Загрузка...

Інші завдання дивись тут...

Вправа 281. Опишіть фізичні властивості й застосування метану та його гомологів. 

Фізичні властивості: за звичайних умов перші чотири члени гомологічного ряду метану (CH4, C2H6, C3H8, C4H10)) — гази, наступні (від C5H12 до C16H34) — рідини, решта сполук з числом атомів Карбону С>16 — тверді речовини. Усі гомологи метану є безбарвними речовинами, майже нерозчинні у воді, добре змішуються між собою і добре розчиняють інші неполярні сполуки, рідкі алкани легші за воду і мають специфічний вуглеводневий або квітковий запах, а тверді - жирні на дотик. 

Застосування: використовують як пальне: бензин, гас, дизельне пальне, авіаційний бензин, мазут (спалюють на теплових електростанціях), шляхом хімічних перетворень добувають багато цінних речовин: синтетичні мийні засоби, розчинники, холодоагенти для холодильників, пластмаси, каучуки тощо.

 

Вправа 282. Як змінюються температури плавлення й кипіння у членів одного гомологічного ряду зі збільшенням числа атомів Карбону в молекулі? ПідвищуютьсяЧому? Зі збільшенням числа атомів Карбону (довжини карбонового ланцюга) збільшується молекулярна маса речовин, тому збільшується кількість енергії, що необхідна для плавлення або випаровування речовин.

 

Вправа 283. Які хімічні властивості характерні для метану та його гомологів? Складіть рівняння реакції повного згоряння метану.

Реакції горіння:

1. Повне окиснення алканів (горіння) з утворенням вуглекислого газу в надлишку кисню:

CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2

2. Неповне окиснення алканів з утворенням чадного газу при нестачі кисню:

2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2

3. Неповне окиснення алканів з утворенням сажі (вуглецю) при нестачі кисню:

CH4 + O2 -> C + 2H2

Реакції взаємодії з галогенами (галогенування) під час освітлення ультрафіолетовим промінням або під час нагрівання:

CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl 

              хлорометан і гідроген хлорид

CH3Cl + Cl2 -> CH2Cl2 + HCl,

              дихлорометан і гідроген хлорид

CH2Сl2 + Cl2 -> CHCl3 + HCl

              трихлорометан і гідроген хлорид

CHCl3 + Cl2 -> CCl4 + HCl

               тетрахлорометан і гідроген хлорид

Сумарне рівняння повного хлорування метану:

 

CH4 + 4Cl2 -> CCl4 + 4HCl

 

Вправа 284. За яких умов можливе неповне згоряння алканів? За умови нестачі кисню. Чим це може бути небезпечно?  Утворюється чадний газ - це дуже отруйний (з'єднується з гемоглобіном крові, блокуючи перенесення кисню) газ без кольору і запаху.

 

Вправа  285. Які спільні та відмінні фізичні властивості бутану й гексану?

Спільні: є безбарвними речовинами, мають низькі температури плавлення і кипіння, погано розчиняються у воді, добре змішуються один з одним і розчиняють інші неполярні сполуки.

Відмінні: різний агрегатний стан (бутан за звичайних умов є газом, а гексан - рідина), гексан, на відміну від бутану, має специфічний квітковий запах, легший за воду і у разі змішування суміш розшаровується, має трохи вищу температуру плавлення та кипіння. 

 

Вправа 286. Як розрізнити дві рідини — гексан і воду — за їхніми фізичними властивостями? Запропонуйте не менше трьох способів.

1. За запахом. Гексан - рідкий алкан, тому має специфічний квітковий запах, а вода не має запаху. 

2. Змішати з водою. Гексан - легший за воду, тому суміш розшарується: алкан збереться зверху, а вода - знизу.

3. Змішати з олією. Олія з гексаном утворять однорідну суміш, а суміш олії з водою розшарується: олія збереться зверху, а вода - знизу.

