Для обезвоживания этанола использовали карбид кальция. Скачать книгу "Лабораторная техника органической химии" (8Mb)

исходной смеси. Ответ: объемная доля 40%; массовая доля 38,4%.

17.28. Состав углеводорода выражается формулой С3 H4 . На гидрирование этого углеводорода массой 5 г до предельного соединения затратили водород объемом 2,8 л (нормальные условия). Определите структурную формулу углеводорода и назовите его. Ответ: циклопропен.

18. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ 18.1. Составьте структурные формулы изомеров, отвечающих формуле

С8 H10 и содержащих ароматическое кольцо.

18.4. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

метан→ Х→ бензол

Назовите вещество X. Укажите условия протекания реакций. Ответ: Х - ацетилен.

18.5. При дегидрировании этилбензола массой 4,24 г получили стирол. Выход продукта реакции составил 75%. Какую массу раствора брома в тетрахлориде углерода может обесцветить полученный стирол, если массовая доля брома в растворе составляет 4%?

18.6. Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, образуется при циклизации и дегидрировании м-гексана объемом 200 мл и плотностью 0,66 г/мл? Реакция протекает с выходом 65%. Ответ: 89,4 л.

18.7. Какой объем воздуха, измеренный при нормальных условиях, потребуется для полного сгорания 1,4-диметил-бензола массой 5,3 г? Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%. Ответ: 56 л.

18.8. При сжигании гомолога бензола массой 0,92 г в кислороде получили оксид углерода (IV), который пропустили через избыток раствора гидроксида кальция. При этом образовался осадок массой 7 г. Определите формулу углеводорода и назовите его. Ответ: C7 H8

18.9. Ароматический углеводород, являющийся гомологом бензола, массой 5,3 г сожгли, получив оксид углерода (IV) объемом 8,96 л (нормальные условия). Определите формулу углеводорода. Сколько изомеров может иметь этот углеводород среди гомологов бензола? Напишите структурные формулы этих изомеров. Ответ: С8 H10 ; 4 изомерных гомолога бензола.

18.10. Из ацетилена объемом 3,36 л (нормальные условия) получили

бензол объемом 2,5 мл. Определите выход продукта, если плотность бензола равна 0,88 г/мл. Ответ: 56,4%.

18.11. При бромировании бензола в присутствии бромида железа (III) получили бромоводород, который пропустили через избыток раствора нитрата серебра. При этом образовался осадок массой 7,52 г. Вычислите массу полученного продукта бромирования бензола и назовите этот продукт. Ответ: 6,28 г; бромбензол.

18.12. Бензол, полученный дегидрированием пиклогексана объемом 151 мл и плотностью 0,779 г/мл, подвергли хлорированию при освещении. Образовалось хлорпроизводное массой 300 г. Определите выход продукта реакции. Ответ: 73,6%.

18.13. Смесь бензола с циклогексеном массой 4,39 г обесцвечивает бромную воду массой 125 г с массовой долей брома 3,2%. Какая масса воды образуется при сжигании в кислороде той же смеси массой 10 г?

18.14. Смесь бензола и стирола некоторой массы обесцвечивает бромную воду массой 500 г с массовой долей брома 3,2%. При сжигании смеси той же массы выделился оксид углерода (IV) объемом 44,8 л (нормальные условия). Определите массовые доли бензола и стирола в смеси. Ответ: 60% бензола; 40% стирола.

19. СПИРТЫ И ФЕНОЛЫ

Номенклатура, свойства и получение спиртов и фенолов

19.4. Сколько изомерных спиртов может иметь хлорпропанол С3 H6 CIOH? Напишите структурные формулы изомеров и назовите их по заместительной номенклатуре. Ответ: 5 изомеров.

19.5. Сколько фенолов могут быть изомерны 2-метил-6-хлорфенолу? Напишите структурные формулы этих фенолов и назовите их. Ответ: 12 изомерных фенолов (не считая 2-метил-6-хлорфенола).

19.6. Сколько изомерных третичных спиртов могут иметь состав С6 H13 OH? Напишите формулы этих спиртов и назовите по заместительной номенклатуре. Ответ: три спирта.

19.11. В трех пробирках находятся бутанол-1, этиленгликоль и раствор фенола в бензоле. При помощи каких химических реакций можно различить эти вещества? Напишите уравнения соответствующих реакций.

19.12. В трех пробирках без надписей находятся жидкости: н-пропанол, 1- хлорбутан и глицерин. При помощи каких химических реакций можно различить эти вещества? Напишите уравнения этих реакций.

Расчеты по уравнениям реакций с участием предельных одноатомных спиртов

19.14. Какая масса пропилата натрия может быть получена при взаимодействии пропанола-1 массой 15 г с натрием массой 9,2 г?

19.15. При взаимодействии бутанола-1 с избытком металлического натрия выделился водород, занимающий при нормальных условиях объем 2,8 л. Какое количество вещества бутанола-1 вступило в реакцию? Ответ: 0,25 моль.

19.16. Метанол количеством вещества 0,5 моль нагрели с избытком бромида калия и серной кислоты, получили бромметан массой 38 г. Определите выход бромметана. Ответ: 80%.

19.17. При дегидратации пропанола-2 получили пропилен, который обесцветил бромную воду массой 200 г. Массовая доля брома в бромной воде равна 3,2%. Определите массу пропанола-2, взятую для реакции.

Ответ: 2,4 г.

19.18. При нагревании предельного одноатомного спирта массой 12 г с концентрированной серной кислотой образовался алкен массой 6,3 г. Выход продукта составил 75%. Определите формулу исходного спирта.

19.19. Определите формулу предельного одноатомного спирта, если при дегидратации образца его объемом 37 мл и плотностью 1,4 г/мл получили алкен массой 39,2 г. Ответ: С4 H9 OH.

19.20. Натрий массой 12 г поместили в этанол объемом 23 мл и плотностью 0,8 г/мл. Массовая доля воды в этаноле составляет 5%. Какой объем водорода выделится при этом? Объем рассчитайте при нормальных условиях.

19.21. Какая масса металлического натрия прореагирует с раствором пропанола-1 массой 200 г, массовая доля воды в котором 10%? Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, выделится при этой реакции? Ответ: 94,5 г Nа; 46 г Н2 .

19.22. Какую массу карбида кальция надо добавить к спирту объемом 150 мл и плотностью 0,8 г/мл для получения абсолютного (безводного) спирта,

если массовая доля этанола в спирте составляет 96%? Какая масса абсолютного спирта будет получена при этом? Ответ: 8,53 г СаС2 ; 115,2 г абсолютного спирта.

19.23. Из технического карбида кальция массой 4 г при действии избытка воды можно получить газ объемом 1,12 л (нормальные условия). Какую массу технического карбида надо взять для получения этанола массой 19,6 г, массовая доля воды в котором составляет 6%? Ответ: 32 г.

19.24. При каталитической дегидратации этанола массой 1,84 г получили газ, .который прореагировал с бромом, содержавшемся в хлороформовом растворе массой 50 г. Массовая доля брома в этом растворе равна 8%. Определите выход продукта дегидратации спирта, если выход в реакции бромирования количественный. Ответ: 62,5%.

19.25. Предельный одноатомный спирт массой 30 г взаимодействует с избытком металлического натрия, образуя водород, объем которого при нормальных условиях составил 5,6 л. Определите формулу спирта. Ответ:

С3 H7 OH.

