ГДЗ по Химии 10 Класс Параграф 8 Вопрос 2 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
а) CH₄ → HC≡CH → CH₂=CHCl → (-CH₂-CHCl-)ₙ
б) CH₄ → CH₃Cl → CH₃OH → CO₂
в) CH₄ → CO → CₙH₂ₙ₊₂

а) Цепочка получения поливинилхлорида (ПВХ):

1. 2CH₄ —(1500°C)→ HC≡CH + 3H₂
(Пиролиз метана до ацетилена)

2. HC≡CH + HCl → H₂C=CHCl
(Гидрохлорирование ацетилена с получением винилхлорида)

3. n H₂C=CH-Cl —(кат.)→ (—CH₂—CH(Cl)—)ₙ
(Полимеризация винилхлорида в ПВХ)

б) Реакции хлорирования, окисления и горения:

1. CH₄ + Cl₂ —(hν)→ CH₃Cl + HCl
(Галогенирование метана на свету)

2. CH₃Cl + NaOH(водн. р-р) → CH₃OH + NaCl
(Замена функциональной группы)

3. 2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O
(Полное сгорание метанола)

в) Получение синтез-газа и синтез Фишера-Тропша:

1. CH₄ + H₂O —(t)→ CO + 3H₂
(Конверсия метана с водяным паром)

2. nCO + (2n+1)H₂ —(кат.)→ CₙH₂ₙ₊₂ + nH₂O
(Получение синтетических алканов из синтез-газа)

Составление уравнений химических превращений напоминает сборку сложного конструктора: мы анализируем структуру исходной молекулы и подбираем такие условия (температуру, реагенты, катализаторы), которые позволят изменить её «скелет» или добавить нужные функциональные группы. В случае с метаном (CH₄) главная задача — заставить его химически инертную молекулу вступить в реакцию.

Цепочка а: Путь к полимерам (ПВХ)

Здесь мы превращаем газ метан в твердый пластик. Логика процесса заключается в постепенном усложнении связей между атомами углерода.

1. Шаг: CH₄ → HC≡CH (Создание кратной связи)

Метан — это алкан с одинарными связями. Чтобы получить ацетилен (алкин с тройной связью), нужно провести пиролиз. При температуре 1500°C две молекулы метана «сшиваются», отщепляя лишний водород.

Уравнение: 2CH₄ —(1500°C)→ HC≡CH + 3H₂

2. Шаг: HC≡CH → CH₂=CHCl (Присоединение хлора)

Теперь нам нужно превратить ацетилен в винилхлорид. Для этого мы используем реакцию присоединения хлороводорода (HCl). Тройная связь разрывается до двойной, и атомы H и Cl встают к разным углеродам.

Уравнение: HC≡CH + HCl → CH₂=CHCl

3. Шаг: CH₂=CHCl → (—CH₂—CHCl—)ₙ (Полимеризация)

Последний этап — превращение отдельных молекул (мономеров) в длинную цепь. Под действием катализатора двойная связь в винилхлориде раскрывается, и молекулы «берутся за руки».

Уравнение: n CH₂=CHCl —(кат.)→ (—CH₂—CHCl—)ₙ

Цепочка б: Замещение и окисление

В этой цепочке мы учимся заменять атомы водорода на другие группы и доводить вещество до полного распада (горения).

1. Шаг: CH₄ → CH₃Cl (Галогенирование)

Метан не реагирует с хлором просто так. Нужен свет (кванты hν), который запустит радикальный процесс: один атом водорода уходит, а его место занимает хлор.

Уравнение: CH₄ + Cl₂ —(hν)→ CH₃Cl + HCl

2. Шаг: CH₃Cl → CH₃OH (Замена функциональной группы)

Чтобы превратить хлорметан в спирт (метанол), нужно заменить атом Cl на группу —OH. Это делается с помощью водного раствора щелочи.

Уравнение: CH₃Cl + NaOH(водн. р-р) → CH₃OH + NaCl

3. Шаг: CH₃OH → CO₂ (Полное окисление)

Любой спирт — это отличное топливо. При избытке кислорода и поджигании метанол полностью сгорает, превращаясь в углекислый газ и воду.

Уравнение: 2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O

Цепочка в: Промышленный синтез углеводородов

Эта цепочка описывает процесс превращения газа в синтетическое жидкое топливо.

1. Шаг: CH₄ → CO (Получение синтез-газа)

Сначала мы разрушаем метан с помощью водяного пара (паровая конверсия). Получается смесь угарного газа и водорода — стратегическое сырье для химии.

Уравнение: CH₄ + H₂O —(t, кат.)→ CO + 3H₂

2. Шаг: CO → CₙH₂ₙ₊₂ (Синтез Фишера-Тропша)

Это «магия» нефтехимии: из смеси газов на специальных катализаторах (железо или кобальт) собираются длинные цепочки алканов. Число «n» может быть разным — так получают искусственный бензин или парафин.

Уравнение: nCO + (2n+1)H₂ —(кат.)→ CₙH₂ₙ₊₂ + nH₂O

При составлении таких уравнений всегда важно следить за балансом атомов (коэффициентами) и помнить, что метан — это «стартовая площадка» для получения практически любого органического вещества.