Курсовая работа: Методические разработки урока по теме "Спирты"

Параметры процесса брожения выбирают, исходя из оптимальных условий развития дрожжевых клеток и подавления развития их спутников — кислотообразующих бактерий молочнокислого и уксуснокислого брожения.

Так как оптимальные температуры размножения дрожжевых клеток практически совпадают и равны 35— 50 °С, то подавить развитие бактерий изменением температуры нельзя. Для этого повышают кислотность среды, вводя в гидролизат серную или молочную кислоту. При рН 4,2 дрожжевые клетки интенсивно растут, а бактерии не размножаются. Поэтому на практике процесс брожения проводят при температуре 27 С, атмосферном давлении и в кислой среде (рН= =3,8—4,0).

Технологическая схема производства этанола гидролизом древесины. Процесс производства этанола складывается из двух последовательных стадий; объединенных в единую технологическую схему: гидролиза древесины и сбраживания образующегося гидролизата. В нашей стране распространен метод гидролиза древесины разбавленной серной кислотой. В качестве сырья используют отходы хвойной древесины с высоким содержанием гексозанов.

Производство этанола по этой схеме представляет собой полунепрерывный перколяциоиный процесс, в основе которого лежит принцип: непрерывной фильтрации раствора кислоты через периодически загружаемое в реактор древесное сырье с непрерывным в течение нескольких часов отбором гидролизата.. При этом раствор кислоты служит одновременно экстрагентом образующихся при гидролизе моносахаридов. Схема производства этанола гидролизом древесины приведена на рис. 2.

Древесное сырье в виде опилок или измельченной щепы загружают в гидролиз-аппарат 1 — цилиндрический стальной сосуд, футерованный внутри кислотоупорным материалом. После загрузки сырья в аппарат через специальное оросительное устройство подают нагретый до 1$0—190 °С раствор серной кислоты концентрацией около 0,5 %. Воду для получения раствора кислоты подогревают в подогревателе 2. В гидролиз-аппарат вводят также пар и создают давление 1,0—1,2 МПа. Через фильтрующее устройство, расположенное в нижней части гидролиз-аппарата и выполненное в виде перфорированных медных трубок, из аппарата непрерывно отводят гидролизат и направляют его в испаритель 4. Вследствие снижения давления гидролизат вскипает и пары, содержащие фурфурол (tKHn= 161,7 °С при атмосферном давлении), поступают в конденсатор 5. Цикл непрерывной работы гидролиз-аппарата от загрузки до выгрузки составляет несколько часов, затем оставшийся в нем лигнин передавливают после открытия заслонки в сборник после этого в аппарат загружают новую порцию древесного сырья.

После отделения фурфурола гидролизат из испарителя поступает в нейтрализатор 6, куда подают раствор гидроксида кальция, а оттуда —

Сульфитный щелок подают в колонну /, где из него паром выдувают примеси. Очищенный щелок поступает в нейтрализатор 2, куда подают раствор гидроксида кальция и вводят питательные соли. Из нейтрализатора щелок после охлаждения до 30 °С в холодильнике 4 направляют сначала на первую ступень брожения в дрожжанку 5, а затем на вторую ступень брожения в бродильный чан 6 и в. сепаратор 7. В сепараторе дрожжи отделяются от образовавшейся бражки, и их возвращают в дрожжанку. После сепаратора бражку, содержащую 1,0— 1,2 % спирта, направляют на концентрирование и выделение этанола аналогично тому, как это происходит в производстве гидролизного этанола (см. рис. 2).

Переработкой сульфитных щелоков можно получить (в расчете на 1 т воздушно-сухой древесины) 90—110 л этанола, 40—50 кг белковых дрожжей, 600—700 кг сухих лигносульфонатов.

Комплексная переработка сульфитных щелоков имеет и большое значение в экологическом плане. Существующие промышленные способы производства целлюлозы не обеспечивают полной утилизации и переработки его отходов — варочных сульфитных щелоков и отдувочных газов. Вследствие этого целлюлозно-бумажная промышленность в настоящее время — одна из основных источников загрязнения водоемов сточными водами.

