Пример №2

Задача «Электролиз». Известно, что основное количество едкого натра и хлора, производимого в промышленности, получают электролизом раствора поваренной соли. При этом щелочь используют целиком, а вот хлора - только 10%. Оставшиеся 90% хлора хранят на складах без использования. При этом хлорорганических веществ производят все меньше и меньше из-за их токсичности. Предложите способ рационального использования избыточного количества хлора.

Варианты решения задачи.

№1.

Авторы: Тихонов Михаил, Воронкова Инна, Семенова Мария, Найденов Владимир, Хороших Варвара, Кучерской Александр, Прокопчук Кирилл.Руководитель команды: Григорьева Маргарита Анатольевна.Гимназия № 248 города Санкт-Петербурга.

Способ получения гидроксида натрия из раствора хлорида натрия электролизом (2NaCl + 2Н₂0 —^{электрсш}' > 2NaOH + CI2 + Н2Т) является наиболее экономичным, даже несмотря на то, что в последние годы хлор не находит должного употребления. Полученный в данном процессе, хлор ранее активно применялся для производства хлорорганических веществ. В связи с высокой токсичностью этих веществ объемы их производства и использования в некоторых странах полностью прекращено (при производстве, эксплуатации и утилизации выделяются диоксины). Примером таких производств могут служить следующие производственные схемы:

Хлор можно использовать для получения глицерина из пропилена по следующей схеме:

СН₃-СН=СН₂ _____ хтор_>4оо-5оо°с хлористый аллил ^+1/2Qi-^g >

СН₂С1СН=СН₂

Соляная кислота (НС1) используется для производства очень многих веществ. Дихлорэтан (CICH2CH2CI) - в качестве растворителя для удаления красок, клеев. Хлористый аллил, эпихлоргидрин - глицерина; гипохлорит кальция (Са(С10)2) - для отбеливания тканей и бумаги, дезинфицирующее средство. Перхлорэтилен (тетрахлорэтилен СЬС^СЬ) - растворитель для сухой чистки одежды, для обезжиривания металлов. Хлористый алюминий (AICI3) - катализатор в органическом синтезе, при крекинге нефти. Четыреххлористый углерод (CCI4) - душистое вещество (запах лимона) в пищевой и парфюмерной промышленности, сырье для получения душистых веществ (ментол). Перхлорвиниловая смола - производство перхлорвиниловых лаков (защита металлов), эмалей, клеев, волокон, водопроводных труб для горячей воды. Производства с использованием электролиза должны быть снабжены новейшими очистными сооружениями во избежание попадания хлора и его соединений в окружающую среду.

№2

Лазаренко Дмитрий.

Иванова Светлана Александровна.

Физико-математическая гимназия №30.

Применение в органике.

Основной проблемой использования хлора в органических соединениях является токсичность большинства из них. Особенно токсичными являются полимерные соединения (поливинилхлориды, хлоропреновые каучуки и т.п.), поэтому широкое применение могут найти простые в производстве и абсолютно не токсичные мономерные соединения, такие, как хлорпарафины (ХП***). При их промышленном производстве побочным продуктом является 30% соляная кислота (см. неорганику). Жидкие ХП:

1. хорошие пластификаторы

2. при добавлении к пластикам снижают их токсичность

3. улучшают свойства смазок (границы рабочего давления и температуры)

4. антикоррозионные покрытия (гидрофобность)

5. пропитка тканей, бумаги, брезента (гидрофобность) Применение в неорганике.

1. получение других галогенов (йод, бром), хлор -хороший окислитель

2. НС1 -обработка руд, травление металлов

3. соли НС1:

А. ВаС1₂ -средство для борьбы с вредителями A. ZnCl₂ -пропитка дерева для защиты от гниения А. СаС1₂ -используется для сушки газов.

№3

Автор: Иванов Юрий, учащийся лицея №533 Руководитель - Топунова М.К., учитель химии лицея №533

Электролиз — совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые протекают на электродах в растворах или расплавах электролитов при пропускании через них электрического тока.

