Получение веществ егэ химия

Основные способы получения (в лаборатории) конкретных веществ, относящихся к изученным классам неорганических соединений.

Лабораторные способы получения веществ отличаются от промышленных:

Лабораторные способы получения веществ	Промышленные способы получения веществ
Реагенты могут быть редкими и дорогими	Реагенты распространенные в природе и дешевые
Условия реакции мягкие, без высоких давлений и сильного нагревания	Условия реакции могут быть довольно жесткими, допустимы высокие давления и температуры
Как правило, реагенты —  жидкости или твердые вещества	Реагенты — газы или жидкости, реже твердые вещества

Получение углекислого газа в лаборатории

Углекислый газ CO₂ в лаборатории получают при помощи аппарата Киппа при взаимодействии соляной кислоты с мелом или мрамором:

2HCl + CaCO₃ → CaCl₂ + H₂O + CO₂

Получение угарного газа в лаборатории

В лаборатории угарный газ проще всего получить, действуя концентрированной серной кислотой на муравьиную кислоту:

HCOOH → H₂O + CO

Получение сероводорода в лаборатории

Сероводород в лаборатории легко получить действием разбавленной серной кислоты на сульфиды металлов, например, сульфид железа (II):

FeS + H₂SO₄→ FeSO₄ + H₂S

Эта реакция также проводится в аппарате Киппа.

Получение аммиака в лаборатории

Аммиак в лаборатории получают при нагревании смеси солей аммония с щелочами.

Например, при нагревании смеси хлорида аммония с гашеной известью:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂→ CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O

Эти вещества тщательно перемешивают, помещают в колбу и нагревают.

Получение азотной кислоты в лаборатории

Азотную кислоту в лаборатории получают действием концентрированной серной кислоты на кристаллический нитрат натрия и калия при небольшом нагревании:

H₂SO_4(конц.) + NaNO₃→ NaHSO₄ + HNO₃↑

При этом менее летучая кислота вытесняет более летучую кислоту из соли.

При более сильном нагревании образуется сульфат натрия, но и образующаяся азотная кислота разлагается.

Получение ортофосфорной кислоты в лаборатории

При взаимодействии ортофосфата кальция с серной кислотой при нагревании образуется ортофосфорная кислота:

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄→ 3CaSO₄ + 2H₃PO₄

Получение кремния в лаборатории

В лаборатории кремний получают при взаимодействии смеси чистого песка с порошком магния:

2Mg + SiO₂→ 3MgO + Si

Получение кислорода в лаборатории

Кислорода в лаборатории можно получить при разложении целого ряда неорганических веществ.

Чаще всего в лаборатории кислород получают разложением перманганата калия:

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Выделяющийся кислород можно собрать вытеснением воздуха:

Также кислород можно собирать методом вытеснения воды:

Обнаружить кислород можно очень просто: тлеющая лучинка вспыхивает в атмосфере кислорода.

Кислород можно получить также разложением пероксида водорода:

2H₂О₂  →  2H₂O + O₂

Реакция катализируется оксидом марганца (IV) MnO₂.

Разложение бертолетовой соли KClO₃ — еще один способ получения кислорода в лаборатории:

2KClO₃  →  2KCl + 3O₂

Реакция также протекает в присутствии катализатора, оксида марганца (IV) MnO₂.

Получение водорода в лаборатории

Водород в лаборатории можно получить различными методами.

Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород:

2H₂О  →  2H₂ + O₂

При взаимодействии минеральных кислот (не сильных окислителей) с активными металлами и металлами средней активности также образуется водород.

Например, соляная кислота реагирует с цинком с образованием водорода:

Zn + 2HCl  →  ZnCl₂ + H₂

Собирать водород можно методом вытеснения воздуха, так как водород — гораздо более легкий газ, чем воздух.

Также для собирания водорода подходит метод вытеснения воды, так как водород плохо растворим в воде:

Водород выделяется также при взаимодействии активных металлов (расположенных в ряду активности до магния) с водой.

Например, натрий активно реагирует с водой с образованием водорода:

2Na + 2H₂O  →  2NaOH + H₂

Получение хлора в лаборатории

Стр. 162в лаборатории можно получить различными методами.

Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород:

2H₂О  →  2H₂ + O₂

При взаимодействии минеральных кислот (не сильных окислителей) с активными металлами и металлами средней активности также образуется водород.

Получение хлороводорода в лаборатории

Стр. 162в лаборатории можно получить различными методами.

Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород:

Задание №1:

Установите соответствие между аппаратом, который используется в химическом производстве, и процессом, происходящем в этом аппарате.

АППАРАТ:
А) печь кипящего слоя
Б) колонна синтеза
В) поглотительная башня

ПРОЦЕСС:
1) взаимодействие водорода и азота
2) окисление оксида азота(IV)
3) получение олеума
4) получение оксида серы(IV)

Задание №2:

Установите соответствие между осуществляемым в промышленности процессом и оборудованием, которое используется при получении серной кислоты.

ПРОЦЕСС:
А) получение сернистого газа
Б) получение олеума
В) получение оксида серы(VI)

ОБОРУДОВАНИЕ:
1) окислительная башня
2) печь «кипящего слоя»
3) контактный аппарат
4) поглотительная башня

Решение:
Получение сернистого газа сопровождается обжигом пирита(FeS) в печи «кипящего слоя», ответ 2.
Получение олеума происходит путем растворения оксида серы(SO₃) в серной кислоте, сам процесс осуществляется в поглотительной башне, ответ 4.
Оксид серы(VI) получают в контактном аппарате с помощью каталитического окисления SO₂, ответ 3.

