Высушивание органических жидкостей. Получение карбида кальция - Химия для любознательных

Самым распространенным обезвоживающим средством для органических жидкостей, содержащих небольшое количество воды, является прокаленный хлористый кальций.

Хлористым кальцием нельзя сушить спирты и амины.

Хлористый кальций CaCl2 перед работой обязательно обезвоживают, прокаливая на железной сковороде. Соль насыпают слоем не толще 1-2 см и подогревают сильным пламенем горелки. Вначале соль плавится с выделением кристаллизационной воды, а затем последняя постепенно испаряется. Пары воды, прорываясь через слой соли, вызывают разбрасывание ее; поэтому не рекомендуется насыпать толстый слой соли. Когда вся вода испарится, прокаливание продолжают еще некоторое время, затем разбивают спекшуюся соль на более мелкие куски и еще теплой кладут в заранее заготовленную совершенно сухую банку. Банка должна закрываться герметически, чтобы в нее не проникал воздух, всегда содержащий некоторое количество паров воды.

Если банку закрывают корковой пробкой, то ее сверху следует тщательно залить парафином или воском.

В лаборатории должен всегда иметься некоторый запас прокаленного СаСl2.

Для обезвоживания какой-либо органической жидкости берут в зависимости от содержания в ней воды то или иное количество CaCl2. Не следует брать слишком больших количеств соли, так как при этом неизбежны потери обезвоживаемого вещества. Соль в нужном количестве насыпают в сосуд с высушиваемой жидкостью, сосуд плотно закрывают пробкой и несколько раз встряхивают. Затем смесь оставляют стоять в течение не менее 12 ч. После этого жидкость сливают в колбу для дистилляции и перегоняют (см. выше). Хлористый кальций можно употреблять неоднократно, если его после каждого использования вновь прокаливать. Поэтому в лабораториях, где часто приходится иметь дело с CaCl2, должны быть банки, куда следует ссыпать отработанную соль; по мере накопления ее вновь прокаливают. Так как при этом сгорают и остатки жидкости, которую сушили этой солью, то прокаливание отработанного CaCl2 следует проводить несколько иначе, чем чистого.

Вначале соль осторожно подогревают до удаления паров жидкости и постепенно нагревание увеличивают.. В противном случае может возникнуть пожар, особенно если в соли содержатся остатки эфира, ацетона или других легковоспламеняющихся веществ. Прокаливание следует вести в вытяжном шкафу.

Из других солей для высушивания органических жидкостей применяют прокаленный сернокислый натрий. Прокаливание его ведут так же, как и CaCl2. Сернокислый натрий Na2SO4 не является таким сильным высушивающим средством, как CaCI2.

Для высушивания спиртов применяют сернокислую медь CuSO4 или окись кальция CaO. Сернокислая медь CuSO4 5H2O в виде кристаллов голубого цвета содержит кристаллизационную воду; если соль прокалить, то получится безводная соль желтоватого цвета. При увлажнении одна молекула соли сначала присоединяет только две молекулы воды и окрашивается в синий цвет. Зная содержание воды в спирте, можно рассчитать количество CuSO4, необходимое для полного высушивания его.

После добавления к спирту CuSO4 колбу несколько раз встряхивают и затем нагревают на водяной бане с обратным холодильником до тех пор, пока соль не примет светло-голубой цвет. После этого, отделив соль фильтрованием, спирт отгоняют.

Однако получить совершенно безводный, так называемый абсолютный, спирт очень трудно. После просушки его CuSO4 спирт нужно еще раза два-три перегнать с чистой CaO, причем приемник должен быть плотно соединен с холодильником и снабжен хлоркальциевой трубкой с сухим хлористым кальцием.

Но даже и после этого в спирте остается до 0,5% воды, удаление которой является самым трудным. Для удаления этого остатка иногда применяют металлические натрий и кальций.

Самым лучшим обезвоживающим средством для спирта является этилат магния, который можно легко получить при взаимодействии магния и этилового спирта (спирт должен содержать не больше 1 % воды) в присутствии небольшого количества иода. Обезвоживание спирта по этому способу проводится следующим образом.

