ГДЗ. Відповіді (сторінка 86) до робочого зошита "Хімія 9 клас" М.М.Савчин

Домашнє завдання. Хімічні властивості метану.

І рівень

Завдання 1. Напишіть молекулярну, електронну та структурну формули молекули метану:

СН₄

		Н					Н
		:					│
Н	..	С	..	Н	Н	—	С	—	Н
		:					│
		Н					Н

Завдання 2. Вставте пропущені слова. Щоб вираз став завершеним:

1. Суміш метану з киснем і повітрям - є вибухонебезпечною.

2. Продуктами горіння метану є вуглекислий газ і вода.

3. Метан є найпростішим представником алканів.

4. Метан є стійким до дії: а) кислот; б) лугів; в) окисників.

5. Під час сильного освітлення суміші метану з хлором відбувається реакція заміщення, яка називається хлоруванням.

II рівень

Завдання 3. Опишіть, як треба використовувати метан (природний газ) у побуті.

Суміш метану й повітря (або кисню) є вибухонебезпечною. Достатньо іскри, щоб стався вибух.Тому потрібно бути дуже обережним, користуючись природним газом у побуті.

Завдання 4. Виготовіть масштабну та кулестержневу моделі молекули метану та на їхній основі поясніть, чому метан є насиченим вуглеводнем.

Насичені (алкани) - це вуглеводні, у молекулах яких усі валентні електрони атомів Карбону утворюють одинарні ковалентні зв'язки між собою і атомами Гідрогену.

III рівень

Завдання 5. Напишіть рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості метану. Поясніть умови, за яких вони відбуваються.

1. Реакція горіння.

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Умови перебігу: на повітрі горить.

2CH₄ + 2O₂ → 2CO + 4H₂O

CH₄ + O₂ → C + 2H₂O

Умови перебігу: при нестачі повітря (кисню). Може утворюватися чадний газ або навіть вуглець.

2. Реакції з галогенами.

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

Умови перебігу: при освітленні або у темряві (за нагрівання) відбувається реакція хлорування. Реакція метану з бромом відбувається аналогічно. Із фтором метан вибухає, а з йодом за звичайних умов не взаємодіє.

3. Термічний розклад.

CH₄ → C + 2H₂ (над стрілкою напишіть t=1200⁰С).

Умови перебігу: при сильному нагріванні без доступу повітря.

4. Реакції з водяною парою і вуглекислим газом.

СН₄ + Н₂О (пара) → СО + ЗН₂; (над стрілкою напишіть t, кат.).

СН₄ + СО₂ → 2СО + 2Н₂. (над стрілкою напишіть t, кат.)

Умови перебігу: висока температура і наявність каталізаторів.

Завдання 6. Обчисліть об'єм водню (н.у.) та масу сажі, що утворяться внаслідок термічного розкладу метану кількістю речовини 9 моль.

Дано: y(CH₄)=9 моль. Знайти: V(Н₂)-? m(С)-?

Розв'язання.

І спосіб.

Записуємо рівняння реакції:

9 моль у г х л

CH₄ → C + 2H₂

1 моль 12 г 44,8 л

Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. 1 моль метану СН₄ розклався з утворенням 1 моль сажі С і 2 моль водню Н₂.

Знаємо, що 1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л, тому 2 моль газу водню Н₂ займуть об'єм 2•22,4л=44,8л.

Обчислюємо молярну масу (M г/моль = Mr) вуглецю й, відповідно, масу 1 моль.

Mr(С)=Ar(С)=12, M(С)=12 г/моль. Маса 1 моль=12 г.

Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.

Складаємо дві пропорції та розв'язуємо їх.

Пропорція для обчислення об'єму водню Н₂:

9 моль / 1 моль = х л / 44,8 л, звідси х=9 моль•44,8 л/ 1 моль =403,2 л.

Пропорція для обчислення маси сажі С:

9 моль / 1 моль = у г / 12 г, звідси х=9 моль•12 г/ 1 моль =108 г.

Відповідь: V(Н₂)=403,2 л; m(С)=108 г.

ІІ спосіб.

Записуємо рівняння реакції: CH₄→ C+2H₂

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. 1 моль метану СН₄ розклався з утворенням 1 моль сажі С і 2 моль водню Н₂, кількість речовини сажі однакова, тому y(С)= 9 моль, а кількість речовини водню у 2 разів більша, тому y(Н₂)=2•y(СН₄)=2•9 моль = 18 моль.

Обчислюємо об'єм водню Н₂ кількістю речовини 18 моль.

З формули y=V/Vм, де Vм - постійна стала і дорівнє. 22,4 л/моль за н.у., знаходимо V=y•Vм.

V(Н₂)=18 моль •22,4 л/моль=403,2 л.

Обчислюємо масу сажі кількістю речовини 9 моль.

З формули y=m/M, де М г/моль=Мr, знаходимо m=y•M.

Mr(С)=Ar(С)=12, M(С)=12 г/моль.

m(С)=9 моль•12 г/моль=108 г.

Відповідь: V(Н₂)=403,2 л; m(С)=108 г.

IV рівень

Завдання 7. Унаслідок хлорування метану, утворився тетрахлорометан масою 46,2 кг. Обчисліть об'єми газів (н.у.), що вступили в реакцію, та масу другого продукту реакції. Назвіть утворену речовину.

Дано: m(ССl₄)=46,2 кг = 46200 г. Знайти: V(СН₄)-? V(Cl₂)-? m(HCl)-?

Розв'язання.

І спосіб.

Записуємо рівняння реакції.

