Экзаменационны  СЩ3

Готовимся к ЕГЭ           11 класс

Химические производства

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ

Исходным сырьём для производства серной кислоты могут быть сера, сероводород, сульфиды металлов.
Мы рассмотрим производство серной кислоты контактным способом, при котором исходным сырьём является пирит FeS₂

Принципиальная схема получения серной кислоты.

                                           

Процесс состоит из трех стадий:

Стадия	Процессы
1.Обжиг пирита, Получение оксида серы (II). Очистка печного газа.	Уравнение реакции первой стадии: 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + Q Измельчённый очищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в "кипящем слое". Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 8000С. Пирит раскаляется до красна и находится в "подвешенном состоянии" из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета. За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального отопления рядом стоящих помещений. Образовавшийся оксид железа Fe2O3 (огарок) в производстве серной кислоты не используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, на котором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом - сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве). Таким образом выполняется принцип химического производства - безотходность производства.
	Очистка печного газа
	Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды. Очистка печного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа - в циклоне (используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются вниз) и в электрофильтрах (используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз), для удаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют серную концентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, поскольку поглощает воду. Осушку печного газа проводят в сушильной башне - снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льётся концентрированная серная кислота. На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO2 и кислорода О2.
2. Окисление SO2 в SO3 кислородом.	Протекает в контактном аппарате. Уравнение реакции этой стадии: 2SO2 + O2 = 2SO3 + Q Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3): а) температура: Прямая реакция является экзотермической +Q, согласно правилам по смещению химического равновесия, для того, чтобы сместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции, температуру в системе необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких температурах, скорость реакции существенно падает. Экспериментальным путём химики-технологи установили, что оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным образованием SO3 является температура 400-5000С. Это достаточно низкая температура в химических производствах. б) Для того, чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор. Экспериментальным путём установили, что наилучшим катализатором для этого процесса является   оксид ванадия(V)          V2O5. в) давление: Прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO2 и 1V O2), а справа - 2V SO3. Раз прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химического равновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят при повышенном давлении. Прежде чем смесь SO2 и O2 попадёт в контактный аппарат, её необходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубок проходит горячий SO3 из контактного аппарата. Попадая в контактный аппарат смесь SO2 и О2 продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате. Температура 400-5000С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO2 в SO3. Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.
3. Получение H2SO4	Протекает в поглотительной башне. А почему оксид серы SO3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO3 + H2O =  H2SO4 + Q Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар). Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды - это так мало, что нагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3. Уравнение реакции этого процесса nSO3 + H2SO4 =  H2SO4·nSO3 Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.

 

 

                                                  Завод по производству серной кислоты

Готовимся к контрольной работе   10 класс

Тест по теме:  «Кислородсодержащие органические вещества»

А1. Вещества с общей формулой С_nH_2nO₂ могут относиться к классам:

1)      многоатомных спиртов и одноосновных карбоновых кислот  

2)      сложных эфиров и альдегидов

3)      одноосновных карбоновых кислот и сложных эфиров

4)      простых эфиров и многоатомных спиртов

А2. Вещество, формула которого СН₃СН₂ОН, является

       1) алканом   2) спиртом   3) альдегидом  4) карбоновой кислотой

А3. Водородная связь не образуется между молекулами:

       1) карбоновых кислот   2) спиртов  3) воды   4) альдегидов

А4. При окислении этанола оксидом меди (II) образуется:

       1) формальдегид   2) ацетальдегид   3) муравьиная кислота  4) уксусная кислота

А5. Диэтиловый    эфир получается при:

        1)  отщеплении одной молекулы воды от одной молекулы этанола  

2) отщеплении одной молекулы воды от двух молекул этанола  

3) взаимодействии этанола с уксусной кислотой

4) взаимодействии этанола с хлороводородом

 А6. Качественная реакция на альдегиды - взаимодействие с:

          1) [Ag(NH₃)₂]OH   2) Br₂/aq  3) Ca(OH)₂  4) FeCl₃

 A7. При окислении пропаналя образуется:

1)      пропанол-1                2) пропиловый эфир уксусной кислоты 

          3) пропановая кислота    4)  метилэтиловый эфир 

А8. Одним из реагентов для получения этанола может являться:

         1) ацетилен   2) этилен    3) уксусная кислота   4) воздух

А9. При  бромировании фенола избытком брома образуется:

        1) 2-бромфенол             2) 2,3-дибромфенол 

        3) 2,5-дибромфенол      4) 2,4,6-трибромфенол

А10.Укажите, какое из нижеперечисленных веществ 

        при нагревании со свежеосажденным Сu(OH)₂  образует осадок

       красного цвета:

       1) глицерин   2) формальдегид    3) этанол  4) уксусная кислота

А11.Фенолы реагируют с …, а спирты – нет.

