Вправа 307. Які вуглеводні називають ненасиченими? Ненасичені вуглеводні — це вуглеводні, у молекулах яких між атомами Карбону є кратні зв’язки — подвійні або потрійні. У чому їхня головна відмінність від насичених вуглеводнів? У ненасичених вуглеводнів, на відміну від насичених, не всі валентності Карбону використані на сполучення з атомами Гідрогену.
Вправа 308. Схарактеризуйте фізичні властивості етену й етину. За звичайних умов газуваті, безбарвні, погано розчиняються у воді (розчинність етену становить 22,6 мл, а етину — 137 мл у 100 мл води за 0 °С), добре розчиняються в органічних розчинниках, не мають запаху, температура плавлення етену –169,2 °С, етину — –80,8 °С; температура кипіння етену –103,7 °С, етину — –83,8 °С.
Вправа 309. Зобразіть молекулярну й структурну формули етену й етину.
Молекулярні формули етену і етину: C2H4 i C2H2
Структурні формули етену і етину:
| Н | Н | |||||||||||||
| \ | ∕ | |||||||||||||
| С | = | С | Н | ─ | С |
≡ |
С | ─ | Н | |||||
| ∕ | \ | |||||||||||||
| Н | Н |
Вправа 310. Складіть рівняння реакцій горіння етену й етину.
C2H4 + 3O2 -> 2CO2 + 2H2O
2C2H2 + 5O2 -> 4CO2 + 2H2O
Вправа 311. Опишіть застосування етену й етину.
Застосування етену: виробництво пластмас, виготовлення вибухових речовин, виготовлення антифризів, для дозрівання овочів та фруктів, добування технічного етилового спирту, добування високооктанового палива, добування синтетичного каучуку, добування органічних розчинників.
Застосування етину: виробництво лікарських речовин, в ацетиленових пальниках, добування синтетичного каучуку, виробництво штучного волокна, виготовлення лакофарбових матеріалів, виробництво синтетичних барвників, добування полівінілхлориду (ПВХ), добування запашних речовин для парфумерних засобів.
Вправа 312. У чому істотна відмінність хімічних властивостей ненасичених вуглеводнів від насичених? Ненасичені вуглеводні, на відміну від насичених, мають кратні зв'язки (подвійні, потрійні), які легко руйнуються, тому є хімічно активними речовинами. Найбільш характерними для них є реакції приєднання, у результаті яких до кожного атома Карбону в разі подвійного або потрійного зв’язку приєднується атом або група атомів. Якісною реакцією на ненасичені вуглеводні є знебарвлення розчину калій перманганату чи бромної води.
Складіть рівняння реакцій взаємодії етену та етину:
а) з воднем;
Гідрування (гідрогенізація) - реакція приєднання водню.
C2H2 + H2 -> C2H6 кат. (t0, Ni)
C2H2 + 2H2 -> C2H6 кат. (t0, Ni)
б) з хлором.
| Cl | Cl | |||||||
| │ | │ | |||||||
| CH2 | = | CH2 | + | Cl2 | -> | CH2 | ― | CH2 |
| Cl | Cl | |||||||
| │ | │ | |||||||
| CH | ≡ | CH | + | 2Cl2 | -> | CH | ― | CH |
| │ | │ | |||||||
| Cl | Cl |
Вправа 313. Визначте, в якого вуглеводню — етену чи етину — більша густина. Порівняйте їхню густину з густиною повітря.
Густина обчислюється за формулою ρ=M/VМ, де M=Mr г/моль. Оскільки густина прямопропорційна молярній масі, а VM - постійна величина, тому достатньо порівняти молярні маси сполук.
Mr(С2Н4)=2•Аr(C)+4•Аr(Н)=2•12+4•1=28, тому M(С2Н4)=28 г/моль.
Mr(С2Н2)=2•Аr(C)+2•Аr(Н)=2•12+2•1=26, тому M(С2Н2)=26 г/моль.
Mr(С2Н4)>Mr(С2Н2), тому ρ(С2Н4)>ρ(С2Н2)
Оскільки M(повітря)=29 г/моль, маємо
M(С2Н4)<M(повітря) й, відповідно, ρ(С2Н4)<ρ(повітря)
M(С2Н2)<M(повітря) й, відповідно, ρ(С2Н2)<ρ(повітря)
Відповідь: в етену, обидва легші за повітря.
Вправа 314. Порівняйте об’єми вуглекислого газу, що утвориться в разі повного згоряння однакових об’ємів етану, етену й етину.
Відомо: V(C2H6)=V(C2H4)=V(C2H2)=V. Порівняти об'єми СО2.
