Составьте термохимическое уравнение реакции получения метанола из синтез газа если известно (4 видео)

Метанол: химические свойства и получение

Метанол CH₃OH, метиловый спирт – это органическое вещество, предельный одноатомный спирт .

Общая формула предельных нециклических одноатомных спиртов: C_nH₂_n₊₂O.

Содержание

Строение метанола
Водородные связи и физические свойства метанола
Изомерия метанола
Химические свойства метанола
1.1. Взаимодействие с раствором щелочей
1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)
2. Реакции замещения группы ОН
2.1. Взаимодействие с галогеноводородами
2.2. Взаимодействие с аммиаком
2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)
2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами
3. Реакции замещения группы ОН
3.2. Межмолекулярная дегидратация
4. Окисление метанола
4.1. Окисление оксидом меди (II)
4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора
4.3. Жесткое окисление
4.4. Горение метанола
5. Дегидрирование спиртов
Получение метанола
1. Щелочной гидролиз галогеналканов
2. Гидратация алкенов
3. Гидрирование карбонильных соединений
4. Промышленное получение метанола из «синтез-газа»
Составьте термохимическое уравнение реакции получения метанола из синтез газа если известно
Получение метанола из горючих ископаемых
🔥 Видео

Видео:Расчет выхода продукта от теоретически возможного. 10 класс.Скачать

Строение метанола

В молекулах спиртов, помимо связей С–С и С–Н, присутствуют ковалентные полярные химические связи О–Н и С–О.

Электроотрицательность кислорода (ЭО = 3,5) больше электроотрицательности водорода (ЭО = 2,1) и углерода (ЭО = 2,4).

Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:

Атом кислорода в спиртах находится в состоянии sp 3 -гибридизации.

В образовании химических связей с атомами C и H участвуют две 2sp 3 -гибридные орбитали, а еще две 2sp 3 -гибридные орбитали заняты неподеленными электронными парами атома кислорода.

Поэтому валентный угол C–О–H близок к тетраэдрическому и составляет почти 108 о .

Водородные связи и физические свойства метанола

Спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Водородные связи вызывают притяжение и ассоциацию молекул спиртов:

Поэтому метанол – жидкость с относительно высокой температурой кипения (температура кипения метанола +64,5 о С).

Водородные связи образуются не только между молекулами метанола, но и между молекулами метанола и воды. Поэтому метанол очень хорошо растворимы в воде. Молекулы метанола в воде гидратируются:

Чем больше углеводородный радикал, тем меньше растворимость спирта в воде. Чем больше ОН-групп в спирте, тем больше растворимость в воде.

Метанол смешивается с водой в любых соотношениях.

Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать

Изомерия метанола

Для метанола не характерно наличие структурных изомеров – ни изомеров углеродного скелета, ни изомеров положения гидроксильной группы, ни межклассовых изомеров.

Видео:Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

Химические свойства метанола

Метанол – органическое вещество, молекула которого содержит, помимо углеводородной цепи, одну группу ОН.

1. Кислотные свойства метанола

Метанол – неэлектролит, в водном растворе не диссоциирует на ионы; кислотные свойства у него выражены слабее, чем у воды.

1.1. Взаимодействие с раствором щелочей

Метанол с растворами щелочей практически не реагирует, т. к. образующиеся алкоголяты почти полностью гидролизуются водой.

Равновесие в этой реакции так сильно сдвинуто влево, что прямая реакция не идет. Поэтому метанол не взаимодействуют с растворами щелочей.

1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)

Метанол взаимодействуют с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). При этом образуются алкоголяты. При взаимодействии с металлами спирты ведут себя, как кислоты.

Например, метанол взаимодействует с калием с образованием метилата калия и водорода .

Метилаты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла.

Например, метилат калия разлагается водой:

CH₃OK + H₂O → CH₃-OH + KOH

Видео:Реакция Дюма. Получение метанаСкачать

2. Реакции замещения группы ОН

2.1. Взаимодействие с галогеноводородами

При взаимодействии метанола с галогеноводородами группа ОН замещается на галоген и образуется галогеналкан.

Например, метанол реагирует с бромоводородом.

2.2. Взаимодействие с аммиаком

Гидроксогруппу спиртов можно заместить на аминогруппу при нагревании спирта с аммиаком на катализаторе.

Например, при взаимодействии метанола с аммиаком образуется метиламин.

2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)

Метанол вступает в реакции с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.

Например, метанол реагирует с уксусной кислотой с образованием метилацетата (метилового эфира уксусной кислоты):

2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами

Спирты взаимодействуют и с неорганическими кислотами, например, азотной или серной.

Например, метанол взаимодействует с азотной кислотой :

Видео:Новые 28 задачи на примесь ЕГЭ по химии 2023 | Екатерина СтрогановаСкачать

3. Реакции замещения группы ОН

В присутствии концентрированной серной кислоты от метанола отщепляется вода. Процесс дегидратации протекает по двум возможным направлениям: внутримолекулярная дегидратация и межмолекулярная дегидратация.

3.2. Межмолекулярная дегидратация

При низкой температуре (меньше 140 о С) происходит межмолекулярная дегидратация по механизму нуклеофильного замещения: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы. Продуктом реакции является простой эфир.

