Химия - готовые работы

Введение
До конца XIX века химия в основном была единой целостной наукой. Внутреннее ее деление на органическую и неорганическую не нарушало этого единства. Но последовавшие вскоре многочисленные открытия как в самой химии, так и в биологии, физике положили начало быстрой ее дифференциации.
Современная химическая наука, опираясь на прочные теоретические основы, непрерывно развивается вширь и вглубь. В частности, происходит открытие и изучение новых, качественно различных дискретных химических частиц. Так, еще в первой половине XIX века при изучении электролиза были обнаружены ионы - особые частицы, образованные из атомов и молекул, но электрически заряженные. Ионы являются структурными единицами многих кристаллов, кристаллических решеток металлов, они существуют в атмосфере, в растворах и т.д.
В начале XX века химики открыли радикалы как одну из активных форм химического вещества. Они образуются из молекул путем отщепления отдельных атомов или групп и содержат атомы элементов в необычном для них валентном состоянии, что связано с наличием одиночных (неспаренных) электронов, объясняющих их исключительную химическую активность.
К особым формам химического вещества относятся также макромолекулы. Они состоят из сотен и тысяч атомов и вследствие этого приобретают в отличие от обычной молекулы качественно новые свойства.
Характерный для новейшей химии, как и для всей науки XX века, процесс глубокой внутренней дифференциации в значительной степени связан с открытием этого качественного многообразия химических веществ. Их строение, превращения и свойства стали предметом изучения специальных разделов химии: электрохимии, химической кинетики, химии полимеров, химии комплексных соединений, коллоидной химии, химии высокомолекулярных соединений.
Уже к началу XX века внутри самой химии четко различаются общая и неорганическая химия и органическая химия. Предметом изучения общей и тесно связанной с ней неорганической химии стали химические элементы, образуемые ими простейшие неорганические соединения и их общие законы (прежде всего периодический закон Д.И. Менделеева).
Сильный толчок развитию неорганической химии дали проникновение в недра атома и изучение ядерных процессов. Поиски элементов, наиболее пригодных для расщепления в ядерных реакторах, способствовали исследованию малоизученных и синтезу новых элементов с помощью ядерных реакций. Изучением их свойств, а также физико-химических основ и химических свойств радиоактивных изотопов, методикой их выделения и концентрации занялась радиохимия, возникшая во второй четверти XX века.
Органическая химия окончательно сложилась в самостоятельную науку во второй половине XIX века. Этому способствовало получение большого эмпирического и теоретического материала о соединениях углерода и его производных. В XX веке многие разделы органической химии стали постепенно превращаться в большие, относительно самостоятельные ветви со своими объектами изучения. Так появились: химия элементоорганических соединений, химия полимеров, химия высокомолекулярных соединений, химия антибиотиков, красителей, душистых соединений, фармакохимия и т. д.
В конце прошлого века возникает химия металлоорганических соединений, то есть соединений, содержащих одну (или более) прямую связь металла с углеродом. До конца века были открыты органические соединения ртути, кадмия, цинка, свинца и др. В настоящее время получены углеродистые соединения с большей частью не только металлов, но и неметаллов (фосфор, бор, кремний, мышьяк и т.д.). Теперь эту область химии стали называть химией элементоорганических соединений, она находится на стыке органической и неорганической химии.
Самостоятельной областью химии является наука о методах определения состава вещества - аналитическая химия. Ее основная задача - определение химических элементов или их соединений, входящих в состав исследуемого вещества, - решается путем анализа. Без современных методов анализа был бы невозможен синтез новых химических соединений, постоянный эффективный контроль за ходом технологического процесса и качеством получаемых продуктов.

Задание 4:
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S

Хотя система Cr2O72–/Cr3+ соответствует более высокому стандартному потенциалу (E = +1,33В) и способна непосредственно окислять Na2S2O3
(E = +0,88В), но реакция протекает сложно, нестехиометрично и не может быть выражена одним уравнением. Поэтому нормальность тиосульфата натрия устанавливают на основании общего принципа йодометрического определения окислителей, то есть сначала действуют на смесь KI и H2SO4 (взятых в избытке) точно измеренным объемом титрованного раствора K2Cr2O7:
K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4  3I2 + Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2O
При этом дихромат калия замещается эквивалентным количеством йода, который далее оттитровывают исследуемым раствором тиосульфата натрия:
2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6
Растворимость йода в воде мала, поэтому необходимо применять значительный избыток KI. Это способствует растворению выделенного при реакции йода, который с KI образует нестойкий комплексный ион [I3]–:
I– + I2 = [I3]–
Образование этого соединения не мешает титрованию йода тиосульфатом натрия, так как раствор его, вследствие обратимости написанной выше реакции, содержит достаточное количество йода. В дальнейшем, по мере восстановления свободного йода реакцией с тиосульфатом натрия, равновесие между I2 и [I3]– нарушается, и новые количества I2 поступают в раствор.