В колбу емкостью 1,5 л с обратным холодильником насыпают 5 г стружек магния, наливают 65-70 мл спирта, прибавляют 0,5 г иода (катализатор) и нагревают до растворения последнего, после чего происходит выделение водорода:

Mg+ 2C2H5OH -> Mg (ОС2Н5)2 + H2

Когда реакция закончится, к раствору добавляют 800-900 мл обычного абсолютного спирта, т. е. такого, в котором содержится 0,5-0,7% воды, кипятят полчаса с обратным холодильником и затем отгоняют абсолютный спирт.

Таким же образом можно обезводить и другие спирты, например метиловый и н-пропиловый.

Спирт можно сушить при помощи металлического кальция, пользуясь колбой с обратным холодильником. На 1 л спирта добавляют 20 г сухих стружек кальция и нагревают на водяной бане до кипения, которое поддерживается в течение нескольких часов, после чего спирт перегоняют с соблюдением всех мер предосторожности, описанных выше.

Вода, бензол и этиловый спирт образуют азеотроп-ную смесь. При содержании этилового спирта, воды и бензола в соотношении 18,5: 7,4: 74,1 смесь кипит при 65 0C что позволяет применять такую смесь для удаления следов воды из спирта.

Для этого к этиловому спирту, содержащему не менее 99% C2HsOH, прибавляют сухой бензол. Практически на 1 ч. содержащейся в спирте воды следует взять 11 - 12 ч. сухого бензола. После этого смесь подвергают фракционной перегонке. Первая фракция перегоняется при 64,85° С и состоит из спирта, воды и бензола. Вторая фракция кипит при 68,25° С и состоит из избытка бензола и спирта. Та часть этилового спирта, которая остается в перегонном сосуде, представляет собой абсолютный этиловый спирт.

Обезвоженный спирт следует очень тщательно охранять от действия влаги воздуха. Поэтому, быстро перелив его в хорошо высушенную посуду, ее тщательно закрывают. Этим способом можно обезводить все спирты, кроме метилового.

Полнота обезвоживания спирта может быть определена на основании следующих качественных проб:

а) безводный спирт растворяет едкий барит, образуя окрашенный в желтый цвет раствор;

б) раствор парафина не образует в нем мути;

в) в абсолютном спирте безводная сернокислая медь не изменяет своей окраски.

Для обезвоживания твердых органических соединений (of-фруктозы и особенно таких веществ, которые могут размягчаться, плавиться или разлагаться при температуре, необходимой для удаления воды прямым нагреванием) применяют высушивающие вещества. Для этого твердое вещество заливают абсолютным этиловым спиртом, а затем добавляют бензол. Нагревание проводят на водяной баие. Когда отгонится вся жидкость, остатки бензола и спирта удаляют из колбы продуванием сухого воздуха

Диэтиловый эфир можно обезводить небольшим количеством металлического натрия.

Металлический натрий хранят под слоем керосина, вазелинового масла или толуола в банках. Необходимость такого хранения металлического натрия вызывается следующим: 1) на воздухе он сильно окисляется, 2) его необходимо изолировать от воды, так как если на него попадет капля воды, может произойти взрыв. Работать с металлическим натрием нужно осторожно. Необходимо позаботиться о том, чтобы около места работы не было воды. Работать рядом с раковиной или около кранов для воды совершенно недопустимо.

Керосин, вазелиновое масло и толуол, в которых хранится натрий, должны быть нейтральными и, естественно, не содержать воды.

Этот кусок быстро обжимают фильтровальной бумагой и от него чистым сухим ножом отрезают кусочек нужной величины. Оставшуюся часть тотчас же кладут обратно в банку.

Отрезанный кусочек натрия еще раз обжимают фильтровальной бумагой так, чтобы на нем не оставалось керосина или вазелинового масла. После этого для удаления окиси натрия с поверхности металла срезают чистым сухим ножом тонкий слой («корочку»), обрезки кладут в банку с металлическим натрием. Очищенный кусочек натрия разрезают ножом на несколько более мелких кусочков размером около 2 мм3 и затем быстро кладут в эфир или другую жидкость, которую нужно высушить. Колбу закрывают пробкой обязательно с хлоркальциевой трубкой.