19.26. При получении синтетического каучука по способу Лебедева в качестве исходного сырья используют этанол, пары которого пропускают над катализатором, получая бутадиен-1,3, водород и воду. Какую массу бутадиена-1,3 можно получить из спирта объемом 230 л и плотностью 0,8 кг/л, если массовая доля этанола в спирте равна 95%? Учесть, что выход продукта составляет 60%. Ответ: 61,56 кг.

19.27. Метанол получают взаимодействием оксида углерода (II) с водородом. Для реакции взяты оксид углерода (II) объемом 2 м3 и водород объемом 5 м3 (объемы приведены к нормальным условиям). В результате получили метанол массой 2,04 кг. Определите выход продукта. Ответ:

19.28. Какую массу металлического натрия и абсолютного этанола надо взять для получения этанольного раствора массой 200 г, массовая доля этилата натрия в котором равна 10,2%?

19.29. Определите массовую долю алкоголята натрия в его спиртовом растворе, полученном в результате реакции между металлическим натрием массой 2,3 г и абсолютным этанолом объемом 50 мл и плотностью 0,79 г/мл.

Ответ: 16,3%.

19.30. Из пропанола-2 массой 24 г получили 2-бромпро-пан, который использовали для получения 2,3-диметилбута-на. Какая масса диметилбутана образовалась, если выход продуктов на каждой стадии синтеза составил

60%? Ответ: 6,2г.

19.31. При взаимодействии бутанола-2 массой 7,4 г с избытком бромоводородной кислоты получили бромпроизводное, из которого синтезировали 3,4-диметилгексан массой 3,99 г. Определите выход продукта реакции. Ответ: 70%.

19.32. Дегидратацией предельного одноатомного спирта получили алкен симметричного строения с неразветвленной цепью массой 8,4 г, который взаимодействует с бромом массой 24 г. Определите структурную формулу исходного спирта и назовите его. Ответ: бутанол-2.

19.33. При нагревании предельного одноатомного спирта с концентрированной бромоводородной кислотой образуется соединение, массовая доля брома в котором составляет 73,4%. Определите формулу исходного спирта. Ответ: С2 H5 OH.

19.34. Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, может быть получен при взаимодействии металлического натрия массой 1,6 г со смесью метанола и этанола массой 2,48 г? Массовая доля метанола,в смеси составляет 25,8%, этанола - 74,2%. Ответ: 672 мл.

Расчеты по уравнениям реакций с участием фенолов

19.35. Какая масса фенолята натрия может быть получена при взаимодействии фенола массой 4,7 г с раствором гидроксида натрия объемом 4,97 мл и плотностью 1,38 г/мл? Массовая доля гидроксида натрия в растворе составляет 35%. Ответ: 5,8 г.

19.36. При взаимодействии раствора фенола в бензоле массой 200 г с избытком бромной воды получили бромпроизводное массой 66,2 г. Определите массовую долю фенола в растворе. Ответ: 9,4%.

19.37. Имеется смесь фенола с этанолом. К одной половине смеси добавили избыток металлического натрия, получив водород объемом 672 мл (нормальные условия). К другой половине смеси добавили избыток раствора брома, при этом образовался осадок массой 6,62 г. Определите массовые доли фенола и этанола в смеси.

19.38. На нейтрализацию смеси фенола с этанолом затратили раствор объемом 50 мл с массовой долей гидроксида натрия 18% и плотностью 1,2 г/мл. Такая же масса смеси прореагировала с металлическим натрием массой 9,2 г. Определите массовые доли фенола и этанола в смеси. Ответ: фенола

80,9%; этанола 19,1%. 20. АЛЬДЕГИДЫ

20.1. Напишите структурные формулы следующих альдегидов: 2- метилпентаналя, 2,3-диметилбутаналя, гексаналя.

20.4. Какое количество вещества формальдегида содержится в растворе объемом Зли плотностью 1,06 г/мл, массовая доля СНгО в котором равна

20%? Ответ: 21,2 моль.

20.5. Какой объем формальдегида надо растворить в воде массой 300 г для получения формалина с массовой долей формальдегида 40%? Объем рассчитайте при нормальных условиях. Какая масса формалина будет получена? Ответ: СH2 O объемом 149,3 л; формалин массой 500 г.

20.6. При взаимодействии этанола массой 13,8 г с оксидом меди (II) массой 28 г получили альдегид, масса которого составила 9,24 г. Определите выход продукта реакции. Ответ: 70%.

20.7. В промышленности апетальдегид получают по способу Кучерова. Какую массу ацетальдегида можно получить исходя из технического карбида кальция массой 500 кг, массовая доля примесей в котором составляет 10,4%? Выход ацетальдегида 75%. Ответ: 231 кг.

20.8. При каталитическом гидрировании формальдегида получили спирт, при взаимодействии которого с избытком металлического натрия образовался водород объемом 8,96 л (нормальные условия). Выход продуктов на каждой из стадий синтеза составил 80%. Определите исходную массу формальдегида. Ответ: 37,5 г.

20.9. Какая масса серебра будет получена в результате реакции "серебряного зеркала", если к избытку аммиачного раствора оксида серебра добавить водный раствор массой 50 г с массовой долей пропаналя 11,6%.

Ответ: 21,6 г.

20.10. Ацетилен объемом 280 мл (нормальные условия) был использован для получения ацетальдегида, выход которого составил 80%. Какая масса металла может быть получена при добавлении всего полученного альдегида,

к избытку аммиачного раствора оксида серебра? Ответ: 2,16 г.

20.11. К водному раствору массой 4 г с массовой долей некоторого альдегида 22% прилили избыток аммиачного раствора оксида серебра. При этом образовался осадок массой 4,32 г. Определите формулу исходного альдегида.

20.12. При окислении паров спирта массой 2,3 г над избытком оксида меди (II) получили альдегид и медь массой 3,2 г. Какой альдегид получен? Определите массу альдегида, если его выход составил 75%. Ответ: 1,65 г уксусного альдегида.

20.13. Массовые доли углерода, водорода и кислорода в альдегиде составляют соответственно 62,1, 10,3 и 27,6%. Какой объем водорода потребуется для гидрирования этого альдегида массой 14,5 г до спирта? Объем рассчитайте при нормальных условиях. Ответ: 5,6 л.

20.14. Один из промышленных способов получения альдегидов - нагревание алкенов с оксидом углерода (II) и водородом при повышенном давлении в присутствии катализатора. Для такой реакции был взят пропилен объемом 140 л (нормальные условия) и избыток других веществ. Какая масса бутаналя и 2-метилпропаналя будет получена, если в результате образуется смесь этих альдегидов, массовая доля бутаналя в которой составляет 60%? Ответ: 270 г бутаналя и 180 г 2-метилпропаналя.

20.15. При окислении некоторого кислородсодержащего органического вещества массой 1,8 г аммиачным раствором оксида серебра получили серебро массой 5,4 г. Какое органическое вещество подвергнуто окислению? Ответ: бута-наль.

20.16. Из карбида кальция массой 7,5 г, содержащего примеси (массовая доля примесей равна 4%), получили ацетилен, который был превращен в альдегид по реакции Кучерова. Какая масса серебра выделится при взаимодействии всего полученного альдегида с аммиачным раствором оксида серебра? Ответ: 24,3 г.

20.17. При окислении этанола образовался альдегид с 80%-ным выходом. При взаимодействии такой же массы этанола с металлическим натрием выделился водород, занимающий при нормальных условиях объем 2,8 л (выход - количественный). Определите массу образовавшегося альдегида в первой реакции. Ответ: 8,8 г.

