Расчетные задачи в органической химии

Окисление глицерина перманганатом калия

Задача 48.
Напишите три уравнения реакций окисления многоатомных спиртов на примере глицерина перманганатом калия.
Решение:
1. Окисление глицерина перманганатом калия
Процесс окисления многоатомных спиртов происходит ступенчато. При  жестком окислении глицерина перманганатом в присутствии ионов Н+ (концентрированная серная кислота при нагревании) возможно окисление первичных спиртовых групп до карбоксильных (-СООН), а вторичных — до кетонных (=О): 

СН₂(ОН)СН(ОН)СН₂(ОН) + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → СООНС(О)СООН + 2MnSO₄ + К₂SO₄ + 6H₂O 

Реакция протекает через несколько стадий и при этом образуется конечное вещество: СООНС(О)СООН — 2-оксопропандиовая кислота (диоксипропандиовая кислота)) или 2-оксомалоновая кислота (диоксималоновая кислота) , а также
2-оксометандикарбоновая кислота.

Водный раствор диоксипропандиовой кислоты называется мезоксалевой кислотой:

СООН(СО)СООН + H₂O = СООНС(ОН)₂СООН

2. Реакция Карла Шееле
При смешивании глицерина с кристаллическим перманганатом калия (марганцовкой) происодит бурная реакция ( яркая вспышка смеси). Взаимодействие сопровождается выделением большого количества теплоты и газов (углекислый газ СО₂ и пары воды Н₂О), которые увлекают за собой горячие твердые частицы диоксида марганца МnО₂ и карбоната калия К₂CO₃:

14КМnО₄ + 3С₃Н₅(ОН)₃ = 7K₂CO₃ + 14MnO₂ + 12H₂O + 2CO₂

3. Глицерин при взаимодействии с перманганатом калия КMnО4 в присутствии H2SO4 возможно окисление по реакции:

5СН₂(ОН)СН(ОН)СН₂(ОН) + 14КMnО₄ + 21H₂SO₄ = 15CO₂ + 14MnSO₄ + 7K₂SO₄ + 41H₂O
 

Получение 1,2-дийодперфторбутана

Задача 49.
Рассчитайте загрузку иода на первую стадию процесса, при условии, что расчет надо вести на C4F8J2. Заполнение реактора 80% при максимальной температуре процесса 230°С. Реактор V = 2л.
Решение:
I₂ ⇔ 2I•
CF₂=CF₂ + I• ⇔ CF₂I– CF₂•
CF₂I– CF₂• + I• ⇔ CF₂I– CF₂I

Процесс начинается  с термодиссоциации иода с образованием атомарного иода, который вступает в реакцию с тетрафторэтилена (ТФЭ) с образованием тетрафторэтилиодидного радикала, который стабилизируется за счет присоединения атома иода с образованием 1,2-дииодперфторэтана (ДИЭ).

Процесс образования 1,2-дийодперфторбутана из дийодперфторэтана и тетрафторэтилена (ТФЭ) может быть описан следующими уравнениями:

ICF₂–CF₂I ⇔ ICF₂–CF₂•  + I•                                        (1)
ICF₂–CF₂• + CF₂=CF₂  ⇔ ICF₂–CF₂–CF₂–CF₂•          (2)
ICF₂–CF₂–CF₂–CF₂• + I• > ICF₂–CF₂–CF₂–CF₂I         (3)

Из уравнений реакций вытекает, что на образование 1 моль  C₄F₈J₂ затрачивается 1 моль I₂, т.е n(I₂) = n(C₄F₈J₂).

Рассчитаем количество C₄F₈J₂:

n(C₄F₈J₂) = V(C₄F₈J₂)/Vm = [V(сосуда) ^. 0,8]/Vm = (2 ^. O,8)/22,4 = 0,0714 моль.

Тогда

n(I₂) = n(C₄F₈J₂) = 0,0714 моль.

Отсюда

m(I₂) = n(I₂) ^. M(I₂) = 0,0714 ^. 253,8089  = 18,12 г.

Ответ: m(I₂) = 18,12 г.
 

Нахождение состава смеси метана и этана

Задача 50.
При сжигании 20 л смеси метана и этана добыто 25 л карбон (IV) оксида. Найти состав смеси в обьемных частях.
Решение:
Уравнения реакции горения веществ будут иметь вид:
1) CH₄ + O₂ = CO₂ + 2H₂O
2) C₂H₆ + 3,5O₂ = 2CO₂ + 3H₂O

Из уравнений горения газов вытекает, что при сгорании 1 моль метана образуется 1 моль углекислого газа, а при сгорании этана — 2 моль.

Примем объм метана и этана в газовой смеси за «х» и «у» соответственно, а объёмы СО₂ — Х и 2Y.

Для вычисления состава смеси метана и этана в обьемных частях составим уравнение с двуья паременными, плоучим:

х + у = 20
х + 2у = 25

Решим систему линейных уравнений методом подстановки:

Выразим из первого уравнения х + у = 20 данной системы «y» через «x«, получим:

у = (20 — х).

Подставив во второе уравнение х + 2у = 25 данной системы вместо «y» выражение (20 — х), получим систему:

х + у = 20
х + 2(20 — х) = 25

Полученные системы равносильны. В последней системе второе уравнение содержит только одну переменную. Решим это уравнение, получим:

х + 2(20 — х) = 25
х + 40 — 2х = 25
«х» = 15

Тогда «у» = 20 — «х» = 20 — 15 = 5.

Ответ: V(CH₄) = 15 л; V(C₂H₆) = 5 л.