После того как натрий пролежит в высушиваемой жидкости 12-24 ч, жидкость отгоняют над металлическим натрием. Когда перегонка закончена, остатки ме< талла переносят в банку с керосином или вазелиновым маслом. Лучше иметь отдельную банку, куда следует класть как обрезки («корочки»), так и металл, уже упо-треблявшийся для работы.

Металлический натрий (и калий) рекомендуется также хранить в полиэтиленовой пленке. Натрий помещают в мешочек из полиэтиленовой пленки, имеющей толщину 0,5 мм (эта толщина может быть достигнута, если положить вместе несколько слоев обычной полиэтиленовой пленки), открытый конец мешочка запаивают. Если требуется взять некоторое количество натрия, мешочек вскрывают, выдвигают из него вещество, отрезают чистым ножом кусок и оставшуюся часть снова вдвигают в мешочек, края которого вначале загибают так, чтобы в него не поступал воздух, а потом запаивают. Обрезки натрия можно поместить в этот же или в другой мешочек и герметизировать его запаиванием.

Обрезки и отработанные кусочки металлического натрия могут быть вновь использованы, если их переплавить. Температура плавления металлического натрия 98°С. Переплавлять натрий на открытом воздухе нельзя, Поэтому переплавку его ведут в жидкости, на которую металлический натрий не действует и которая кипит при температуре не ниже 150° С. Таким веществом может служить керосин, но еще лучше, т. е. безопаснее, вазелиновое масло. Положив обрезки и куски натрия в одну из этих жидкостей, последнюю нагревают приблизительно до 12O0C Металлический натрий расплавляется и на дне фарфоровой чашки, в которой происходит нагрева* ние, образуется кусок металла с чистой поверхностью/ Если при плавлении получаются отдельные шарики металла, их соединяют при помощи тонкой стеклянной палочки. Когда весь металл сплавится, жидкости дают остыть, затем ее осторожно сливают (но не всю), а натрии захватывают сухим пинцетом и кладут в керосин.

Органические жидкости могут быть также высушены при помощи карбида кальция СаСг- Карбид кальция разлагается водой с-образованием ацетилена и гидроокиси кальция:

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (ОН)2

Применение карбида кальция для высушивания возможно только в тех случаях, когда высушиваемая жидкость не реагирует ни с СаС2, ни с С2Н2, ни с Ca(ОН)2. Так как при высушивании карбидом кальция выделяется газ (ацетилен), то колбу, где проводят высушивание, надо закрывать пробкой с хлоркальциевой трубкой.

Высушивание или проводят непосредственно, насыпая чистый порошкообразный CaC2 в высушиваемую жидкость (в количестве до 10-15% от массы взятой жидкости в зависимости от содержания воды), или же сушат пары жидкости. *

Для высушивания, паров жидкости карбидом кальция монтируют прибор, состоящий из колбы, обратного шарикового холодильника и бани. Наливают высушиваемое вещество в колбу и укрепляют ее на бане. В шариковом холодильнике между вторым и третьим или третьим и четвертым шариком помещают топкую металлическую сетку; в холодильник осторожно бросают кусочки CaC2 таких размеров, чтобы они свободно проходили по его трубке. Заполнив таким образом два или три шарика, укрепляют холодильник в горле колбы и нагревают ее. Пары вещества, содержащие воду, проходят через слой CaC2 и по охлаждении и конденсации их в колбу стекает обезвоженное вещество. Обезвоживание проводят в течение 2-3 ч, и о конце его можно судить по тому, что порошок или комки карбида начинают расплываться.

Прибор можно собрать и иначе. В колбу Клайзена помещают обезвоживаемую жидкость. Горло колбы, которое соединено с холодильником, заполняют карбидом кальция. Жидкость перегоняют, причем пары ее, проходя через слой карбида обезвоживаются. Обезвоженную жидкость собирают в приемник, принимая меры к тому, чтобы отогнанная жидкость не поглотила снова пары воды из окружающей среды.

Применяя CaC2, можно не только обезводить жидкость, но и количественно определить содержание воды в ней; для этого образующийся ацетилен улавливают, ацетоном и определяют в виде ацетиленистой меди. По количеству ацетиленистой меди судят о содержании воды в жидкости. Этот способ сушки является одним из лучших. Недостаток его в том, что в обезвоживаемую жидкость попадает ацетилен, от которого можно избавиться только нагреванием.