   1)      натрием  2)  гидроксидом натрия  3) соляной кислотой 

   4) сульфатом калия

А12.  Среди перечисленных веществ выберите то, которое

         является изомером масляной (бутановой) кислоты:

  1)  2-метилпропаналь         2) метилформиат   

  3) этилацетат                      4) 3-метилбутаналь

А 13. Муравьиная кислота реагирует с …, а уксусная – нет.

1) NaHCO₃    2) Br₂     3) хлорной водой     4) [Ag(NH₃)₂]OH    

А14. Условия проведения реакции Кучерова-это:

       1) Н₂ (Ni)        2) Cl₂ (hλ)      3) Pt 5 атм.     4) Нg²⁺, H⁺

А 15. Глицерин может взаимодействовать со всеми веществами группы:

1)  водород, метиловый спирт, уксусная кислота

2)      раствор перманганат калия, бромная вода, азотная кислота

3)      свежеприготовленный гидроксид меди (II), кислород, 

      металлический  натрий

4)      серная кислота, хлорная вода, водород
Ответы к работе:
 

А1	А2	А3	А4	А5	А6	А7	А8	А9	А10	А11	А12	А13	А14	А15
3	2	4	2	2	1	3	2	4	2	2	3	4	4	3

Жиры

В быту часто - иногда в чрезмерном изобилии - применяются многие жиры - для варки, поджаривания, печения и приготовления бутербродов. В последнем случае годятся только твердые или полутвердые, преимущественно животные жиры, например масло и топленый жир. Некоторые растительные жиры, например кокосовый, чересчур тверды для намазывания на хлеб, а жидкие масла для этого, разумеется, тоже не годятся. Немецкому химику Норманну мы обязаны тем, что в настоящее время жидкие жиры можно превращать в твердые, перерабатывая их в маргарин. История происхождения маргарина довольно длинная и в некоторых местах несколько запутана. Название появилось в 1813 году, когда Мишель Эжен Шеврёль открыл «маргариновую кислоту». На самом деле «маргариновая кислота»  просто являлась смесью стеариновой (октадекановой) кислоты с ранее неизвестной пальмитиновой (гексадекановой) кислотой. В 1860-х французский император Наполеон III предложил вознаграждение тому, кто сделает хороший заменитель сливочного масла, ориентированный на потребление вооружёнными силами и нижними классами населения.   Маргарин сегодня  Три основных типа маргарина Твёрдый, как правило неокрашенный маргарин для кулинарии или выпечки с высоким содержанием животного жира. «Традиционные» маргарины для намазывания на тосты с относительно высоким процентным содержанием насыщенных жиров. Производятся из животного жира или растительного масла. Маргарины с высоким содержанием моно- или поли-ненасыщенных жиров. Производятся из сафлора красильного (Carthamus tinctorius), подсолнечника, сои, хлопкового или оливкового масла. Имеют в своём составе наиболее низкое, в сравнении с другими видами маргарина, содержание насыщенных жиров, отсутствует холестерин. Многие популярные сегодня «мажущиеся продукты» (спреды) по сути являются смесью маргарина и масла. Эти продукты создавались для объединения таких характеристик как низкая цена, лёгкость намазывания, вкус настоящего масла.  Главная часть технологии маргарина — гидрогенизация  Каталитическая гидрогенизация ненасыщенных жиров по-прежнему является основой производства маргарина. После гидрогенизации жидких растительных масел и жидких жиров морских млекопитающих (извлекаемых из жировых тканей усатых китов — сейвалы, финвалы и др.) получают так называемый саломас, который используют в качестве основного компонента маргарина. Полное гидрирование приводит к формированию насыщенных жиров, в то время как частичное гидрирование приводит к образованию ненасыщенных в определённой мере жиров, в том числе транс-жиров. Процесс осуществляется в присутствии гранулированных никелевых катализаторов при повышенной температуре. Сырьё для производства и состав маргарина Маргарин в общем случае содержит частично гидрированные растительные жиры (иногда с вводом примесью молочных или животных жиров), эмульгаторы, пищевые красители, ароматизаторы, антиоксиданты и/или консерванты, поваренную соль и воду. Ранее в быту было распространено мнение, что маргарин производят из нефти, но реальных фактов под собой такое мнение не имеет и вызвано, вероятнее всего, публикацией «химических» составляющих маргарина. Важнейшим жировым компонентом для производства маргарина в настоящее время является пальмовое масло и продукты его переработки. В качестве других жировых компонентов используются жидкие растительные масла (подсолнечное, реже — рапсовое, соевое, рыжиковое и др), кокосовое масло (пальмоядровое масло), а также продукты их модификации. Проблема транс-жиров Обычный маргарин содержит намного большую долю так называемых транс-жиров, нежели исходное растительное масло, так как термообработка масла в присутствии катализатора приводит к побочному процессу — изомеризации природных цис-жирных кислот. Поскольку независимые исследования подтверждают связь между диетами с высоким содержанием транс-жиров и коронарной болезнью, маргарин многими начал считаться нездоровой пищей. В маргарине содержатся большинство трансизомеров жирных кислот, в картофельных чипсах, крекерах, печенье и других продуктах быстрого питания, их доля может достигать 30-50 %, так как многие из них готовятся с использованием гидрогенизированных жиров (маргаринов). Они нарушают иммунитет человека, увеличивают риск развития диабета, онкологических заболеваний.