20.18. Какая масса формалина с массовой долей формальдегида 40% может образоваться, если использовать альдегид, полученный при каталитическом окислении метана объемом 336 л (нормальные условия) кислородом воздуха? Выход продуктов в реакции окисления равен 60%.

20.19. Какая масса раствора с массовой долей ацетальде-гида 20% образуется, если альдегид получили с выходом 75% из ацетилена объемом 6,72 л (нормальные условия) по реакции Кучерова? Ответ: 49,5 г.

20.20. При сжигании альдегида массой 0,9 г образовался оксид углерода (IV), который прореагировал с раствором гидроксида натрия объемом 16,4 мл и плотностью 1,22 г/мл с образованием средней соли. Массовая доля гидроксида натрия в этом растворе равна 20%. Определите формулу сожженного альдегида. Сколько изомерных альдегидов могут соответствовать этой формуле? Напишите их структурные формулы. Ответ: бутаналь; 2 изомерных альдегида.

21. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫНоменклатура, химические свойства и получение карбоновых кислот

21.2. Напишите структурные формулы следующих кислот: 2- метилпропановая кислота, 2,3,4-трихлорбутановая кислота, 3,4- диметилгептановая кислота.

21.3. Сколько изомерных карбоновых кислот может соответствовать формуле С5 H10 O2 ? Напишите структурные формулы этих изомеров. Ответ: 4 изомера.

21.4. В трех пробирках без надписей находятся следующие вещества: этанол, муравьиная кислота, уксусная кислота. При помощи каких химических методов можно различить эти вещества?

21.5. В четырех пробирках находятся следующие вещества: пропионовая кислота, раствор формальдегида, раствор фенола в бензоле, метанол. При помощи каких химических реакций можно различить эти вещества?

21.6. Сколько изомерных одноосновных карбоновых кислот может соответствовать формуле С6 H12 O2 ;? Напишите структурные формулы этих кислот и назовите их по заместительной номенклатуре. Ответ: 8 изомерных кислот.

Расчетные задачи

21.11. Какой объем уксусной эссенции плотностью 1,070 г/мл надо взять для приготовления столового уксуса объемом 200 мл и плотностью 1,007 г/мл? Массовая доля уксусной кислоты в уксусной эссенции равна 80%, в уксусе -6%.

21.12. Какие массы растворов уксусной кислоты с массовой долей СН3 СООН 90 и 10% надо взять для получения раствора массой 200 г с массовой долей кислоты 40%? Ответ: раствора с массовой долей 90% - 75

г; 10% - 125 г.

21.13. В лаборатории имеется раствор объемом 300 мл с массовой долей уксусной кислоты 70% и плотностью 1,07 г/мл. Какой объем воды плотностью 1 г/мл надо прилить к имеющемуся раствору для получения раствора с массовой долей кислоты 30%? Изменением объема при смешении раствора и воды пренебречь. Ответ: 428 мл. 236

21.14. Через раствор уксусной кислоты массой 150 г пропустили аммиак объемом 4,48 л (нормальные условия). Определите массовую долю СН3 СООН в полученном растворе, если в исходном растворе массовая доля кислоты составляла 20%.

21.15. К раствору массой 300 г с массовой долей уксусной кислоты 30% добавили гидроксид натрия массой 20 г. Какой объем раствора с массовой долей гидроксида калия 25% потребуется для нейтрализации раствора, полученного после добавления гидроксида натрия? Плотность раствора КОН равна 1,24 г/мл. Ответ: 180,6 мл.

21.16. В раствор массой 370 г с массовой долей пропио-новой кислоты 60% поместили гидрокарбонат натрия. В результате реакции образовался газ объемом 11,2 л (нормальные условия). Определите массовую долю пропионовой кислоты в полученном растворе. Ответ: 47,4%.

21.17. Какой объем раствора с массовой долей гидроксида натрия 20% и плотностью 1,22 г/мл потребуется для нейтрализации одноосновной карбоновой кислоты массой 14,8 г? Кислота имеет состав: углерод (массовая доля 48,65%), кислород (43,24%), водород (8,11%). Ответ: 32,8

21.18. Определите объем метана, который можно получить при нагревании уксусной кислоты массой 50 г с избытком гидроксида натрия. Учесть, что массовая доля воды в кислоте составляет 4%, а выход газа равен 75%. Объем

рассчитайте при нормальных условиях. Ответ: 13,44 л.

21.19. Какую массу стеариновой кислоты С17 H35 COOH можно получить из жидкого мыла, содержащего стеарат калия массой 96,6 г? Выход кислоты составляет 75%. Ответ: 63,9 г. 238

21.20. Какую массу раствора с массовой долей уксусной кислоты 90% можно получить, проводя окисление бутана объемом 56 л (нормальные условия) кислородом воздуха, если выход кислоты составляет 60%? Ответ:

21.21. Уксусную кислоту можно получить в три последовательные стадии, используя в качестве исходного вещества карбид кальция. Для реакции взят технический карбид кальция массой 200 г, массовая доля примесей в котором равна 12%. Какая масса кислоты будет получена, если выход продуктов на первой стадии синтеза составляет 80%, на второй - 75%, на третьей - 80%. Ответ: 79,2 г.

21.22. При пропускании хлора в раствор с массовой долей уксусной кислоты 75% получили хлоруксусную кислоту. Определите ее массовую долю в растворе, считая, что избыточный хлор и хлороводород удалены из раствора. Ответ: 82,5%.

21.23. На нейтрализацию предельной одноосновной кислоты массой 3,7 г затратили раствор объемом 5 мл с массовой долей гидроксида калия 40% и плотностью 1,4 г/мл. Определите формулу кислоты.

21.24. Определите формулу предельной одноосновной карбоновой кислоты, если известно, что на нейтрализацию пробы ее массой 11 г затратили раствор объемом 15,75 мл с массовой долей гидроксида натрия 25% и плотностью 1,27 г/мл. Сколько изомерных кислот соответствует найденной формуле? Ответ: С3 H7 COOH; две изомерные кислоты.

21.25. При окислении муравьиной кислоты получили газ, который пропустили через избыток раствораидроксида кальция. При этом образовался осадок массой 20 г. Какая масса муравьиной кислоты взята для окисления? Ответ: 9,2г.

21.26. Имеется раствор муравьиной кислоты массой 36,8 г. К раствору добавили избыток окислителя. Газ, полученный в результате окисления, пропустили через избыток баритовой воды, в результате чего получили осадок массой 39,4 г. Определите массовую долю кислоты в исходном

Самым распространенным обезвоживающим средством для органических жидкостей, содержащих небольшое количество воды, является прокаленный хлористый кальций.

Хлористым кальцием нельзя сушить спирты и амины.

Хлористый кальций CaCl2 перед работой обязательно обезвоживают, прокаливая на железной сковороде. Соль насыпают слоем не толще 1-2 см и подогревают сильным пламенем горелки. Вначале соль плавится с выделением кристаллизационной воды, а затем последняя постепенно испаряется. Пары воды, прорываясь через слой соли, вызывают разбрасывание ее; поэтому не рекомендуется насыпать толстый слой соли. Когда вся вода испарится, прокаливание продолжают еще некоторое время, затем разбивают спекшуюся соль на более мелкие куски и еще теплой кладут в заранее заготовленную совершенно сухую банку. Банка должна закрываться герметически, чтобы в нее не проникал воздух, всегда содержащий некоторое количество паров воды.