этанол урок одноатомный спирт

Глава 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ «СПИРТЫ»

 

Система уроков по теме: "Предельные одноатомные спирты"

Пояснительная записка.

Все классы органических соединений преподаю блоками. Блок состоит из трех частей:

1.  урок-лекция,

2.  тренировочные домашние упражнения,

3.  урок-коррекция.

Урок-лекция (объяснение нового материала).

Цели:

- ввести понятие предельных одноатомных спиртов, свойств;

- развитие интереса, умения выделять главное, научить сравнивать и анализировать.

1. Определение.

Органические соединения, которые состоят из предельного углеводородного радикала и содержат одну функциональную гидроксильную группу (-ОН), называются насыщенными одноатомными спиртами.

Общая формула СnН2n+1ОН ( где n1) или R – ОН

2. Гомологический ряд и номенклатура

СН3 ОН – метиловый спирт (метанол),

СН3 СН2ОН – этиловый спирт (этанол)….

- СН2 - гомологическая разница

Пример: 3-метилгексанол – 1

2. Изомерия положения функциональной группы (-ОН)

Пример: бутанол-1 -> бутанол-2

3. Изомерия между классами (предельные одноатомные спирты изомерны простым эфирам)

4. Физические свойства

1) Спирты от С1 до С11 – жидкости, от С12 до С - твердые.

2) Легче воды, бесцветны, жидкие имеют резкий запах, твердые запаха не имеют.

3) Низшие спирты (до пропилового) смешиваются с водой в любых отношениях. Высшие спирты практически нерастворимы в воде.

Межмолекулярная водородная связь возможна между отдельными молекулами спирта и между молекулами спирта и воды. Это влияет на физические свойства спиртов: повышает температуру кипения, снижает летучесть, способствует хорошей растворимости в воде, не позволяет перегонкой получить 100% спирт из его водного раствора.

5. Химические свойства (с примерами):

1) горение,

2) взаимодействие с активными металлами;

3) взаимодействие с органическими кислотами, с неорганическими кислотами;

4) с галогеноводородами;

5) окисление

- первичный спирт -> альдегид,

- вторичный спирт -> кетон,

- третичный спирт: тяжело окисляется с разрывом С-С связи;

6) дегидратация:

- внутримолекулярная,

- межмолекулярная с образованием простых эфиров;

7) дегидратация и дегидрирование (реакция Лебедева).

6. Получение одноатомных спиртов (с примерами).

В промышленности:

1) получение СН3 ОН

- из синтез-газа

- во время сухой перегонки древесины (древесный спирт),

2) гидратация алкенов,

3) брожение сахаристых веществ.

В лаборатории:

1) из алканов через галогенопроизводные,

2) восстановление альдегидов.

Физиологическое действие спиртов на организм негативно.

СН3 ОН – сильный яд! В малых количествах вызывает слепоту, в больших – приводит к смерти.

С2Н5ОН – наркотик. Под влиянием этанола у человека ослабляется внимание, затормаживается реакция, нарушается корреляция движений. При продолжительном употреблении вызывает глубокие нарушения нервной системы, заболевания сердечно-сосудистой системы, пищеварительного тракта, наступает тяжелая болезнь – алкоголизм.

7. Применение спиртов.

1) Метанол:

- в промышленном органическом синтезе (производство формальдегида),

- как растворитель,

- как добавка к бензину.

2) Этанол:

- производство уксусной кислоты,

- как растворитель,

- в парфюмерии,

- в медицине,

- как топливо,

- в пищевой промышленности.

8. Связь между ациклическими углеводородами и спиртами (показать на примерах).

Домашнее задание: пар. 17 (учебник О.С. Габриелян), тренировочные упражнения.

Приложение 1. Закрепление (если позволяет время)

1.  Назвать по международной номенклатуре (2-4 примера).

2.  Написать структурные формулы изомерных спиртов С4Н9 ОН и назвать их.

Приложение 2. Тренировочные домашние упражнения.

Тема: “Одноатомные спирты”.

Сложность 1 (оценка “удовлетворительно”).

1.  Написать структурные формулы следующих соединений: 2-метилпентанол-1; 2,3-диметилбутанол-2; 2-метилпентен-1-ол-3.

