Расчетные задачи в органической химии
Окисление глицерина перманганатом калия
Задача 48.
Напишите три уравнения реакций окисления многоатомных спиртов на примере глицерина перманганатом калия.
Решение:
1. Окисление глицерина перманганатом калия
Процесс окисления многоатомных спиртов происходит ступенчато. При жестком окислении глицерина перманганатом в присутствии ионов Н+ (концентрированная серная кислота при нагревании) возможно окисление первичных спиртовых групп до карбоксильных (-СООН), а вторичных - до кетонных (=О):
СН2(ОН)СН(ОН)СН2(ОН) + 2KMnO4 + 3H2SO4 → СООНС(О)СООН + 2MnSO4 + К2SO4 + 6H2O
Реакция протекает через несколько стадий и при этом образуется конечное вещество: СООНС(О)СООН - 2-оксопропандиовая кислота (диоксипропандиовая кислота)) или
2-оксомалоновая кислота (диоксималоновая кислота) , а также
2-оксометандикарбоновая кислота.
Водный раствор диоксипропандиовой кислоты называется мезоксалевой кислотой:
СООН(СО)СООН + H2O = СООНС(ОН)2СООН
2. Реакция Карла Шееле
При смешивании глицерина с кристаллическим перманганатом калия (марганцовкой) происодит бурная реакция ( яркая вспышка смеси). Взаимодействие сопровождается выделением большого количества теплоты и газов (углекислый газ СО2 и пары воды Н2О), которые увлекают за собой горячие твердые частицы диоксида марганца МnО2 и карбоната калия К2CO3:
14КМnО4 + 3С3Н5(ОН)3 = 7K2CO3 + 14MnO2 + 12H2O + 2CO2
3. Глицерин при взаимодействии с перманганатом калия КMnО4 в присутствии H2SO4 возможно окисление по реакции:
5СН2(ОН)СН(ОН)СН2(ОН) + 14КMnО4 + 21H2SO4 = 15CO2 + 14MnSO4 + 7K2SO4 + 41H2O
Получение 1,2-дийодперфторбутана
Задача 49.
Рассчитайте загрузку иода на первую стадию процесса, при условии, что расчет надо вести на C4F8J2. Заполнение реактора 80% при максимальной температуре процесса 230°С. Реактор V = 2л.
Решение:
I2 ⇔ 2I•
CF2=CF2 + I• ⇔ CF2I– CF2•
CF2I– CF2• + I• ⇔ CF2I– CF2I
Процесс начинается с термодиссоциации иода с образованием атомарного иода, который вступает в реакцию с тетрафторэтилена (ТФЭ) с образованием тетрафторэтилиодидного радикала, который стабилизируется за счет присоединения атома иода с образованием 1,2-дииодперфторэтана (ДИЭ).
Процесс образования 1,2-дийодперфторбутана из дийодперфторэтана и тетрафторэтилена (ТФЭ) может быть описан следующими уравнениями:
ICF2–CF2I ⇔ ICF2–CF2• + I• (1)
ICF2–CF2• + CF2=CF2 ⇔ ICF2–CF2–CF2–CF2• (2)
ICF2–CF2–CF2–CF2• + I• > ICF2–CF2–CF2–CF2I (3)
Из уравнений реакций вытекает, что на образование 1 моль C4F8J2 затрачивается 1 моль I2, т.е n(I2) = n(C4F8J2).
Рассчитаем количество C4F8J2:
n(C4F8J2) = V(C4F8J2)/Vm = [V(сосуда) . 0,8]/Vm = (2 . O,8)/22,4 = 0,0714 моль.
Тогда
n(I2) = n(C4F8J2) = 0,0714 моль.
Отсюда
m(I2) = n(I2) . M(I2) = 0,0714 . 253,8089 = 18,12 г.
Ответ: m(I2) = 18,12 г.
Нахождение состава смеси метана и этана
Задача 50.
При сжигании 20 л смеси метана и этана добыто 25 л карбон (IV) оксида. Найти состав смеси в обьемных частях.
Решение:
Уравнения реакции горения веществ будут иметь вид:
1) CH4 + O2 = CO2 + 2H2O
2) C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O
Из уравнений горения газов вытекает, что при сгорании 1 моль метана образуется 1 моль углекислого газа, а при сгорании этана - 2 моль.
Примем объм метана и этана в газовой смеси за "х" и "у" соответственно, а объёмы СО2 - Х и 2Y.
Для вычисления состава смеси метана и этана в обьемных частях составим уравнение с двуья паременными, плоучим:
х + у = 20
х + 2у = 25
Решим систему линейных уравнений методом подстановки:
Выразим из первого уравнения х + у = 20 данной системы "y" через "x", получим:
у = (20 - х).
Подставив во второе уравнение х + 2у = 25 данной системы вместо "y" выражение (20 - х), получим систему:
х + у = 20
х + 2(20 - х) = 25
Полученные системы равносильны. В последней системе второе уравнение содержит только одну переменную. Решим это уравнение, получим:
х + 2(20 - х) = 25
х + 40 - 2х = 25
"х" = 15
Тогда "у" = 20 - "х" = 20 - 15 = 5.
Ответ: V(CH4) = 15 л; V(C2H6) = 5 л.
