...

Самостійна робота. Хімічні властивості алканів.

І рівень

Завдання 1. Вставте пропущені слова, щоб вираз став завершеним:

1.Алкани виявляють подібні властивості до метану.

2.Для всіх гомологів метану характерні реакції: а) з киснем  б) з галогенами в) термічного розкладу.

3.Взаємодія алканів з хлором відбувається за нагрівання або при освітленні.

4.Продуктами повного окиснення алканів є вуглекислий газ і  водяна пара.

5. Розклад алканів на вуглець і водень відбувається за сильного нагрівання.

II рівень

Завдання 2. Допишіть рівняння реакцій:

а) 2Н6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O;

б) СН3СН2СН3 + Сl2 → СН3СН2СН2Cl + НСl   (перша стадія);

в) С5Н12  5С + 6H2.

Ill рівень

Завдання 3. Напишіть рівняння реакції хлорування етану до утворення гексахлороетану. Назвіть продукти, що утворюються на кожній із стадій.

C2H6 + Cl2 → C2H5Cl + HCl  - хлороетан і хлороводень.

C2H5Cl + Cl2 → C2H4Cl2 + HCl - дихлороетан і хлороводень.

C2H4Cl2 + Cl2 → C2H3Cl3 + HCl - трихлороетан і хлороводень.

C2H3Cl3 + Cl2 → C2H2Cl4 + HCl - тетрахлороетан і хлороводень.

C2H2Cl4 + Cl2 → C2H1Cl5 + HCl - пентахлороетан і хлороводень.

C2H1Cl5 + Cl2 → C2Cl6 + HCl - гексахлороетан і хлороводень.

Завдання 4. За термічного розкладання етану отримали вуглець масою 480 кг. Обчисліть об'єми етану, що розклався, і водню, що утворився (н. у.).

Дано: m(С)=480 кг = 480 000 г. Знайти: V(С2Н6)-?, V(Н2)-?

Розв'язання.

І спосіб.

Записуємо рівняння реакції.

    х л           480 000 г         у л

     С2Н6            2С    +    3H2. 

    22,4 л           24 г           67,2 л

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

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Розклався 1 моль етану С2Н6 з утворенням 2 моль вуглецю С і 3 моль водню Н2, тому обчислюємо масу 2 моль вуглецю та об'єм 3 моль водню і 1 моль етану (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л, а 3 моль газу займуть 67,2 л.).

Обчислюємо молярну масу (г/моль = Mr) вуглецю С й, відповідно, масу 2 моль.

Mr(С)=Ar(C)=12.     M(C)=12 г/моль.  

Маса 1 моль=12 г, а маса 2 моль = 24 г.

Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.

Складаємо дві пропорції і розв'язуємо їх.

Пропорція для обчислення об'єму етану:

х л/22,4 = 480000 г/24 г, звідси х=(480000г22,4 л)/24г=448000 л

Пропорція для обчислення об'єму водню:

480000 г/24 г = у л/ 67,2 л, звідси у=(480000г67,2 л)/24г=1344000 л

Відповідь. V(С2Н6)=448000 л; V(Н2)=1344000 л.

ІІ спосіб.

Записуємо рівняння реакції:  С2Н6  2С+3H2

Обчислюємо кількість речовини вуглецю С масою 480000 г  за формулою y=m/M, де г/моль=Mr .

Mr(С)=Ar(C)=12.     M(C)=12 г/моль.

y(С)=480000 г : 12 г/моль = 40000 моль

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Розклався 1 моль етану С2Н6 з утворенням 2 моль вуглецю С і 3 моль водню Н2, кількість речовини етану є у два рази менше, тому y(С2Н6)=y(С)/2=40000/2 моль = 20000 моль, а кількість речовини водню є у 1,5 (3/2=1,5) разів більше, тому y(Н2)=y(С)1,5=40000 моль 1,5 = 60000 моль. 

Обчислюємо об'єм певної кількості речовини за формулою V=YVм, де - Vм постійна величина і дорівнює 22,4 л/моль за н.у.

Обчислюємо об'єм етану кількістю речовини 20000 моль.