Сказка о братьях карбонатах

На земле живут три брата

Из семейства Карбонатов

Старший брат – красавец МРАМОР,

    Славен именем Карары,                                     

Превосходный зодчий. Он 
Строил Рим и Парфенон.

Всем известен  ИЗВЕСТНЯК,

Потому и назван  так.

 Знаменит  своим трудом,
 Возводя за домом дом.

И способен, и умел

Младший мягкий братец МЕЛ

Как рисует, посмотри,

Этот CaCO₃!

Любят братья порезвиться,

В жаркой печке прокалиться.

СаО  да СО₂  образуется  тогда.

 Это углекислый газ,

Каждый с ним знаком из вас,

Выдыхаем мы его.

Ну а это СаО –

Жарко обожженная 
ИЗВЕСТЬ  НЕГАШЕНАЯ.

Нечаянные открытия

Жена немецкого химика Кристиана Шенбейна была недовольна, когда муж продолжал свои эксперименты дома. Однажды она отлучилась из дома, и Шенбейн тут же расположился на кухне, где и газ, и вода рядом, и затеял очередную серию опытов.
Увлекшись работой, ученый пролил на стол один из составов. Пытаясь замести следы преступления, он поспешно вытер жидкость первой тряпкой, которая попалась под руку. А это оказался фартук жены...
Химик повесил улику сушиться над плитой. Фартук высох и... исчез.
Так неожиданно открылось, что азотная кислота активно взаимодействует с целлюлозой, содержащейся в хлопчатобумажной ткани, из которой был сшит фартук.
Произошло это в 1845 году, и неизвестно, как объяснил муж исчезновение фартука своей жене. Зато несколькими годами позже Шенбейн на основе своего открытия получил взрывчатое вещество - пироксилин.

Кристаллогидраты

Кристаллогидраты — кристаллы, содержащие молекулы воды и образующиеся, если в кристаллической решётке катионы образуют более прочную связь с молекулами воды,

чем связь между катионами и анионами в кристалле безводной соли.

 Примеры кристаллогидратов

CuSO₄·5H₂O -медный купорос (синий); пентагидрат сульфата меди(II)

FeSO₄·7H₂O - железный купорос; гептагидрат сульфата железа (II)

Кристаллогидраты, твердые растворы изоморфных сульфатов, группа квасцов. 

 NiSO₄ · 7H₂O - никелевый купорос

CaSO₄·2H₂O - гипс

MgCl₂·KCl·6H₂O -, карналлит 

Кристаллизационная вода обычно может быть удалена нагреванием,
при этом разложение кристаллогидрата часто идёт ступенчато.

Na₂CO₃·10H₂O -  кристаллическая сода; декагидрат карбоната натрия;

AlCl₃· 6H₂O – гексагидрат хлорида алюминия.

СoSO₄ · 7H₂O – гептагидрат сульфата кобальта (кобальтовый купорос)

ZnSO₄•7Н₂О – цинковый купорос

                         t

CuSO₄ · 5H₂O = CuSO₄ + 5H₂O↑

     синий                     белый

              t

CoSO₄ · 7H₂O = CoSO₄ + 7H₂O↑

  красный             синий

              t

NiSO₄ · 7H₂O = NiSO₄ + 7H₂O ↑

изумрудно-зеленый      желтый

 Задачи на кристаллогидраты

Задача 1. При полном обезвоживании 48,3 г кристаллогидрата получено 21,3 г сульфата натрия. Определите формулу кристаллогидрата.

Задача 2. Сколько воды и английской соли (семиводный кристаллогидрат сульфата магния) необходимо взять для приготовления 440 г раствора сульфата магния с массовой долей 8%?

Задача 3.Сколько кристаллизационной воды (масса и количество) 

                содержится в 180 г  гипса  CaSO4· 2H2O ?