 

Вправа 287. Складіть рівняння реакції повного згоряння пропану. Який об’єм кисню необхідний для спалювання пропану об’ємом 5,6 л (н. у.)? Який об’єм вуглекислого газу при цьому утвориться?

Відомо: V(C3H8)=5,6 л. Знайти: V(O2)-?, V(CO2)-? 

Розв'язування:

І спосіб 

Виразимо об'єм C3H8 через кількість речовини (n=V/VМ, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

n(C3H8)=V(C3H8)/VM=5,6 л : 22,4 л/моль=0,25 моль.

Записуємо рівняння реакції: C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

За співвідношенням кількості речовини n(C3H8)/1=n(O2)/5 обчислимо кількість речовини кисню:

n(O2)=5n(C3H8)=50,25 моль=1,25 моль

За співвідношенням кількості речовини n(C3H8)/1=n(СO2)/3 обчислимо кількість речовини вуглекислого газу:

n(СO2)=3n(C3H8)=30,25 моль=0,75 моль

З формули n=V/Vм, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль, знаходимо об'єм V=n•VM

V(O2)=n(О2)•VM=1,25 моль•22,4 л/моль=28 л.

V(СO2)=n(СО2)•VM=0,75 моль•22,4 л/моль=16,8 л.

ІІ спосіб 

Записуємо рівняння реакції: C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

За рівнянням записуємо співвідношення кількості речовини пропану та кисню:  n(С3Н8)/1=n(O2)/5 і пропану та вуглекислого газу: n(С3Н8)/1=n(СO2)/3

У цих співвідношеннях замінюємо кількості речовин на співвідношення об’ємів n=V/VM, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

V(C3H8)/VM=V(O2)/(5VM)  (1)

V(C3H8)/VM=V(СO2)/(3VM)  (2)

Із співвідношення (1) виражаємо об'єм кисню:

V(O2)Vм=V(C3H8)•5, тому

V(O2)=V(C3H8)•5Vм/Vм=V(C3H8)•5=5,6 л•5=28 г.

Із співвідношення (2) виражаємо об'єм вуглекислого газу:

V(СO2)•Vм=V(C3H8)•3, тому

V(СO2)=V(C3H8)•3Vм/Vм=V(C3H8)•3=5,6 л•3=16,8 г.

Відповідь: V(O2)=28 г, V(CO2)=16,8 г.

 

Вправа 288. Зразок парафіну масою 1 г повністю спалили в кисні. Обчисліть масу осаду, що виділиться під час пропускання утвореного вуглекислого газу крізь вапняну воду за умови утворення тільки середньої солі. Припустіть, що в парафіні молекули містять в середньому по 24 атоми Карбону.

Відомо: m(C24H50)=1 г. Знайти: m((CaСO3)-?

Розв'язування:

І спосіб

Виразимо масу С24H50 через кількість речовини (n=m/M, де M=Mr г/моль; 

Mr(C24H50)=24•Ar(C)+50•Ar(H)=24•12+50•1=338, тому М(C24H50)=338 г/моль)

n(C24H50)=m(C24H50)/M(C24H50)=1 г : 338 г/моль=0,00295 моль.

Записуємо рівняння реакцій:

2C24H50 + 73O2 = 48CO2 + 50Н2О

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O

Сумарне рівняння:

2C24H50 + 73O2 = 48CaCO3↓ + 98H2O

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

За співвідношенням кількості речовини парафіну та кальцій карбонату n(C24H50)/2=n(CaCO3)/48 обчислимо кількість речовини кальцій карбонату n(CaCO3)=48•n(C24H50):2=24•n(C24H50)=24•0,00296 моль=0,7104 моль

З формули n=m/M, де М=Mr г/моль, знаходимо масу m=n•M.

Mr(CaCO3)=Ar(Ca)+Ar(C)+3Ar(O)=40+12+3•16+50•1=100,

тому М(CaCO3)=100 г/моль.

m(CaCO3)=n(CaCO3)•M(CaCO3)=0,7104 моль•100 г/моль=7,1 г

ІІ спосіб

Записуємо рівняння реакцій: 

2C24H50 + 73O2 = 48CO2 + 50Н2О

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O

Сумарне рівняння:

2C24H50 + 73O2 = 48CaCO3↓ + 98H2O

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

За рівнянням записуємо співвідношення кількостей речовини парафіну і кальцій карбонату: n(C24H50)/2=n(CaCO3)/48

У цьому співвідношенні замінюємо кількості речовин на співвідношення  мас (n=m/M, де M=Mr г/моль;

Mr(C24H50)=24•Ar(C)+50•Ar(H)=24•12+50•1=338, тому М(C24H50)=338 г/моль,

Mr(CaCO3)=Ar(Ca)+Ar(C)+3Ar(O)=40+12+3•16+50•1=100, тому М(CaCO3)=100 г/моль)

m(C24H50)/2•М(C24H50)=m(CaCO3)/48•M(CaCO3)

Звідси виражаємо масу кальцій карбонату:

m(CaCO3)•2•М(C24H50)=48•М(CaCO3)•m(C24H50), тому

m(CaCO3)=48•М(CaCO3)•m(C24H50)/2•M(C24H50)=

=24•М(CaCO3)•m(C24H50):M(C24H50)=24•100 г/моль•1 г:338 г/моль=7,1 г

Відповідь: m(CaCO3)=7,1 г.

 

Вправа 289. Обчисліть масу хлорометану, що можна добути з метану об’ємом 5,6 л (н. у).

Відомо: V(CH4)=5,6 л. Знайти m(CH3Cl)-?

Розв'язування:

І спосіб 

Виразимо об'єм СН4 через кількість речовини (n=V/VМ, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

n(CH4)=V(CH4)/VM=5,6 л:22,4 л/моль=0,25 моль.

Записуємо рівняння реакції: CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

За співвідношенням n(CH4):n(CH3Cl)=1:1 бачимо, що кількості речовини однакові, тому n(CH3Cl)=n(CH4)=0,25 моль.

З формули n=m/M, де М=Mr г/моль, знаходимо масу m=n•M

Mr(CH3Cl)=Ar(C)+3•Ar(Н)+Ar(Cl)=12+3•1+35,5=50,5,

тому М(CH3Cl)=50,5 г/моль

m(CH3Cl)=n(CH3Cl)•M(CH3Cl)=0,25 моль•50,5 г/моль=12,625 г.

ІІ спосіб 

Записуємо рівняння реакції: CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

За рівнянням записуємо співвідношення кількості речовини метану та хлорометану: n(CH4)/1=n(CH3Cl)/1

У цьому співвідношенні замінюємо кількість речовини метану на співвідношення об’ємів (n=V/VM, де VM- постійна величина і за н.у. рівна 22,4 л/моль), а кількість речовини хлорометану — на співвідношення мас (n=m/M, де M=Mr г/моль; Mr(CH3Cl)=Ar(C)+3•Ar(Н)+Ar(Cl)=12+3•1+35,5=50,5, тому М(CH3Cl)=50,5 г/моль).

m(CH3Cl)/М(CH3Cl))=V(CH4)/Vм

Звідси виражаємо масу хлорометану:

m(CH3Cl)•Vм=М(CH3Cl)•V(CH4), тому

m(CH3Cl)=М(CH3Cl)•V(CH4):VM=50,5 г/моль •5,6 л:22,4 л/моль=12,625 г.

Відповідь: m(CH3Cl)=12,625 г.

 

Вправа 290. Обчисліть масу продуктів реакцій, що можуть утворитися під час взаємодії метану кількістю 0,15 моль із хлором об’ємом (н. у.): 

а) 3,36 л; 

Відомо: n(CH4)=0,15 моль; V(Cl2)=3,36 л; Знайти: m(продукту)-?