Задание №3:

Установите соответствие между веществом и основной областью его применения.

ВЕЩЕСТВО:
А) стирол
Б) этиленгликоль
В) синтез-газ

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) получение полиэфиров
2) производство маргарина
3) производство метанола
4) получение пластмасс

Решение:
Стирол(винилбензол) — это гомолог бензола, имеет формулу C₆H₅ꟷCH=CH₂, за счет наличия кратной связи способен к реакциям полимеризации, в частности, в производстве пластмасс, ответ 4.
Этиленгликоль(1,2-этандиол) — это двухатомный спирт, который используется при получении полиэфиров, так как имеет две OH группы, которые потенциально могут вступать в реакцию поликонденсации с образованием полиэтилентерефталата (наши «любимые» пластиковые бутылки), ответ 1.
Синтез-газ(CO + H₂) — довольно известная смесь угарного газа и водорода, используется при промышленном способе получения метилового спирта(метанола), ответ 3.

Задание №4:

Установите соответствие между веществом и способом его попадания в окружающую среду.

ВЕЩЕСТВО:
А) углекислый газ
Б) оксиды азота
В) гексахлоран

СПОСОБ ПОПАДАНИЯ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ:
1) сгорание углеводородного топлива
2) борьба с насекомыми
3) протравливание семян
4) сточные воды

Решение:
Углекислый газ и оксиды азота попадают в окружающую среду путем сгорания углеводородного топлива, А и Б ответ 1.
Гексахлоран используется в качестве инсектицида, ответ 2.

Задание №5:

Установите соответствие между названием процесса переработки нефти и его результатом.

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА:
А) риформинг
Б) перегонка нефти
В) крекинг

РЕЗУЛЬТАТ:
1) разделение нефти на фракции
2) получение смазочных масел
3) увеличение количества легкокипящих фракций
4) получение ароматических углеводородов

Решение:
Риформинг — это процесс переработки алифатических углеводородов в ароматические(например, бензол), здесь подходит вариант 4.
Перегонка нефти приводит к разделению ее на фракции(лигроин, мазут, бензин), ответ 1.
Крекинг — это процесс высокотемпературного расщепления нефти с получением низкомолекулярных органических соединений, ответ 3.

Задание №6:

Установите соответствие между металлом и веществом, которое используется для получения этого металла в промышленности, или способом промышленного получения.

МЕТАЛЛ:
А) железо
Б) алюминий
В) натрий

ВЕЩЕСТВО /СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ:
1) красный железняк
2) электролиз раствора оксида в криолите
3) электролиз раствора поваренной соли
4) электролиз расплава поваренной соли

Решение:
Железо — в промышленности его получают из красного железняка, или гематита, который имеет формулу Fe₂O₃, ответ 1.
Алюминий можно получить электролизом Al₂O₃ в расплаве криолита, ответ 2.

Криолит, или гексафторалюминат натрия(Na₃AlF₆) — это необычный, редкий минерал, впервые обнаружен в Гренландии(отсюда название(криос — холод, литос — камень)), плавится при температуре 1012 С,
может растворять оксиды алюминия, что позволяет легко извлекать алюминий электролизом.

Натрий — для него здесь указано два возможных пункта, 3 и 4, однако, чистый Na можно получить только в РАСПЛАВЕ поваренной соли(NaCl), ответ 4.

Задание №7:

Установите соответствие между смесью веществ и способом разделения данной смеси.

СМЕСЬ ВЕЩЕСТВ:
А) вода и этиловый спирт
Б) вода и глина
В) вода и поташ

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ:
1) фильтрование
2) выпаривание
3) использование делительной воронки
4) перегонка

Решение:
Первая смесь — вода и этиловый спирт, она может быть разделена перегонкой, ответ 4.
Следующая смесь — вода и глина, здесь нужно использовать фильтрование, ответ 1.
Последний ряд веществ — вода и поташ; поташ имеет формулу K₂CO₃, как и все соли калия, она растворима, и отделить ее от воды можно путем выпаривания, ответ 2.

Задание №8:

Установите соответствие между веществом и областью его применения.

ВЕЩЕСТВО:
А) изопропилбензол
Б) этанол
В) триолеин

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) получение полиэфиров
2) получение ацетона
3) производство маргарина
4) получение дивинила

Решение:
Первое вещество — изопропилбензол, или кумол, оно используется для получения ацетона, ответ 2.
Второе соединение — этанол, который имеет важное значение для получения дивинила, или бутадиена-1,3(это реакция Лебедева, проведенная в 1926 году, давшая начало производству синтетического каучука), ответ 4.
Последнее вещество в списке — триолеин, составной частью этого химического соединения является «олеин», что означает принадлежность к жирам, а соответственно, к получению маргарина, ответ 3.

Задание №9:

Установите соответствие между веществом и основной областью его применения.

ВЕЩЕСТВО:
А) криолит
Б) пирит
В) метилметакрилат

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) производство антифриза
2) получение алюминия
3) производство серной кислоты
4) получение органического стекла

Решение:
Криолит(Na₃AlF₆) используется при получении чистого алюминия путем электролиза, ответ 2.
Пирит(FeS₂) является начальной составной частью производства серной кислоты, ответ 3.
Метилметакрилат(метил-2-метилпроп-2-еноат) — это сложное органическое соединение, из которого получают органическое стекло, ответ 4.

Задание №10:

Установите соответствие между веществом и областью его применения.

