Номер 5, страница 116 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

5. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

метан → ацетилен → бензол → нитробензол.

1. Метан → Ацетилен

$2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

2. Ацетилен → Бензол

$3C_2H_2 \xrightarrow{t^\circ} C_6H_6$

3. Бензол → Нитробензол

$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t^\circ} C_6H_5NO_2 + H_2O$

Решение

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо последовательно провести три химические реакции.

метан → ацетилен

Первый этап заключается в получении ацетилена (этина) из метана. Это промышленный метод, основанный на пиролизе (термическом разложении без доступа воздуха) метана при очень высокой температуре, около $1500^\circ C$, с последующим резким охлаждением продуктов реакции.

$2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

Ответ: $2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

ацетилен → бензол

Второй этап — получение бензола из ацетилена. Это реакция тримеризации (реакция Зелинского-Казанского), в которой три молекулы ацетилена циклизуются в одну молекулу бензола. Реакция проходит при пропускании ацетилена над активированным углем при высокой температуре.

$3C_2H_2 \xrightarrow{C_{акт.},~600^\circ C} C_6H_6$

Ответ: $3C_2H_2 \xrightarrow{C_{акт.},~t^\circ} C_6H_6$

бензол → нитробензол

Третий этап — это реакция нитрования бензола, которая относится к реакциям электрофильного замещения в ароматическом ядре. Бензол обрабатывают нитрующей смесью — смесью концентрированной азотной ($HNO_3$) и концентрированной серной ($H_2SO_4$) кислот. Серная кислота выполняет роль катализатора и водоотнимающего агента. Реакцию обычно проводят при умеренном нагревании (до $60^\circ C$).

$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4,~t^\circ} C_6H_5NO_2 + H_2O$

Ответ: $C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4,~t^\circ} C_6H_5NO_2 + H_2O$