Следует еще упомянуть об обезвоживании путем вымораживания; таким образом, например; можно обезводить бензол. Последний переходит в твердое состояние при 4° С. Охлаждая водный бензол до 1 или даже 0°С, получают кристаллический бензол, а выделившуюся воду сливают.

Заслуживает упоминания так называемый гипсовый способ * для обезвоживания спирта. Кроме того, рекомендовано применение перхлората магния (сильное водо-отнимающее средство, превосходящее даже фосфорный ангидрид). Последнее вещество можно применять для высушивания преимущественно химически стойких веществ.

Если высушивающее вещество добавлять к жидкостям, обладающим повышенной вязкостью, то высушивание продолжается длительное время и, кроме того, значительное количество жидкости остается на поверхности твердого вещества. В этих случаях рекомендуется к высушиваемой жидкости добавить подходящий сухой растворитель (например, эфир) и после этого высушивать ее, как указано выше. При последующей перегонке растворитель можно легко удалить.

В очень многих случаях, особенно при анализе органических веществ, при определении углерода и водорода в качестве поглотителя-воды применяют безводный сернокислый кальций (CaSO4). Безводный сернокислый кальций получают нагреванием при температуре 225±5°С двухводного или полуводного сернокислого кальция. Температура, при которой высушивают CaSO4, имеет очень большое значение для получения препарата, пригодного для быстрого поглощения паров воды. Ни в коем случае нельзя допускать нагревание выше указанной температуры. Перед высушиванием CaSO4 2H2O или CaSO4 0,5H2O измельчают и просеивают через сито, имеющее ячейки 1 -2 мм. Отсеянные зерна (но не мелочь, прошедшую через сито!) помещают в хлоркальциевые трубки, чаще всего U-образной формы, которые нагревают 2-3 ч при 225±5°С с протягиванием через них воздуха, предварительно высушенного над Рг05. Скорость протягивания воздуха около 50 мл/мин. При взаимодействии CaSO4 с водой образуется.полугидрат CaSO4 0,5H2O. Безводный сернокислый кальций может поглотить 6,6% воды от всей массы. Его можно много раз регенерировать, он нейтрален, химически инертен it при насыщении водой не расплывается.

* Luhder E., Z. Spirilusinduslrie S., 7, 67 (1934).

Выбрать подходящее для каждого случая средство для высушивания очень важно, так как при неправильном подборе обезвоживающего вещества можно испортить всю работу. Поэтому важно знать, какие высушивающие средства можно применять для различных веществ.

Применяемые обычно для высушивания неорганические вещества могут быть разделены на следующие группы:

1. Легкоокисляющиеся металлы: Na, Ca.

2. Окиси, легко связывающие воду: CaO, Р2О5.

3. Гигроскопические гидроокиси: NaOH или КОН.

4. Безводные соли: а) щелочного характера (К2СО3), б) нейтрального характера (CaCl2, Na2SO4, CuSO4, CH3COONa).

В табл. 15 даются указания для выбора высушивающего вещества при обезвоживании различных органических жидкостей.

К новым методам обезвоживания относится использование принципа адсорбции воды *. Из органических растворителей, воду удаляют, пропуская последние через стеклянную колонку диаметром 15-40 мм наполненную активированной Аl2O3. По полноте обезвоживания этим методом растворители располагаются в следующий ряд: бензол > хлороформ > диэтиловый эфир > уксусноэти-ловый эфир > ацетон. Этиловый спирт этим поглотителем может быть обезвожен до 99,5%.

Вместе с водой А1203 сорбирует и многие другие загрязнения. Отработанную А1203 не регенерируют и заменяют свежей.

Очень эффективным способом высушивания органических жидкостей и газов является высушивание при помощи цеолитов, остаточная влажность при этом оказывается равной десятитысячным долям процента.

Цеолит NaA пригоден для глубокой осушки трансформаторного масла, различных фракций нефти, хладоагеи-тов, спиртов, а также очень многих продуктов нефтехимического синтеза.

Цеолит CaA может быть использован для селективного извлечения полярных веществ (H2O, H2S1CO2 и др.).