ВЕЩЕСТВО:
А) глицерин
Б) формальдегид
В) глюкоза

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) получение полиэфиров
2) получение взрывчатых веществ
3) хранение биологических препаратов
4) источник энергии в организме

Решение:
Глицерин, или 1,2,3 — пропантриол, это трехатомный спирт, который используется для получения нитроглицерина, являющегося составной частью взрывчатых веществ, ответ 2.
Формальдегид, или муравьиный альдегид, хорошо знаком биологам для сохранения биологических объектов в течение длительного времени, ответ 3.
Глюкоза(C₆H₁₂O₆) — это моносахарид, который является источником АТФ(энергия) в организме живых существ, ответ 4.

Задание №11:

Установите соответствие между происхождением полимера и его названием.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОЛИМЕРА:
А) природный органический
Б) синтетический органический
В) искусственный органический

Название полимера:
1) сахароза
2) пенька
3) полиэфир
4) вискоза

Решение:
Природный органический полимер — из данного списка нам подходит пенька(грубое лубяное конопляное волокно), ответ 2.
Синтетический органический полимер из указанных веществ — полиэфир, ответ 3.
Искусственным органическим полимером является вискоза, ответ 4.

На сегодня все!

Получение одноатомных cпиртов

Гидратация алкенов

В присутствии сильных минеральных кислот, алкены вступают в реакцию гидратации с образованием спиртов:

В случае несимметричных алкенов присоединение происходит в соответствии с правилом Марковникова – атом водорода молекулы воды присоединяется к более гидрированному атому углерода, а гидрокси-группа к менее гидрированному при двойной связи:

Гидрирование (восстановление) альдегидов и кетонов

Гидрирование альдегидов на металлических катализаторах (Pt, Pd или Ni) при нагревании приводит к образованию первичных спиртов:

В аналогичных условиях из кетонов получаются вторичные спирты:

Гидролиз сложных эфиров

При действии на сложные эфиры сильных минеральных кислот они подвергаются гидролизу с образованием спирта и карбоновой кислоты:

Гидролиз сложных эфиров в присутствии щелочей называют омылением. Данный процесс является необратимым и приводит к образованию спирта и соли карбоновой кислоты:

Данный процесс протекает по действием на моногалогенпроизводные углеводородов водного раствора щелочи:

Другие способы получения отдельных представителей одноатомных спиртов

Спиртовое брожение глюкозы

В присутствии некоторых дрожжей, точнее под действием вырабатываемых ими ферментов, возможно образование этилового спирта из глюкозы. При этом в качестве побочного продукта образуется также углекислый газ:

Получение метанола из синтез-газа

Синтез-газом называют смесь угарного газа и водорода. Действием на данную смесь катализаторов, нагрева и повышенных давлений в промышленности получают метанол:

Получение многоатомных спиртов

Реакция Вагнера (мягкое окисление алкенов)

При действии на алкены нейтрального раствора перманганата калия на холоду (0^oC) образуются вицинальные двухатомные спирты (диолы):

Схема, представленная выше, не является полноценным уравнением реакции. В таком виде ее проще запомнить, для того чтобы суметь ответить на отдельные вопросы тестовые вопросы ЕГЭ. Однако, если данная реакция попадется в заданиях высокой сложности, то ее уравнение обязательно нужно записывать в полном виде:

Хлорирование алкенов с последующим гидролизом

Данный метод является двустадийным и заключается в том, что на первой стадии алкен вступает в реакцию присоединения с галогеном (хлором или бромом). Например:

А на второй, полученный дигалогеналкан подвергается обработке водным раствором щелочи:

Получение глицерина

Основным промышленным способом получения глицерина является щелочной гидролиз жиров (омыление жиров):

Получение фенола

Трехстадийный метод через хлорбензол

Данный метод является трехстадийным. На первой стадии осуществляют бромирование или хлорирование бензола в присутствии катализаторов. В зависимости от используемого галогена (Br₂ или Cl₂) в качестве катализатора используется соответствующий галогенид алюминия или железа (III)

На второй стадии полученное выше галогенпроизводное обрабатывается водным раствором щелочи:

На третьем этапе фенолят натрия обрабатывается сильной минеральной кислотой. Фенол вытесняется поскольку является слабой кислотой, т.е. малодиссоциирующим веществом:

Окисление кумола

Получение альдегидов и кетонов

Дегидрирование спиртов

При дегидрировании первичных и вторичных спиртов на медном катализаторе при нагревании получаются альдегиды и кетоны соответственно

Окисление спиртов

При неполном окислении первичных спиртов получаются альдегиды, а вторичных – кетоны. В общем виде схемы такого окисления можно записать как:

и

Как можно заметить неполное окисление первичных и вторичных спиртов приводит к тем же продуктам, что и дегидрирование этих же спиртов.

В качестве окислителей можно использовать оксид меди при нагревании:

Или другие более сильные окислители, например раствор перманганата калия в кислой, нейтральной, или щелочной среде.

Гидратация алкинов

В присутствии солей ртути (часто вместе с сильными кислотами) алкины вступают в реакцию гидратации. В случае этина (ацетилена) образуется альдегид, в случае любого другого алкина — кетон:

Пиролиз солей карбоновых кислот двухвалентных металлов

При нагревании солей карбоновых кислот двухвалентных металлов, например, щелочно-земельных, образуется кетон и карбонат соответствующего металла:

Гидролиз геминальных дигалогенпроизводных

Щелочной гидролиз геминальных дигалогенпроизводных различных углеводородов приводит к альдегидам если атомы хлора были прикреплены к крайнему атому углерода и к кетонам,если не к крайнему:

Каталитическое окисление алкенов

Каталитическим окислением этилена получают ацетальдегид:

Получение карбоновых кислот

Каталитическое окисление алканов

Окисление алкенов и алкинов

Для этого чаще всего используют подкисленный раствор перманганата или дихромата калия. При этом происходит разрыв кратной углерод-углеродной связи:

Окисление альдегидов и первичных спиртов

В этом способе получения карбоновых кислот также наиболее распространенные используемые окислители это подкисленный раствор перманганата или дихромата калия:

С помощью гидролиза тригалогензамещенных углеводородов

На первой стадии тригалогеналкан подвергается обработке водным раствором щелочи. При этом образуется соль карбоновой кислоты:

На второй стадии следует обработка соли карбоновой кислоты сильной минеральной кислотой. Т.к. карбоновые кислоты являются слабыми они легко вытесняются сильными кислотами:

Гидролиз сложных эфиров

Из солей карбоновых кислот

Данная реакция уже была рассмотрена при получении карбоновых кислот посредством гидролиза тригалогенпроизодных (см. выше). Заключается в том, что карбоновые кислоты, являясь слабыми, легко вытесняются сильными неорганическими кислотами:

Специфические методы получения кислот

Получение муравьиной кислоты из угарного газа

Данный метод является промышленным и заключается в том, что на первой стадии угарный газ под давлением при высоких температурах реагирует с безводной щелочью:

а на второй полученный формиат обрабатывают сильной неорганической кислотой:

2HCOONa + H₂SO₄ > 2HCOOH + Na₂SO₄

Получение высших карбоновых кислот гидролизом жиров

Данный метод является основным для получения высших карбоновых кислот:

Получение бензойной кислоты окислением гомологов бензола

Автор: С.И. Широкопояс https://scienceforyou.ru/

Задание 26. Общие
представления о промышленных способах получения важнейших веществ

ПОНЯТИЕ О МЕТАЛЛУРГИИ: ОБЩИЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ.

Металлургия
— это комплексная отрасль промышленности, которая занимается производством
металлов.

Поскольку
большинство металлов в природе существует в виде различных соединений, то
химическая суть металлургических процессов заключается в восстановлении
металлов:

Me⁺ⁿ +
nē → Me⁰

В
зависимости от того, какой используется восстановитель и каковы условия, при
которых проводят процессы восстановления различают пиро-, гидро-, электро- и
биометаллургию.

Пирометаллургия (от греч. огонь и
металлургия) представляет собой все химические способы восстановления металлов
из руд, осуществляемые с применением  высоких температур.

В
качестве восстановителей в пирометаллургии используют уголь (кокс), оксид
углерода (II), водород, активные металлы, кремний.

Оксидные
руды чаще всего восстанавливают коксом или оксидом углерода  (II)  — этот
процесс носит название карботермия:

Для
извлечения металлов пирометаллургическим способом из сульфидных руд их сначала
подвергают предварительному отжигу:

А
затем, полученный оксид восстанавливают коксом:

Тугоплавкие
металлы, например, молибден и вольфрам, восстанавливают водородом:

Если
восстановителями химически активные металлы, то этот пирометаллургический
способ называют металлотермия. В зависимости от природы
металла-восстановителя различают алюминотермию, или алюмотермию, —
восстановление алюминием и магнийтермию — восстановление магнием. Способ
металлотермии позволяет восстанавливать металлы не только из оксидов, но и с
галогенидов:

Известен
способ восстановления металлов кремнием, называемый силикотермией

Гидрометаллургия представляет
собой метод получения металлов, заклющийся в преобразовании природных
соединений металлов в растворимую форму с последующим восстановлением металла
из раствора. О возможности применения гидрометаллургических процессов для
извлечения металлов еще в 1763 г.. Говорил М. В. Ломоносов.
Гидрометаллургического способами добывают благородные (золото, серебро,
платину), цветные (медь, никель, цинк, кобальт), редкие (цирконий, гафний,
тантал) и другие металлы:

NiSO₄ +
Zn = Ni + ZnSO₄

К
преимуществам данного способа относится возможность его использования для
получения металлов при их малом содержании в руде,  которую невозможно
перерабатывать обычными способами; снижение во многих случаях загрязнения
окружающей среды, например, при обжиге сульфидных руд.

Электрометаллургия — это способ
получения металлов с применением электрического тока —  электролиза.
Электролизом расплавов получают самые активные металлы (от лития до марганца в
ряду активности), электролизом водных растворов — менее активные (Zn, Cu, Ni,
Cr и т.д.).

Биометалургия основана на
биохимических процессах, протекающих при использовании микроорганизмов.
Известно, что микроорганизмы типа литотрофы (с лат. – «поедающие камни») могут
преобразовывать нерастворимые сульфиды металлов в растворимые сульфаты. Сейчас
с применением микроорганизмов добывают медь (в США данный метод достигает 10%
от общего ее  производства), уран, рений, серебро, никель, свинец, а также
некоторые редкие металлы.

ОБЩИЕ
НАУЧНЫЕ ПРИНЦИПЫ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА (НА ПРИМЕРЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПОЛУЧЕНИЯ
АММИАКА, СЕРНОЙ КИСЛОТЫ, МЕТАНОЛА).

Производство
аммиака

Промышленный
синтез аммиака основан на прямом взаимодействии простых веществ — азота N2 и
водорода H₂. Азот, используемый при производстве аммиака, получают
фракционной перегонкой жидкого воздуха, а водород – паровой конверсией угля или
природного газа:

Рассмотрим
уравнение взаимодействия азота с водородом:

Данная
реакция является каталитической, т.е. ее скорость многократно возрастает в
присутствии катализатора. В качестве катализатора синтеза аммиака из
азот-водородной смеси используют катализатор на основе пористого железа.

