Материал: Практикум (лабораторные)

пробирки с заранее приготовленными растворами бромной воды и перманганата калия. Наблюдается обесцвечивание растворов:

Опыт 5. Бромирование стирола.

В пробирку помещают 1 мл стирола и добавляют 1 2 мл бромной воды. Пробирку встряхивают и наблюдают обесцвечивание бромной воды.

стирол 1,2-дибромэтилбензол

Арены

Опыт 6. Бромирование бензола и толуола В две пробирки наливают по 1 мл бензола, в третью – 1 мл

толуола. В одну из пробирок с бензолом и с толуолом добавляют 0,5 г катализатора – железа. Приливают во все три пробирки по 0,5 мл р-ра брома в тетрахлорметане (CCl4). Нагревают пробирки при встряхивании на водяной бане. Наблюдают, что в пробирке с бензолом без катализатора изменений не происходит, реакция не идет. В остальных случаях происходит постепенное исчезновение окраски брома.

Опыт 7. Окисление толуола.

В две пробирки помещают по несколько капель (3-4 капли) раствора перманганата калия и разбавленной серной кислоты и затем добавляют в одну пробирку 0,5 мл бензола, а в другую – такое же количество толуола. Сильно встряхивают обе пробирки. Наблюдают, что смесь, содержащая бензол, не изменяет окраски, а в пробирке с толуолом розовая окраска постепенно исчезает.

Бензол весьма устойчив к действию окислителей, а гомологи бензола окисляются сравнительно легко с образованием бензойной кислоты:

KMnO4

H2SO4

Опыт 8. Нитрование нафталина.

В пробирку с 0,5 г нафталина добавляют 2 мл концентрированной азотной кислоты. При встряхивании смесь начинает желтеть уже при комнатной температуре. Смесь нагревают на кипящей водяной бане 5 мин и выливают в пробирку с холодной водой, -нитронафталин выделяется в виде оранжевого масла, быстро твердеющего при встряхивании:

Опыт 9. Конденсация с формалином (формалитовая реакция – качественная проба на присутствие ароматических соединений).

В маленькую фарфоровую чашечку наливают 4 капли чистой концентрированной серной кислоты, затем прибавляют 2 капли формалина и 2-3 капли испытуемого продукта (сначала гексана, затем толуола). При отсутствии ароматических углеводородов смесь остается бесцветной или слегка желтеет. Яркое окрашивание, а часто выделение осадков указывает на наличие ароматических углеводородов. Если реакция получилась неясной, в конце нужно добавить еще 2-3 капли серной кислоты:

Задания к лабораторной работе:

1.Напишите реакции хлорирования для 2,4,4-триметилгексана, этилизопропилацетилена, симм-метилизобутилэтилена, метилдиэтилвтор-бутилметана. Укажите условия и назовите продукты.

2.Напишите реакции гидробромирования для несиммэтилизопропилэтилена, дипропилацетилена, 2,4-диметилпентена-2, 2,3-диметилгексана.

3.Напишите реакция взаимодействия разбавленного раствора перманганата калия с пентаном, 3-этилгексеном-2, α,α -диметил-β- изобутилэтилена, диметилацетилена.

Вопросы для самоконтроля:

1.Реагируют ли пентан и циклопентан с бромной водой и с раствором перманганата калия?

2.Напишите схемы реакций бромирования: а) этилена; б) пропилена; в) ацетилена; г) метилацетилена; д) стирола.

Нужен ли в данных реакциях катализатор?

3.Напишите схемы реакций гидробромирования: а) этилена; б) пропилена; в) ацетилена; г) метилацетилена.

4.Сформулируйте правило Марковникова и правило Зайцева.

5.Напишите схемы реакций дегидратации, протекающих при нагревании с серной кислотой: а) этанола; б) 2-бутанола; в) 2- метил-2-пропанола.

Назовите образующиеся соединения.

6.Напишите схему получения ацетилена из карбида кальция.

7.Напишите схему реакций окисления раствором перманганата калия:

а) этилена (на холоду); б) пропилена (на холоду); в) 2-пентена

(при добавлении конц. серной кислоты и нагревании); г) ацетилена; д) толуола (при нагревании); е) этилбензола (при нагревании).

8.Какие заместители активируют бензольное кольцо, а какие дезактивируют?

9.Напишите схемы реакций бромирования:

а) толуола; б) анилина; в) фенола; г) нитробензола.

Укажите, в каких случаях необходимо использовать катализатор. Назовите образующиеся соединения.

10.Напишите схемы реакций сульфирования:

а) бензола; б) толуола; в) фенола. Назовите образующиеся соединения.

11.Напишите схемы реакций нитрования: а) бензола; б) толуола; в) нафталина. Назовите образующиеся соединения.

