32

Решение: Цепочка превращений толуола

ЕГЭ · Химия · Задание 32 · Генетическая связь органических веществ
ВысокаяФИПИE17B65Развёрнутое решение≈ 15 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: $\mathrm{CH_4 \rightarrow X_1 \rightarrow C_6H_5CH_3 \rightarrow X_2 \rightarrow p\text{-}CH_3C_6H_4NH_3Cl \xrightarrow{AgNO_3} X_3}$. При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образующиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

При нагревании метана до высокой температуры образуется ацетилен. Следовательно, $X_1$ — ацетилен.

$$2\mathrm{CH_4} \xrightarrow{1500\ ^\circ\mathrm{C}} \mathrm{HC\equiv CH}+3\mathrm{H_2}$$
2

Ацетилен тримеризуется при нагревании в присутствии катализатора с образованием бензола.

$$3\mathrm{HC\equiv CH} \xrightarrow{t,\ кат.} \mathrm{C_6H_6}$$
3

Бензол алкилируют метаном нельзя непосредственно в рамках данной цепочки; толуол получают метилированием бензола хлорметаном в присутствии хлорида алюминия. Хлорметан получают хлорированием метана.

$$\mathrm{CH_4+Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl+HCl};\quad \mathrm{C_6H_6+CH_3Cl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5CH_3+HCl}$$
4

Толуол нитруется преимущественно в орто- и пара-положения; для данной схемы указываем преимущественно образующийся пара-изомер. $X_2$ — пара-нитротолуол.

$$\mathrm{C_6H_5CH_3+HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} p\text{-}CH_3C_6H_4NO_2+H_2O}$$
5

Восстановлением нитрогруппы получают пара-толуидин, затем действием соляной кислоты — его гидрохлорид, изображённый в условии.

$$\mathrm{p\text{-}CH_3C_6H_4NO_2+3H_2 \xrightarrow{Ni,t} p\text{-}CH_3C_6H_4NH_2+2H_2O};\quad \mathrm{p\text{-}CH_3C_6H_4NH_2+HCl\rightarrow p\text{-}CH_3C_6H_4NH_3Cl}$$

Ионы серебра осаждают хлорид-ионы в виде хлорида серебра. В растворе остаётся соль пара-толиламмония с нитрат-ионом: $X_3$ — пара-толиламмоний нитрат.

$$\mathrm{p\text{-}CH_3C_6H_4NH_3Cl+AgNO_3\rightarrow p\text{-}CH_3C_6H_4NH_3NO_3\,(X_3)\downarrow?+AgCl\downarrow}$$
Ответ

X_1 = ацетилен; X_2 = пара-нитротолуол; X_3 = пара-толиламмоний нитрат, \mathrm{p\text{-}CH_3C_6H_4NH_3NO_3}. Основные уравнения: получение ацетилена из метана, тримеризация ацетилена, метилирование бензола, нитрование толуола, восстановление нитрогруппы, образование гидрохлорида и осаждение \mathrm{AgCl}.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Указывают только один продукт нитрования толуола без обозначения преимущественного пара-изомера.

Путают пара-нитротолуол с мета- или орто-изомером.

Записывают при действии нитрата серебра свободный пара-толуидин вместо соли пара-толиламмония с нитрат-ионом.

Не указывают осадок \mathrm{AgCl}.

Используют молекулярные формулы вместо структурных формул органических веществ.

Закрепить приёмВ теме «Генетическая связь органических веществ» ещё 91 задача — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 32 ЕГЭ, химия

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Генетическая связь органических веществ»: в ней 92 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.