Поскольку
реакция взаимодействия азота с водородом является экзотермической, то для
смещения равновесия в сторону образования аммиака процесс целесообразно
проводить при низких температурах. Однако без нагревания скорость реакции
взаимодействия азота с водородом ничтожно мала, поэтому для синтеза аммиака при
выборе температурных условий приходится ориентироваться на «золотую середину».
Такой «золотой серединой» является температура около 400-500 ^оС.

Негативным
следствием использования высокой температуры является то, что равновесие
реакции сильно смещается в сторону обратной реакции – разложения аммиака, вследствие
чего падает его выход.

Согласно уравнению взаимодействия азота и
водорода, при протекании реакции суммарное количество газообразных веществ
уменьшается, ведь при взаимодействии 3 моль водорода и 1 моль азота (всего 4
моль) взамен образуется только 2 моль аммиака. Поэтому, исходя из принципа Ле
Шателье, негативные эффекты, связанные с разложением аммиака, можно снизить,
осуществляя процесс под высоким давлением. Давление азот-водородной смеси
в колонне синтеза создается
с помощью турбокомпрессора и составляет около 300 атм. Тем
не менее, даже несмотря на использование колоссального давления, степень
превращения азот-водородной смеси «за один заход» не превышает 20 %. Дальнейшее
повышение давления по ряду причин невозможно, поэтому проблема низкого выхода
решается довольно простым способом. Образовавшийся аммиак отделяется в
сепараторе от непрореагировавшей азот-водородной смеси, а оставшаяся смесь
направляется с помощьюциркуляционного компрессора обратно в колонну
синтеза вместе с новой порцией сырья. Такой прием носит
название принципа циркуляции. Благодаря принципу
циркуляции степень превращения азот-водородной смеси в аммиак удается
повысить до 95%.

Производство серной кислоты

В
качестве серосодержащего сырья для производства серной кислоты могут быть
использованы сера или сероводород (побочные продукты нефтепереработки), минерал
пирит FeS₂, а также сульфиды некоторых других d-элементов. Никакие
другие виды сырья не используются.

В
настоящий момент основным сырьем для производства серной кислоты являются
сероводород и сера, поскольку они в огромных количествах образуются в качестве
побочных продуктов нефтепереработки.

Однако
же в школьной программе пока еще по-прежнему считается, что серная кислота
производится преимущественно из пирита, в связи с чем и мы будем рассматривать
основные стадии производства серной кислоты именно этого же сырья.

Первая стадия

Заключается
в сжигании предварительно измельченного пирита в токе обогащенного кислородом
воздуха. Процесс протекает в соответствии с уравнением:

Обжиг осуществляют при температуре около
800 ^оС в печи для обжига.
В процессе обжига используют так называемый метод
кипящего слоя – частицы измельченного пирита подаются в
печь сверху, а воздух — снизу. В результате этого раскаленные частицы пирита
оказываются подвешенными в токе воздуха, внешне напоминая кипящую жидкость.

После
обжига пирита полученный печной газ, содержащий диоксид серы, отделяется от
твердых примесей огарка (Fe₂O₃) с помощью циклона. Циклономназывают
аппарат, в котором происходит грубая очистка печных газов за счет центробежной
силы от наиболее крупных твердых частиц. Далее после грубой очистки смесь газов
проходит более глубокую очистку уже от оставшихся мелких твердых частиц с
помощью электрофильтра.
Принцип действия электрофильтраоснован
на том, что к наэлектризованным металлическим пластинам прилипает пыль, которая
после скопления ссыпается с них под собственным весом в приемник.

После
очистки от твердых примесей печной газ направляется в нижнюю часть так
называемой сушильной башни, в
верхнюю часть которой впрыскивается концентрированная серная кислота на встречу
газу. При таком варианте осуществления фактически сталкиваются два потока —
смеси газов, идущей снизу, и струи жидкой концентрированной серной кислоты,
текущей сверху. Очевидно, что в результате этого достигается максимальная
степень «смешения» газа с осушающей жидкостью. Данный прием носит
название принципа противотока

Вторая стадия

После
очистки от твердых примесей и осушки концентрированной серной кислотой газы
поступают в контактный аппарат. В контактном аппарате расположены полки с
катализатором V2O5, который катализирует взаимодействие диоксида серы с
кислородом в соответствии с уравнением:

Аналогично реакции взаимодействия азота с
водородом, рассмотренной выше, данная реакция также является каталитической,
экзотермической и протекает с уменьшением количества газообразных веществ.
Поэтому с точки зрения принципа Ле Шателье ее следовало бы проводить при низких
температурах. Однако при низких температурах скорость реакции крайне низка, и
ее осуществляют при оптимальной температуре около 400-500 ^оС.
Смещения равновесия реакции в сторону разложения SO₃ при
повышении температуры удается практически полностью избежать, проводя реакцию
при повышенном давлении.

Третья стадия (заключительная)

После
второй стадии образовавшийся триоксид серы поступает в часть установки,
называемую поглотительной
башней.

Из названия данного аппарата логичным было бы предположить, что
триоксид серы в нем поглощается в этой части установки водой, ведь триоксид
серы, взаимодействуя с водой, образует серную кислоту. Однако в реальности
серный ангидрид SO₃ поглощают не
водой (!!!), а концентрированной серной кислотой. Связано это с тем,
что при смешении серного ангидрида с водой выделяется колоссальное количество
теплоты, в результате чего сильно возрастают температура, давление и образуются
мельчайшие капли трудноуловимого сернокислотного тумана.