* Angew. Chem., 67, Ki 23, 741 (1955); РЖХим, 1955, Ki 14, 85, реф. 42799; Lab. Sci., 4, № 4, 111 (1956); РЖХнм. 1957, Ki 8, 95, реф. 26289; Chem. Rund., 11, К". 7, 164 (1958); РЖХим, 1959, Ka 1, 163, реф. 1120.

ещества, применяемые для высушивания органических жидкостей

Вариант 5

Спирты и фенолы.

1. Для спирта состава С5H12O (I) и (II) дают при действии PCl5 соответствующих монохлорпроизводные при дегидратации последних получают один и тот же алкен 2-метил-2-бутен. Напишите структурные формулы спиртов (I) и (II).

2. По какой причине и при каких условиях могут реагировать между собой одноатомные спирты? Какие вещества при этом образуются.

3. Почему первые представители спиртов являются жидкими веществами дайте объяснение.

4. Составьте уравнения реакции в соответствии со схемой. Расшифруйте неизвестные вещества – приведите их структурную формулу и название.

5. Для сжигания 50 мл метанола (p=0,80 г/мл) необходим воздух объемом:

а) 150л б) 200л в) 250л г) 180л

6. Для полной нейтрализации смеси фенола и уксусной кислоты требуются 46,8 мл 20%-ного по массе раствора KOH плотностью 1,2 г/мл при взаимодействии этой же смеси с бромной водой образуется 33,1г осадка. Определите массовые доли уксусной и фенола в исходной смеси.

Контрольная работа 90 мин.

Вариант – 10

1) Составьте структурные формулы изомерных спиртов и простых эфиров, соответсвующих формуле C3H8O. Назовите их.

2) Для распознавания этанола и глицерина используют:

a) Хлороводород

c) Уксусную к-ту

d) Гидроксид меди (II)

Составьте уравнение реакции.

3) Напишите уравнение химических реакций, которые нужно провести для получения фенола из карбида кальция и укажите условия их проведения.

4) Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Укажите условия реакций.

5) К 50г 2,6% - ного раствора фенола до окончания реакции прилили бромной воды. Определите, какую массу 2% - ного раствора гидроксида натрия нужно прилить к реакционной смеси для ее полной нейтрализации. Напишите уравнение реакций.

6) Какая масса фенолята натрия может быть получена при взаимодействии 4,7 г фенола с раствором гидроксида натрия объемом 4,97 мл (р=1,38 г/мл)? Массовая доля гидроксида натрия в растворе составляет 35%.

Контрольная работа на 90 минут

Вариант №4

1. Напишите уравнения реакции, при помощи которых 1-пропанол можно превратить в 2-пропанола.

2. установите соответствие формулой вещества и способом его получения:

3. Кислотные свойства наиболее выражаются у:

1) фенола 2) метанола 3) этанола 4) глицерина

5. При окислении 13.8 г этанола оксидом меди (II) массой 28 г. Получили 9,24 г альдегида с практическим выходом:

А) 70% Б) 75% В) 60% Г) 85%

6. Для обезвоживания этанола использовали карбид кальция, какова масса (в граммах) карбида кальция, который необходимо добавить к спирту кальция объемом 150 мл с плотностью р = 0,8г/мл содержащего 96% этанола для получения безводного спирта?

Контрольная работа 90 мин.

Вариант 12

1.Наличие функциональной группы в молекулах спиртов не влияет на:

А) растворимость в воде В) температуру кипения

Б) строение углеводородного радикала Г) характерные химические свойства

2. Какими химическими свойствами обладает соединение, структурная формула которого СН2=СН-СН2ОН? Ответ подтвердите, составив соответствующие уравнения реакций. Укажите условия их проведения.

3. В двух пробирках находятся этиловый спирт и этиленгликоль. Как можно различить эти вещества?

4. Составьте уравнения реакций в соответствии со схемами превращений:

Карбид кальция → ацетилен → бензол → хлорбензол → фенол → тринитрофенол

Укажите условия протекания реакций.

5.Рассчитайте массу этиленгликоля, который можно получить из 200 г водного раствора с массовой долей этанола 92%.

