Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить следующие превра щения: а) метан ацетилен бензол этилбензол, 6) гексан циклогексан бензол, в) карбид алюминия метан ацетилен. бензол толуол. Укажите условия протекания реакций. 1. При тримеризации ацетилена получен бензол массой 390 г с практическим вы-ходом 80% от теоретически возможного. Определите объем ацетилена (н. у. вступившего в реакцию.

Ниже привожу подробное решение с пошаговыми пояснениями и примерами уравнений для каждой части задачи, а также рассчитанный объем ацетилена по данному условию (н.у. — нормальные условия, 1 атмосфре и 0°C, объем 22,4 л/моль). 1) а) Метан → ацетилен → бензол → этилбензол Цель: привести цепочку превращений через типичные реакции органической химии. - Метан (CH4) => ацетилен (C2H2) Реакция: пиролиз метана 2 CH4 → C2H2 + 3 H2 Условия: очень высокая температура без доступа воздуха (примерно 1200–1500 °C), часто проводят катализатором или просто нагрев при отсутствии кислорода. - Ацетилен => бензол Реакция: тримеризация ацетиленов 3 C2H2 → C6H6 Условия: высокая температура (~350–550 °C); катализаторы, например, AlCl3, FeCl3, Ni–Cr и пр. В промышленности часто упоминают каталитическую тримеризацию. - Бензол => этилбензол Реакция: фридель-Крайц алкилирование бензола этилхлоридом (или этилхлоридом) в присутствии каталитически активного трёххлоридного алюминия (AlCl3) C6H6 + C2H5Cl → C6H5–C2H5 + HCl Условия: безводная среда, растворитель (часто солвент типа бензол или диэтиловый эфир), AlCl3 как катализатор, температура примерно 0–50 °C (иногда до 60 °C в зависимости от источника). Итого последовательность (сводно): - 2 CH4 → C2H2 + 3 H2 (пиролиз) - 3 C2H2 → C6H6 (тримеризация) - C6H6 + C2H5Cl → C6H5–C2H5 + HCl (алкилирование) 2) б) Гексан → циклогексан → бензол → толуол Цель: показать превращения по цепочке от алифатического углеводорода к ароматическому и далее к замещённому ароматическому. - Гексан (C6H14) => циклогексан (C6H12) Реакция: дегидрогенизация/циклизация (образование кольца с удалением H2) C6H14 → C6H12 + H2 Условия: высокая температура, наличие подходящего каталитического пластиатора (например, Pt, Pd, Ni на носителе). Реакция протекает при нагревании с удалением водорода. - Циклогексан => бензол Реакция: дегидрогенизация C6H12 → C6H6 + 3 H2 Условия: высокая температура (примерно 500–700 °C), катализаторы переходных металлов (Pt, Cr2O3 и т. п.). - Бензол => толуол Реакция: фридель-Крайц алкилирование бензола метилхлоридом (или метиловым хлоридом) в присутствии AlCl3 C6H6 + CH3Cl → C6H5–CH3 + HCl Условия: безводная среда, катализатор AlCl3, температура примерно 20–60 °C (иногда до ~80 °C в зависимости от условий). Итого: - C6H14 → C6H12 + H2 - C6H12 → C6H6 + 3 H2 - C6H6 + CH3Cl → C6H5–CH3 + HCl 3) в) Карбид алюминия (Al4C3) — превращения в метан, ацетилен, бензол, толуол Цель: показать практически возможную цепочку превращений, начиная с карбида алюминия как источника углерода, и последовательность превращений до указанных продуктов. - Карбид алюминия + вода Al4C3 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4 Условия: реакция происходит при контакте с водой; выделяющийся газ — метан; реакция экзотермична и протекает при обычной или умеренной нагретости. - Метан => ацетилен 2 CH4 → C2H2 + 3 H2 Условия: пиролиз при очень высоких температурах (1000–1500 °C), без доступа кислорода. - Ацетилен => бензол 3 C2H2 → C6H6 Условия: тримеризация ацетиленов; 350–550 °C; катализаторы (например, AlCl3, FeCl3, Ni–Cr и пр.). - Бензол => толуол C6H6 + CH3Cl → C6H5–CH3 + HCl Условия: безводная среда, AlCl3 как катализатор; температура 0–60 °C. Итого набор возможных превращений, начиная с Al4C3: - Al4C3 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4 - 2 CH4 → C2H2 + 3 H2 - 3 C2H2 → C6H6 - C6H6 + CH3Cl → C6H5–CH3 Расчёт объёма ацетилена (н.у.) Задано: при тримеризации ацетилена получен бензол массой 390 г с практическим выходом 80% от теоретически возможного. Определить объем ацетилена (н.у.), вступившего в реакцию. 1) Найдём количество моль benzene, полученного на самом деле. - Моль массы бензола: M(C6H6) ≈ 78,11 г/моль - n(Benzene, фактически) = 390 г / 78,11 г/моль ≈ 4,99 моль (примерно 5,0 моль) 2) Выход равен 80% от теоретически возможного: n(Bz, фактический) = 0,80 * n(Bz, теоретический) Тогда n(Bz, теоретический) = n(Bz, фактический) / 0,80 ≈ 4,99 / 0,80 ≈ 6,24 моль 3) Соотношение ацетилен: бензол по реакции тримеризации ацетилена 3 C2H2 → 1 C6H6 Значит, для получения 6,24 моль бензола теоретически потребовалось n(C2H2, теоретически) = 3 × 6,24 ≈ 18,72 моль 4) Объём ацетилена при нормальных условиях V(C2H2) = n(C2H2) × 22,4 л/моль ≈ 18,72 × 22,4 ≈ 420 л Ответы по пунктам: - а) Метан → ацетилен: 2 CH4 → C2H2 + 3 H2 (пиролиз; 1200–1500 °C) Ацетилен → бензол: 3 C2H2 → C6H6 (тримеризация; 350–550 °C; катализаторы: AlCl3, FeCl3, Ni–Cr) Бензол → этилбензол: C6H6 + C2H5Cl → C6H5–C2H5 + HCl (фридель-Крайц алкилирование; условия: сухая среда, AlCl3, 0–60 °C) - б) Гексан → циклогексан: C6H14 → C6H12 + H2 (дегидрогенизация; высокая температура; каталитическое нагревание) Циклогексан → бензол: C6H12 → C6H6 + 3 H2 (дегидрогенизация; 500–700 °C; Pt, Cr2O3 и пр.) Бензол → толуол: C6H6 + CH3Cl → C6H5–CH3 + HCl (фридель-Крайц алкилирование; AlCl3; сухая среда) - в) Карбид алюминия (Al4C3) — преобразования к метану, ацетилену, бензолу, толуолу: Al4C3 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4 2 CH4 → C2H2 + 3 H2 3 C2H2 → C6H6 C6H6 + CH3Cl → C6H5–CH3 + HCl Если нужно, могу переработать решения под конкретный уровень класса (например, для 9–11 классов или для студентов старших курсов), добавить дополнительные примеры условий катализаторов или альтернативные reagents для тех же превращений.