Произведение растворимости хромата бария ПР(BaCrO4) равно
2,3*10–10 (справочная величина). Примем растворимость BaCrO4 равной х. Растворение BaCrO4 отражает схема: BaCrO4 = Ba2+ + CrO42–. Исходя из схемы, можно записать: [Ba2+] = [CrO42–] = x. Получаем...
Реакция окисления оксалата перманганатом калия выглядит следующим образом:
5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O + 10СО2
Эта реакция, каталитически ускоряемая прибавлением ионов Mn2+, является примером гомогенного катализа. Роль ионов Mn2+ заключается в следующем...
Следует обратить внимание на то обстоятельство, что одним и продуктов реакции окисления оксалата перманганатом калия является соль марганца (II), каталитически ускоряющая течение реакции. Такие реакции называются автокаталитическими. Если ионы Mn2+ не прибавлять к раствору заранее, то первые капли перманганата калия при титровании им горячего подкисленного раствора H2С2О4 обесцвечиваются медленно. Но стоит только образоваться небольшому количеству ионов Mn2+, как дальнейшее обесцвечивание KMnO4 начинает происходить практически мгновенно.

В процессе выполнения аналитических определений часто встречаются с побочными реакциями, осложняющими ход анализа, когда одновременно с определяемым компонентом реактив взаимодействует с посторонними ионами, присутствующими в анализируемой смеси.
При использовании аналитических реакций, основанных на образовании осадков, первостепенное значение имеет полнота осаждения определяемого катиона из раствора. Обычно добиваются такой полноты осаждения, чтобы остаточное содержание в растворе осаждаемого катиона не превышало
10–6 моль/л. В таких случаях осаждение обычно считают полным.
Рассмотрим, к каким ошибкам кислотно-основного метода приведет неполное осаждение катионов II группы для последующего обнаружения катионов III группы в ходе анализа их смеси...
Рассмотрим перманганатометрическое определение восстановителей на примере определения железа (II). При титровании перманганатом калия железа (II) оно окисляется до железа (III) согласно реакции: МnО4– + 5Fe2+ + 8Н+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4Н2О, например: KМnО4 + 5FeCl2 + 8НCl = MnCl2 + 5FeCl3 + KCl + 4Н2О,
Восстановление MnO4– до Mn2+ протекает с присоединением пяти электронов: MnO4– + 8H+ + 5е = Mn2+ + 4H2O
Поэтому молярная масса эквивалента перманганата калия равна...

Величина Kа – это константа кислотности. Она является количественной характеристикой состояния протолитического равновесия обратимой реакции между кислотой HA и основанием HL. Чем больше значение Kа, тем более сильной кислотой считается протолит HA в данном растворителе HL.
Например, в этанольных растворах HNO3 и CH3COOH значения Kа следующие...
...Гидролиз по второй ступени подавляется гидролизом по первой ступени, поскольку кислота НСО3– (рK2 = 10,32) на четыре порядка слабее кислоты Н2СО3 (рK1 = 6,35). Поэтому вклад в рН раствора второй гидролитической ступени можно не учитывать. Следовательно, значение рН раствора можно рассчитать по известной формуле для случая гидролиза аниона СО32– слабой одноосновной кислоты НСО3–:
рН = 7 + 0,5(рК2 + lgc) = 7 + 0,5(10,32 + lgc)
где с – концентрация исходного раствора карбоната натрия.
Расчет рН до первой точки эквивалентности. Часть Na2CO3 оттитрована до NaHCO3, поэтому в растворе присутствует буферная смесь NaHCO3 (слабая одноосновная кислота) + Na2CO3 (соль слабой кислоты).
Значение рН такой буферной смеси рассчитывается по известной формуле...