6.При окислении 9 г предельного одноатомного спирта оксидом меди (II) получили 9,6 г меди. Определите молекулярную формулу спирта. Вычислите массу образовавшегося альдегида, если его выход 90%

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Опыт 1. Получение метана и опыты с ним

Оборудование и реактивы: Круглодонная пробирка, спиртовка, штатив, лапка штатива, пробка с газоотводной стеклянной и резиновой трубкой, трубка с оттянутым концом, две U-образные трубки, спички, фарфоровая ступка с пестиком, ацетат натрия, раствор брома в воде, оксид кальция, гидроксид натрия, раствор перманганата калия, активированный уголь, электроплитка, стеклянная палочка.

Ход работы: Ацетат натрия до опыта обезвоживают. Соль CH 3 COONa . 3H 2 O помещают в фарфоровую чашечку, нагревают, помешивая стеклянной палочкой. Ацетат натрия вначале растворяется в кристаллизационной воде, затем, после испарения воды, выделяется в твердом виде. После того как затвердевшая соль снова расплавится, ей дают остыть в эксикаторе и измельчают в ступке пестиком.

Оксид кальция перед использованием прокалить, охладить в эксикаторе и измельчить.

К едкому натру, предварительно измельченному в фарфоровой ступке, добавляют оксид кальция, в соотношении 2:1 по объему порошков. Полученную смесь называют натронной известью. Оксид кальция необходим для устранения гигроскопичности едкого натра.

Реакционную круглодонную пробирку на 3/4 наполняют смесью ацетата натрия с натронной известью в соотношении объемов порошков 1:3 или 1:2. Смесь тщательно перемешивается в фарфоровой ступке. Собирают прибор согласно рис. 1.

Рис. 1. Получение метана и опыты с ним.

Реакционную пробирку подсоединяют к системе из двух U-образных трубок. Правое колено второй трубки закрывают пробкой со стеклянной трубкой, имеющей оттянутый конец. Трубку заполняют активированным углем. В одну U-образную трубку наливают слабый раствор перманганата калия, в другую - бромную воду. Пробирку-реактор прогревают. Избегают чрезмерного перегрева, что приводит к побочным реакциям и получению нежелательных продуктов - ацетона, непредельных углеводородов, углекислого газа и т. д. Для улавливания этих веществ используют стеклянную трубку с активированным углем, которую подсоединяют к газоотводной трубке перед входом газов в первую U-образную трубку.

Метан, полученный в ходе реакции, проходит через растворы KMnO 4 и Br 2 , обесцвечивания растворов не наблюдается (установка герметична, если пробулькивание газов происходит синхронно в обоих растворах). По окончании опыта подносят пламя спички или лучины к отверстию трубки с оттянутым концом. Наблюдают горение метана. Записать уравнения химических реакций.

Техника безопасности: Поджигать метан после установления устойчивого синхронного пробулькивания газа в растворах, но не в первые минуты прохождения метана. Соблюдать правила нагревания, не держать спиртовку руками.

Утилизация. Раствор KMnO 4 и бромную воду использовать повторно. Продукт реакции - карбонат натрия с примесью ацетата натрия и натронной извести перенести полностью в емкость-нейтрализатор. U-образные трубки мыть под вытяжкой слабым щелочным раствором гидроксида кальция.

Опыт 2. Получение этилена и опыты с ним.

Оборудование и реактивы: Реакционная пробирка, газоотводная трубка, две U-образные трубки, стеклянная трубка с активированным углем (с оттянутым концом), спиртовка, штативы с лапками, кипятильники, хлоркальциевая трубка, этиловый спирт, серная концентрированная кислота, бромная вода, раствор перманганата калия, активированный уголь.

Ход работы: В сухую пробирку-реактор (рис. 2.) наливают заранее приготовленную и охлажденную смесь (6 мл) одной части спирта с тремя частями серной концентрированной кислоты. В пробирку помещают несколько кипятильников для равномерного кипения реакционной смеси. Пробирку закрепляют в штативе. Подсоединить пробирку-реактор к U-образным трубкам, используя резиновые шланги (см. рис. установки), в которых находятся раствор KMnO 4 и бромная вода. Правое колено второй U-образной трубки закрывают пробкой со вставленной стеклянной трубкой, имеющей оттянутый конец. Трубка заполняется предварительно активированным углем.