Например, при дегидратации метанола при температуре до 140 о С образуется диметиловый эфир:

Видео:Получение алканов. Реакция Вюрца (механизм + сложные случаи). ЕГЭ по химии.Скачать

4. Окисление метанола

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на каталитическое, мягкое и жесткое.

Метанол окисляется сначала в формальдегид, затем в углекислый газ:

Метанол → формальдегид → углекислый газ

Типичные окислители — оксид меди (II), перманганат калия KMnO₄, K₂Cr₂O₇, кислород в присутствии катализатора.

Легкость окисления спиртов уменьшается в ряду:

метанол

4.1. Окисление оксидом меди (II)

Метанол можно окислить оксидом меди (II) при нагревании. При этом медь восстанавливается до простого вещества. Метанол окисляется до метаналя.

Например, метанол окисляется оксидом меди до муравьиного альдегида

4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора

Метанол можно окислить кислородом в присутствии катализатора (медь, оксид хрома (III) и др.). Метанол окисляется до метаналя.

4.3. Жесткое окисление

При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) метанол окисляется до углекислого газа.

Спирт/ Окислитель	KMnO₄, кислая среда	KMnO₄, H₂O, t
Метанол СН₃-ОН	CO₂	K₂CO₃

Например, при взаимодействии метанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется углекислый газ

4.4. Горение метанола

При сгорании спиртов образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.

Например, уравнение сгорания метанола:

Видео:Составление уравнений химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать

5. Дегидрирование спиртов

При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования. При дегидрировании метанола образуется альдегид.

Видео:Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)Скачать

Получение метанола

Видео:Термохимические уравнения. Решение задач из ЕГЭ на тепловой эффект.Скачать

1. Щелочной гидролиз галогеналканов

При взаимодействии галогеналканов с водным раствором щелочей образуются спирты. Атом галогена в галогеналкане замещается на гидроксогруппу.

Например, при нагревании хлорметана с водным раствором гидроксида натрия образуется метанол

Видео:ОВР и Метод Электронного Баланса — Быстрая Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

2. Гидратация алкенов

Гидратация (присоединение воды) алкенов протекает в присутствии минеральных кислот. При присоединении воды к алкенам образуются спирты.

Однако получить метанол гидратацией алкенов нельзя.

Видео:Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^Скачать

3. Гидрирование карбонильных соединений

Присоединение водорода к альдегидам и кетонам протекает при нагревании в присутствии катализатора. При гидрировании альдегидов образуются первичные спирты, при гидрировании кетонов — вторичные спирты, а из формальдегида образуется метанол.

Например, при гидрировании формальдегида образуется метанол

CH₂=O + H₂ → CH₃-OH

Видео:Получение алканов. Реакция Кольбе (механизм + сложные случаи). ЕГЭ по химии.Скачать

4. Промышленное получение метанола из «синтез-газа»

Каталитический синтез метанола из монооксида углерода и водорода при 300-400°С и давления 500 атм в присутствии смеси оксидов цинка, хрома и др.

Сырьем для синтеза метанола служит «синтез-газ» (смесь CO и H₂), обогащенный водородом:

Видео:Получение МЕТАНОЛАСкачать

Составьте термохимическое уравнение реакции получения метанола из синтез газа если известно

Из смеси 1 м 3 угарного газа и 2 м 3 водорода получен 1 кг метанола. Чему равен выход метанола (в %)? Объёмы газов даны при нормальных условиях. (Запишите число с точностью до целых.)

Синтез метанола описывается следующим уравнением реакции:

Рассчитаем теоретически возможное количество полученного метанола. Исходное количество газов было в эквимолярном количестве, значит нет избытка/недостатка, расчёт можно вести по любому из реагентов:

Видео:Установление эмпирической и молек. формул по массовым долям элем., входящих в состав в-ва. 10 класс.Скачать

Получение метанола из горючих ископаемых

Производство через синтез-газ

Сегодня метанол получают почти целиком из синтез-газа, который является смесью водорода, угарного газа и С0₂. Превращение протекает в присутствии гетерогенного катализатора согласно следующим уравнениям:

Реакции (1) и (2) экзотермические, обе протекают с уменьшением объема. Согласно принципу Ле Шателье, для сдвига реакции в сторону метанола необходимо увеличивать давление и уменьшать температуру. Уравнение (3) описывает эндотермическую реакцию (обратную реакции паровой конверсии СО), в ходе которой образуется угарный газ, реагирующий затем с водородом с образованием метанола. Фактически уравнение (2) является суммой уравнений (1) и (3). Каждая из этих реакций обратима, и степень превращения у них ограничена термодинамическим равновесием и таким образом зависит от условий реакции, прежде всего от температуры, давления и состава синтез-газа.

Синтез-газ для производства метанола можно получить путем риформинга или частичного окисления любого углеродсодержащего материала, такого как уголь, кокс, природный газ, нефть, тяжелое дизельное топливо и асфальт. Выбор сырья определяется экономическими соображениями. Однако постепенно все более и более важную роль начинают играть такие факторы, как долговременность сырьевой базы, потребление энергии и экологические аспекты.