В
результате поглощения SO₃ концентрированной серной кислотой
фактически образуется раствор SO₃ в безводной серной кислоте,
который называют олеумом.
Далее образующийся олеум собирается в металлические емкости и отправляется на
склад. Серную кислоту необходимой концентрации получают, добавляя к олеуму воду
в нужной пропорции. В результате добавления воды избыток SO₃ превращается
в серную кислоту.

Производство метанола

Производство
метанола основано на реакции взаимодействия угарного газа CO с водородом H₂,
которая протекает в соответствии с уравнением:

Технологическая
цепочка производства метанола практически идентична таковой для получения
аммиака. Это обусловлено определенным сходством реакций. Так, например, реакции
образования аммиака и метанола являются экзотермическими, обратимыми,
каталитическими и протекают с уменьшением объема газообразных веществ.

В
синтезе метанола из угарного газа и водорода используются все те же приемы, что
и в синтезе аммиака из азот-водородной смеси, в частности:

1)
наличие катализатора в колонне синтеза;

2)
принцип теплообмена;

3)
использование высокого давления для повышения выхода продукта;

4)
использование высокой температуры для увеличения скорости реакции;

5)
принцип циркуляции.

ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ, ИХ ПЕРЕРАБОТКА.

Природный источник углеводородов	Его основные характеристики
Нефть	Многокомпонентная смесь, состоящая преимущественно из углеводородов. Углеводороды представлены в основном алканами, циклоалканами и аренами.
Попутный нефтяной газ	Смесь, состоящая практически только из алканов с длинной углеродной цепью от 1 до 6-ти углеродных атомов, образуется попутно при добыче нефти, отсюда и происхождение названия. Имеет место такая тенденция: чем меньше молекулярная масса алкана, тем его процентное содержание в попутном нефтяном газе выше.
Природный газ	Смесь, состоящая преимущественно из низкомолекулярных алканов. Основной компонент природного газа — метан. Его процентное содержание в зависимости от месторождения газа может быть от 75 до 99%. На втором месте по концентрации с большим отрывом — этан, еще меньше содержится пропана и т.д. Принципиальное отличие природного газа от попутного нефтяного заключается в том, что в попутном нефтяном газе намного выше доля пропана и  изомерных бутанов.
Каменный уголь	Многокомпонентная смесь различных соединений углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Также в состав каменного угля входит значительное количество неорганических веществ, доля которых существенно выше, чем в нефти.

Переработка нефти

Нефть представляет собой многокомпонентную
смесь различных веществ преимущественно углеводородов. Данные компоненты
 отличаются друг от друга по температурам кипения. В связи с этим, если
нагревать нефть, то сначала из нее будут улетучиваться наиболее легкокипящие
компоненты, затем соединения с более высокой температурой кипения и т.д. На
данном явлении основана первичная
переработка нефти, заключающаяся в перегонке (ректификации) нефти.
Данный процесс называют первичным, поскольку предполагается, что при его
протекании не происходят химические превращения веществ, а нефть лишь
разделяется на фракции с различными температурами кипения. Ниже представлена
принципиальная схема ректификационной колонны с кратким описанием самого
процесса перегонки:

Перед процессом ректификации нефть специальным образом
подготавливают, а именно, избавляют от примесной воды с растворенными в ней
солями и от твердых механических примесей. Подготовленная таким образом нефть
поступает в трубчатую печь, где нагревается до высокой температуры
(320-350 ^оС). После нагревания в трубчатой печи нефть, обладающая
высокой температурой, поступает в нижнюю часть ректификационной колонны, где
происходит испарение отдельных фракций и подъем их паров вверх по
ректификационной колонне. Чем выше находится участок ректификационной колонны,
тем его температура ниже. Таким образом, на разной высоте отбирают следующие
фракции:

1)
ректификационные газы (отбирают в самой верхней части колонны, в связи с чем их
температура кипения не превышает 40 ^оС);

2)
бензиновая фракция (температуры кипения от 35 до 200 ^оС);

3)
лигроиновая фракция (температуры кипения от 150 до 250 ^оС);

4)
керосиновая фракция (температуры кипения от 190 до 300 ^оС);

5)
дизельную фракцию (температуры кипения от 200 до 300 ^оС);

6)
мазут (температуры кипения более 350 ^оС).

Следует
отметить, что средние фракции, выделяемые при ректификации нефти, не
удовлетворяют стандартам, предъявляемым к качествам топлив. Кроме того, в
результате перегонки нефти образуется немалое количество мазута — далеко не
самого востребованного продукта. В связи с этим после первичной переработки
нефти стоит задача повышения выхода более дорогих, в частности, бензиновых
фракций, а также повышения качества этих фракций. Эти задачи решаются с
применением различных процессов вторичной
переработки нефти, например, таких как крекинг и риформинг.

Следует
отметить, что количество процессов, используемых при вторичной переработке
нефти, значительно больше, и мы затрагиваем лишь одни из основных. Давайте
теперь разберемся, в чем же заключается смысл этих процессов.

Крекинг (термический или каталитический)

Данный
процесс предназначен для повышения выхода бензиновой фракции. Для этой цели
тяжелые фракции, например, мазут подвергают сильному нагреванию чаще всего в
присутствии катализатора. В результате такого воздействия длинноцепочечные
молекулы, входящие в состав тяжелых фракций, рвутся и образуются углеводороды с
меньшей молекулярной массой. Фактически это приводит к дополнительному выходу
более ценной, чем исходный мазут, бензиновой фракции. Химическую суть данного
процесса отражает уравнение:

Риформинг

Данный
процесс выполняет задачу улучшения качества бензиновой фракции, в частности
повышения ее детонационной устойчивости (октанового числа). Именно эта
характеристика бензинов указывается на бензозаправках (92-й, 95-й, 98-й бензин
и т.д.).