Хлор.

Хлор служит для приготовления многочисленных неорганических и органических соединений. Его применяют в производстве соляной кислоты, хлорной извести, гипохлоритов и хлоратов и др. Большое количество хлора используется для отбелки тканей и целлюлозы, идущей на изготовления бумаги. Хлор применяют также для стерилизации питьевой воды и обеззараживания сточных вод, как боевое отравляющее вещество, а также в противогазах. В цветной металлургии его используют для хлорирования руд, которое является одной из стадий получения некоторых металлов.

Особенно большое значение имеют хлорорганические продукты. Хлорсодержащие органические растворители, - например, дихлорэтан, четыреххлористый углеводород - широко применяются

для экстракции жиров и обезжиривания металлов. Некоторые хлорорганические продукты служат эффективными средствами борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. На основе хлорорганических продуктов изготавливают различные пластические массы, синтетические волокна, каучуки, заменители кожи (павинол). С развитием техники область применения хлорорганических продуктов расширяется; это ведет к непрерывному увеличению производства хлора.

Широкое использование хлора в различных отраслях народного хозяйства. А также масштабы его производства и потребления позволяют отнести хлор, наряду с серной кислотой, аммиаком и содой, к числу важнейших продуктов, выпускаемых химической промышленностью. Реакции по утилизации хлора:

Соляная кислота (НС1) используется в химических синтезах. Помимо важной роли соляной кислоты в процессе пищеварения, она уничтожает различные болезнетворные бактерии (холеры, тифа).

Получение: Н₂ + С1₂->2НС1

Получение растворителей (цепная реакция Семенова):

у Ф-. у ф- у- Ф у- Ф-

СН₄ + С1₂ СН₃С1 + С1₂ СН₂С1₂ + С1₂ -> CHCI3 + С1₂ -+ССЦ

Метилендихлорид СН₂С1₂ (хлористый метилен, дихлорметан) - жидкость, применяется как растворитель.

Хлороформ CH3CI (трихлорметан) - жидкость, применяется для наркоза в хирургических операциях и как растворитель. Используется в производстве фторированных хладагентов и фторопластов. Мировое производство за 1975год составило 240 ООО тонн в год. Четыреххлористый углерод СС1₄ (тетрахлорметан) - тяжелая негорючая жидкость, применяется как растворитель при извлечении жиров и масел из растений, для удаления жировых пятен с тканей, в огнетушителях.

Дифтордихлорметан CF₂C1₂ (фреон-12) - жидкость с температурой кипения 29,8°С. Не ядовит, не реагирует при комнатной температуре с металлами. При его испарении поглощается большое количество теплоты. Применяется (как и другие фреоны - полифторхлоруглеводороды) в холодильных устройствах, а также как растворитель для образований аэрозолей. Получение:

у.ф. kat, SbF₃ У.в. + С1₂ —> полихлор у.в. hf илятср---------------------------------------------- фреон (хладон).

Хлористый винил СН-СН - С1 (винилхлорид) - производная этилена.

Бесцветный газ. Получается при соединении хлористого водорода к ацетилену. Легко полимеризуется, применяется для получения поливинилхлорида.

Хлорид ртути (II), или сулема, HgCl₂ может быть получен непосредственным взаимодействием ртути с хлором. Это бесцветное вещество, сравнительно малорастворимое в холодной воде. Однако с повышением температуры растворимость сулемы сильно возрастает, достигая при 100°С 58 г в 100 г воды. Из раствора сулема кристаллизуется в виде длинных блестящих призм. Сулема, как и все растворимые ртути, - сильный яд. Она используется для протравливания семян, дубления кожи, получения других соединений ртути, при крашении тканей, как катализатор в органическом синтезе и как дезинфицирующее средство.