Если банку закрывают корковой пробкой, то ее сверху следует тщательно залить парафином или воском.

В лаборатории должен всегда иметься некоторый запас прокаленного СаСl2.

Для обезвоживания какой-либо органической жидкости берут в зависимости от содержания в ней воды то или иное количество CaCl2. Не следует брать слишком больших количеств соли, так как при этом неизбежны потери обезвоживаемого вещества. Соль в нужном количестве насыпают в сосуд с высушиваемой жидкостью, сосуд плотно закрывают пробкой и несколько раз встряхивают. Затем смесь оставляют стоять в течение не менее 12 ч. После этого жидкость сливают в колбу для дистилляции и перегоняют (см. выше). Хлористый кальций можно употреблять неоднократно, если его после каждого использования вновь прокаливать. Поэтому в лабораториях, где часто приходится иметь дело с CaCl2, должны быть банки, куда следует ссыпать отработанную соль; по мере накопления ее вновь прокаливают. Так как при этом сгорают и остатки жидкости, которую сушили этой солью, то прокаливание отработанного CaCl2 следует проводить несколько иначе, чем чистого.

Вначале соль осторожно подогревают до удаления паров жидкости и постепенно нагревание увеличивают.. В противном случае может возникнуть пожар, особенно если в соли содержатся остатки эфира, ацетона или других легковоспламеняющихся веществ. Прокаливание следует вести в вытяжном шкафу.

Из других солей для высушивания органических жидкостей применяют прокаленный сернокислый натрий. Прокаливание его ведут так же, как и CaCl2. Сернокислый натрий Na2SO4 не является таким сильным высушивающим средством, как CaCI2.

Для высушивания спиртов применяют сернокислую медь CuSO4 или окись кальция CaO. Сернокислая медь CuSO4 5H2O в виде кристаллов голубого цвета содержит кристаллизационную воду; если соль прокалить, то получится безводная соль желтоватого цвета. При увлажнении одна молекула соли сначала присоединяет только две молекулы воды и окрашивается в синий цвет. Зная содержание воды в спирте, можно рассчитать количество CuSO4, необходимое для полного высушивания его.

После добавления к спирту CuSO4 колбу несколько раз встряхивают и затем нагревают на водяной бане с обратным холодильником до тех пор, пока соль не примет светло-голубой цвет. После этого, отделив соль фильтрованием, спирт отгоняют.

Однако получить совершенно безводный, так называемый абсолютный, спирт очень трудно. После просушки его CuSO4 спирт нужно еще раза два-три перегнать с чистой CaO, причем приемник должен быть плотно соединен с холодильником и снабжен хлоркальциевой трубкой с сухим хлористым кальцием.

Но даже и после этого в спирте остается до 0,5% воды, удаление которой является самым трудным. Для удаления этого остатка иногда применяют металлические натрий и кальций.

Самым лучшим обезвоживающим средством для спирта является этилат магния, который можно легко получить при взаимодействии магния и этилового спирта (спирт должен содержать не больше 1 % воды) в присутствии небольшого количества иода. Обезвоживание спирта по этому способу проводится следующим образом.

В колбу емкостью 1,5 л с обратным холодильником насыпают 5 г стружек магния, наливают 65-70 мл спирта, прибавляют 0,5 г иода (катализатор) и нагревают до растворения последнего, после чего происходит выделение водорода:

Mg+ 2C2H5OH -> Mg (ОС2Н5)2 + H2

Когда реакция закончится, к раствору добавляют 800-900 мл обычного абсолютного спирта, т. е. такого, в котором содержится 0,5-0,7% воды, кипятят полчаса с обратным холодильником и затем отгоняют абсолютный спирт.

Таким же образом можно обезводить и другие спирты, например метиловый и н-пропиловый.

Спирт можно сушить при помощи металлического кальция, пользуясь колбой с обратным холодильником. На 1 л спирта добавляют 20 г сухих стружек кальция и нагревают на водяной бане до кипения, которое поддерживается в течение нескольких часов, после чего спирт перегоняют с соблюдением всех мер предосторожности, описанных выше.

Вода, бензол и этиловый спирт образуют азеотроп-ную смесь. При содержании этилового спирта, воды и бензола в соотношении 18,5: 7,4: 74,1 смесь кипит при 65 0C что позволяет применять такую смесь для удаления следов воды из спирта.

Для этого к этиловому спирту, содержащему не менее 99% C2HsOH, прибавляют сухой бензол. Практически на 1 ч. содержащейся в спирте воды следует взять 11 - 12 ч. сухого бензола. После этого смесь подвергают фракционной перегонке. Первая фракция перегоняется при 64,85° С и состоит из спирта, воды и бензола. Вторая фракция кипит при 68,25° С и состоит из избытка бензола и спирта. Та часть этилового спирта, которая остается в перегонном сосуде, представляет собой абсолютный этиловый спирт.

Обезвоженный спирт следует очень тщательно охранять от действия влаги воздуха. Поэтому, быстро перелив его в хорошо высушенную посуду, ее тщательно закрывают. Этим способом можно обезводить все спирты, кроме метилового.

Полнота обезвоживания спирта может быть определена на основании следующих качественных проб:

а) безводный спирт растворяет едкий барит, образуя окрашенный в желтый цвет раствор;

б) раствор парафина не образует в нем мути;

в) в абсолютном спирте безводная сернокислая медь не изменяет своей окраски.

Для обезвоживания твердых органических соединений (of-фруктозы и особенно таких веществ, которые могут размягчаться, плавиться или разлагаться при температуре, необходимой для удаления воды прямым нагреванием) применяют высушивающие вещества. Для этого твердое вещество заливают абсолютным этиловым спиртом, а затем добавляют бензол. Нагревание проводят на водяной баие. Когда отгонится вся жидкость, остатки бензола и спирта удаляют из колбы продуванием сухого воздуха

Диэтиловый эфир можно обезводить небольшим количеством металлического натрия.

Металлический натрий хранят под слоем керосина, вазелинового масла или толуола в банках. Необходимость такого хранения металлического натрия вызывается следующим: 1) на воздухе он сильно окисляется, 2) его необходимо изолировать от воды, так как если на него попадет капля воды, может произойти взрыв. Работать с металлическим натрием нужно осторожно. Необходимо позаботиться о том, чтобы около места работы не было воды. Работать рядом с раковиной или около кранов для воды совершенно недопустимо.

Керосин, вазелиновое масло и толуол, в которых хранится натрий, должны быть нейтральными и, естественно, не содержать воды.

Этот кусок быстро обжимают фильтровальной бумагой и от него чистым сухим ножом отрезают кусочек нужной величины. Оставшуюся часть тотчас же кладут обратно в банку.

Отрезанный кусочек натрия еще раз обжимают фильтровальной бумагой так, чтобы на нем не оставалось керосина или вазелинового масла. После этого для удаления окиси натрия с поверхности металла срезают чистым сухим ножом тонкий слой («корочку»), обрезки кладут в банку с металлическим натрием. Очищенный кусочек натрия разрезают ножом на несколько более мелких кусочков размером около 2 мм3 и затем быстро кладут в эфир или другую жидкость, которую нужно высушить. Колбу закрывают пробкой обязательно с хлоркальциевой трубкой.

