Уравнение реакции разложения метана при 700 в присутствии никеля

2. Реакции разложения метана (д егидрирование, пиролиз)

При медленном и длительном нагревании до 1500 о С метан разлагается до простых веществ:

Если процесс нагревания метана проводить очень быстро (примерно 0,01 с), то происходит межмолекулярное дегидрирование и образуется ацетилен:

Пиролиз метана – промышленный способ получения ацетилена.

3. Окисление метана

Алканы – малополярные соединения, поэтому при обычных условиях они не окисляются даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

3.1. Полное окисление – горение

Алканы горят с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения алканов сопровождается выделением большого количества теплоты.

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

При горении алканов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Промышленное значение имеет реакция окисления метана кислородом до простого вещества – углерода:

Эта реакция используется для получения сажи.

3.2. Каталитическое окисление

• При каталитическом окислении метана кислородом возможно образование различных продуктов в зависимости от условий проведения процесса и катализатора. Возможно образование метанола, муравьиного альдегида или муравьиной кислоты:

• Важное значение в промышленности имеет паровая конверсия метана: окисление метана водяным паром при высокой температуре.

Продукт реакции – так называемый «синтез-газ».

Получение метана

1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

Это один из лабораторных способов получения алканов. При этом происходит удвоение углеродного скелета. Реакция больше подходит для получения симметричных алканов. Получить таким образом метан нельзя.

2. Водный или кислотный гидролиз карбида алюминия

Этот способ получения используется в лаборатории для получения метана.

3. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH → R–H + Na₂CO₃

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты.

При взаимодействии ацетата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуется метан и карбонат натрия:

4. Синтез Фишера-Тропша

Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды:

Это промышленный процесс получения алканов.

Синтезом Фишера-Тропша можно получить метан:

5. Получение метана в промышленности

В промышленности метан получают из нефти, каменного угля, природного и попутного газа . При переработке нефти используют ректификацию, крекинг и другие способы.

ДОМОСТРОЙСантехника и строительство

• Четверг, 12 декабря 2019 1:07
• Автор: Sereg985
• Прокоментировать

• Рубрика: Строительство
• Ссылка на пост
• https://firmmy.ru/

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

При написании уравнений реакций используйте структурные формулы органических веществ.

1) Нагревание натриевой соли уксусной кислоты (ацетата натрия) с избытком щелочи приводит к отщеплению карбоксильной группы и образованию метана:

2) При нагревании метана до температуры 1500°C возможно образование ацетилена:

3) При пропускании ацетилена над активированным углем образуется смесь продуктов, одним из которых является бензол:

4) Одним из способов введения заместителя в бензольное кольцо — реакция бензола с галоленпроизводным в присутствии хлорида алюминия:

5) При действии перманганата калия в среде KOH толуол окисляется до бензоата калия:

Взаимодействие металла с разбавленными растворами серной и соляной кислот, реакция проводится в аппарате Киппа:

Взаимодействие алюминия или кремния с водными растворами щелочей:

Электролиз водных растворов хлоридов натрия и калия или электролиз воды при присутствии гидроксидов:

Конверсионный способ. Вначале получают водяной газ, пропуская пары воды через раскаленный кокс при 1000 °С:

Затем оксид углерода (II) окисляют в оксид углерода (IV), пропуская смесь водяного газа с избытком паров воды над нагретым до 400–450 °С катализатором Fe₂O₃:

Образующийся оксид углерода (IV) поглощается водой, этим способом получают 50 % промышленного водорода.

Окисление метана водяным паром:

Реакция протекает в присутствии никелевого катализатора при 800 °С.

Термическое разложение метана при 1200 °С:

Глубокое охлаждение (до -196 °С) коксового газа. При этой температуре конденсируются все газообразные вещества, кроме водорода.

Органические вещества в массе своей обладают большой химической устойчивостью, т.е. они относительно инертны, с трудом вступают в химические взаимодействия. Реакции между неорганическими веществами большей частью протекают практически мгновенно (обмен между ионами). В то же время реакции между органическими соединениями, как правило, идут медленно. Часто их можно остановить на стадии образования промежуточных продуктов, т.е. наблюдать серию превращений между исходными веществами и конечными продуктами.

По этой причине решающее значение имеют внешние условия: температура, давление, катализатор. Рассмотрим некоторые примеры, подтверждающие влияние внешних условий на ход химических реакций с участием органических веществ.

