Осуществить превращения: метан →ацетилен →бензол→ нитробензол

Превращение метана в ацетилен можно осуществить путем термического разложения метана при высоких температурах (около 800-1000 °C) в присутствии катализатора, например, оксида меди. При этом метан разлагается на углерод и водород, которые затем реагируют между собой, образуя ацетилен.

Для получения бензола из ацетилена можно использовать процесс каталитического циклизации, который происходит при высоких температурах и давлении в присутствии катализатора, обычно алюминия и его соединений. В результате ацетилен претерпевает циклизацию и образует бензол.

Нитробензол можно получить путем нитрирования бензола - реакции введения нитрогруппы в молекулу бензола. Для этого используется смесь азотной кислоты и серной кислоты, которая взаимодействует с бензолом, образуя нитробензол.

Таким образом, последовательное осуществление этих превращений позволит получить нитробензол из метана.

Для осуществления данных превращений нужно провести ряд химических реакций, которые могут быть описаны следующим образом:

1. Метан (CH₄) → Ацетилен (C₂H₂): Превращение метана в ацетилен может быть осуществлено через процесс пиролиза при высокой температуре. Этот процесс известен как пиролиз метана и может быть описан уравнением:

   [ 2CH_4 \rightarrow C_2H_2 + 3H_2 ]

   Для проведения пиролиза метан нагревают до температуры около 1500°C в отсутствие кислорода. В результате этого процесса образуется ацетилен и водород.

2. Ацетилен (C₂H₂) → Бензол (C₆H₆): Для получения бензола из ацетилена используется тримеризация ацетилена. Этот процесс проходит при высокой температуре и в присутствии катализатора, такого как активированный уголь или никель. Уравнение реакции можно записать следующим образом:

   [ 3C_2H_2 \rightarrow C_6H_6 ]

   В условиях высокой температуры (около 500°C) и давления ацетилен превращается в бензол.

3. Бензол (C₆H₆) → Нитробензол (C₆H₅NO₂): Превращение бензола в нитробензол осуществляется с помощью реакции нитрации. Нитрацию проводят с использованием смеси концентрированной азотной кислоты (HNO₃) и концентрированной серной кислоты (H₂SO₄). Эта смесь известна как нитрующая смесь. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

   [ C_6H_6 + HNO_3 \rightarrow C_6H_5NO_2 + H_2O ]

   В данной реакции серная кислота выступает как катализатор и помогает генерировать нитроионы (NO₂⁺), которые атакуют бензольное кольцо, приводя к образованию нитробензола.

Таким образом, последовательность превращений выглядит следующим образом:

1. Пиролиз метана при высокой температуре: (2CH_4 \rightarrow C_2H_2 + 3H_2)
2. Тримеризация ацетилена при высокой температуре и в присутствии катализатора: (3C_2H_2 \rightarrow C_6H_6)
3. Нитрация бензола с помощью нитрующей смеси: (C_6H_6 + HNO_3 \rightarrow C_6H_5NO_2 + H_2O)

Эти шаги позволяют осуществить последовательное превращение метана в ацетилен, затем в бензол и, наконец, в нитробензол.

Превращения: метан → ацетилен → бензол → нитробензол могут быть осуществлены через серию химических реакций, таких как пиролиз, хлорирование и нитрование.