После того как натрий пролежит в высушиваемой жидкости 12-24 ч, жидкость отгоняют над металлическим натрием. Когда перегонка закончена, остатки ме< талла переносят в банку с керосином или вазелиновым маслом. Лучше иметь отдельную банку, куда следует класть как обрезки («корочки»), так и металл, уже упо-треблявшийся для работы.

Металлический натрий (и калий) рекомендуется также хранить в полиэтиленовой пленке. Натрий помещают в мешочек из полиэтиленовой пленки, имеющей толщину 0,5 мм (эта толщина может быть достигнута, если положить вместе несколько слоев обычной полиэтиленовой пленки), открытый конец мешочка запаивают. Если требуется взять некоторое количество натрия, мешочек вскрывают, выдвигают из него вещество, отрезают чистым ножом кусок и оставшуюся часть снова вдвигают в мешочек, края которого вначале загибают так, чтобы в него не поступал воздух, а потом запаивают. Обрезки натрия можно поместить в этот же или в другой мешочек и герметизировать его запаиванием.

Обрезки и отработанные кусочки металлического натрия могут быть вновь использованы, если их переплавить. Температура плавления металлического натрия 98°С. Переплавлять натрий на открытом воздухе нельзя, Поэтому переплавку его ведут в жидкости, на которую металлический натрий не действует и которая кипит при температуре не ниже 150° С. Таким веществом может служить керосин, но еще лучше, т. е. безопаснее, вазелиновое масло. Положив обрезки и куски натрия в одну из этих жидкостей, последнюю нагревают приблизительно до 12O0C Металлический натрий расплавляется и на дне фарфоровой чашки, в которой происходит нагрева* ние, образуется кусок металла с чистой поверхностью/ Если при плавлении получаются отдельные шарики металла, их соединяют при помощи тонкой стеклянной палочки. Когда весь металл сплавится, жидкости дают остыть, затем ее осторожно сливают (но не всю), а натрии захватывают сухим пинцетом и кладут в керосин.

Органические жидкости могут быть также высушены при помощи карбида кальция СаСг- Карбид кальция разлагается водой с-образованием ацетилена и гидроокиси кальция:

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (ОН)2

Применение карбида кальция для высушивания возможно только в тех случаях, когда высушиваемая жидкость не реагирует ни с СаС2, ни с С2Н2, ни с Ca(ОН)2. Так как при высушивании карбидом кальция выделяется газ (ацетилен), то колбу, где проводят высушивание, надо закрывать пробкой с хлоркальциевой трубкой.

Высушивание или проводят непосредственно, насыпая чистый порошкообразный CaC2 в высушиваемую жидкость (в количестве до 10-15% от массы взятой жидкости в зависимости от содержания воды), или же сушат пары жидкости. *

Для высушивания, паров жидкости карбидом кальция монтируют прибор, состоящий из колбы, обратного шарикового холодильника и бани. Наливают высушиваемое вещество в колбу и укрепляют ее на бане. В шариковом холодильнике между вторым и третьим или третьим и четвертым шариком помещают топкую металлическую сетку; в холодильник осторожно бросают кусочки CaC2 таких размеров, чтобы они свободно проходили по его трубке. Заполнив таким образом два или три шарика, укрепляют холодильник в горле колбы и нагревают ее. Пары вещества, содержащие воду, проходят через слой CaC2 и по охлаждении и конденсации их в колбу стекает обезвоженное вещество. Обезвоживание проводят в течение 2-3 ч, и о конце его можно судить по тому, что порошок или комки карбида начинают расплываться.

Прибор можно собрать и иначе. В колбу Клайзена помещают обезвоживаемую жидкость. Горло колбы, которое соединено с холодильником, заполняют карбидом кальция. Жидкость перегоняют, причем пары ее, проходя через слой карбида обезвоживаются. Обезвоженную жидкость собирают в приемник, принимая меры к тому, чтобы отогнанная жидкость не поглотила снова пары воды из окружающей среды.

Применяя CaC2, можно не только обезводить жидкость, но и количественно определить содержание воды в ней; для этого образующийся ацетилен улавливают, ацетоном и определяют в виде ацетиленистой меди. По количеству ацетиленистой меди судят о содержании воды в жидкости. Этот способ сушки является одним из лучших. Недостаток его в том, что в обезвоживаемую жидкость попадает ацетилен, от которого можно избавиться только нагреванием.

Следует еще упомянуть об обезвоживании путем вымораживания; таким образом, например; можно обезводить бензол. Последний переходит в твердое состояние при 4° С. Охлаждая водный бензол до 1 или даже 0°С, получают кристаллический бензол, а выделившуюся воду сливают.

Заслуживает упоминания так называемый гипсовый способ * для обезвоживания спирта. Кроме того, рекомендовано применение перхлората магния (сильное водо-отнимающее средство, превосходящее даже фосфорный ангидрид). Последнее вещество можно применять для высушивания преимущественно химически стойких веществ.

Если высушивающее вещество добавлять к жидкостям, обладающим повышенной вязкостью, то высушивание продолжается длительное время и, кроме того, значительное количество жидкости остается на поверхности твердого вещества. В этих случаях рекомендуется к высушиваемой жидкости добавить подходящий сухой растворитель (например, эфир) и после этого высушивать ее, как указано выше. При последующей перегонке растворитель можно легко удалить.

В очень многих случаях, особенно при анализе органических веществ, при определении углерода и водорода в качестве поглотителя-воды применяют безводный сернокислый кальций (CaSO4). Безводный сернокислый кальций получают нагреванием при температуре 225±5°С двухводного или полуводного сернокислого кальция. Температура, при которой высушивают CaSO4, имеет очень большое значение для получения препарата, пригодного для быстрого поглощения паров воды. Ни в коем случае нельзя допускать нагревание выше указанной температуры. Перед высушиванием CaSO4 2H2O или CaSO4 0,5H2O измельчают и просеивают через сито, имеющее ячейки 1 -2 мм. Отсеянные зерна (но не мелочь, прошедшую через сито!) помещают в хлоркальциевые трубки, чаще всего U-образной формы, которые нагревают 2-3 ч при 225±5°С с протягиванием через них воздуха, предварительно высушенного над Рг05. Скорость протягивания воздуха около 50 мл/мин. При взаимодействии CaSO4 с водой образуется.полугидрат CaSO4 0,5H2O. Безводный сернокислый кальций может поглотить 6,6% воды от всей массы. Его можно много раз регенерировать, он нейтрален, химически инертен it при насыщении водой не расплывается.

* Luhder E., Z. Spirilusinduslrie S., 7, 67 (1934).

Выбрать подходящее для каждого случая средство для высушивания очень важно, так как при неправильном подборе обезвоживающего вещества можно испортить всю работу. Поэтому важно знать, какие высушивающие средства можно применять для различных веществ.

Применяемые обычно для высушивания неорганические вещества могут быть разделены на следующие группы:

1. Легкоокисляющиеся металлы: Na, Ca.

2. Окиси, легко связывающие воду: CaO, Р2О5.

3. Гигроскопические гидроокиси: NaOH или КОН.

4. Безводные соли: а) щелочного характера (К2СО3), б) нейтрального характера (CaCl2, Na2SO4, CuSO4, CH3COONa).

В табл. 15 даются указания для выбора высушивающего вещества при обезвоживании различных органических жидкостей.

К новым методам обезвоживания относится использование принципа адсорбции воды *. Из органических растворителей, воду удаляют, пропуская последние через стеклянную колонку диаметром 15-40 мм наполненную активированной Аl2O3. По полноте обезвоживания этим методом растворители располагаются в следующий ряд: бензол > хлороформ > диэтиловый эфир > уксусноэти-ловый эфир > ацетон. Этиловый спирт этим поглотителем может быть обезвожен до 99,5%.

