Номер 622, страница 139 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

622. *Осуществите превращения согласно схеме:

$CH_4$ $\xrightarrow{1500 \, ^{\circ}\text{C}}$ ...

... $\xrightarrow{H_2O/Hg^{2+}}$ ... $\xrightarrow{H_2/Ni, t}$ ... $\xrightarrow{t > 140 \, ^{\circ}\text{C}/H_2SO_4}$ ... $\rightarrow$

... $\xrightarrow{O_2/PdCl_2+CuCl_2}$ ... $\xrightarrow{Ag_2O/NH_3 \text{ (изб.)}}$ X.

Вещество X – соль.

Решение

Данная схема превращений описывает последовательность химических реакций, начиная с метана. Расшифруем каждый этап:

1. Первая стадия — это пиролиз метана при 1500 °C. В этих условиях происходит крекинг с дегидрированием, что приводит к образованию ацетилена (этина) и водорода.

$2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

2. Вторая стадия — гидратация ацетилена в кислой среде в присутствии ионов ртути(II) ($Hg^{2+}$), известная как реакция Кучерова. Промежуточно образуется неустойчивый виниловый спирт, который изомеризуется в уксусный альдегид (этаналь).

$C_2H_2 + H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H^+} CH_3CHO$

3. Третья стадия — восстановление (гидрирование) уксусного альдегида водородом на никелевом катализаторе при нагревании. Альдегидная группа восстанавливается до первичной спиртовой группы, образуя этанол.

$CH_3CHO + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3CH_2OH$

4. Четвертая стадия — дегидратация этанола. Условия реакции (концентрированная серная кислота и температура выше 140 °C) указывают на внутримолекулярную дегидратацию с образованием алкена — этена (этилена).

$CH_3CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t > 140^\circ C} CH_2=CH_2 + H_2O$

5. Пятая стадия — каталитическое окисление этена кислородом (Вакер-процесс). В присутствии каталитической системы, содержащей хлориды палладия(II) и меди(II), этен окисляется до уксусного альдегида.

$2CH_2=CH_2 + O_2 \xrightarrow{PdCl_2, CuCl_2} 2CH_3CHO$

6. Шестая, заключительная стадия — реакция уксусного альдегида с аммиачным раствором оксида серебра (реактивом Толленса). Это качественная реакция на альдегидную группу ("реакция серебряного зеркала"). Альдегид окисляется до соответствующей карбоновой кислоты. В присутствии избытка аммиака образуется аммонийная соль — ацетат аммония (вещество X), который является солью, что соответствует условию задачи.

$CH_3CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow CH_3COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O$

Ответ:

Искомая цепь превращений:

$CH_4 \xrightarrow{1} C_2H_2 \xrightarrow{2} CH_3CHO \xrightarrow{3} CH_3CH_2OH \xrightarrow{4} CH_2=CH_2 \xrightarrow{5} CH_3CHO \xrightarrow{6} CH_3COONH_4$

Уравнения реакций:

1) $2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

2) $C_2H_2 + H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}} CH_3CHO$

3) $CH_3CHO + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3CH_2OH$

4) $CH_3CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t > 140^\circ C} CH_2=CH_2 + H_2O$

5) $2CH_2=CH_2 + O_2 \xrightarrow{PdCl_2, CuCl_2} 2CH_3CHO$

6) $CH_3CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow CH_3COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O$

Вещество X — ацетат аммония, формула: $CH_3COONH_4$.