Розв'язування:
Запишемо рівняння реакції горіння етану:
2C2H6 + 7O2 -> 4CO2 + 6H2O
Об'єми етану і вуглекислого газу співвідносяться як
V(С2H6):V1(СO2)=2:4=1:2, звідси V1(СO2)=2•V(С2H6)=2•V
Запишемо рівняння реакції горіння етану:
C2H4 + 3O2 -> 2CO2 + 2H2O
Об'єми етену і вуглекислого газу співвідносяться як
V(С2H4):V2(CO2)=1:2, звідси V2(CO2)=2•V(С2H4)=2•V
Запишемо рівняння реакції горіння етину:
2C2H2 + 5O2 -> 4CO2 + 2H2O
Об'єми етину і вуглекислого газу співвідносяться як
V(С2H2):V3(CO2)=2:4=1:2, звідси V3(CO2)=2•V(С2H2)=2•V
Відповідь: однакові.
Вправа 315. На згоряння однакових об’ємів якого вуглеводню — етану, етену чи етину — витрачається менше кисню?
Відомо: V(C2H6)=V(C2H4)=V(C2H2)=V. Порівняти об'єми О2.
Розв'язування:
Запишемо рівняння реакції горіння етану:
2C2H6 + 7O2 -> 4CO2 + 6H2O
Об'єми етану і кисню співвідносяться як
V(С2H6):V1(O2)=2:7=1:3,5, звідси V1(O2)=3,5•V(С2H6)=3,5•V
Запишемо рівняння реакції горіння етену:
C2H4 + 3O2 -> 2CO2 + 2H2O
Об'єми етену і кисню співвідносяться як
V(С2H4):V2(O2)=1:3, звідси V2(O2)=3•V(С2H4)=3•V
Запишемо рівняння реакції горіння етину:
2C2H2 + 5O2 -> 4CO2 + 2H2O
Об'єми етину і вуглекислого газу співвідносяться як
V(С2H2):V3(CO2)=2:5=1:2,5, звідси V3(O2)=2,5•V(С2H2)=2,5•V
Отже, 2,5V<3V<3,5V
Відповідь: етину.
Вправа 316. Використовуючи інформацію параграфа, обчисліть масову частку етену та етину в їхніх насичених за температури 0 °С розчинах у воді. Розчинність етену становить 22,6 мл, а етину — 137 мл у 100 мл води за 0 °С.
Відомо: m(H2O)=100 мл, V(С2H4)=22,6 мл=0,0226 л,
V(С2H2)=137 мл=0,137 л. Знайти: w(С2H4)-?, w(С2H2)-?
Розв'язування:
Виразимо об'єм через кількість речовини (n=V/VМ, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):
n(С2H4)=n(С2H4):VM=0,0226 л : 22,4 л/моль=0,001 моль.
n(С2H2)=n(С2H2):VM=0,137 л : 22,4 л/моль=0,006 моль.
З формули n=m/M, де М=Mr г/моль, знаходимо масу m=n•M
Mr(C2H4)=2•Ar(C)+4•Ar(H)=2•12+4•1=28, тому М(C2H4)=28 г/моль
m(C2H4)=n(C2H4)•M(C2H4)=0,001 моль•28 г/моль=0,028 г.
Mr(C2H2)=2•Ar(C)+2•Ar(H)=2•12+2•1=26, тому М(C2H2)=26 г/моль
m(C2H2)=n(C2H2)•M(C2H2)=0,006 моль•26 г/моль=0,16 г.
Обчислюємо масову частку речовини у розчині за формулою:
w(речовини)=(m(речовини)/(m(речовини)+m(H2O))•100%
w(С2Н4)=(m(С2Н4)/(m(H2C4)+m(H2O))•100%=
=(0,028 г:(100 г + 0,028 г))•100%=0,028%
w(С2Н2)=(m(С2Н2)/(m(H2C2)+m(H2O))•100%=
(0,16 г:(100 г + 0,16 г))•100%=0,16%
Відповідь: етину 0,028%, етену 0,16%
Вправа 317. Як змінюється розчинність етену та етину у воді за підвищення температури? Розчинність газів з підвищенням температури зменшується.
Чи спостерігатимуться видимі ознаки під час нагрівання насиченого за певної температури розчину етену? етину? Видимими ознаками будуть бульбашки газу на стінках посудини, що виділяються з розчину.
Вправа 318. Обчисліть об’єм водню (н. у.), з яким взаємодіє:
а) етен масою 7 г;
Відомо: m(C2H4)=7 г. Знайти: V(H2)-?