Вместе с водой А1203 сорбирует и многие другие загрязнения. Отработанную А1203 не регенерируют и заменяют свежей.

Очень эффективным способом высушивания органических жидкостей и газов является высушивание при помощи цеолитов, остаточная влажность при этом оказывается равной десятитысячным долям процента.

Цеолит NaA пригоден для глубокой осушки трансформаторного масла, различных фракций нефти, хладоагеи-тов, спиртов, а также очень многих продуктов нефтехимического синтеза.

Цеолит CaA может быть использован для селективного извлечения полярных веществ (H2O, H2S1CO2 и др.).

* Angew. Chem., 67, Ki 23, 741 (1955); РЖХим, 1955, Ki 14, 85, реф. 42799; Lab. Sci., 4, № 4, 111 (1956); РЖХнм. 1957, Ki 8, 95, реф. 26289; Chem. Rund., 11, К". 7, 164 (1958); РЖХим, 1959, Ka 1, 163, реф. 1120.

ещества, применяемые для высушивания органических жидкостей

Высушивающие вещества		Можно высушивать	Нельзя высушивать
		Углеводороды; простые эфиры	Фенолы, основания н аналогичные вещества
		Сложные эфиры (для удаления последних следов спирта); хлоро-	Жирные кислоты, пиридиновые основания, кетоны,
Гидроокиси
		Трудноокисляющиеся основания
Безводные		Гидразоны; легкоокисляющйеся основания; сложные эфиры; нитрилы и т. д,
		Кислоты; сложные эфиры; фенолы
		Углеводороды и нх га-лоидпроизводцые; альдегиды и кетоны; ни-тросоедииения; простые эфиры	Спирты, фенолы; некоторые амины и амиды; некоторые жирные кислоты и сложные эфиры

этанола Винклером , имеет ряд недостатков: необходима многократная

перегонка, продукт загрязнен аммиаком, образующимся в результате

гидролиза нитрида кальция, который содержится в виде примеси в металлическом кальции.

д) Карбид кальция является эффективным осушителем, но загрязняет

спирт ацетиленом и другими продуктами. В настоящее время ни металлический кальций, ни его карбид для абсолютирования этанола не применяют.

е) Безводный сульфат медн выгоден тем, что по интенсивности его

синей окраски можно судить о качестве исходного спирта и об окончании

процесса абсолютирования . Однако в настоящее время его также

практически не применяют.

ж) Азеотропная перегонка смеси спирт - бензол, используемая для

получения абсолютного спирта в техническом масштабе, была разработана также и для лабораторных условий . Однако практически этот

метод не получил широкого распространения.

з) Хлористый колыши был использован для обезвоживания 95°о-ного

этанола в газовой фазе . Этим способом был получен 99,8%-ный этанол.

Из образующегося раствора хлористый кальций легко регенерируется.

и) Безводный сульфат кальция также был предложен для сушки этанола . Однако это относительно слабый осушитель и он непригоден

для полного обезвоживания спирта. Кроме того, прн большом содержании

воды образуется дигидрат, который трудно удалить из колбы.

Этиловый спирт часто используют в качестве растворителя прн каталитическом гидрировании различных веществ. При этом обычно присутствие небольшого количества воды не имеет значения, однако существенно удалить вещества, которые отравляют катализатор. Чистый 95%-ный этиловый спирт содержит очень мало таких веществ, и обычно достаточно перегнать его в приборе со шлифами. При этом шлифы тщательно очищают и не смазывают, а первую часть дистиллята отбрасывают. Еще более эффективна перегонка спирта над небольшим количеством никеля Ренея.

11.3. «-Пропиловый спирт

«-Пропиловый спирт (т. кип. 973) образует с водой азеотропную смесь, кипящую при 88° и содержащую 71% пропилового спирта. С водой смешивается в любых отношениях. Для его осушения используют окись кальция, а для окончательного обезвоживания -гидрид кальция. При небольшом содержании воды обезвоживание можно осуществить при помощи пропнлата натрия, приготовленного растворением металлического натрня в пропиловом спирте.

11.4. Изопропиловый спирт

Имеет т. кип. 82,4°, с водой образует азеотропную смесь с т. кип. 80°, содержащую 87,4% изопропилового спирта. С водой смешивается во всех отношениях. При большом содержании воды изопропиловый спирт предварительно подсушивают углекислым натрием или поташом и окончательно абсолютируют его хлористым кальцием . При небольшом содержании воды хорошим осушителем является окись кальция, которая снижает содержание воды до 0,1%; для окончательного обезвоживания рекомендуется перегонка над безводным сульфатом меди . Кроме того, для сушки изопропилового спирта можно использовать все методы, указанные выше для этилового спирта.

11.5. Бутиловые спирты

«-Бутиловый спирт (т. кип. 118°) с водой образует азеотропную смесь с т. кип. 93°, содержащую 58% «-бутилового спирта.

Изобутиловый спирт (т. кип. 108°) дает с водой азеотропную смесь с т. кип. 90°, содержащую 67% изобутилового спирта.

emop-Бутиловый спирт (т. кип. 99,5°) образует с водой азеотропную смесь с т. кип. 87,5°, содержащую 73% emop-бутилового спирта.

/rzpem-Бутиловый спирт (т. кип. 82,5°) образует с водой азеотропную смесь, кипящую при 80° и содержащую 88% mpem-бутилового спирта.

Первые три из перечисленных спиртов смешиваются с водой ограниченно и для их сушки в большинстве случаев достаточна фракционная перегонка. Из химических осушителей можно использовать окись кальция, окись бария, окись магния или соответствующий алкоголят натрия, получаемый растворением натрия в данном спирте.

mpem-Бутиловый спирт, напротив, смешивается с водой в любых отношениях. Это очень ценный растворитель, отличающийся значительной растворяющей способностью при большой устойчивости по отношению к окислителям, галогенам и т. д. При большом содержании воды трет-бутиловый спирт предварительно подсушивают хлористым кальцием. Небольшие количества воды удаляют при помощи окиси кальция или металлического натрия. Высокая температура затвердевания трет-бутя-лового спирта (25,7°) позволяет очищать его дробной кристаллизацией .

11.6. Высшие алифатические спирты

Для спиртов этого типа ниже приведены лишь физические константы. Основным способом их очистки служит перегонка, например с добавкой обычных осушителей (окись кальция, окись бария и т. д.).

Изоамиловый спирт (т. кип. 132е) образует с водой азеотропную смесь, кипящую при 95° и содержащую 41 % спирта.

Оптически активный амиловый спирт, т. кип. 128°.

н-Гексиловый спирт (т. кип. 157,5°) образует с водой азеотропную смесь, кипящую при 98° и содержащую 20% спирта.