Розв'язування:

Виразимо об'єм Cl2 через кількість речовини (n=V/VМ, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

n(Cl2)=V(Cl2)/VM=3,36 л:22,4 л/моль=0,15 моль.

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

n(CH4):n(Cl2)=0,15 : 0,15 =1:1

Записуємо рівняння реакції: CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl

За співвідношенням речовин n(CH4):n(СН3Сl)=1:1 бачимо, що кількості речовини метану і хлорметану однакові, тому n(CH3Cl)=n(CH4)=0,15 моль.

З формули n=m/M, де М=Mr г/моль, знаходимо масу m=n•M

Mr(CH3Cl)=Ar(C)+3•Ar(Н)+Ar(Cl)=12+3•1+35,5=50,5,

тому М(CH3Cl)=50,5 г/моль

m(CH3Cl)=n(CH3Cl)•M(CH3Cl)=0,15 моль•50,5 г/моль=7,575 г.

б)  6,72 л; 

Відомо: n(CH4)=0,15 моль; V(Cl2)=6,72 л; Знайти: m(продукту)-?

Розв'язування:

Виразимо об'єм Cl2 через кількість речовини (n=V/VМ, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

n(Cl2)=V(Cl2)/VM=6,72 л:22,4 л/моль=0,3 моль.

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

n(CH4):n(Cl2)=0,15 : 0,3 =1:2

Записуємо рівняння реакції: CH4 + 2Cl2 -> CH2Cl2 + 2HCl

За співвідношенням речовин n(CH4):n(СН2Сl2)=1:1 бачимо, що кількості речовини метану і дихлорометану однакові, тому n(CH2Cl2)=n(CH4)=0,15 моль.

З формули n=m/M, де М=Mr г/моль, знаходимо масу m=n•M

Mr(CH2Cl2)=Ar(C)+2•Ar(Н)+2•Ar(Cl)=12+2•1+2•35,5=85,

тому М(CH2Cl2)=85 г/моль

m(CH2Cl2)=n(CH2Cl2)•M(CH2Cl2)=0,15 моль•85 г/моль=12,75 г.

в) 10,08 л; 

Відомо: n(CH4)=0,15 моль; V(Cl2)=10,08 л; Знайти: m(продукту)-?

Розв'язування:

Виразимо об'єм Cl2 через кількість речовини (n=V/VМ, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

n(Cl2)=V(Cl2)/VM=10,08 л:22,4 л/моль=0,45 моль.

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

n(CH4):n(Cl2)=0,15 : 0,45 =1:3

Записуємо рівняння реакції: CH4 + 3Cl2 -> CНCl3 + 3HCl

За співвідношенням речовин n(CH4):n(СНСl3)=1:1 бачимо, що кількості речовини метану і трихлорометану однакові, тому n(CH3Cl)=n(CH4)=0,45 моль.

З формули n=m/M, де М=Mr г/моль, знаходимо масу m=n•M

Mr(CHCl3)=Ar(C)+Ar(Н)+3•Ar(Cl)=12+1+3•35,5=119,5,

тому М(CHCl3)=119,5 г/моль

m(CHCl3)=n(CHCl3)•M(CHCl3)=0,15 моль•119,5 г/моль=17,925 г.

г) 13,44 л.

Відомо: n(CH4)=0,15 моль; V(Cl2)=13,44 л; Знайти: m(продукту)-?

Розв'язування:

Виразимо об'єм Cl2 через кількість речовини (n=V/VМ, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

n(Cl2)=V(Cl2)/VM=13,44 л:22,4 л/моль=0,6 моль.

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

n(CH4):n(Cl2)=0,15 : 0,6 =1:4

Записуємо рівняння реакції: CH4 + 4Cl2 -> CCl4 + 4HCl

За співвідношенням речовин n(CH4):n(ССl4)=1:1 бачимо, що кількості речовини метану і тетрахлорометану однакові, тому n(CH3Cl)=n(CH4)=0,15 моль.