2.  Назвать вещество и написать два его гомолога и два изомера

1.  Какой объем водорода выделится при взаимодействии 19,5 г калия с этанолом.

Сложность 2 (оценка “хорошо”).

1.  Чем объясняется изомерия спиртов? Пояснить это на примере спирта, в молекуле которого четыре атома углерода. Назвать каждый изомер.

2.  Написать реакции получения метанола.

3.  Осуществить превращения:

Этан -> бромэтан-> этен-> этанол-> метилэтиловый эфир. Где происходит дегиратация?

4.  При сжигании 4,8 г органического вещества образовалось 3,36 л оксида углерода (IV) и 5,4 г воды. Плотность паров этого вещества по метану 2. Определить формулу вещества.

Сложность 3 (оценка “отлично”).

1.  Чем отличаются первичные, вторичные и третичные спирты? (Привести примеры каждого и назвать их)

2.  Предложить схему получения из пропана пропанол-1.

3.  Осуществить превращения (предложить две цепочки).

4.  При межмолекулярной дегидратации 100г одноатомного предельного спирта неизвестного строения выделилось 21,09 г воды и выход продукта реакции составил 75% от теоретического. Определить строение спирта.

Урок-коррекция.

1 этап. 10-15 минут. Учащиеся задают вопросы по тренировочным упражнениям.

2 этап. 20-30 минут. Самостоятельная работа. Работа разноуровневая. Учащиеся выбирают любой вариант.

Самостоятельная работа (тема: “Одноатомные спирты”).

Оценка “удовлетворительно”

Вариант 1	Вариант 2
1.  Какие вещества называют спиртами? (привести примеры). 2.  Какие спирты образуются в результате гидратации следующих веществ: этена, бутена-2. 3.  Осуществить превращения: 1)С2Н 5 ОН->С2Н 4 ->С2Н 5 Cl->С2Н5 ОН 2)ацетилен- >А-> этанол 4. При взаимодействии 12,8 г спирта с натрием образовалось 4,48 л водорода. Какой это спирт?	1.  Написать общую формулу спиртов. Что такое функциональная группа? 2.  Написать уравнение гидролиза водным раствором щелочи следующих соединений: хлорэтана, 2-хлорбутана. 3.  Осуществить превращения: 1)СН 4 -> С2Н 2 -> С2Н 4 -> С2Н 5 ОН 2)этанол -> А-> этан 4. При дегидратации 12 г спирта образовался алкен и 3,6 г воды. Какой это спирт?

Оценка “хорошо”

Вариант 3

Вариант 4

1.  Объяснить образование водородных связей между молекулами спирта и влияние на физические свойства. 2.  Как получить спирты из алкенов (привести два примера). 3.  Осуществить превращение: оксид углерода (IV) – метанол – хлорметан – этан – углекислый газ. 4.  Найти молекулярную массу вещества А: пропанол-1 – А - пропанол-2 5.  0,5 моль метанола нагрели с KBr и H2SO4 и получили 38 г бромметана. Найти выход бромметана

1.  Как доказать, что спирты отравляюще и пагубно действуют на организм человека. 2.  Дописать уравнения и назвать вещества. 1.  СН 3 – CHCl - СН 2 - СН 3 + КОН(водн) 2.  СН 3 – CHCl - СН 2 - СН 3 + КОН(спирт) 1.  Осуществить превращения: метан – этан – этен – этанол – углекислый газ 2.  Определить молекулярную массу вещества А: этанол – А – 1,2-дихлорэтан. 3.  Какая масса этилата натрия получится при взаимодействии этанола массой 11,5 г с натрием массой 9,2 г?

Оценка “отлично”

Вариант 5

Вариант 6

1.  Почему температура кипения спиртов намного выше, чем соответствующих углеводородов? 2.  Сколько изомерных бутиловых спиртов может образоваться из изомерных алкенов С4Н 8 при их гидратации? 3.  Написать уравнения реакций, в результате которых можно получить из метана бутадиен-1,3. 4.  Метанол массой 2,04 кг получили взаимодействием оксида углерода (11) объемом 2 м3 с водородом объемом 5 м3 (ну). Найти выход продукта реакции. 5.  Определить массу пропанола-2, взятого для реакции, если во время дегидратации пропанола-2 получили пропен, который обесцветил бромную воду массой 200 г. Массовая доля брома в бромной воде равна 3,2%.

