводородов, если известно, что продукт взаимодействия этиленового углеводорода с бромом в 7, 214 раз тяжелее этилена.

94. При пропускании 14, 0 л (н.у.) смеси этена, пропена и бутана через раствор брома в тетрахлорметане прореагировало 320 г раствора с массовой долей брома 20%. Плотность газовой смеси по азоту равна 1, 546. Определите состав смеси углеводородов ( в %% по объему).

95. При сжигании углеводорода, плотность паров которого 3, 75 г/л (н.у.) получено 13, 44 л углекислого газа и 10, 8 г воды. Определите формулу углеводорода.

96. Определите строение этиленового углеводорода, если на полное каталитическое гидрирование 21 г его потребовалось 6, 72 л ( н.у.) водорода. Напишите структурную формулу продукта гидрирования, если известно, что он содержит один третичный атом углерода.

97. Смесь этена с бутаном, с плотностью по водороду 21, 5, сожгли. Продукты сгорания 22, 4 л этой смеси пропустили через избыток раствора гидроксида кальция. Определите массу выпавшего осадка.

98. Оксид углерода (II) смешали с алкеном. Мольная доля оксида равна 60%, а массовая доля 50%. Определите формулу алкена.

99. Смесь бутана, пропана и пропена массой 35, 2 г (н.у.) занимает объём 16, 8 л (н.у.). Определите состав смеси в %% по объёму, если известно, что массовая доля углерода как элемента в смеси равна 6, 96 %.

100. Через 200 г 3% водного раствора брома пропустили смесь метана и этена с плотностью по водороду равной 12. Концентрация брома в водном растворе уменьшилась до 1, 02%. Какой объём газовой смеси (н.у.) был пропущен? Растворимостью органических соединений в воде пренебречь.(

101. Через водный раствор брома пропустили 43, 6 г газовой смеси, состоящей из бутана, пропена и 2-метилпропена. В реакцию вступило 56 г брома. Определите первоначальный объём (н.у.) газовой смеси и состав смеси ( в %% по объему), если плотность по водороду газовой смеси равна 27, 25. %.

102. Смесь этана, этена и 2-метилпропена имеет плотность по аммиаку 2, 035. К 5 л этой смеси добавили 5 л водорода и пропустили над нагретым платиновым катализатором. При этом объем смеси уменьшился до 7, 5 л. Определите объемные и массовые доли газов в исходной смеси.

103. Смесь алкана и алкена, содержащих 26 и 16 электронов в молекуле соответственно, сожгли в избытке кислорода. На сжигание алкена требуется в три раза больший объем кислорода. Определите состав исходной смеси в массовых долях.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