З формули n=m/M, де М=Mr г/моль, знаходимо масу m=n•M

Mr(CCl4)=Ar(C)+4•Ar(Cl)=12+4•35,5=154,

тому М(CCl4)=154 г/моль

m(CCl4)=n(CCl4)•M(CCl4)=0,15 моль•154 г/моль=23,1 г.

Відповідь: m(CH3Cl)=7,575 г, m(CH2Cl2)=12,75 г, m(CHCl3)=17,925 г, m(CCl3)=23,1 г.

 

Вправа 291*. У багатьох оселях в Україні користуються газовою пічкою. Обчисліть, яка частка від теплоти згоряння природного газу витрачається на нагрівання, а яка — розсіюється. Необхідна для обчислення інформація: на середній конфорці газової печі спалюється 0,25 м3 газу за годину, вода масою 1 кг на такій конфорці нагрівається від кімнатної температури (20°С) до кипіння за 8 хвилин, теплоємність води 4,2 кДж/(кг°С), під час згоряння природного газу кількістю 1 моль виділяється близько 760 кДж теплоти, молярний об’єм газу за таких умов дорівнює 24 л/моль.

Відомо: V(газу)=0,25м3=250 л, m(H2O)=1 кг, t=8 хв, t1=200С, t2=1000С,

с=4,2 кДж/(кг°С),  ∆H=760 кДж, VM=24 л/моль.

Знайти: w-?

Розв'язування:

1. Для знаходження об'єму газу, що спалиться, складаємо пропорцію і розв'язуємо її: 

за 60 хв спалюється 250 л газу, тоді

за 8 хв - х л газу.

8 хв / 60 хв = х л / 250 л, звідси

х л • 60 хв = 250 л • 8 хв

х = 250 л • 8 хв / 60 хв

х = V(газу)=33,33 л

2. Виразимо об'єм газу через кількість речовини (n=V/VМ):

n(газу)=V(газу)/VM=33,33 л:24 л/моль=1,389 моль.

3. Для знаходження кількості теплоти, що виділиться при згорянні природного газу, складаємо пропорцію і розв'язуємо її: 

під час згоряння 1 моль природного газу виділяється 760 кДж теплоти, тоді

під час згоряння 1,389 моль природного газу - х кДж теплоти.

1,389 моль / 1 моль = х кДж / 760 кДж, звідси

х кДж • 1 моль = 760 кДж • 1,389 моль

х = 760 кДж • 1,389 моль / 1 моль

х =Qвиділиться = 1055,64 кДж

4. Обчислюємо кількість теплоти, яка витачається на нагрівання води:

Qвитратиться=cm (t2 – t1)=4,2 кДж/(кг°С)1 кг(1000С-200С)=336кДж

5. Обчислюємо, яка частку від теплоти згоряння природного газу витрачається на нагрівання:

w=(Qвитратиться /Qвиділиться)100%=(336 кДж /1055,64кДж)100%=31,8%

Відповідь:31,8%.

 

Вправа 292*. Знайдіть у додаткових джерелах інформацію про застосування алканів. Вуглеводні слугують паливом, пальним, розчинниками, сировиною для виробництва різних органічних сполук. Виробництва синтетичного каучуку, синтетичного бензину, пластмас, синтетичних мийних засобів, асфальту, добування метилового спирту, амоніаку, виготовлення гуми, друкарських фарб, клеїв, застосування у медицині, фармацевтичній та парфурмерній промисловості (наприклад, парафін тверда суміш вуглеводнів, вазелін - суміш рідких і твердих вуглеводнів тощо).

Поясніть, якими фізичними або хімічними властивостями алканів зумовлене їх застосування. Їхньою здатністю горіти з вивільненням значної кількості тепла, легко зріджуватися за пониженого тиску (наприклад, бутан-пропановою сумішшю наповнюють балони), добрі розчинники.

Інші завдання дивись тут...

Загрузка...