12.В чем суть «формалитовой реакции»? Напишите схему этой реакции.

Лабораторная работа № 3

АНАЛИЗ ГРУППОВОГО СОСТАВА БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ

Нефть представляет собой смесь большого числа органических соединений. Исследование химического состава нефти –сложная аналитическая задача. Сравнительно простым составом характеризуются лишь самые легкие бензиновые фракции нефтей, выкипающие в пределах от начала кипения до 180-200 0С. В их состав входят углеводороды и гетероатомные соединения, содержащие от 5 до 10 атомов углерода в молекуле.

Бензиновые фракции, выделенные из нефтей прямой перегонкой, в зависимости от состава исходной нефти могут содержать в различных соотношениях арены, алканы, циклоалканы, а также некоторые гетероатомные соединения.

В состав бензиновых фракций, выделенных из продуктов термокаталитической переработки нефтяного сырья, кроме перечисленных групп соединений входят еще алкены, а иногда в незначительных количествах алкины и алкадиены.

При изучении химического состава бензиновых фракций ставятся две основные задачи:

1)определение группового состава, когда находят содержание по отдельности различных групп углеводородов: алканов, циклоалканов, аренов и алкенов (если последние содержаться

висследуемом образце;

2)определение индивидуального компонентного состава, когда

висследуемой фракции идентифицируют все составляющие

еекомпоненты.

Влабораторных условиях используют метод анилиновых точек

для определения группового углеводородного состава. Метод анилиновых точек, основан на неодинаковой растворимости углеводородов различных классов в анилине. При смешении нефтяной фракции с анилином при комнатной температуре обычно образуются два слоя, т.е. не происходит полного растворения нефтепродукта в анилине. Если эту смесь нагреть, постоянно перемешивая, то при достижении определенной температуры произойдет полное взаимное растворение анилина и нефтепродукта, слои исчезнут и жидкость станет однородной. Температуру,

соответствующую полному взаимному растворению анилина и

нефтепродукта, называют анилиновой точкой или критической температурой растворения данного нефтепродукта в анилине.

Наиболее низкими анилиновыми точками среди углеводородов характеризуются арены, наиболее высокими – алканы; циклоалканы занимают промежуточное положение. В пределах одного гомологического ряда анилиновые точки, как правило, возрастают с увеличением молекулярной массы и температуры кипения углеводорода.

Существует два метода определения анилиновых точек: метод равных объемов и метод максимальных анилиновых точек. Мы будем пользоваться методом равных объемов, при котором берут равные объемы исследуемой фракции и анилина и определяют температуру их полного смешения.

При анализе группового химического состава прямогонного бензина его сначала разгоняют на узкие стандартные фракции, пределы выкипания которых соответствуют пределам выкипания ареноа в смеси с другими углеводородами:

1) н.к. – 60 0С – не содержащая аренов; 2) 60 – 95 0С – бензольная; 3) 95 – 122 0С – толуольная;

4) 122 – 150 0С – ксилольная и этилбензольная 5) 150 – 200 0С – содержащая арены С9-С10.

Каждую фракцию анализируют по отдельности. Сначала определяют анилиновую точку исходной фракции (Т), затем удаляют арены и для деароматизированной фракции вновь определяют анилиновую точку (Т1). Массовую долю аренов А, % рассчитывают по формуле:

А=К(Т1-Т),

где (Т1-Т) – депрессия анилиновой точки, зависящая от содержания аренов; К – коэффициент, соответствующий процентному содержанию

аренов, вызывающему понижение анилиновой точки в деароматизированной фракции на 1 0С.

Таблица №3

Зависимость содержания аренов от температуры кипения фракции, выраженная коэффициентом К

Массовая доля циклоалканов Н (%), рассчитывается по формуле Н=(100-А)Н1/100,

где Н1- содержание циклоалканов в деароматизированной фракции%.

Значение Н1 находится по таблице 4 по найденному значению исходной анилиновой точки Т1.

Массовую долю алканов (парафинов) П(%), рассчитывается по формуле:

П=100-(А+Н),

где А- массовая доля аренов, %; Н – массовая доля циклоалканов, %.

Методика определения анилиновой точки методом равных объемов.

Вчистую сухую пробирку 1 (рис. 2) помещают по 2 мл анилина

ианализируемой бензиновой фракции, плотно закрывают пробкой с термометром 3 и мешалкой 4, укрепляют в муфте и погружают в

стакан, служащий водяной баней 2. Термометр помещают в пробирку так, чтобы середина ртутного шарика находилась на уровне линии раздела слоев анилина и анализируемой фракции. Температуру водяной бани медленно повышают, при этом необходимо постоянно перемешивать мешалкой раствор. Отмечают температуру полного смешения жидкостей (момент когда раствор становится прозрачным), прекращают нагревание и дают воде медленно остыть.

