ЗАДАЧА 11-3. Оксид трехвалентного металла (A), содержащий 52.94 % металла, взаимодействуя с коксом при температуре 2500 °C, дает вещество Б, которое подвергается приведенным на схеме превращениям: Б —H₂O→ В —1500 °C→ Г —600 °C, углерод→ Д —CH₃CH₂Br, AlCl₃→ Е —hν, 2Br₂→ Ж —KOH, H₂O→ З —3Br₂, KOH→ И —электролиз→ Л. Установите формулу оксида A. Расшифруйте схему превращений вещества Б, учитывая, что электролизу подвергается только вещество И. Напишите полные уравнения реакций, укажите процессы, протекающие на аноде и катоде при электролизе.

Для оксида M₂O₃ массовая доля металла равна 52,94 %:

2M / (2M + 48) = 0,5294, откуда M ≈ 27. Следовательно, A — Al₂O₃.

При восстановлении оксида алюминия коксом при высокой температуре образуется карбид алюминия Б. Его гидролиз даёт метан. Пиролиз метана при 1500 °C даёт ацетилен; из ацетилена при 600 °C на углероде получают бензол. Далее следуют алкилирование бензола, бензильное бромирование, гидролиз, реакция галоформного окисления и электролиз соли карбоновой кислоты.

1. Получение карбида алюминия:

   2Al₂O₃ + 9C → Al₄C₃ + 6CO↑ (2500 °C).

   Б — Al₄C₃.

2. Гидролиз карбида:

   Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃↓ + 3CH₄↑.

   В — CH₄.

3. Пиролиз метана:

   2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (1500 °C).

   Г — HC≡CH.

4. Тримеризация ацетилена:

   3HC≡CH → C₆H₆ (600 °C, углерод).

   Д — бензол.

5. Алкилирование бензола бромэтаном:

   C₆H₆ + CH₃CH₂Br → C₆H₅CH₂CH₃ + HBr (AlCl₃).

   Е — этилбензол.

6. Радикальное бромирование боковой цепи:

   C₆H₅CH₂CH₃ + Br₂ → C₆H₅CHBrCH₃ + HBr (hν).

   Ж — 1-бромэтилбензол.

7. Гидролиз галогенпроизводного:

   C₆H₅CHBrCH₃ + KOH → C₆H₅CH(OH)CH₃ + KBr (водный раствор).

   З — 1-фенилэтанол.

8. Окисление спирта бромом в щелочной среде даёт бензоат калия и бромоформ:

   C₆H₅CH(OH)CH₃ + 4Br₂ + 6KOH → C₆H₅COOK + CHBr₃ + 5KBr + 5H₂O.

   И — C₆H₅COOK. Указанные в схеме 3Br₂ не соответствуют этому уравнению: для сбалансированного превращения требуется 4Br₂.

9. Электролиз водного раствора бензоата калия (электролизу подвергается только И). При анодном окислении карбоксилат-ион декарбоксилируется, и радикалы соединяются с образованием бифенила.

   Анод: 2C₆H₅COO⁻ → C₆H₅–C₆H₅ + 2CO₂ + 2e⁻.

   Катод: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.

   Суммарно: 2C₆H₅COOK + 2H₂O → C₆H₅–C₆H₅ + 2CO₂ + H₂ + 2KOH.

   Л — бифенил.

Оксид A — Al₂O₃; Б — Al₄C₃; конечный продукт Л — бифенил. В схеме для стадии З → И количество Br₂ следует исправить с 3 на 4 для соблюдения материального баланса.