4. METANOL
4.1. Tính chất của metanol
4.1.1.Tính chất vật lý.
Metanol tan rất ít trong chất béo và dầu. Do cĩ độ phân cực, cho nên metanol cĩ khả năng hịa tan nhiều chất vơ cơ, đặc biệt là muối.
4.1.2.Tính chất hĩa học.
Metanol là rợu đơn giản nhất trong các loại rợu, giống nh các đồng đẳng của nĩ, tính chất của metanol chủ yếu phản ứng xẩy ra tại vị trí liên kết O - H và liên kết C - O và phản ứng đặc trng của là phản ứng thế nguyên tử hidro hay là nhĩm O - H.
Các phản ứng quan trọng của metanol trong cơng nghiệp gồm cĩ các phản ứng sau:
- Phản ứng dehidro hĩa và phản ứng oxi hĩa - Phản ứng cacbonyl hĩa.
- Phản ứng este hĩa với các axit hữu cơ và vơ cơ, cùng với những dẫn suất của axit khác.
- Phản ứng este hĩa.
- Phản ứng cộng vào liên kết cha no. - Phản ứng thế nhĩm hidroxil.
4.2.Các phơng pháp sản xuất metanol:
Do những ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp hĩa học. Cho nên trên thế giới cĩ rất nhiều cơng nghệ dùng để sản xuất metanol. Phơng pháp cổ điển nhất là phơng pháp tổng hợp metanol từ quá trình chng cất gỗ.
Ngày nay ngời ta tổng hợp metanol bằng phơng pháp hiện đại hơn nh là:
Tổng hợp metanol từ hidro các cabon oxit. Ph ơng trình phản ứng xẩy ra nh sau:
CO + 2H2 → CH3OH
Tỷ lệ CO và H2 là 2 : 1 theo thể tích, xúc tác trong phơng pháp này là oxit đồng, kẽm, crom. Phản ứng đợc thực hiện ở nhiệt độ 3000C, hiệu suất sản phẩm đạt trên 90%, độ tinh khiết của metanol là 90%. Ngồi ra cũng cĩ thể thay thế CO bằng CO2.
Trong phản ứng tổng hợp metanol.
CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O
Metanol cũng cĩ thể đ ợc điều chế bằng cách oxi hĩa trực tiếp metan.
CH4 + 1/2O2 → CH3OH
Tỷ lệ CH4/O2 = 9 : 1 theo thể tích, xúc tác sử dụng trong quá trình này là Cu, áp suất sử dụng trong quá trình là 100atm, nhiệt độ ở 1000C. Các phản ứng xẩy ra trong quá trình này là đều tỏa nhiệt. Do đĩ ta cần khống chế ở nhiệt độ thấp để tránh phân hủy sản phẩm. Ngày nay phơng pháp chủ yếu để sản xuất metanol là đi từ khí tổng hợp.
Khí tổng hợp là khí mà phần của nĩ là CO và H2. Khí tổng hợp đợc điều chế chủ yếu từ khí than đá ( quá trình khí hĩa than đá) và từ khí thiên nhiên hay là từ khí đồng hành.
Khí tổng hợp đợc sử dụng khá rộng rãi trong quá trình tổng hợp hữu cơ. Tuỳ theo yêu cầu sản phẩm, mục đích sử dụng quá trình oxi hĩa khơng hồn tồn thành khí tổng hợp. Các quá trình cơ bản tổng hợp metanol:
- Quá trình chuyển hĩa bằng hơi nớc:
Đây là một quá trình tổng hợp cơng nghệ đợc sử dụng rất phổ biến trong quá trình tổng hợp metanol và amoniac. Tỷ lệ H2O và CH4 là 1,5 : 3.
CH4 +1/2O2 → CO + 2H2 + 35,7 KJ/mol
Sản phẩm ngồi CO và H2 cịn cĩ CO2 và H2O. Nhiệt độ của quá trình phản ứng 1000 - 11000C. quá trình nhiều khi khơng cần sử dụng đến xúc tác.
- Quá trình chuyển hĩa cĩ xúc tác:
Quá trình dựa trên cơ sở phản ứng giữa khí thiên nhiên, hơi nớc và oxi. quá trình này yêu cầu áp suất cao hơn quá trình chuyển hĩa bằng hơi nớc, tiêu tốn năng lợng thấp hơn cho quá trình nén và cĩ thể sử dụng ngay cho tổng hợp metanol.
6.OXI .
6.1.Tính chất của oxi.
6.1.1.Tính chất vật lý.
Oxi là một chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, duy trì sự sống và sự cháy, ít hịatan trong nớc. Oxi tồn tại dới hai dạng thù hình O2 và O3 (O3 là chất khí cĩ màu xanh nhạt và mùi tanh).
6.1.2.Tính chất hĩa học.