В
результате процесса риформинга повышается доля ароматических углеводородов в
бензиновой фракции, имеющих среди прочих углеводородов одни из самых высоких
октановых чисел. Достигается такое увеличение доли ароматических углеводородов
в основном в результате протекания при процессе риформинга реакций
дегидроциклизации. Например, при достаточно сильном нагревании н-гексана в
присутствии платинового катализатора он превращается в бензол, а н-гептан
аналогичным образом — в толуол:

Переработка каменного угля

Основным
способом переработки каменного угля является коксование. Коксованием угля
называют процесс, при котором уголь нагревают без доступа воздуха. При этом в
результате такого нагревания из угля выделяют четыре основных продукта:

1) Кокс

Твердая
субстанция, представляющая собой практически чистый углерод.

2) Каменноугольная смола

Содержит
большое количество разнообразных преимущественно ароматических соединений,
таких как бензол его гомологи, фенолы, ароматические спирты, нафталин, гомологи
нафталина и т.д.;

3) Аммиачная вода

Несмотря
на свое название данная фракция, помимо аммиака и воды, содержит также фенол,
сероводород и некоторые другие соединения.

4) Коксовый газ

Основными
компонентами коксового газа являются водород, метан, углекислый газ, азот, этилен
и т.д.

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. РЕАКЦИИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ.
ПОЛИМЕРЫ. ПЛАСТМАССЫ, ВОЛОКНА, КАУЧУКИ.

Практически
все высокомолекулярные вещества являются полимерами.

Полимеры — это вещества, молекулы
которых состоят из огромного числа повторяющихся структурных звеньев,
соединенных между собой химическими связями.

Полимеры
могут быть получены с помощью реакций, которые можно разделить на два основных
типа: это реакции полимеризации и реакции
поликонденсации.

Реакции полимеризации

Реакции полимеризации — это реакции
образования полимера путем объединения огромного числа молекул
низкомолекулярного вещества (мономера).

Количество
молекул мономера (n), объединяющихся в одну молекулу полимера,
называют степенью полимеризации.

В
реакцию полимеризации могут вступать соединения с кратными связями в молекулах.
Если молекулы мономера одинаковы, то процесс называют гомополимеризацией,
а если различны — сополимеризацией.

Примерами
реакций гомополимеризации, в частности, является реакция образования
полиэтилена из этилена:

Примером
реакции сополимеризации является синтез бутадиен-стирольного каучука из
бутадиена-1,3 и стирола:

Полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и исходные
мономеры

Реакции поликонденсации

Реакции поликонденсации —
это реакции образования полимеров из мономеров, в ходе которых, помимо
полимера, побочно образуется также низкомолекулярное вещество (чаще всего
вода).

В реакции поликонденсации вступают соединения, в состав молекул
которых входят какие-либо функциональные группы. При этом реакции
поликонденсации по тому, один используется мономер или больше, аналогично
реакциям полимеризации делятся на реакции гомополиконденсации и сополиконденсации.

К
реакциям гомополиконденсации относятся:

*
образование (в природе) молекул полисахарида (крахмала, целлюлозы) из молекул
глюкозы:

*
реакция образования капрона из ε-аминокапроновой кислоты:

К
реакциям сополиконденсации относятся:

*
реакция образования фенолформальдегидной смолы:

*
реакция образования лавсана (полиэфирного волокна):

Материалы на основе полимеров

Пластмассы

Пластмассы —
материалы на основе полимеров, которые способны под действием нагревания и
давления формоваться и сохранять заданную форму после охлаждения.

Помимо высокомолекулярного вещества в состав пластмасс входят
также и другие вещества, однако основным компонентом все же является полимер.
Благодаря своим свойствам он связывает все компоненты в единую целую массу, в
связи с чем его называют связующим.

Пластмассы в зависимости от их отношения к нагреванию делят
на термопластичные полимеры (термопласты) и реактопласты.

Термопласты —
вид пластмасс, способных многократно плавиться при нагревании и застывать при
охлаждении, благодаря чему возможно многоразовое изменение их изначальной
формы.

Реактопласты —
пластмассы, молекулы которых при нагревании «сшиваются» в единую трехмерную
сетчатую структуру, после чего изменить их форму уже нельзя.

Так, например, термопластами являются пластмассы на основе
полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и т.д.

Реактопластами, в частности, являются пластмассы на основе
фенолформальдегидных смол.

Каучуки

Каучуки —
высокоэлластичные полимеры, углеродный скелет которых можно представить
следующим образом:

Как мы видим, в молекулах каучуков имеются двойные C=C связи,
т.е. каучуки являются непредельными соединениями.

Каучуки получают полимеризацией сопряженных диенов, т.е.
соединений, у которых две двойные C=C связи, разделены друг от друга одной
одинарной С-С связью.

Так например, особо зарекомендовавшими себя мономерами для
получения каучуков являются:

1) бутадиен:                         

2) изопрен:                           

3) хлоропрен:                       

В общем виде (с демонстрацией только углеродного скелета)
полимеризация таких соединений с образованием каучуков может быть выражена
схемой:

Таким образом, исходя из представленной схемы, уравнение
полимеризации изопрена будет выглядеть следующим образом:

Однако
каучук, не смотря на свои преимущества, имеет и ряд недостатков. Так, например,
из-за того что каучук состоит из длинных, химически не связанных между собой
молекул, его свойства делают его пригодным для использования только в узком
интервале температур. На жаре каучук становится липким, даже немного текучим и
неприятно пахнет, а при низких температурах подвержен затвердеванию и
растрескиванию.