х л у л 46200г z г

CH₄ + 4Cl₂ → CCl₄ + 4HCl

22,4 л 89,6 л 154 г 190 г

Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.

Обчислюємо молярну масу (M г/моль = Mr) тетрахлорометану CCl₄ й, відповідно, масу 1 моль.

Mr(СCl₄)=Ar(C)+4•Ar(Cl)=12+4•35,5=154.

M(CCl₄)=154 г/моль. Маса 1 моль = 154 г.

Обчислюємо молярну масу (M г/моль = Mr) хлороводню НCl й, відповідно, масу 4 моль.

Mr(НCl)=Ar(Н)+Ar(Cl)=12+35,5=47,5. M(НCl)=47,5 г/моль.

Маса 1 моль = 47,5 г, а маса 4 моль = 190 г.

1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л , а 4 моль - 89,6 л.

Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.

Складаємо три пропорції і розв'язуємо їх.

Пропорція для обчислення об'єму метану.

х л/22,4 л=46200 г/154 г, звідси х=(46200г•22,4 л)/154г=6720 л

Пропорція для обчислення об'єму хлору.

н л/89,6 л=46200 г/154 г, звідси х=(46200г•89,6 л)/154г=26880 л.

Пропорція для обчислення маси хлороводню.

46200 г/154 г= z г/190 г, звідси х=(46200г•190 г)/154г=57000 г.

Відповідь. V(СН₄)=6720 л; V(Cl₂)=26880 л; m(HCl)=57000г; тетрахлорометан.

ІІ спосіб.

Записуємо рівняння реакції: CH₄+4Cl₂→ CCl₄+4HCl

Обчислюємо кількість речовини тетрахлорометану CCl₄ масою 46200 г за формулою y=m/M, де M г/моль=Mr .

Mr(СCl₄)=Ar(C)+4•Ar(Cl)=12+4•35,5=154. M(CCl₄)=154 г/моль.

y(СCl₄)=46200 г : 154 г/моль = 300 моль.

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль метану СН₄ і 4 моль хлору Cl₂, з утворенням 1 моль тетрахлорометану CCl₄ і 4 моль хлороводню HCl, кількість речовини метану є однакова, тому y(СН₄)=y(СCl₄)=300 моль, а кількість речовини хлору і хлороводню є у 4 рази більшою, тому y(Cl₂)=y(HCl)=4•y(СCl₄)=4•300 моль = 1200 моль.

Об'єм газу знаходимо за формулою V=γ•Vм, де - Vм постійна величина і дорівнює 22,4 л/моль за н.у, а γ - кількість речовини (моль).

Обчислюємо об'єм метану кількістю речовини 300 моль.

V(СН₄)=300 моль•22,4 л/моль=6720 л.

Обчислюємо об'єм хлору кількістю речовини 1200 моль.

V(Cl₂)=1200 моль•22,4 л/моль=26880 л.

Обчислюємо масу хлороводню кількістю речовини 1200 моль.

З формули y=m/M, де М г/моль=Мr, знаходимо m=y•M.

Mr(НCl)=Ar(Н)+Ar(Cl)=12+35,5=47,5. M(НCl)=47,5 г/моль

m(НCl)=1200 моль•47,5 г/моль=57000 г.

Відповідь. V(СН₄)=6720 л; V(Cl₂)=26880 л; m(HCl)=57000г; тетрахлорометан.

Завдання 8. Густина алкану за гелієм - 4. Обчисліть його відносну молекулярну масу та встановіть формулу. Обчисліть, які об'єми кисню та повітря (н.у.) потрібно взяти для спалювання цього алкану кількістю речовини 0,7 моль.

Дано: D_Не(алкан)=4 Знайти: V(O₂)-? V(повітря)-?

Розв'язування:

Оскільки D_Не(алкан)=Mr(алкан)/Mr(Hе), тому Mr(алкан)/Mr(Hе)=4, звідси Mr(алкан)=4•Mr(Hе)=4•4=16

Загальна формула алканів С_nH_2n+2_,тому Mr(С_nH_2n+2)=Ar(C)•n+Ar(H)•(2n+2)=12•n+1•(2n+2)=12n+2n+2

12n+2n+2=16

14n=16-2

14n=14

n=14:14

n=1

Отже, формула алкану СН₄ - це метан.

Дано: y(СН₄)=0,7 моль. Знайти: V(O₂)-?

Розв'язання.

І спосіб.

Записуємо рівняння реакції.

0,7 моль х л

СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О

1 моль 44,8 л

Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль метану СН₄ з 2 моль кисню О₂. Знаємо, що 1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л, тому 2 моль займуть об'єм 2•22,4л=44,8 л.

Знайдені значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.

Складаємо пропорцію для обчислення об'єму кисню і розв'язуємо її.

0,7 моль / 1 моль = х л / 44,8 л, звідси х=0,7 моль•44,8 л/ 1 моль =31,36 л.

Перераховуємо об'єм кисню на об'єм повітря (кисню в повітрі 21 %).

Отже, 31,36 л О₂ - 21%

х л повітря - 100%

х = (31,36л • 100%): 21% = 149,3 л.

Відповідь: метан СН₄; Mr(CH₄)=16; V(O₂)=31,36 л; V(повітря)=149,3 л.

ІІ спосіб.

Записуємо рівняння реакції: СН₄+2О₂→СО₂ + 2Н₂О

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль метану СН₄ з 2 моль кисню О₂, кількість речовини кисню у 2 рази більша, тому y(О₂)=2•y(СН₄)=2•0,7 моль = 1,4 моль.