Решение задачи: X3 в метан

Хорошо, давайте разберем эту цепочку превращений. Нам даны две цепочки реакций, и нужно определить вещества \(X_1\), \(X_2\), \(X_3\) и написать соответствующие уравнения реакций.

Первая цепочка:

Этилен \(\rightarrow\) \(X_1\) \(\xrightarrow{\text{KOH (спирт.), } t^0}\) Ацетилен \(\rightarrow\)

Шаг 1: Этилен \(\rightarrow\) \(X_1\)

Чтобы из этилена получить ацетилен, нам нужно сначала превратить этилен в дигалогеналкан, а затем провести реакцию дегидрогалогенирования. Наиболее распространенный способ получения дигалогеналкана из алкена - это реакция присоединения галогена. Пусть \(X_1\) - это 1,2-дибромэтан. Его можно получить реакцией этилена с бромом. Уравнение реакции: \[\text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{Br}_2 \rightarrow \text{CH}_2\text{Br}-\text{CH}_2\text{Br}\] Таким образом, \(X_1\) - это 1,2-дибромэтан.

Шаг 2: \(X_1\) \(\xrightarrow{\text{KOH (спирт.), } t^0}\) Ацетилен

Теперь 1,2-дибромэтан реагирует со спиртовым раствором гидроксида калия при нагревании. Это реакция дегидрогалогенирования, которая приводит к образованию алкина (ацетилена). Для получения ацетилена из 1,2-дибромэтана требуется две молекулы KOH, так как отщепляются две молекулы HBr. Уравнение реакции: \[\text{CH}_2\text{Br}-\text{CH}_2\text{Br} + 2\text{KOH}_{(\text{спирт.})} \xrightarrow{t^0} \text{CH}\equiv\text{CH} + 2\text{KBr} + 2\text{H}_2\text{O}\] Таким образом, мы получили ацетилен.

Вторая цепочка:

\(\rightarrow\) \(X_2\) \(\xrightarrow{\text{KMnO}_4, \text{KOH}}\) \(X_3\) \(\rightarrow\) Метан

Шаг 1: \(\rightarrow\) \(X_2\)

В этой цепочке нам нужно двигаться с конца. Из \(X_3\) получают метан. Реакция \(X_3\) \(\rightarrow\) Метан - это, скорее всего, декарбоксилирование соли карбоновой кислоты. Если \(X_3\) - это соль уксусной кислоты (например, ацетат натрия), то при сплавлении со щелочью (например, NaOH) можно получить метан. Теперь рассмотрим реакцию \(X_2\) \(\xrightarrow{\text{KMnO}_4, \text{KOH}}\) \(X_3\). Реакция с перманганатом калия в щелочной среде - это окисление. Если \(X_3\) - это соль карбоновой кислоты, то \(X_2\) должен быть алкеном или алкином, который при окислении дает карбоновую кислоту или ее соль. Если \(X_3\) - это ацетат калия (соль уксусной кислоты), то для его получения окислением \(X_2\) (алкена или алкина) нам нужен углеводород с двумя атомами углерода. Предположим, что \(X_2\) - это этилен (\(\text{CH}_2=\text{CH}_2\)). При жестком окислении этилена перманганатом калия в щелочной среде происходит разрыв двойной связи и образование солей карбоновых кислот. Однако, этилен при жестком окислении обычно дает углекислый газ и воду, или оксалат. Если же \(X_2\) - это этанол (\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}\)), то при окислении перманганатом калия в щелочной среде он окисляется до ацетата калия. Давайте проверим этот вариант. Если \(X_2\) - это этанол.

Шаг 2: \(X_2\) \(\xrightarrow{\text{KMnO}_4, \text{KOH}}\) \(X_3\)

Пусть \(X_2\) - это этанол (\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}\)). При окислении этанола перманганатом калия в щелочной среде образуется ацетат калия. Уравнение реакции: \[3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} + 4\text{KMnO}_4 + 4\text{KOH} \rightarrow 3\text{CH}_3\text{COOK} + 4\text{MnO}_2 + 5\text{H}_2\text{O}\] Таким образом, \(X_3\) - это ацетат калия (\(\text{CH}_3\text{COOK}\)).

Шаг 3: \(X_3\) \(\rightarrow\) Метан

Теперь из ацетата калия нужно получить метан. Это реакция декарбоксилирования соли карбоновой кислоты при сплавлении со щелочью (реакция Дюма). Уравнение реакции: \[\text{CH}_3\text{COOK} + \text{KOH} \xrightarrow{t^0} \text{CH}_4 + \text{K}_2\text{CO}_3\] Таким образом, мы получили метан.

Итоговые ответы:

Вещества:

* \(X_1\) - 1,2-дибромэтан (\(\text{CH}_2\text{Br}-\text{CH}_2\text{Br}\)) * \(X_2\) - Этанол (\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}\)) * \(X_3\) - Ацетат калия (\(\text{CH}_3\text{COOK}\))

Уравнения реакций:

1. Получение \(X_1\) из этилена: \[\text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{Br}_2 \rightarrow \text{CH}_2\text{Br}-\text{CH}_2\text{Br}\] 2. Получение ацетилена из \(X_1\): \[\text{CH}_2\text{Br}-\text{CH}_2\text{Br} + 2\text{KOH}_{(\text{спирт.})} \xrightarrow{t^0} \text{CH}\equiv\text{CH} + 2\text{KBr} + 2\text{H}_2\text{O}\] 3. Получение \(X_3\) из \(X_2\): \[3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} + 4\text{KMnO}_4 + 4\text{KOH} \rightarrow 3\text{CH}_3\text{COOK} + 4\text{MnO}_2 + 5\text{H}_2\text{O}\] 4. Получение метана из \(X_3\): \[\text{CH}_3\text{COOK} + \text{KOH} \xrightarrow{t^0} \text{CH}_4 + \text{K}_2\text{CO}_3\]