2-Этилбутанол-1 (т. кип. 146°) образ

1. Каждое из четырех веществ, три из которых являются простыми веществами, а четвертое - оксидом некоторого элемента, способно взаимодействовать с тремя остальными. Предложите возможные формулы таких веществ и приведите уравнения соответствующих химических реакций.
2. Карбид кальция и вода могут стать сырьем для получения таких химических соединений как: а) этан, б) уксусная кислота, в) этилен и полиэтилен, г) винилхлорид и поливинилхлорид, д) бензол. Напишите уравнения реакций получения этих соединений, имея в своем распоряжении карбид кальция, воду и любые другие неорганические вещества.
3. Из какого вещества в результате последовательно протекающих реакций окисления, обмена и замещения можно получить, не используя другие органические вещества, 3-нитробензойную кислоту? Напишите уравнения реакций и укажите условия их протекания.
4. Для обесцвечивания одинаковых объемов бромной воды равной концентрации требуются различные количества двух изомеров. Приведите примеры двух пар таких изомеров, напишите уравнения соответствующих реакций.
5. Газообразный углеводород объемом 10 мл смешали с 70 мл кислорода. Полученную смесь подожгли. По окончании реакции и после конденсации паров воды объем газовой смеси составил 65 мл. При пропускании полученной газовой смеси через раствор гидроксида натрия, взятый в избытке, её объем уменьшился до 45 мл. Определите молекулярную формулу углеводорода, считая, что объемы газов измерены при нормальных условиях.
6. Письмо Д.И. Менделееву.
   «Милостивый государь! Разрешите мне при сем передать Вам оттиск сообщения, из которого следует, что мной обнаружен новый элемент ……. Сначала я был того мнения, что этот элемент заполняет пробел между сурьмой и висмутом в Вашей замечательно проникновенно построенной периодической системе и что этот элемент совпадает с Вашей экасурьмой, но все указывает на то, что здесь мы имеем дело с эка……. Я надеюсь вскоре сообщить Вам более подробно об этом интересном веществе; сегодня я ограничиваюсь лишь тем, что уведомляю Вас о весьма вероятном триумфе Вашего гениального исследования и свидетельствую вам свое почтение и глубокое уважение.
   Преданный ………… ………….
   Фрайберг, Саксония.
   26 февраля 1886 года.»

   Кто написал письмо Д.И. Менделееву?
   Один из немногочисленных минералов, который образует упомянутый в письме Д.И. Менделееву элемент, содержит также серу и серебро. Массовые доли серы и серебра в минерале составляют соответственно 17,06% и 76,50%. Установите формулу минерала и дайте его название. Приведите уравнение реакции сплавления минерала с содой в присутствии калийной селитры. Как можно выделить простое вещество, о котором шла речь в письме, из полученного сплава? Где оно используется?
   Какие существуют методы очистки данного простого вещества?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Опыт 1. Получение метана и опыты с ним

Оборудование и реактивы: Круглодонная пробирка, спиртовка, штатив, лапка штатива, пробка с газоотводной стеклянной и резиновой трубкой, трубка с оттянутым концом, две U-образные трубки, спички, фарфоровая ступка с пестиком, ацетат натрия, раствор брома в воде, оксид кальция, гидроксид натрия, раствор перманганата калия, активированный уголь, электроплитка, стеклянная палочка.

Ход работы: Ацетат натрия до опыта обезвоживают. Соль CH 3 COONa . 3H 2 O помещают в фарфоровую чашечку, нагревают, помешивая стеклянной палочкой. Ацетат натрия вначале растворяется в кристаллизационной воде, затем, после испарения воды, выделяется в твердом виде. После того как затвердевшая соль снова расплавится, ей дают остыть в эксикаторе и измельчают в ступке пестиком.

Оксид кальция перед использованием прокалить, охладить в эксикаторе и измельчить.

К едкому натру, предварительно измельченному в фарфоровой ступке, добавляют оксид кальция, в соотношении 2:1 по объему порошков. Полученную смесь называют натронной известью. Оксид кальция необходим для устранения гигроскопичности едкого натра.

Реакционную круглодонную пробирку на 3/4 наполняют смесью ацетата натрия с натронной известью в соотношении объемов порошков 1:3 или 1:2. Смесь тщательно перемешивается в фарфоровой ступке. Собирают прибор согласно рис. 1.

Рис. 1. Получение метана и опыты с ним.

Реакционную пробирку подсоединяют к системе из двух U-образных трубок. Правое колено второй трубки закрывают пробкой со стеклянной трубкой, имеющей оттянутый конец. Трубку заполняют активированным углем. В одну U-образную трубку наливают слабый раствор перманганата калия, в другую - бромную воду. Пробирку-реактор прогревают. Избегают чрезмерного перегрева, что приводит к побочным реакциям и получению нежелательных продуктов - ацетона, непредельных углеводородов, углекислого газа и т. д. Для улавливания этих веществ используют стеклянную трубку с активированным углем, которую подсоединяют к газоотводной трубке перед входом газов в первую U-образную трубку.

Метан, полученный в ходе реакции, проходит через растворы KMnO 4 и Br 2 , обесцвечивания растворов не наблюдается (установка герметична, если пробулькивание газов происходит синхронно в обоих растворах). По окончании опыта подносят пламя спички или лучины к отверстию трубки с оттянутым концом. Наблюдают горение метана. Записать уравнения химических реакций.

Техника безопасности: Поджигать метан после установления устойчивого синхронного пробулькивания газа в растворах, но не в первые минуты прохождения метана. Соблюдать правила нагревания, не держать спиртовку руками.

Утилизация. Раствор KMnO 4 и бромную воду использовать повторно. Продукт реакции - карбонат натрия с примесью ацетата натрия и натронной извести перенести полностью в емкость-нейтрализатор. U-образные трубки мыть под вытяжкой слабым щелочным раствором гидроксида кальция.

Опыт 2. Получение этилена и опыты с ним.

Оборудование и реактивы: Реакционная пробирка, газоотводная трубка, две U-образные трубки, стеклянная трубка с активированным углем (с оттянутым концом), спиртовка, штативы с лапками, кипятильники, хлоркальциевая трубка, этиловый спирт, серная концентрированная кислота, бромная вода, раствор перманганата калия, активированный уголь.

Ход работы: В сухую пробирку-реактор (рис. 2.) наливают заранее приготовленную и охлажденную смесь (6 мл) одной части спирта с тремя частями серной концентрированной кислоты. В пробирку помещают несколько кипятильников для равномерного кипения реакционной смеси. Пробирку закрепляют в штативе. Подсоединить пробирку-реактор к U-образным трубкам, используя резиновые шланги (см. рис. установки), в которых находятся раствор KMnO 4 и бромная вода. Правое колено второй U-образной трубки закрывают пробкой со вставленной стеклянной трубкой, имеющей оттянутый конец. Трубка заполняется предварительно активированным углем.

Так как в процессе нагревания спирта и серной кислоты кроме этилена получаются другие вещества (SO 2 , диэтиловый эфир, CO 2 и др.), некоторые из которых также могут обесцвечивать раствор KMnO 4 и бромную воду, то на пути газовой смеси из пробирки-реактора перед первой U-образной трубкой, следует

Рис. 2. Получение этилена и опыты с ним.

поместить хлоркальциевую трубку с активированным углем.

Пробирку-реактор нагреть до равномерного кипения. Наблюдать равномерное синхронное пробулькивание воздуха, а затем этилена через раствор KMnO 4 и бромную воду. Окраска растворов постепенно исчезает. После полного обесцвечивания растворов поднести пламя спички или горящей лучины к трубке с оттянутым концом и поджечь этилен. Написать уравнения реакций, объяснить наблюдаемые явления.

Техника безопасности. Поджигать этилен после полного обесцвечивания раствора KMnO 4 и бромной воды. Прибор должен быть герметичным, что определяется синхронным пробулькиванием газа через растворы KMnO 4 и бромной воды.