Термическое разложение метана

Все органические соединения в большей или меньшей степени неустойчивы при высоких температурах, а при сильном прокаливании разрушаются. Метан при сильном нагревании (выше 1000 °С) разлагается на углерод и водород:

Практически такой процесс осуществляют, сжигая метан при недостатке кислорода. В реакции (1) углерод выделяется в виде сажи, имеющей большое техническое значение.

В ходе реакции (1) одним из промежуточных продуктов является ацетилен (этин), но он сразу разлагается на элементы. При более высокой температуре (1500 °С) и быстром охлаждении ацетилен удается предохранить от разложения, и в этом случае термическое разложение метана идет в соответствии с уравнением:

В одном из способов получения ацетилена этот процесс осуществляется следующим образом. В цилиндрический реактор, выложенный внутри огнеупорным кирпичом, с большой скоростью пропускают предварительно подогретый метан (или природный газ) и кислород в объемном соотношении примерно 2:1. Газы смешиваются в особой камере реактора и через узкие каналы проходят в реакционную камеру. В ней часть метана сгорает, в результате чего устанавливается температура около 1500 °С, а большая часть разлагается на ацетилен и водород в соответствии с уравнением реакции (2).

Газы поступают в реакционную камеру с огромной скоростью, в результате чего продукты реакции находятся в зоне высокой температуры тысячные доли секунды. Проходя далее, они подвергаются интенсивному охлаждению водой, при этом осуществляется стабилизация полученного ацетилена.

В продуктах реакции кроме ацетилена и водорода содержатся также сажа, оксид углерода(IV) и некоторые другие вещества.

Дегидратация одноатомных спиртов

При нагревании с концентрированной серной кислотой, являющейся катализатором, одноатомные спирты подвергаются дегидратации, т.е. отщепляют воду. В зависимости от условий процесс дегидратации протекает по-разному.

При нагревании этанола с концентрированной серной кислотой выше 160 °С отщепляется вода и получается этилен:

Если же нагревать этанол с концентрированной серной кислотой до температуры около 140 °С и брать меньше серной кислоты, чем для получения этилена, получается диэтиловый эфир:

принадлежащий к классу простых эфиров.

Интересно отметить, что указанный эфир был получен нагреванием спирта с серной кислотой еще в XVI в. Поскольку предполагалось, что в его состав входит сера, он получил название серного эфира. Это название иногда применяется и в настоящее время.

Взаимодействие галогеналканов с растворами щелочей

При действии спиртовых растворов щелочей на галогенпроизводные алканов образуются алкены:

Если же при действии на галогеналканы использовать разбавленные водные растворы щелочей, то получаются одноатомные спирты:

Необходимо отметить, что реакция (6) не идет до конца, однако, используя специальные приемы, этого можно добиться.

Взаимодействие алкенов с галогенами

Алкены легко присоединяют галогены. При пропускании пропена через бромную воду происходит ее обесцвечивание вследствие образования 1,2-дибромпропана:

СН₂=СН–СН₃ + Вr₂ СН₂Вr–СНВr–СН₃. (7)

Однако в зависимости от условий, в которых протекает реакция, наряду с продуктами присоединения галогена к алкену могут образовываться и продукты замещения.

Если хлорируемый алкен и хлор предварительно нагреть до 200–600 °С и быстро смешать в горячем состоянии, то с хорошим выходом идет реакция замещения:

СН₂=СН–СН₃ + Сl₂ СН₂=СН–СН₂Сl + НСl. (8)

Для каждого гомолога этилена можно найти температуру, выше которой происходит главным образом реакция замещения, а ниже этой пограничной температуры протекает преимущественно реакция присоединения.

Из сказанного следует, что замещение имеет место в насыщенных звеньях непредельного углеводорода, а присоединение происходит к углеродным атомам по месту двойной связи.

Из приведенных примеров видно влияние условий на направление химических реакций с участием органических веществ. Поэтому мы считаем целесообразным ставить учащимся и абитуриентам оценку «отлично» только в том случае, когда приведены точные условия осуществления конкретной реакции, а не формальное указание повышенной температуры и присутствия катализатора.

Литература

Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. М.: Высшая школа, 1999, 768 с.; Хотинский Е.С. Курс органической химии. Харьков: Изд-во Харьк. гос. ун-та, 1955, 706 с.

Acetyl

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.