Загрузка...

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 + 2H2

Умови перебігу: на повітрі горить.

2CH4 + 2O2 → 2CO + 4H2

CH4 + O2 → C + 2H2

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 222,4л=44,8л.

Обчислюємо молярну масу (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 моль44,8 л/ 1 моль =403,2 л.

Пропорція для обчислення маси сажі С:

9 моль / 1 моль = у г / 12 г, звідси х=9 моль12 г/ 1 моль =108 г.

Відповідь: V(Н2)=403,2 л; m(С)=108 г.

ІІ спосіб.

Записуємо рівняння реакції: CH4C+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 y2)=2y(СН4)=29 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=yVм.

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=yM.

Mr(С)=Ar(С)=12,  M(С)=12 г/моль.

m(С)=9 моль12 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.

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.

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

Mr(СCl4)=Ar(C)+4Ar(Cl)=12+435,5=154.  

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

Обчислюємо молярну масу (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=(46200г22,4 л)/154г=6720 л

Пропорція для обчислення об'єму хлору.

н л/89,6 л=46200 г/154 г, звідси х=(46200г89,6 л)/154г=26880 л.

Пропорція для обчислення маси хлороводню.

46200 г/154 г= z г/190 г, звідси х=(46200г190 г)/154г=57000 г.

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

ІІ спосіб.

Записуємо рівняння реакції:  CH4+4Cl2CCl4+4HCl 

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

Mr(СCl4)=Ar(C)+4Ar(Cl)=12+435,5=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)=4y(СCl4)=4300 моль = 1200 моль. 

Об'єм газу знаходимо за формулою V=γVм, 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 моль22,4 л/моль=6720 л.

Обчислюємо об'єм хлору кількістю речовини 1200 моль. 

V(Cl2)=1200 моль22,4 л/моль=26880 л.

Обчислюємо масу хлороводню кількістю речовини 1200 моль.

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

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

m(НCl)=1200 моль47,5 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: DНе(алкан)=4                     Знайти: V(O2)-?   V(повітря)-?

Розв'язування:

Оскільки DНе(алкан)=Mr(алкан)/Mr(Hе), тому Mr(алкан)/Mr(Hе)=4, звідси Mr(алкан)=4Mr(Hе)=44=16

Загальна формула алканів СnH2n+2тому Mr(СnH2n+2)=Ar(C)n+Ar(H)(2n+2)=12n+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 О2Знаємо, що 1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л, тому 2 моль займуть об'єм 222,4л=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 моль44,8 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+2О2СО2 + 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 y2)=2y(СН4)=20,7 моль = 1,4 моль.

Обчислюємо   об'єм кисню кількістю речовини 1,4 моль.

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

V(O2)=1,4 моль 22,4 л/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.

Загрузка...