1.  Почему нельзя физическими методами получить 100%-ный этанол из его водного раствора? 2.  Сколько изомерных третичных спиртов имеют состав .С6Н13 ОН ? Написать формулы и назвать . 3.  Написать уравнения реакций, в результате которых можно получить из метана диэтиловый эфир. 4.  Какую массу бутадиена-1,3 можно получить из спирта объемом 230 л и плотностью 0,8 кг/л, если массовая доля этанола в спирте 95%? Выход продукта реакции составляет 60%. 5.  Вычислить массу добытого продукта, если выход на обеих стадиях синтеза составляет по 60%, если известно, что из пропанола-2 массой 24 г добыт 2-бромпропан, из которого синтезировали 2,3-диметилбутан.

Химические свойства спиртов

Одноатомные спирты не обладают ни щелочными, ни кислотными свойствами. Водные растворы спиртов на индикаторы не действуют.

Рассмотрим химические свойства спиртов на примере этанола. В молекуле этилового спирта СН3–СН2–ОН имеется четыре типа химических связей, различающихся полярностью: 1) Н–О;

2) С–О; 3) С–Н; 4) С–С. В результате химических превращений разрываются наиболее полярные связи Н–О, С–О и С–Н. Неполярная связь С–С в реакциях спиртов не разрывается.

1. Разрыв связи Н–О в реакции с натрием:

 

2. Одновременный разрыв связей Н–О и С–Н, находящихся при спиртовом атоме углерода, под действием окислителя (CuO) с отщеплением молекулы Н2О и образованием альдегида (СН3СНО):

2.  Разрыв связи под действием нуклеофильных реагентов (ионов В– или молекул с неравномерным распределением заряда в молекуле ) в кислой среде.

3.  а) Действие кислот НСl или НВr с образованием галогеналканов:

б) Действие кислородсодержащих кислот – неорганических и органических – с образованием сложных эфиров (подробнее см. урок 29):

Модель нуклеофильного и электрофильного процессов

 

4. Внутримолекулярное отщепление Н и ОН от соседних атомов С в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании с образованием алкена:

 

5. Межмолекулярное отщепление Н и ОН от двух разных молекул спирта при умеренном нагревании в присутствии дегидратирующих агентов. Продукт реакции – простой эфир:

6. Спирты горят на воздухе с расщеплением всех связей и образованием углекислого газа и воды:

С2Н5ОН + 3О2 2СО2 + 3Н2О.

Задача. Составьте уравнения реакций пропанола-1 СН3СН2СН2ОН со следующими реагентами: а) Na; б) CuO; в) HCl в присутствии H2SO4 (конц.) при нагревании; г) H2SO4 (конц.) при 160 °С (продукт – алкен); д) H2SO4 (конц.) при 140 °С (продукт – простой эфир).

Решение

 

1. Составьте уравнения реакций пропанола-2 СН3СН(ОН)СН3 со следующими реагентами:

а) Na; б) CuO; в) HCl в присутствии H2SO4 (конц.) при нагревании; г) H2SO4 (конц.) при 160 °С (продукт – алкен); д) H2SO4 (конц.) при 140 °С (продукт – простой эфир).

2. Алюминий реагирует со спиртами подобно натрию. При этом происходит замещение гидроксильного водорода на металл и выделение свободного водорода Н2. Реакция протекает при нагревании около температуры кипения спирта. Составьте уравнения реакций металлического алюминия со спиртами: а) метанолом; б) этанолом.

3. Почему температуры кипения спиртов выше, чем у соответствующих по молекулярной массе углеводородов (С2Н5ОН, Мr = 46, tкип = 78 °С; С3Н8, Мr = 44, tкип = –42 °С)?

4. Напишите схему реакций, с помощью которых пропанол-1 можно превратить в пропанол-2.