Технические
характеристики каучука могут быть существенно улучшены его вулканизацией.
Вулканизацией каучука называют процесс его нагревания с серой, в результате
которого отдельные, изначально не связанные друг с другом, молекулы каучука
«сшиваются» друг с другом цепочками из атомов серы (полисульфидными
«мостиками»). Схему превращения каучуков в резину на примере синтетического
бутадиенового каучука можно продемонстрировать следующим образом:

Волокна

Волокнами называют
материалы на основе полимеров линейного строения, пригодные для изготовления
нитей, жгутов, текстильных материалов.

Классификация
волокон по их происхождению

Искусственные
волокна (вискозу, ацетатное волокно) получают химической
обработкой уже существующих природных волокон (хлопка и льна).

Синтетические
волокна получаются преимущественно реакциями поликонденсации
(лавсан, капрон, нейлон).

Общие представления о промышленных способах
получения важнейших веществ

Ключевые слова конспекта: о промышленных способах получения важнейших веществ, общие способы получения металлов, научные принципы химического производства, химическое загрязнение окружающей среды, природные источники углеводородов, переработка нефти и каменного угля, высокомолекулярные соединения (ВМС), реакции полимеризации и поликонденсации.

---

---

Таблица 4.2. Общие и частные научные принципы химических производств.

4.2.1. Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Таблица 4.2.1.а) Производство чугуна.

Чугун — сплав железа, содержащий более 1,7% углерода, а также кремний, марганец, серу и фосфор.

Таблица 4.2.1.б) Производство стали.

Сталь — сплав железа, содержащий 0,1-2 % углерода и небольшие количества кремния, марганца, фосфора и серы.

4.2.2. Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола). Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия.

Таблица 4.2.2.а) Промышленное производство аммиака

Таблица 4.2.2.б) Промышленное производство серной кислоты.

Таблица 4.2.2.в) Промышленное производство азотной кислоты.

Вы смотрите конспект
«О промышленных способах получения важнейших веществ».

Таблица 4.2.2.г) Промышленное получение метанола.

Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия. Многие химические соединения оказывают негативное воздействие на живые организмы. При попадании в организм они могут вызывать химические ожоги, отравления, серьёзные заболевания. Это едкие вещества — кислоты и щёлочи; токсичные вещества — галогены, угарный газ, белый фосфор, сероводород, оксиды азота, метанол, анилин и другие.

Получаемые на химических предприятиях соединения небезопасны для окружающей среды и могут вызывать её загрязнение.
Любое производство имеет отходы. Они попадают в воздух, воду или почву и оказывают отрицательное действие на живые организмы.

К загрязнению почвы и воды приводит неграмотное использование ядохимикатов и минеральных удобрений. Из почвы и воды эти вещества по цепям питания попадают в организм человека. Наиболее опасны азотные удобрения (нитраты), которые могут вызывать тяжёлые отравления.

Большой проблемой является попадание в окружающую среду полимерных материалов (пластиковых бутылок, полиэтиленовых пакетов и др.). Полимеры разлагаются очень медленно и являются источником ядовитых выделений.

Один из способов защиты окружающей среды — создание малоотходных и безотходных технологий. На любом производстве обязательно должна осуществляться очистка отходов.

4.2.3. Природные источники углеводородов, их переработка

Таблица 4.2.3. Переработка нефти.

Октановое число – число, характеризующее детонационную стойкость бензина

Попутный нефтяной газ разделяют на фракции:

• сухой газ — смесь метана и этана
• пропан-бутановая смесь
• газовый бензин — смесь пентана и гексана

Основной способ переработки каменного угля — коксование (прокаливание без доступа воздуха).

Вы смотрите конспект
«О промышленных способах получения важнейших веществ».

4.2.4. Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки

Высокомолекулярные соединения (ВМС, полимеры) – вещества, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями. Это вещества с очень большими значениями молекулярных масс (M > 10⁶ г/моль).

Химия ВМС — раздел химии, изучающий синтез, свойства и возможности применения высокомолекулярных соединений.

Виды ВМС по способам получения:

• Природные, растительного происхождения (целлюлоза, крахмал, натур.каучук);
• Природные, животного происхождения (шерсть, белки, кератин волос);
• Химические, искусственные (путем переработки природной целлюлозы: нитроцеллюлоза или нитроклетчатка);
• Химические, синтетические (путем синтеза из низкомолекулярных веществ: полиэтилен, полистирол, капрон)

Основные направления использования ВМС.

Основные способы получения ВМС.

Синтетические полимеры получают в результате реакций полимеризации и поликонденсации. Это два основных способа получения полимеров.

Реакция полимеризации – процесс соединения мономеров в молекулы полимеров, протекающих за счет разрыва кратных связей. Способы полимеризации: 1) блочный; 2) эмульсионный; 3) лаковый.

Реакция поликонденсации – процесс образования полимера за счет взаимодействия между функциональными группами одинаковых или различных мономеров, в результате которого отщепляется низкомолекулярное вещество (Н₂О, NH₃, HCl).

Дополнительную информацию о полимерах, пластмассах, волокнах и каучуках читайте в конспектах:

---

(с) В учебных целях использованы цитаты из пособий: «Химия / Н. Э. Варавва, О. В. Мешкова. — Москва, Эксмо (ЕГЭ. Экспресс-подготовка)» и «Химия : Новый полный справочник для подготовки к ЕГЭ / Е.В. Савинкина. — Москва, Издательство АСТ».

Вы смотрели Справочник по химии «Общие представления о промышленных способах получения важнейших веществ«. Выберите дальнейшее действие:

• Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Пройти тестирование по этим заданиям