Oxi là phi kim cĩ tính oxi hĩa mạnh: - Tác dụng với kim loại
- Tác dụng với phi kim
- Tác dụng với các hợp chất khác.
6.2.Phơng pháp tổng hợp oxi.
Trong phịng thí nghiệm oxi đợc tổng hợp dựa vào quá trình nhiệt phân các chất giàu oxi (KMnO4). Trong cơng nghiệp điều chế oxi dựa vào quá trình chng phân đoạn khơng khí lỏng, hay dùng phơng pháp điện phân nớc.
7.AXIT SUNFURIC .
7.1.Tính chất Axit sunfuric.
7.1.1. Tính chất vật lý.
H2SO4 là một chất lỏng khơng màu, nặng hơn nớc (d= 1,827g. cm3), các phân tử liên hợp với nhau bằng liên kết hidro, đơng đặc ở 10,8270C và sơi kèm theo hệ phân hủy ở khoảng 2800C. Hỗn hợp đồng sơi ở 1 atm chứa 98% H2SO4 sơi ở 3380C. Axit sunfuric trộn lẫn với nớc theo tỷ lệ bất kỳ. Sự hịa tan này tỏa rất nhiều nhiệt, nên khí ra lỗng cần phải nhỏ từ từ axit vào nớc và khuấy đều, khơng đợc làm ngợc lại.
7.1.2.Tính chất hĩa học.
H2SO4 cĩ những tính chất của một axit mạnh, oxi hĩa, sunfo hĩa, hidrat hĩa.
Trong dung dịch nớc axit sunfuric là axit mạnh ở nấc điện ly đầu tiên, nấc điện ly thứ hai nĩ yếu hơn.
H2SO4 → H+ + HSO- 4
HSO-
4 H+ +SO42- ; K = 10-2
*Axit sunfuric đặc, nĩng, oxi hĩa đợc cả những kim loại kém hoạt động nh Cu, Ag, Hg.
2H2SO4 + Cu → CuSO4 + SO2 + 2H2O
*Với kim loại hoạt động, sản phẩm sự khử axit sunfuric ngồi SO2 cịn tạo H2S , S.
Mg + 2H2SO4 → MgSO4 + SO2 + H2O
Hay:
3Mg + 4 H2SO4 → 3MgSO4 + S + 4H2O
*Với một số phi kim nh P, S, C bị H2SO4 đặc nĩng oxit hĩa. Ví dụ:
2H2SO4 + S → 3SO2 + 2H2O
*Sunfo hĩa các hợp chất hữu cơ vịng thơm.
ArH + 2H2SO4 → Ar SO3H + H3O+ + HSO-
4
ngồi ra H2SO4 đặc là tác nhân hidrat hĩa. Ví dụ:
(C6H10O5)n + H2SO4 → 6nC + H2SO4 . 5nH2O
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑
7.2.Sản xuất H2SO4.
Trong cơng nghiệp H2SO4 đợc sản xuất bằng phơng pháp tiếp xúc.
+ O2kk
FeS2 SO2 + khơng khí đã loại nớc hoặc S.
+ V2O5 + H2SO4 + H2O
SO2 SO3 Oleum dd H2SO 400 - 6000C
Phản ứng trung tâm là:
SO2(k) + 1/2 O2(k) ≈ SO3 (k); ∆H = -98,9 kJ
Ngồi ra trong sản xuất axetandehyt đi từ axetylen cịn dùng HgO làm xúc tác. Nĩ màu vàng nhng khi nĩng chuyển sang biến thế màu đỏ, HgO bị nhiệt phân hủy ở khoảng 4000C.
Đợc điều chế:
Hg2+ + 2OH- → HgO ↓ + H2O III. Tớnh chất Axetandehyt.
1. Tính chất vật lý của axetandehyt .
Axetandehyt cĩ cơng thức phân tử: C2H4O hay CH3CHO, viết tắt là AcH hay MeCHO khối lợng phân tử 44,054, axetandehyt là chất lỏng khơng màu, linh động, cĩ mùi hơi cay, khi pha lỗng một lợng nhỏ thì cĩ mùi trái cây.