Так как в процессе нагревания спирта и серной кислоты кроме этилена получаются другие вещества (SO 2 , диэтиловый эфир, CO 2 и др.), некоторые из которых также могут обесцвечивать раствор KMnO 4 и бромную воду, то на пути газовой смеси из пробирки-реактора перед первой U-образной трубкой, следует

Рис. 2. Получение этилена и опыты с ним.

поместить хлоркальциевую трубку с активированным углем.

Пробирку-реактор нагреть до равномерного кипения. Наблюдать равномерное синхронное пробулькивание воздуха, а затем этилена через раствор KMnO 4 и бромную воду. Окраска растворов постепенно исчезает. После полного обесцвечивания растворов поднести пламя спички или горящей лучины к трубке с оттянутым концом и поджечь этилен. Написать уравнения реакций, объяснить наблюдаемые явления.

Техника безопасности. Поджигать этилен после полного обесцвечивания раствора KMnO 4 и бромной воды. Прибор должен быть герметичным, что определяется синхронным пробулькиванием газа через растворы KMnO 4 и бромной воды.

Утилизация. Вследствие окисления спирта в пробирке-реакторе остается обуглившаяся смесь неопределенного состава, которую полностью переносят в емкость-нейтрализатор. В раствор, оставшийся после обесцвечивания перманганата калия, добавить немного крепкого подкисленного H 2 SO 4 раствора KMnO 4 и прокипятить. Все имеющиеся органические соединения окисляются до углекислого газа и воды:

C х H у O z + KMnO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + K 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

Раствор KMnO 4 использовать многократно. Утилизацию полученного MnSO 4 (после отработки раствора) см.: VIII кл., тема "Галогены". В раствор, оставшийся после обесцвечивания бромной воды, добавить небольшую порцию железного порошка и несколько капель соляной кислоты средней концентрации:

Fe + HCI = FeCI 2 + 2H.

Через некоторое время бромпроизводные восстановятся атомарным водородом до углеводородов и бромид-ионов, к примеру, по схеме:

Полученный раствор имеет желтовато-бурый цвет бромной воды, который можно использовать для определения непредельных углеводородов и демонстрации окислительных свойств брома. Далее фильтрованием отделяют железный порошок, который промывают, сушат и используют вновь.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Опыт 1. Получение этилена дегидратацией этанола над оксидом алюминия

Описанный выше опыт получения этилена дегидратацией этанола в присутствии H 2 SO 4 (конц) приводит к образованию большого количества оксида серы (IV) и множества других токсичных соединений, опасных для окружающей среды. Оксид серы (IV) очень быстро обесцвечивает раствор KMnO 4 и бромную воду, что делает некорректным описанный опыт в целях учебной демонстрации: C 2 H 5 OH + 2H 2 SO 4 = 2C+2SO 2 + 5H 2 O, далее:

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O (принагревании)

5SO 2 +2KMnO 4 +2H 2 O = K 2 SO 4 +2MnSO 4 +2H 2 SO 4

SO 2 +Br 2 +2H 2 O = H 2 SO 4 +2HBr

Более простой и экологически чистый вариант получения этилена основан на пропускании паров спирта над нагретым твердым катализатором из оксида алюминия.

Оборудование и реактивы: Демонстрационная круглодонная пробирка, стеклянные и резиновые газоотводные трубки, две U-образные трубки, пробирки, стеклянная трубка с оттянутым концом, штатив, лапка штатива, спиртовка, лучинка, этанол, промытый и прокаленный песок, катализатор из глины в смеси с оксидом аллюминия, вода дистиллированная.

Ход работы: Готовят катализатор. Для этого накануне занятия смешивают глину с оксидом алюминия в соотношении 2:1, смачивают водой, хорошо перемешивают и выкатывают из них горошины, которые сушат на воздухе.

В демонстрационную пробирку (1) насыпают сухой песок (3-4 см. высотой) и пропитывают его спиртом. Поверх песка помещают катализатор почти до краев пробирки. Пробирку-реактор закрепляют в лапке штатива с небольшим наклоном (дно выше отверстия) и соединяют с двумя U-образными трубками (рис.3). Тщательно прогревают катализатор, затем другой спиртовкой нагревают песок, смоченный спиртом так, чтобы постоянно в емкости имелись пары спирта (не перегревать!). В данных условиях кроме этилена может получаться и бутадиен, который ставит под сомнение корректность опыта. Для поглощения бутадиена в первую U-образную трубку (2) наливают этанол. Растворимость бутадиена в спирте 15 мл на 100 мл растворителя. Весь бутадиен остается в спирте, так как газовая смесь, выходящая из первой U-образной трубки, не дает розовой окраски с раствором качественного реактива на бутадиен - хинона.

