Вправа 146. Які сполуки називають вуглеводнями? Вуглеводні — сполуки Карбону з Гідрогеном.
На які групи поділяють вуглеводні за особливостями хімічного зв’язку в їхніх молекулах?
За наявністю кратного зв'язку між атомами Карбону:
- насичені вуглеводні, коли атоми Карбону сполучені один з одним простим ковалентним зв’язком С-С;
- ненасичені вуглеводні, коли атоми Карбону сполучені один з одним не лише простим зв'язком, але й кратними зв’язками (подвійним С=С, потрійним С≡С).
Вправа 147. Поясніть утворення атомом Карбону чотирьох простих ковалентних зв’язків з атомами Гідрогену. Це досягається внаслідок так званого збудження атома після отримання ним додаткової енергії й переходу одного електрона з 2s-орбіталі у вільну 2р-орбіталь, тоді у кожній зовнішній орбіталі розміщується один електрон. За рахунок чотирьох неспарених електронів атома Карбону й електронів чотирьох атомів Гідрогену в молекулі СН4 утворюються чотири спільні електронні пари, тобто утворюються чотири прості ковалентні зв'язки.
Вправа 148. Охарактеризуйте просторову будову молекули метану. Внаслідок збудження атома Карбону після отримання ним додаткової енергії й переходу одного електрона з 2s-орбіталі у вільну 2р-орбіталь, ці орбіталі набувають однакової форми, які мають вигляд об’ємних несиметричних вісімок, і орієнтуються вже по-іншому. Вони розміщуються у тривимірному просторі й перебувають на однаковій віддалі одна від одної під кутами 109,5°. Більша «пелюстка» кожної нової орбіталі атома Карбону перекривається зі сферичною орбіталлю атома Гідрогену. Крізь ділянку перекривання проходить лінія, яка з’єднує центри цих атомів, тому якщо з’єднати лініями центри всіх атомів Гідрогену, отримаємо геометричну фігуру — тетраедр. Тому кажуть, що молекула метану має тетраедричну будову.
Вправа 149. Знайдіть масові частки елементів у метані. (Усно.)
Масову частку елементів у сполуках обчислюємо за формулою: w(Е)=n•Ar(Е)/Mr(сполуки), де w(E) - масова частка; n — число атомів елемента; Аг(Е) — відносна атомна маса елемента; Мг(сполуки) — відносна молекулярна (формульна) маса сполуки.
Mr(CH4)=Ar(C)+4•Ar(H)=12+4•1=16
w(C)=Ar(C)/Mr(CH4)=12/16=0,75 або,
помноживши це число на 100%, одержимо 75%.
Масову частку Гідрогену можна знайти так:
w(Н)=1-w(CH4)=1-0,75=0,25
або так:
w(Н)=100%-w(CH4)=100%-75%=25%
чи так:
w(H)=4•Ar(H)/Mr(CH4)=4•1/16=0,25 або,
помноживши це число на 100%, одержимо 25%.
Відповідь: w(C)=0,75 або 75%, w(H)=0,25 або 25%.
Вправа 150. У скільки разів метан важчий за водень? (Усно.)
Треба обчислити відносну густину газу за формулою: D=M1/M2, де M=Mr г/моль.
DH2(CH4)=M(CH4)/M(H2)=16 г/моль:2 г/моль = 8,
де Mr(CH4)=Ar(C)+4•Ar(H)=12+4•1=16, тому M(СН4)=16 г/моль,
Mr(H2)=2•Ar(H)=2•1=2, тому M(Н2)=2 г/моль.
Відповідь: у 8 разів.
Вправа 151. У природному газі одного з родовищ об’ємна частка метану становить 91%. Обчисліть масу метану, яка міститься в 1 л такого газу (н.у.).
Відомо: φ(СН4)=91% або 0,91, V(природн.газу)=1 л. Знайти: m(CH4)-?
Розв'язування:
З формули обчислення об'ємної частки φ(СН4)=V(CH4)/V(природн.газу) знаходимо об'єм метану:
V(CH4)=φ(СН4)•V(природн.газу)=0,91•1 л=0,91 л.
Кількість речовини обчислюємо за формулою: n=V/VМ, де VМ – постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 л/моль
n(CH4)=V(CH4)/VМ=0,91 л : 22,4 л/моль=0,040625 моль
З формули n=m/M, де М=Мr г/моль, знаходимо масу m=M•n.
Mr(CH4)=Ar(C)+4•Ar(H)=12+4•1=16, M(CH4)=16 г/моль
m(CH4)=M(CH4)•n(CH4)=16 г/моль•0,040625 г/моль =0,65 г.
Відповідь: m(CH4)=0,65 г.