Порядок и молекулярность совпадают лишь для простых одно-стадийных реакций. Можно назвать две причины несовпадения порядка и молекулярности:
1) постоянство концентрации одного или нескольких участников реакции. Например, в реакции омыления эфира
С2Н5СООСН3 +Н2О →С2Н5СООН + СН3ОН
концентрация воды практически постоянна, поэтому выражение для скорости реакции

Реакция бимолекулярна, но первого порядка;
2) ступенчатый характер реакции. Например, тримолекулярная реакция хлорирования оксида азота 2NO + Cl2 = 2NOCl состоит из двух стадий: a) NO + Cl2 → NOCl2, б) NOC!2 + NO → 2NOC1.
Первая стадия протекает быстро, образуется нестой¬кий продукт NOCl2. Вторая стадия медленная и лимитирующая. Суммарная скорость реакции выражается равенством Реакция тримолекулярна, но второго порядка. Таким образом, если скорости отдельных стадий сильно различаются, то скорость реакции в целом и ее порядок определяются скоростью и порядком самой медленной стадии.

Введение.
В настоящее время существующие в различных химиче¬ских производствах, антикоррозионной технике, машино¬строении, авиастроении и других отраслях промышленно¬сти прокладочно-уплотнительные, конструкционные и за¬щитные коррозионно-, озоно-, и термостойкие резины, пла¬стмассы, парониты, эбониты, асборезины, пентапласты и т.п. материалы уже не отвечают возросшим требованиям промышленности.
Эти материалы обладают низкой коррозионной и терми¬ческой стойкостью, быстро набухают и разрушаются а аг¬рессивных средах, загрязняют эти среды, меняют их цвет и рассчитаны на длительную эксплуатацию не выше 70 – 90°С, в то время как многие современные химические процессы уже проводятся при 100 – 200°С и выше.
Поэтому одним из заданий химической промышленности и науки было создание новых коррозионностойких материалов. Эти материалы получают сополимеризацией этилена или пропилена с бромированными и хлорированными производными бензола. Поэтому и вызывает интерес методика получения о-хлорстирола, который может быть использован к качестве сополимера для производства таких коррозионностойких материалов. О-хлорстирол также находит применение как растворитель органических веществ, красок и лаков.
Главной задачей данной работы будет рассмотреть процесс получения о-хлорстирола из наиболее легкодоступного на данный момент сырья - природного газа (метана). В работе мы рассмотрим последовательность химического синтеза данного вещества, условия его получения.

Свойства о-хлорстирола.
О-хлорстирол является производным ароматических веществ. В соей молекуле он содержит бензольное кольцо. К бензольному кольцу присоединен атом хлора в ортоположение.
О-хлорсирол также называют: 2-хлорстирол, 2- хлорвинилбензол.
Химическая формула вещества: C8H7Cl
Молекулярная масса: 138.6
Структурная формула вещества приведена ниже:

По физическим свойствам о-хлорстирол – это желтая жидкость, довольно вязкая, с резким неприятным запахом. При сгорании образует токсичные газы , включая хлористый водород, фосген. Вещество при определенных условиях образует перекиси, приводящие к началу взрывной полимеризации. Вещество может полимеризоваться.
Рассмотрим физические свойства о-хлорстирола.
Таб.1. физические свойства о-хлорстирола.
Свойства Величина
Температура кипения 188.7°C
Температура плавления -63.2°C
Относительная плотность (вода = 1) 1.1
Растворимость в воде очень плохая
Давление паров, кПа при 25°C 0.13
Относительная плотность пара (воздух = 1) 4.8
Относительная плотность смеси пар/воздух при 20°C (воздух = 1) 1.01
Температура вспышки 58°C
Мы рассмотрели основные физические свойства о-хлорстирола. Коснемся также его основных химических свойств. Его химические свойства обусловлены наличием в молекуле о-хлорстирола ароматического ядра и ненасыщенной группы. Как представитель ароматических соединений о-хлорстирол будет вступать во все реакции присущие ароматическим соединениям. Он будет реагировать с водородом, галогенами, галогеноводородами с получением циклических насыщенных соединений.
С водородом о-хлорстирол реагирует, вступая в еракцию присоединения водорода:

Но в молекуле о-хлорстирола есть также ненасыщенная группа, которая является высокореакционной и может вступать в реакции окисления до галогенокислот, вступать в реакции присоединения водорода, галогенов и галогеноводородов, но такая реакция будет конкурировать с реакцией присоединения водорода бензольным ядром. Реакция окисления легко проходит при действии окислителей:

Также возможна полимеризация о-хлорстирола:

В результате реакции мы получим полихлорстирол. Как полимер он не имеет большого значения и используется только как сополимер для получения бутадиенхлорстирольных и других каучуков.
Стадии синтеза о-хлорстирола:
Синтез о-хлорстирола состоит из нескольких последовательных стадий, в процессе синтеза мы получим ацетилен, бензол, стирол и другие органические вещества. Сам процесс синтеза схематически изображен на рисунке ( рис. 1).
рис. 1.
Как видно из рисунка 1 синтез о-хлорстирола включат в себя такие последовательные синтезы:
а. Синтез ацетилена из метана;
б. Синтез бензола из ацетилена;
в. Синтез этилбензола из бензола и этилена;
г. Синтез стирола из этилбензола;
д. Синтез о-хлорстирола.
Этапы г) и д) могут быть различными для разных видов производств, их можно менять в зависимости от условий.
В дальнейшем мы рассмотрим последовательно каждый из указанных процессов, условия его проведения, используемые катализаторы, температуры реакции.
а) синтез ацетилена из метана, его условия;
Наиболее распространенным видом углеводородного сырья есть природный газ, который на 95 – 98 % состоит из метана. Современная органическая химия должна выходить из того, что в будущем именно природный газ (метан) станет основным сырьем для органического синтеза.
Уже сейчас широко применяются методы получения ацетилена из природного газа – метана. Для этого применяют электрокрекинг, который проходит по уравнению:

Струю метана пропускают между электродами при температуре 1600° С и быстро охлаждают, чтобы предотвратить разложение ацетилена. Также разработан термоокислительный крекинг (неполное окисление метана кислородом воздуха)

В реакции используют теплоту частичного сгорания ацетилена. Но в данной реакции мы получаем больше продуктов и выделение ацетилена из них более сложно, чем в случае электрокрекинга.
б) синтез бензола;
ацетилен при температуре красного каления вступает в реакцию тримеризации и в результате мы получим бензол. Эту реакцию открил еще в ХІХ веке М. Бертло.
Н. Д. Зелинский и Б. А. Казанский показали, что Даная реакция значительно лучше проходит при более низких температурах и каталитическом воздействии активированного угля:

Даная реакция получения бензола еще не имеет большого распространения из-за существования более дешевых методов получения его, например из отходов коксирования угля и нефтепеработки.
в) синтез этилена из ацетилена;
Для получения стирола необходим этилен, который можно довольно легко получить выходя из ацетилена и водорода. Ацетилен как ненасыщенный углеводород легко вступает в реакцию присоединения водорода. Реакция каталитическая, катализатором может быть платина или свинец. При использовании платины и большом количестве водорода в смеси возможно получение не только этилена но и этана, тогда как при применении свинцового катализатора реакция будет продолжаться только до получения этилена.

Реакция проводится при температуре около 300°С.
г) синтез стирола из бензола и этилена;
Рассмотрим процесс синтеза этилбензола из бензола. Продуктами этого синтеза будут бензол и этилен, получение которых мы рассмотрели выше. Реакция проходит за уравнением:


Синтез этилбензола алкилированием бензола этиленом осуществляют, применяя катализаторы на основе хлорида алюминия, фторида бора, фосфорной кислоты или цеолитов. Использование низких концентраций катализатора позволяет проводить процесс в жидкой фазе (катализатор суспензирован или растворен). Процесс проводят при и давлении 0,3-1,0 МПа. В оптимальных условиях проведения процесса селективность получения этилбензола 99%. При проведении процесса очень важно не допускать избытка этилена в реакторе, так как это приводит к образованию диэтил- и полиэтилбензолов. Расход АІСІ3 составляет 0,25 г на тонну этилбензола. Алкилирование бензола олефинами – типичная реакция электрофильного замещения.
В современной химической технологии используют также процесс производства стирола выходя из пропилена и этилбензола:

Современная квантово-механическая теория строения атома складывалась постепенно. Делались новые открытия, совершенствовался математический аппарат и, соответственно, выкристаллизовывалась модель атома. Современная квантово-механическая теория гласит, что атом любого элемента имеет сложнуюструктуру. Положительная часть атома (положительный заряд) сосредоточена в ядре. Отрицательную часть составляют электроны, которые находятся в беспрерывном движении.

Электронно-ионный баланс (метод полуреакций) метод нахождения коэффициентов, в котором рассматривается обмен электронами между ионами в растворе с учетом характера среды:.....