Nhiệt độ sơi của axetandehyt gần với nhiệt độ phịng. - Tại 101,3kpa : Ts = 20,160C
- Điểm nĩng chảy ở 101,3Kpa là: -123,50C
- áp suất tới hạn : 6,44 Mpa
- Tỷ trọng tơng đối : d4t = 0,8045 ữ 0,001325 t
- Chỉ số khúc xạ : nDt = 1,34240 ữ 0,0005635t - Thể tích phân tử trong pha khí:
+ ở 101,3 kpa và 20,160c là: 23,40l/mol + ở 101,3kpa và 2500C là : 23,84l/mol - Thể tích riêng pha hơi (m3/kg)
+ Tại 20,160C thì v = 0,531m3/kg + Tại 250C thì v = 0,541 m3/kg - Tỷ trọng pha hơi so với khơng khí là 1,52
- Sức căng bề mặt tại nhiệt độ và tỷ trọng khác nhau:
Nhiệt độ, 0C d4t Sức căng bề mặt mN cm-1
0,1 0,8090 23,9
20,0 0,7833 21,2
50,0 0,74099 17,0
- áp suất hơi của axetandehyt trong pha hơi
Nhiệt độ 0C Áp suất hơi, mmHg Nhiệt độ 0C Áp suất hơi, atm
-97 3 20,8 1 -48 33 44,8 2 -23 103 58,3 3 0 337 68,0 4 10 503,4 75,7 5 27,55 1000
- áp suất hơi của dung dịch axetandehyt
Nhiệt độ 0C % mol ÁpPhần, mmHg suất riêng Nhiệt độ 0C % mol Ápphần, mmHg suất từng
10 4,9 74,5 20 5,4 125,2
10 10,5 139,8 20 12,8 295,2
10 46,4 363,4 20 21,8 432,6
- Độ nhớt ở pha lỏng tại: + Nhiệt độ 9,50C độ nhớt là: 0,253 mpa.s + Nhiệt độ 200C độ nhớt là: 0,21 mpa.s
- Độ nhớt ở pha hơi tại 250C là: 86 x 10-4 mpa.s - Moment lỡng cực trong pha khí là: 2,69 ± 2% D. - Hằng số điện mơi: + Trong pha lỏng ở 100C là 21,8
+Trong pha lỏng hơi ở 20,160C;101,3kpa là: 1,0216 - Nhiệt dung pha lỏng Cp tại: + 00C thì Cp = 2,18 J .g-1 .K-1
+ 200C thì Cp = 1,38J. g-.1K-1
- Nhiệt dung pha hơi:
+ Tại nhiệt độ 250C, áp suất 101,3 Kpa thì Cp = 1,24 Jg-1K-1
+ Tại nhiệt độ 00C, áp suất 101,3 Kpa thì Cp = 1,17 Jg-1K-1
+ Tại nhiệt độ 10000C, áp suất 101,3 Kpa thì Cp = 2,64 Jg-1K-1
- Tỷ số Cp/Cv tại 300C, và 101,3kPa là: 1,145
- Độ dẫn nhiệt: + Pha lỏng tại 200C là: 0,174 Jm-1S-1K-1
+ Pha hơi tại 250C là: 1,09x10-2 Jm-1S-1K-1
- Hệ số giản nở thể tích K (0 ữ 200C) là: 0,00169 - Nhiệt hịa tan là: 17906 J/mol
- Hằng số nhiệt đốt cháy trong pha lỏng P=1168,79 kJ/mol - ẩn nhiệt nĩng chảy là: 3246,3 J/mol
- ẩn nhiệt hĩa hơi tại 20,20C là: 25,73 kJ/mol hoặc 27,2kJ/mol; 30,41kJ/mol.
- Nhiệt sinh nguyên tử của pha khí tại 250C ∆H = - 166,4 kJ/mol
- Năng lợng tự do Gibbs (∆G) từ các nguyên tố ở 250C của axetandehyt là: ∆G = - 133,82 kJ/mol
- Entropy axetandehyt ở trạng thái lỏng tại 20,160C là ∆S=91,57 J/mol-1k-1
- Thế ion hĩa thứ nhất là: 10,5 ev
- Hằng số phân ly tại 00C là: 0,7 x 10-4 mol/l
l mol K H CHO CH CHO CH ; 0,7 10 4 / 2 3 ↔ − + + = ì −
Hầu hết axetandehyt cĩ thể trộn lẫn với nớc và những dung mơi hữu cơ để tạo hỗn hợp đồng sơi nh là tạo với axit axetic, benzen, axeton, etanol, metanol, dung mơi naphta, toluen, xilen, etyl ete, parandehyt.
2. Tính chất hĩa học.
Axetandehyt là hợp chất cĩ khả năng phản ứng hĩa học khá cao, nĩ là hợp chất điển hình cĩ chứa nhĩm andehyt (CHO) nh là hợp chất chứa nhĩm ankyl. Trong đĩ nguyên tử H đợc kích hoạt bởi nhĩm cacbonyl (CO) ở vị trí α. Khi tác dụng ở nhiệt độ trên 4200C thì axetandehyt phân hủy thành metan và oxit cacbon.
0 420 C 3 4 CH CHO→CH +CO 2.1.Phản ứng cộng. 2.1.1. Phản ứng cộng H2O.
Axetandehyt tạo với nớc hợp chất hidrat khơng bền, các hidrat vẫn chỉ đợc biết đến nh là nớc clo của axetandehyt bền CCl3CH(OH)2 .