Главная Образование Студентам Задачник Задачи

Пентен-1 наиболее часто образуется в качестве побочного продукта каталитического или термического крекинга нефти. Единственным коммерческим производителем этого алкена является южноафриканская нефтехимическая компания Sasol Ltd. Хотя этот углеводород практически не используется в чистом виде в промышленности, тем не менее, многие его продукты превращения промышленно очень важны. Вашему вниманию предлагается цепочка превращений, в которой в качестве исходного соединения используется пентен-1:

  1. Изобразите структурные формулы всех указанных на схеме органических веществ (включая пентен-1).
  2. Напишите схемы реакций  1  –  7 , представленных в цепочке превращений, с указанием условий их проведения.
Решение задачи

Сравните попарно взаимодействие водного раствора сульфида натрия с растворами следующих веществ: а) конц. и разб. серная кислота; б) хлориды висмута и алюминия; в) сульфаты железа II и III; г) хлорная и йодная вода; д) углекислый и сернистый газы; е) трихлорид сурьмы (в избытке) и трихлорид сурьмы (в недостатке). Все реагенты, кроме последнего, в избытке по отношению к исходному, реакции проводят с каждым раствором раздельно. Напишите уравнения реакций и опишите их признаки (с указанием цвета осадка, запаха выделяющегося газа и т.д.).

Решение задачи

В последнее время в СМИ и на разных уровнях политической власти широко обсуждается проблема энергоэффективности, экологичности и стоимости природного сырья. Все чаще ТЭЦ отказываются от использования мазута и угля и переходят на природный газ (метан).

  1. Оцените, сколько тепла выделяется при сгорании 1 кг угля и 1 м3 (н.у.) природного газа. Теплоты образования CO2(газ), H2O(газ) и метана (CH4) равны 393,5, 241,8 и 74,8 кДж/моль, соответственно.
  2. Оцените количество тепла, которое потребуется для нагрева воздуха от 0°С до 25°С в квартире площадью 50 м2 и высотой 2,5 м. Теплоемкость воздуха 1005 Дж/(кг·°С).
  3. Потребление горячей воды в среднем составляет 150 л в сутки на семью. Оцените сколько тепла потребуется для нагревания этого количества воды от 0°С до 85°С. Теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·°С).
  4. Оцените, сколько потребуется угля (в кг) и метана (в м3) для нагревания воздуха и воды в пунктах 2 и 3.
  5. Сравните, в какую сумму в сутки ТЭЦ обойдется обеспечение Ваших потребностей, если она работает на угле и если на газе. Отпускная цена бурого угля в России составляет 1,5 руб/кг, а метана 2,2 руб/м3. Учтите, что с учетом обогрева стен и необходимости поддерживать температуру в квартире в течение суток, на самом деле Вам потребуется как минимум в 100 раз больше тепла, чем просто для нагрева воздуха.
  6. Попробуйте сформулировать четко преимущества природного газа перед углем (достаточно трех). Какой безусловный недостаток все же есть у газа?
  7. Используя Ваши цифры из п. 5 и собственную эрудицию, ответьте, почему для ТЭЦ экономически выгоден переход на природный газ? Как Вы думаете, почему Ваша семья платит за тепло и горячую воду заметно больше, чем Вы насчитали?
Решение задачи

Основным методом промышленного производства соединения А является его получение в процессе комплексной переработки нефелинов. Однако существует еще несколько промышленных способов:

а) Магнезиальный способ основывается на процессе карбонизации (обработка углекислым газом) под давлением 0,5-1,8 МПа суспензии активной магнезии (Б) в водном растворе хлорида калия (1). Осаждаемую двойную соль Энгеля (В) отделяют от раствора хлорида магния и разлагают водой (2) или суспензией гидроксида магния (3) при нагревании. Полученная суспензия фильтруется. Активная магнезия возвращается в процесс, а раствор упаривается, и из концентрированных растворов выделяют кристаллы, которые после сушки упаковывают в виде товарного продукта.

б) В триметиламиновом методе карбонизации под давлением подвергается смесь растворов хлорида калия и триметиламина (4). В процессе охлаждения полученного раствора выделяются кристаллы (Г), которые легко могут быть переведены в целевой продукт (5). Остающееся при этом в растворе соединение (Д) после соответствующей обработки (6) возвращается в голову процесса.

в) Формиатный способ сводится к обработке сульфата калия суспензией гидроксида кальция под давлением окиси углерода (7). Отфильтрованный раствор упаривают, а остаток прогревают при 800 оС во вращающейся барабанной печи (8), после чего перекристаллизовывают из воды или предыдущих маточных растворов.

г) Известен процесс, в котором смесь сульфата калия нагревают с углем и известняком (9), а из образующегося плава маточными растворами выщелачивают продукт.

  1. О производстве какого продукта идет речь? Рассчитайте точный состав самого продукта, активной магнезии и двойной соли Энгеля. В Вашем распоряжении имеются следующие данные по их термолизу: при нагревании соединений А и В до 200 оС они теряют 16,36 и 40,19 % массы соответственно, причем 10,00 г В выделяют 7561 мл газообразных продуктов (t=200 oC, P=1 атм). При нагревании Б и В от 20 до 700 оС потеря массы составляет, соответственно, 70,88 и 57,36 %.
  2. Напишите уравнения реакций 1-4. Предложите рациональные способы переработки Г и Д (процессы 5 и 6).
  3. Напишите уравнения реакций 7-9. С какой целью процесс 8 проводят во вращающейся барабанной печи? Что произойдет, если ее заменить обычной печью?
  4. Способы б) и г) имеют прототипами известные с 1860 и 1790 гг процессы Сольве и Леблана. Чем они отличаются от описанных способов?
  5. При комплексной переработке нефелинов, после их спекания с известняком, получают, кроме А, еще 3 ценных промышленных продукта. Какие химические элементы составляют основу нефелинов, и какие товарные продукты получают в финале их переработки?
Решение задачи
  1. Задача 77
  2. Задача 78
  3. Задача 79
  4. Задача 80

© ИНХ СО РАН 1998 – 2024 г.