Утилизация. Вследствие окисления спирта в пробирке-реакторе остается обуглившаяся смесь неопределенного состава, которую полностью переносят в емкость-нейтрализатор. В раствор, оставшийся после обесцвечивания перманганата калия, добавить немного крепкого подкисленного H 2 SO 4 раствора KMnO 4 и прокипятить. Все имеющиеся органические соединения окисляются до углекислого газа и воды:

C х H у O z + KMnO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + K 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

Раствор KMnO 4 использовать многократно. Утилизацию полученного MnSO 4 (после отработки раствора) см.: VIII кл., тема "Галогены". В раствор, оставшийся после обесцвечивания бромной воды, добавить небольшую порцию железного порошка и несколько капель соляной кислоты средней концентрации:

Fe + HCI = FeCI 2 + 2H.

Через некоторое время бромпроизводные восстановятся атомарным водородом до углеводородов и бромид-ионов, к примеру, по схеме:

Полученный раствор имеет желтовато-бурый цвет бромной воды, который можно использовать для определения непредельных углеводородов и демонстрации окислительных свойств брома. Далее фильтрованием отделяют железный порошок, который промывают, сушат и используют вновь.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Опыт 1. Получение этилена дегидратацией этанола над оксидом алюминия

Описанный выше опыт получения этилена дегидратацией этанола в присутствии H 2 SO 4 (конц) приводит к образованию большого количества оксида серы (IV) и множества других токсичных соединений, опасных для окружающей среды. Оксид серы (IV) очень быстро обесцвечивает раствор KMnO 4 и бромную воду, что делает некорректным описанный опыт в целях учебной демонстрации: C 2 H 5 OH + 2H 2 SO 4 = 2C+2SO 2 + 5H 2 O, далее:

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O (принагревании)

5SO 2 +2KMnO 4 +2H 2 O = K 2 SO 4 +2MnSO 4 +2H 2 SO 4

SO 2 +Br 2 +2H 2 O = H 2 SO 4 +2HBr

Более простой и экологически чистый вариант получения этилена основан на пропускании паров спирта над нагретым твердым катализатором из оксида алюминия.

Оборудование и реактивы: Демонстрационная круглодонная пробирка, стеклянные и резиновые газоотводные трубки, две U-образные трубки, пробирки, стеклянная трубка с оттянутым концом, штатив, лапка штатива, спиртовка, лучинка, этанол, промытый и прокаленный песок, катализатор из глины в смеси с оксидом аллюминия, вода дистиллированная.

Ход работы: Готовят катализатор. Для этого накануне занятия смешивают глину с оксидом алюминия в соотношении 2:1, смачивают водой, хорошо перемешивают и выкатывают из них горошины, которые сушат на воздухе.

В демонстрационную пробирку (1) насыпают сухой песок (3-4 см. высотой) и пропитывают его спиртом. Поверх песка помещают катализатор почти до краев пробирки. Пробирку-реактор закрепляют в лапке штатива с небольшим наклоном (дно выше отверстия) и соединяют с двумя U-образными трубками (рис.3). Тщательно прогревают катализатор, затем другой спиртовкой нагревают песок, смоченный спиртом так, чтобы постоянно в емкости имелись пары спирта (не перегревать!). В данных условиях кроме этилена может получаться и бутадиен, который ставит под сомнение корректность опыта. Для поглощения бутадиена в первую U-образную трубку (2) наливают этанол. Растворимость бутадиена в спирте 15 мл на 100 мл растворителя. Весь бутадиен остается в спирте, так как газовая смесь, выходящая из первой U-образной трубки, не дает розовой окраски с раствором качественного реактива на бутадиен - хинона.

Рис. 3. Получение этилена дегидратацией этанола над твердым катализатором.

Другая U-образная трубка (3) заполняется спиртом или водой для получения раствора этилена. Растворимость этилена в воде и спирте 25,6 и 360 мл на 100 мл растворителя соответственно. Таким образом, можно получить раствор этилена в воде и спирте, которые используют для определения непредельных органических веществ.

Отросток последней U-образной трубки соединяют с газоотводной трубкой, которую помещают в пробирку (4) вначале с бромной водой, а затем с раствором перманганата калия. Наблюдают обесцвечивание растворов. Перед окончанием опыта к газоотводной трубке присоединяют стеклянную трубку с оттянутым концом. Поджигают этилен пламенем лучинки. Наблюдают горение этилена светящимся пламенем. Написать уравнения реакций.

Техника безопасности. 1. Демонстрационная пробирка-реактор прогревается равномерно во избежание растрескивания и возгорания газообразных веществ, образующихся в пробирке. 2. Подставить противень с песком под нагреваемую пробирку. 3. Установка должна быть герметичной.

Утилизация. Раствор бутадиена и этилена в спирте использовать в спиртовках, а также для демонстрации их непредельного характера Обесцвеченный раствор KMnO 4 и бромную воду утилизировать согласно прописям в предыдущем опыте.

Опыт 2. Получение ацетилена и опыты с ним

Оборудование и реактивы: Демонстрационная пробирка Вюрца, газоотводные стеклянные и резиновые трубки, две U-образные трубки, трубка с оттянутым концом, заполненная активированным углем, штативы, лапки штатива, шприц, игла шприца, резиновые пробки, пинцет, лучинка, спички, карбид кальция, насыщенный раствор хлорида натрия, раствор KMnO 4 , бромная вода.

Ход работы: Осторожно поместить в пробирку Вюрца (4) несколько кусочков карбида кальция. Отверстие пробирки закрывают пробкой (5). Далее соединяют пробирку-реактор с U-образными трубками согласно рис. 4.

Работу выполняют на демонстрационном столе, так как побочные продукты реакции технического карбида кальция с водой полностью поглощаются адсорбентом – активированным углем. Важно обеспечить герметичность установки, что достигается плотным прилеганием пробок и резиновых трубок к стеклянным пробиркам и стеклянным трубкам.

Рис. 4. Получение ацетилена и опыты с ним.

Правое колено второй U-образной трубки закрывают пробкой со стеклянной трубкой, заполненной активированным углем. В U-образные трубки наливают разбавленный раствор KMnO 4 и бромную воду. Длинной иглой шприца прокалывают резиновый шланг, соединяющий реактор с первой U-образной трубкой, и медленно вводят насыщенный раствор хлорида натрия в пробирку-реактор с карбидом кальция, регулируя количеством прилитого раствора интенсивность выделения ацетилена.

Наблюдают обесцвечивание растворов KMnO 4 и бромной воды. После обесцвечивания растворов подносят пламя лучинки к трубке с активированным углем, наблюдают коптящее пламя горящего ацетилена. Написать уравнения химических процессов и объяснить наблюдаемые явления.

Техника безопасности. Не брать руками кусочки карбида кальция. Добавлять водный раствор хлорида натрия к карбиду кальция малыми порциями. Израсходовать весь карбид кальция. Проверить герметичность установки: должно быть синхронное пробулькивание пузырьков газа через оба раствора в U-образных трубках.

Утилизация. В пробирку-реактор заливаем из шприца крепкий раствор KMnO 4 и перемешиваем содержимое. Ацетилен и другие продукты гидролиза (H 2 S, PH 3 и др.) окисляются, воздух остается чистым. Через некоторое время пробирку открываем, полученную суспензию сложного состава сливаем в емкость-нейтрализатор со щелочным раствором.

Утилизацию обесцвеченного раствора KMnO 4 и бромной воды проводить согласно прописям в опыте № 2.