Из спиртов ROH получают соединения многих других классов: алкилгалогениды RHal, алкены R'СН=СН2, простые эфиры RОR', сложные эфиры R'СООR, альдегиды R'СНО, карбоновые кислоты R'СООН и т.д. Спирты используют в качестве растворителей при синтезе новых соединений, производстве лаков и красок, фармацевтических препаратов, душистых веществ, парфюмерно-косметической продукции. Этанол используют как дезинфицирующее средство, горючее в двигателях. Он идет также на изготовление алкогольных напитков.

Применение этилового спирта

Для прочного усвоения знаний по химии надо овладеть умением составлять и решать цепочки химических превращений. Решить цепочку – это значит записать уравнения реакций, соответствующие каждой стрелке схемы. В результате удается из имеющихся в наличии веществ получать новые необходимые вещества. Для решения цепочек необходимо знать:

а) способы получения веществ и б) химические свойства веществ различных классов.

Пример цепочки химических превращений в производстве этанола

 

Задача. Составьте уравнения реакций для цепочки превращений:

 

Решение

Воспользуемся удобным способом, помогающим определять реагенты, требуемые для превращения одного вещества в другое: будем находить отличие в составе двух веществ, стоящих по разные стороны от стрелки, и из химической формулы с большим числом атомов вычитать формулу с меньшим числом атомов. Так, для первой стрелки схемы:

Следовательно, чтобы превратить спирт СН3СН2ОН в алкен СН2=СН2, надо отщепить молекулу воды от молекулы спирта:

Вторая реакция схемы состоит в присоединении водорода к алкену:

Третья стрелка схемы представляет реакцию замещения водорода в алкане СН3–СН3 на хлор. Это достигается действием молекулярного хлора на алкан:

Четвертое превращение – замещение атома хлора в хлорэтане С2Н5Сl на гидроксильную группу ОН:

Пятая реакция заключается в отщеплении двух атомов водорода от молекулы спирта. На практике это означает окисление спирта кислородом [O] окислителя, т.е. связывание избыточных атомов Н в форме Н2О:

ЛИТЕРАТУРА

1.  О.В. Байдалина. О прикладном аспекте химических знании // Химия в школе, 2005, № 5, с. 45-47.

2.  Ахметов Н.С. Методика преподавания темы «Закономерности протекания химических реакций» // Химия в школе. 2002, № 3, с. 15 – 18.

3.  Ахметов Н.С. Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 1998 г.

4.  Рудзитис Г.Е., Фельдман Р.Г. Учебник для 8 класса средней школы. М.: Просвещение, 1992.

5.  Материалы сайта www.1september.ru

6.  О.С. Габриелян, Н.П. Воскобойникова, А. В. Ящукова. Настольная книга учителя. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 2003 г.

7.  Малинин К.М. Технология серной кислоты и серы. М., Л., 1994.

8.  Васильев Б.Г., Отвагина М.И. Технология серной кислоты. М., 1985.

9.  Отвагина М.И., Явор В.И., Сретенская Н.С., Шарифов М.Ю. Промышленность минеральных удобрений и серной кислоты. М., НИИТЭХИМ. 1972. Выпуск № 4.

10.  Резницкий И.Г. Возможности использования нитрозного способа для переработки газов автогенных процессов на серную кислоту / Цветные металлы. 1991. № 4.

11.  Березина Л.Т., Борисова С.И. Утилизация фосфогипсов - важнейшая экологическая проблема // Химическая промышленность. 1999 г. № 12.

12.  Громов А.П. Экологические аспекты производства серной кислоты // Экология и промышленность России. 2001, № 12.

13.  Лидин Р.А. Химия: Руководство к экзаменам / Р. А. Лидин, В. Б. Маргулис. – М.: ООО Издательство «АСТ»: ООО «Издательство Астрель», 2003. с. 64 – 70.

14.  Единый государственный экзамен 2002: Контрольные измерительные материалы: Химия / А.А. Каверина, Д.Ю. Добротин, М.Г. Снастина и др.; М.: Просвещение, 2002. – с. 39 – 51.

15.  Химия: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / Е.А. Алферова, Н.С. Ахметов, Н.В. Богомолова и др. М.: Дрофа, 1999. с. 430-438

16.  Р.П. Суровцева, С.В. Сафронов. Задания для самостоятельной работы по химии. М.: Просвещение, 1993 г.