Розв'язування:
І спосіб
Виразимо масу етену через кількість речовини (n=m/M, де M=Mr г/моль; Mr(С2H4)=2•Ar(C)+4•Ar(O)=2•12+4•1=28, M(C2H4)=28 г/моль)
n(C2H4)=m(C2H4)/M(C2H4)=7 г : 23 г/моль=0,25 моль
Записуємо рівняння реакції: C2H4 + H2 -> C2H6
Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.
За рівнянням записуємо співвідношення кількості речовини етену і водню: n(C2H4):n(H2)=1:1, бачимо, що кількість речовини однакова, тому n(H2)=n(C2H4)=0,25 моль
Виразимо об'єм H2 через кількість речовини (з формули n=V/VM, де VM-постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль, знаходимо об'єм V=n•VM)
V(H2)=n(H2)•VM=0,25 моль•22,4 л/моль=5,6 л.
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: C2H4 + H2 -> C2H6
Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.
За рівнянням записуємо співвідношення кількостей речовини етену і водню: n(C2H4)/1=n(H2)/1
У цьому співвідношенні замінюємо кількість речовини водню на співвідношення об’ємів (n=V/VM, де VM- постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль), а кількість речовини етену — на співвідношення мас (n=m/M, де M=Mr г/моль; Mr(С2H4)=2•Ar(C)+4•Ar(O)=2•12+4•1=28, M(C2H4)=28 г/моль)
V(H2)/VM=m(C2H4)/M(C2H4)
Звідси виражаємо об'єм водню:
V(H2)•М(C2H4)=m(C2H4)•VM, тому
V(H2)=m(C2H4)•VM:M(CH4)=7 г•22,4 л/моль:28 г/моль=5,6 л
Відповідь: V(H2)=5,6 л.
б) етин об’ємом 5,6 л (н. у.).
Запишемо рівняння реакції:
C2H2 + 2H2 -> C2H4
Об'єми етану і водню співвідносяться як V(С2H2):V1(Н2)=1:2,
звідси V1(Н2)=2•V(С2H2)=2•5,6 л=11,2 л
Відповідь: V(H2)=11,2 л.
Вправа 319. Обчисліть об’єм етену (н. у.), необхідний для знебарвлення бромної води масою 400 г, в якій масова частка брому становить 2%.
Відомо: m(Br2)=400 г, w(Br2)=2%. Знайти: V(C2H4)-?
Розв'язування:
З формули w(речовини)=(m(речовини)/m(розчину))•100% виражаємо масу речовини:
m(речовини)=m(розчину)•w(речовини):100%
m(Br2)=m(розчину)•w(Br2):100%=400 г•2%:100%=8 г.
Виразимо масу брому через кількість речовини (n=m/M, де M=Mr г/моль; Mr(Br2)=2•Ar(Br)=2•80=160, M(Br2)=160 г/моль)
n(Br2)=m(Br2)/M(Br2)=8 г : 160 г/моль=0,05 моль
Записуємо рівняння реакції: C2H4 + Br2 -> C2H4Br2
Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.
За рівнянням записуємо співвідношення кількості речовини етену і брому: n(C2H4):n(Br2)=1:1, бачимо, що кількість речовини однакова, тому n(C2H4)=n(Br2)=0,05 моль
Виразимо об'єм C2H4 через кількість речовини (з формули n=V/VM, де VM-постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль, знаходимо об'єм V=n•VM)
V(C2H4)=n(C2H4)•VM=0,05 моль•22,4 л/моль=1,12 л.
Відповідь: V(C2H4)=1,12 л.
Вправа 320. Обчисліть, як зміниться об’єм суміші етилену з киснем, у якій співвідношення об’ємів газів становить 1:3, за умови повної взаємодії речовин та утворення води:
а) рідкої;
Записуємо рівняння реакції: C2H4 + 3O2 -> 2CO2 + 2H2O
Сума коефіцієнтів газуватих реагентів у лівій частині: 1+3=4, а газуватих продуктів реакції у правій частині: 2. Отже, рівняння супроводжується зменшенням сумарного об'єму речовин удвічі, бо 4:2=2
Відповідь: зменшиться у 2 рази.
б) газуватої
Записуємо рівняння реакції: C2H4 + 3O2 -> 2CO2 + 2H2O
Сума коефіцієнтів газуватих реагентів у лівій частині: 1+3=4, а газуватих продуктів реакції у правій частині: 2+2=4. Якщо сума коефіцієнтів в обох частинах однакова, то й об'єми однакові.
Відповідь: не зміниться.