Рис. 3. Получение этилена дегидратацией этанола над твердым катализатором.

Другая U-образная трубка (3) заполняется спиртом или водой для получения раствора этилена. Растворимость этилена в воде и спирте 25,6 и 360 мл на 100 мл растворителя соответственно. Таким образом, можно получить раствор этилена в воде и спирте, которые используют для определения непредельных органических веществ.

Отросток последней U-образной трубки соединяют с газоотводной трубкой, которую помещают в пробирку (4) вначале с бромной водой, а затем с раствором перманганата калия. Наблюдают обесцвечивание растворов. Перед окончанием опыта к газоотводной трубке присоединяют стеклянную трубку с оттянутым концом. Поджигают этилен пламенем лучинки. Наблюдают горение этилена светящимся пламенем. Написать уравнения реакций.

Техника безопасности. 1. Демонстрационная пробирка-реактор прогревается равномерно во избежание растрескивания и возгорания газообразных веществ, образующихся в пробирке. 2. Подставить противень с песком под нагреваемую пробирку. 3. Установка должна быть герметичной.

Утилизация. Раствор бутадиена и этилена в спирте использовать в спиртовках, а также для демонстрации их непредельного характера Обесцвеченный раствор KMnO 4 и бромную воду утилизировать согласно прописям в предыдущем опыте.

Опыт 2. Получение ацетилена и опыты с ним

Оборудование и реактивы: Демонстрационная пробирка Вюрца, газоотводные стеклянные и резиновые трубки, две U-образные трубки, трубка с оттянутым концом, заполненная активированным углем, штативы, лапки штатива, шприц, игла шприца, резиновые пробки, пинцет, лучинка, спички, карбид кальция, насыщенный раствор хлорида натрия, раствор KMnO 4 , бромная вода.

Ход работы: Осторожно поместить в пробирку Вюрца (4) несколько кусочков карбида кальция. Отверстие пробирки закрывают пробкой (5). Далее соединяют пробирку-реактор с U-образными трубками согласно рис. 4.

Работу выполняют на демонстрационном столе, так как побочные продукты реакции технического карбида кальция с водой полностью поглощаются адсорбентом – активированным углем. Важно обеспечить герметичность установки, что достигается плотным прилеганием пробок и резиновых трубок к стеклянным пробиркам и стеклянным трубкам.

Рис. 4. Получение ацетилена и опыты с ним.

Правое колено второй U-образной трубки закрывают пробкой со стеклянной трубкой, заполненной активированным углем. В U-образные трубки наливают разбавленный раствор KMnO 4 и бромную воду. Длинной иглой шприца прокалывают резиновый шланг, соединяющий реактор с первой U-образной трубкой, и медленно вводят насыщенный раствор хлорида натрия в пробирку-реактор с карбидом кальция, регулируя количеством прилитого раствора интенсивность выделения ацетилена.

Наблюдают обесцвечивание растворов KMnO 4 и бромной воды. После обесцвечивания растворов подносят пламя лучинки к трубке с активированным углем, наблюдают коптящее пламя горящего ацетилена. Написать уравнения химических процессов и объяснить наблюдаемые явления.

Техника безопасности. Не брать руками кусочки карбида кальция. Добавлять водный раствор хлорида натрия к карбиду кальция малыми порциями. Израсходовать весь карбид кальция. Проверить герметичность установки: должно быть синхронное пробулькивание пузырьков газа через оба раствора в U-образных трубках.

Утилизация. В пробирку-реактор заливаем из шприца крепкий раствор KMnO 4 и перемешиваем содержимое. Ацетилен и другие продукты гидролиза (H 2 S, PH 3 и др.) окисляются, воздух остается чистым. Через некоторое время пробирку открываем, полученную суспензию сложного состава сливаем в емкость-нейтрализатор со щелочным раствором.

Утилизацию обесцвеченного раствора KMnO 4 и бромной воды проводить согласно прописям в опыте № 2.