Рис.2. Схема прибора для определения анилиновых точек.

1-пробирка в муфте (или пробирка с двойными стенками); 2-стакан; 3-термометр; 4-проволочная мешалка

Когда в пробирке 1 появляется муть, что свидетельствует о начале раздела фаз, снова начинают перемешивать раствор мешалкой и отмечают наивысшую температуру, при которой мытный раствор не исчезает.

Температуры полного смешения и помутнения не должны расходиться более чем на 0,1 0С.

Определение анилиновой точки проводят второй раз для смеси анилина и деароматизированной выбранной фракции.

Методика удаления аренов адсорбцией на силикагеле.

Аппаpатуpа,pеактивы,матеpиалы

Стеклянная колонка высотой 650 мм, диаметpом 8-10 мм, с pасшиpением в веpхней части;

Этиловый спиpт-pектификат; Силикагель;

Фоpмалин;

Сеpная кислота 98%;

Меpные цилиндpы (гpадуиpованные пpобиpки) с ценой деления 0,1 мл.

Проведение анализа

Стеклянную колонку заполняют силикагелем (15 г) и закрепляют вертикально в штативе. К нижней части колонки ставят мерный цилиндр. Исследуемую фракцию в количестве 15 мл заливают в колонку и после того, как она полностью впитается в силикагель, добавляют в качестве десорбирующей жидкости 15 мл этилового спирта. Сначала с низа колонки будет выходить насыщенная (алкано-циклоалкановая) часть исследуемой фракции, которая адсорбируется силикагелем менее прочно. Отбирают первую порцию 1 мл фракции и сразу проверяют ее на отсутствие ароматики с помощью формолитовой реакции. Если не происходит окрашивания формалина, значит ароматика отсутствует. Отбирают вторую порцию

– 1 мл и снова проводят формолитовую реакцию.

Методика определения аренов формолитовой реакцией

В маленькую фарфоровую чашечку помещают 1 мл 98%-ной бесцветной серной кислоты, добавляют 2-3 капли 10%-ного раствора формалина и столько же продукта. При отсутствии аренов смесь остается бесцветной или слегка желтеет. Ярко-красное окрашивание смеси указывает на появление в отобранной фракции аренов.

Таблица №4

Массовая доля циклоалканов, % в деаpоматизиpованной бензиновой фpакции в зависимости от анилиновой точки.

Соотношение анилина и фpакции 1:1

Вопросы для самоконтроля:

1.Какие две основные задачи ставятся при изучении химического состава бензиновых фракций?

2.Для каких нефтепродуктов используют методику определения группового состава методом анилиновых точек и на чем она основывается?

3.С какой целью и на какие узкие фракции проводят разделение бензина при определении группового состава?

4.Как изменяется значение анилиновой точки в зависимости от класса углеводородов?

5.Какие существуют методы определения анилиновых точек?

6.Объясните суть метода позволяющего провести деароматизацию бензиновой фракции.

7.Какая качественная реакция используются для обнаружения аренов в бензиновой фракции? Напишите ее для бензола, этилбензола, толуола.

Лабораторная работа № 4

АНАЛИЗ СМЕСИ УГЛЕВОДОРОДОВ МЕТОДАМИ ГЖХ И РЕФРАКТОМЕТРИИ

Введение

Сочетание рефрактометрических измерений с другими физикохимическими методами анализа вещества (ГЖХ, ИКС, УФ и др.) позволяет определить состав многих сложных смесей органических соединений и природных продуктов.

Задачей данной работы является определение процентного содержания ароматического углеводорода в смеси гептан:толуол с использованием метода газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ) и

рефрактометрического метода.

Экспериментальная часть

1.Определение процентного содержания компонентов в смеси методом ГЖХ

Определение процентного содержания толуола в смеси

проводится методом газовой хроматографии на хроматографе Кристалл 4000 с применением капиллярной колонки из нержавеющей стали длиной 50 м, диаметром 0,25 мм. Колонка заполнена неподвижной фазой - трикрезилфосфат. Применяют пламенноионизационный детектор. Анализ смеси проводится в изотермическом режиме при температуре хроматографической колонки, равной 110140 С.

Хроматограмма состоит из двух четко разделенных пиков.

Рис.3. Вид хроматограммы

Расчет состава анализируемой смеси проводится методом внутренней нормализации по формулам:

где: Р1 и Р2 – процентное содержание соответственно гептана и толуола;

S1 и S2 - соответствующие приведенные площади пиков. Приведенные площади пиков находят по формулам:

где S1 и S2 – площади пиков гептана и толуола, определяемы как произведение высоты пика h на ширину пика на середине высоты 0,5: