CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT FOMANDEHIT TRONG THỰC TIỄN
1. Phương pháp sản xuất fomandehit từ metanol
2.1. Nguyên liệu phản ứng
2.1.1.1. Tính chất vật lý
- Chất khí không màu, không vị.
- Tỷ trọng và pha: 0,717 kg/m3, gas.
- Điểm nóng chảy: -182,5 °C (90,6 K) ở 1 atm.
- Điểm sôi: -161,6 °C (111,55 K).
2.1.1.2. Tính chất hóa học - Phản ứng cháy:
Trước tiên metan tạo ra gốc metyl (CH3), gốc này phản ứng với oxi sinh ra fomandehit cho gốc fomyl để tạo cacbon mono oxit:
CH4 + O2 → CO + H2O Sau đó, hidro bị oxi hóa tạo ra H2O và giải phóng nhiệt:
H2 + ẵ O2 → H2O
Cuối cùng, CO bị oxi hóa tạo thành CO2, và giải phóng thêm nhiệt:
CO + ẵ O2 → CO2 +Q - Hoạt hóa hidro:
Liên kết cộng hóa trị giữa C-H trong metan thuộc loại bền nhất trong hidrocacbon.
Tuy nhiên, metan vẫn là nguyên liệu khởi đầu chính trong sản xuất hidro. Việc tìm kiếm các xúc tác có tác dụng thúc đẩy dễ dàng sự hoạt hóa hidro trong metan và các ankan bậc thấp khác là một lĩnh vực nghiên cứu khá quan trọng trong công nghiệp.
- Tác dụng với halogen:
Metan phản ứng với halogen cho ra metylhalogenic và axit halogenhidric, ví dụ metan phản ứng với clo trong ánh sáng khuếch tán theo nhiều giai đoạn:
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
hoặc khi tác dụng với Cl2 dưới ánh sáng trực tiếp:
CH4 + 2Cl2 → C + 4HCl 2.1.1.3. Phương pháp sản xuất
- Từ nhôm cacbua Al4C3:
Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4↑ Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4↑ - Từ CH3-COONa (phản ứng vôi tôi xút):
CH3-COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4↑ - Phản ứng trực tiếp có xúc tác niken (hiệu suất rất thấp):
C + 2H2 → CH4
- Từ CO:
CO + 3H2 → H2O + CH4↑ - Từ đường glucose (C6H12O6):
C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4
2.1.1.4. Ứng dụng :
- Nhiên liệu: metan là một nhiên liệu quan trọng. So với than đá, đốt cháy metan sinh ra ít CO2 trên mỗi đơn vị nhiệt giải phóng. Ở nhiều nơi, metan được dẫn tới từng nhà nhằm mục đích sưởi ấm và nấu ăn. Nó thường được biết tới với cái tên khí thiên nhiên.
- Trong công nghiệp: metan được dùng trong nhiều phản ứng hóa công nghiệp và có thể được chuyên chở dưới dạng khí hóa lỏng. Trong hóa công nghiệp, metan là nguyên liệu sản xuất hidro, metanol, axit axetic và anhidric axetic.
- Metan trong khí quyển Trái Đất: metan trong khí quyển là một khí gây hiệu ứng nhà kính. Mật độ của nó đã tăng khoảng 150% từ năm 1750 và đến năm 1998, mật độ trung bình của nó trên bề mặt Trái Đất là 1745 ppb. Mật độ ở bán cầu Bắc cao hơn vì ở đó có nhiều nguồn metan hơn (cả thiên nhiên lẫn nhân tạo). Mật độ của metan thay đổi theo mùa, thấp nhất vào cuối mùa hè.
2.1.2. Axit clohidric (HCl):
- Tỉ trọng: 1,18 g/cm3 (đa giá trị, đây là tỷ trọng của dung dịch 36-38%).
- Điểm nóng chảy : -27,32°C (247 K) (dung dịch 38%).
- Điểm sôi: 110°C (383 K) (dung dịch 20,2%); 48°C (321 K) (dung dịch 38%).
- Độ hòa tan: tan trong đimetyl ete, etanol, metanol.
2.1.2.2. Tính chất hóa học:
- Với kim loại: giải phóng khí hidro và tạo muối clorua (trừ các kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hóa học như Cu, Hg, Ag, Pt, Au):
Fe + 2HCl → FeCl2+ H2
- Với oxit bazơ: tạo muối clorua và nước:
ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O - Với bazơ: tạo muối clorua và nước:
NaOH + HCl → NaCl + H2O
- Với muối: tác dụng với các muối có gốc anion hoạt động yếu hơn tạo muối mới và axit mới:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
- Ngoài ra, trong một số phản ứng HCl còn thể hiện tính khử bằng cách khử một số hợp chất như KMnO4(đặc), MnO2, KClO3 giải phóng khí clo:
2KMnO4(đặc) + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8 H2O MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
2.1.2.3. Phương pháp sản xuất - Tổng hợp từ các nguyên tố:
H2 + Cl2 → 2 HCl (ΔH= -184,74 KJ/mol)
- Phản ứng với clorua kim loại:
2 NaClrắn + H2SO4 đặc → Na2SO4 + 2HCl↑
- Sản phẩm clo hóa trong sản xuất chất hữu cơ:
+ Nhiệt phân 1,2-dicloetan tạo thành vinyl clorua:
+ Tổng hợp tetrafloreten từ việc nhiệt phân clodiflometan:
2 CHF2Cl → CF2=CF2 + 2 HCl
+ Từ đốt rác thải hữu cơ clo: C4H6Cl2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O + 2HCl - Hidrat hóa clorua kim loại nặng:
2FeCl3 + 6H2O → Fe2O3 + 3H2O + 6HCl 2.1.2.4. Ứng dụng:
- Tẩy gỉ thép.
- Sản xuất các hợp chất hữu cơ.
-Sản xuất các hợp chất vô cơ.
- Kiểm soát và trung hòa pH.
- Tái sinh bằng cách trao đổi ion.
2.1.3. Oxi (đã trình bày ở mục 1.1.2) 2.1.4. Xúc tác muối đồng (CuCl2) 2.1.4.1. Tính chất vật lý:
- Màu vàng - nâu rắn (khan), màu xanh - màu xanh lá cây (dihidrat).
- Mật độ: 3,386 g /cm3 (khan); 2,51 g /cm3 (dihidrat).
- Điểm nóng chảy: 498°C (khan), 100°C (mất nước của dihdrat).
- Nhiệt độ sôi: 993°C (khan).
- Độ tan trong nước: 706 g/l (0°C), 757 g/l (25°C).
2.1.4.2. Ứng dụng:
- Chất xúc tác trong quá trình Wacker.
- Xúc tác clo hóa: clorua đồng (II) xúc tác clo hóa trong sản xuất nhựa vinyl clorua và đicloetan.
- Các ứng dụng khác tổng hợp hữu cơ.