                                                             

Дано:                                             Решение:

m(CaSO4· 2H2O)=180 г       1)М(CaSO4 · 2H2O)= 40+32+4·16+2· (2·1+ 16)

                                                  = 172г/моль

 Найти:                                 2) n=m/M

 m(H2O)-?                                 n(CaSO4·2 H2O) = 180 г:172 г/моль=1,047 моль

                                             3)1моль(CaSO4·2 H2O)---2 моль (H2O)

                                                    1,047моль             --- Х моль

                                                      Х=2,093 моль

                                             4) m = n· M

                                                m (H2O) = 2,093 моль · 18 г/ моль = 37,67 г

                                                Ответ:    n (H2O)= 2,093 моль

                                                                m (H2O) =37,67 г

Задания для самоконтроля

1. Кристаллогидрат хлорида бария содержит 14,8% кристаллизационной воды.
   Определите формулу кристаллогидрата.

Ответ. BaCl₂•2H₂O

2. Определите формулу кристаллогидрата, если известно, что при прокаливании кристаллогидрата карбоната натрия массой 14,3 г его масса уменьшилась на 9 г.

Ответ. Na₂СО₃•10H₂O

3. Какая масса кристаллической соды Nа₂СО₃•10Н₂О потребуется для получения 10%-го раствора безводного карбоната натрия массой 200 г?

Ответ. 54 г.

4. Какова массовая доля сульфата цинка в растворе, полученном при растворениии 114,8 г ZnSO₄•7Н₂О в воде объемом 85,2 мл?

Ответ. 32,2%

Именные реакции в органической химии

1. Реакция Вагнера (окисление по Вагнеру, перманганатная проба). Окисление органических соединений, содержащих двойную связь, действием 1-3%-го раствора перманганата калия (1887) в цис-a-гликоли в щелочной среде (считается положительной, если раствор перманганата быстро обесцвечивается в кислой среде или буреет в щелочной и нейтральной):

 2. Реакция Вёлера Взаимодействие карбида кальция с водой (1862). Практическое значение реакция приобрела после того, как А.Муассан и Т.Вильсон разработали способ дешевого получения карбида кальция в электропечи в результате сплавления кокса и извести (1892).

СаО + 3С→СаС2 + 2СО СаС2 + 2Н2О→ Са(ОН)2 + С2Н2

3. Реакция Вюрца. Синтез алканов действием металлического натрия в инертном растворителе на алкилгалогениды (1855) в общем виде:

2RBr + 2Na → R—R + 2NaBr

2CH3Br + 2Na → CH3—CH3 + 2NaBr

4. Реакция Вюрца-Фиттига.  Получение алкилбензолов из смеси алифатических и ароматических галогенидов действием металлического натрия в инертном растворителе (1864):   
C₆H₅Br + 2Na + ВrC₄H₉ -> С₆Н₅ — С₄Н₉+ 2NaВr 

5. Французский химик Гриньяр усовершенствовал синтез Вюрца.

Синтезом Вюрца неудобно получать алканы с нечётным числом атомов углерода. Гриньяр предложил использовать магнийорганические вещества — реактив Гриньяра:

А) CH₃Cl + Mg → CH₃MgCl;

Б) СH₃MgCl + ClCH₂—CH₃→ CH₃—CH₂—CH₃ + MgCl₂

Синтез органических веществ из алкилгалогенидов и магния в эфире.
Реакция открыта П.Барбье в 1899 г. и подробно изучена В.Гриньяром в 1900 г.

 Реактив Гриньяра RMgX используется для присоединения по кратным связям 

 6. Правила ориентации Голлемана 

a) Ориентанты (заместители) первого рода (CH₃, C₂H₅, галогены, аминогруппа, гидроксил) повышают реакционную способность ароматического ядра и направляют реагенты в орто- и параположения.
б) Ориентанты (заместители) второго рода (нитро- и сульфогруппы, карбоксильная и карбонильная группы) уменьшают реакционную способность ароматического ядра и направляют реагенты в метаположение (1895). (В настоящее время эти эффекты объясняются на основе электронных представлений: мезомерные и индукционные эффекты, 1920 г.). 

Закономерности преимущественного направления замещения в бензольном кольце называют правилами ориентации.

 I. Заместители, обладающие +I-эффектом или +М-эффектом, способствуют электрофильному замещению в орто- и пара-положениях бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) первого рода:

Так, толуол, содержащий заместитель первого рода, нитруется и бромируется в пара- и орто-положения.

II. Заместители, обладающие -I-эффектом или -М-эффектом, направляют электрофильное замещение в мета-положения бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) второго рода:

7.  Реакция Густавсона. Получение циклоалканов из дигалогенпроизводных (1887).

8. Реакция Зелинского-Казанского (метод Зелинского-Казанского). Тримеризация ацетилена (полимеризация ацетилена) на активированном угле при нагревании (1924)

   

продолжение следует...