ГДЗ (відповіді) Хімія 9 клас Григорович О.В., 2017 §25 Властивості метану та його гомологів, їх застосування

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? Підвищуються. Чому? 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 + 2H₂O

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

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4H₂O

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

CH₄ + O₂ -> C + 2H₂O

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/V_М, де V_M - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

n(C₃H₈)=V(C₃H₈)/V_M=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)=5•n(C₃H₈)=5•0,25 моль=1,25 моль

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

n(СO₂)=3•n(C₃H₈)=3•0,25 моль=0,75 моль

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

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

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

ІІ спосіб

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

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/V_M, де V_M - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

V(C₃H₈)/V_M=V(O₂)/(5•V_M) (1)

V(C₃H₈)/V_M=V(СO₂)/(3•V_M) (2)

Із співвідношення (1) виражаємо об'єм кисню:

V(O₂)•Vм=V(C₃H₈)•5•Vм, тому

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

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

V(СO₂)•Vм=V(C₃H₈)•3•Vм, тому

V(СO₂)=V(C₃H₈)•3•V_м/V_м=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=M_r г/моль;

M_r(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

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=M_r г/моль, знаходимо масу m=n•M.

M_r(CaCO₃)=A_r(Ca)+A_r(C)+3•A_r(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

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=M_r г/моль;

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

M_r(CaCO₃)=A_r(Ca)+A_r(C)+3•A_r(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/V_М, де V_M - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

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

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

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=M_r г/моль, знаходимо масу m=n•M

M_r(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

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/V_M, де V_M- постійна величина і за н.у. рівна 22,4 л/моль), а кількість речовини хлорометану — на співвідношення мас (n=m/M, де M=M_r г/моль; M_r(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)/V_м

Звідси виражаємо масу хлорометану:

m(CH₃Cl)•Vм=М(CH₃Cl)•V(CH₄), тому

m(CH₃Cl)=М(CH₃Cl)•V(CH₄):V_M=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/V_М, де V_M - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

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

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=M_r г/моль, знаходимо масу m=n•M

M_r(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:

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

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=M_r г/моль, знаходимо масу m=n•M

M_r(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:

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

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=M_r г/моль, знаходимо масу m=n•M

M_r(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:

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

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=M_r г/моль, знаходимо масу m=n•M

M_r(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, V_M=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/V_М):

n(газу)=V(газу)/V_M=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 =Q_{виділиться} = 1055,64 кДж

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

Q_{витратиться}=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=(Q_{витратиться} /Q_{виділиться})•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...