При промышленном получении титана руду или концентрат переводят в диоксид титана, который затем подвергают хлорированию. Однако даже при 800-1000°С хлорирование протекает медленно. С достаточной для практических целей скоростью оно происходит в присутствии углерода, связывающего кислород, в основном, в СО: Ti0₂ + 2С1₂ + 2С —> TiCU + 2СО

TiCl₄ + 2Mg Ti + 2MgCl₂ Хлорид титана (IV) используется как дымовая завеса.

Поливинилхлорид (ПВХ) - широко используется для футеровки труб и сосудов в химической промышленности. Применяется для изоляции электрических проводов, изготовления кожи,

линолеума, непромокаемых плащей. ПВХ - компакт-диски, защитные лаки и упаковочные материалы, химическая аппаратура и пенопласты, игрушки и детали приборов. При хлорировании этого вещества получается перхлорвиниловая смола. Получение: С₂Н₂ + НС1 —> СН₂=СН - С1 пСН₂=СН - С1 -> [-СН₂ - СН(С1)-]п

Перхлорвиниловая смола (П.х.) получается хлорированием раствора поливинилхлорида в хлорбензоле или перхлорэтилене; суспензии ПВХ в воде или тетрахлорметане. Образующийся П.х. содержит хлора соответственно 63-64% (I) и 65-67% (II). Полимер (I) растворим во многих растворителях; полимер (II) нерастворим. Применение: (I) - в производстве перхлорвиниловых лаков, эмалей и клеев, волокна; (II) - для производства труб (главным образом для горячей воды) и листов.

Получение: [-СН₂ - СН(С1)-]п + С1₂ + С₆Н₅С1 -> [-С(С1₂) - С(С1₂)-] + НС1

Хлорная известь (Са(СЮ)₂, СаС1_2> Са(ОН)₂ и кристаллы воды) применяется как

дезинфицирующее дегазирующее средство, а также для отбеливания тканей.

Перхлорэтилен (тетрахлорэтилен) С1₂ОСС1₂ применяется как растворитель для сухой чистки одежды, в текстильной промышленности, для обезжиривания металлов. Мировое производство составляет 1 050 ООО тонн в год (1975 год).

Хлоропреновый каучук [-СН₂ - С(С1)=СН - СН₂-] применяется в производстве клеев, для изоляции

проводов и кабелей, обкладки химической аппаратуры и валов.

Получение: СН=С - СН=СН₂ + НС 1 СН₂=С(С 1) - СН=СН₂

пСН₂=С(С1) - СН=СН₂ -> [-СН₂ - С(С1)=СН - СН₂-]п Хлорид железа (III) (FeCh) находит широкое применение в органическом синтезе (кислота Льюиса).

Получение: 2FeCl₂ + С1₂ 2FeCl₃

Один из самых важных инсектицидов — гексахлорциклогексан СбН_бС1б (часто называемый гексахлораном). Это вещество впервые синтезировано еще в 1825 году Фарадеем, но практическое применение нашло только через сто с лишним лет — в тридцатых годах нашего столетия. Сейчас гексахлоран получают, хлорируя бензол. Подобно водороду, бензол очень медленно реагирует с хлором в темноте (и в отсутствие катализаторов), но при ярком освещении реакция хлорирования бензола — СбНб + ЗС1₂ —> СбНбС1б — идет достаточно быстро.

Безводный хлорид кальция (СаС1₂) широко применяется в лабороторной практике для сушки газов и в медицине, а водный раствор хлорида кальция (СаС1*Н₂0) используется для приготовления охлаждающих веществ. Вывод:

Несмотря на то, что хлор - сильный яд, который использовали в войнах как боевое химическое оружие, а большинство соединений содержащих хлор являются токсичными, он до сих пор остается одним из наиболее производимых элементов. Например, поливинилхлорид находит огромное применение. Чего стоят компакт диски, которые продаются на каждом шагу! Поэтому можно до бесконечности описывать реакции с участием хлора. Литература:

1. Н.Л. Глинка, Общая химия, изд. Химия, - М., 1979 г.

2. Большой энциклопедический словарь по химии, под ред. Кнунянц, изд. Химия, - М., 1998 г.

Дата добавления: 2015-07-15