Условие задачи

Составьте уравнение реакции окисления ксилола. Для каких целей используют продукт реакции?

Решение

Мы имеем дело с задачей по органической химии, связанной с окислением ароматического углеводорода – ксилола. В промышленности особое внимание уделяется окислению п‑ксилола (пара‑ксилола) до терефталевой кислоты. При этом реакция проходит в присутствии кислорода и соответствующих катализаторов (например, на основе Co–Mn), а полученная терефталевая кислота является важным сырьём для производства полиэтилентерефталата (ПЭТ).

Найдем стехиометрически сбалансированное уравнение реакции окисления п‑ксилола (C₈H₁₀) до терефталевой кислоты (C₈H₆O₄). Рассмотрим процесс:

Исходное вещество: п‑ксилол (C₈H₁₀).
Продукт: терефталевая кислота (C₈H₆O₄).

Чтобы из C₈H₁₀ получилась C₈H₆O₄, необходимо добавить кислород так, чтобы произошло присоединение двух групп –СOOH вместо двух метильных (–CH₃) групп, что требует замены –CH₃ на –COOH, то есть введения четырёх атомов кислорода и удаления четырёх атомов водорода (при этом водород переходит в воду).

Пусть реакция протекает с участием O₂ и образуются также молекулы воды (H₂O). Подберем коэффициенты так, чтобы состав элементов сбалансировался:

Предположим уравнение в виде:
C₈H₁₀ + 3 O₂ → C₈H₆O₄ + 2 H₂O

Проверим балансировку:

1. Углерод:
Левая часть: 8 атомов (в C₈H₁₀);
Правая часть: 8 атомов (в C₈H₆O₄).

2. Водород:
Левая часть: 10 атомов (в C₈H₁₀);
Правая часть: 6 (в C₈H₆O₄) + 2×2 = 4 (в 2 H₂O) → 6 + 4 = 10 атомов.

3. Кислород:
Левая часть: 3 O₂ = 3×2 = 6 атомов;
Правая часть: 4 (в C₈H₆O₄) + 2 (в 2 H₂O) = 6 атомов.

Таким образом, уравнение сбалансировано.

Окончательная запись реакции выглядит так:
C₈H₁₀ + 3 O₂ → C₈H₆O₄ + 2 H₂O

Что касается применения продукта реакции, терефталевая кислота является ключевым промежуточным веществом для получения полиэтилентерефталата (ПЭТ). ПЭТ широко используется для производства бутылок для напитков, упаковочной плёнки, а также текстильных волокон.

Ответ:
На основе ксилола (п‑ксилола) составляется следующее сбалансированное уравнение реакции окисления:
C₈H₁₀ + 3 O₂ → C₈H₆O₄ + 2 H₂O.
Продукт реакции – терефталевая кислота – используется для производства полиэтилентерефталата (ПЭТ), который находит применение в изготовлении бутылок, упаковки и синтетических волокон.