V2Н6)=20000 моль22,4 л/моль=448000 л.

Обчислюємо об'єм водню кількістю речовини 60000 моль.

V(Н2)=60000 моль22,4 л/моль=1344000 л.

Відповідь. V(С2Н6)=448000 л; V(Н2)=1344000 л.

IV рівень

Завдання 5. Є речовини: метан, хлор, пропан, бром, кисень. Напишіть рівняння реакцій, які можуть відбутися між ними. Назвіть продукти реакцій.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl (перша стадія) - хлорометан і хлороводень.

CH4 + Br2 → CH3Br + HBr (перша стадія) - бромометан і бромоводень.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O - карбон (IV) оксид і вода.

C3H8 + Cl2 → C3H7Cl + HCl (перша стадія) - хлоропропан і хлороводень.

C3H8 + Br2 → C3H7Br + HBr (перша стадія) - бромопропан і бромоводень.

2C3H8 + 8O2 →6CO2 + 4H2O - карбон (IV) оксид і вода.

Завдання 6. Об'ємні частки газів у природному газі становлять: метан - 90%, етан - 5%, карбон(ІV) оксид - 3%, азот - 2%. Обчисліть, який об'єм повітря (н.у.) потрібно взяти для спалювання 200 м3 такого газу.

Дано: V(CH4;C2H6;CO2;N2)=200 м3= 200103 лφ(СН4)=0,9 або 90%;

φ(С2Н6)=0,05 або 5%φ(СО2)=0,03 або 3%φ(N2)=0,02 або 2%.

Знайти: V(повітря)-?

Розв'язування:

У кисні будуть горіти тільки два гази суміші, тому знайдемо об'єми метану і етану у суміші природного газу.

Об'ємна частка речовини (φ) - це відношення об'єму речовини до  об'єму суміші:  φ(речовини)=V(речовини)/V(суміші), звідси V(речовини)=φ(речовини)V(суміші).

V(CH4) =φ(СН4)V(CH4;C2H6;CO2;N2)= 0,9200м3=180 м= 180 103 л.

V(C2H6)=φ(С2Н6)V(CH4;C2H6;CO2;N2)= 0,05200м3=10 м= 10 103 л..

Об'єм кисню, який потрібен для спалювання цих об'ємів метану і етану можна знайти трьома способами (Примітка. Найкраще розв'язувати другим або третім способами, які будете вивчати через декілька уроків).

І спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану і етану.

180103 л     х л

СН4     +    2О2    СО2 + 2Н2О      

22,4 л         44,8 л

10 10л       у л

2Н6    +   7О2    4СО2 + 6Н2О     

44,8л           156,8л

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

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. За н.у. 1 моль газу займає об'єм 22,4 л, тому 2 моль газу - 44,8 л, а 7 моль - 156,8 л.

Записуємо під формулами речовин у рівняннях  реакції.

Складаємо дві пропорції та розв'язуємо їх.

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який потрібно взяти для спалювання метану об'ємом 180103 л.

180103 л / 22,4 = х л / 44,8 л, звідси х=180103 л 44,8 л/ 22,4л =360103 л.

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який потрібно взяти для спалювання етану об'ємом 10103 л.

10 10л / 44,8 л = у л / 156,8 л, звідси у=10103 л 156,8 л/ 44,8л =35 103 л.

Отримали, що при згорянні суміші природного газу витратиться кисню:

V(О2)= х + у = 360 103 л + 35 103 л = 395 103 л

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

Отже, 395103 л О2  - 21%

        х л повітря   - 100%

х = (395 • 103 л • 100%) : 21% = 1881103 л.

Відповідь: V(повітря)=188110л

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану і етану.

СН4 + 2О2  СО2 + 2Н2О         

2Н6 + 7О2  4СО2 + 6Н2О     

За рівнянням реакції під час згоряння метану об'ємом 180103 кисню витрачається у 2 рази більше (V12):V(CH4)=2:1),

тому V12)=V(CH4)2=180103 л 2=360103 л.

За рівнянням реакції під час згоряння етану об'ємом 10103 кисню витрачається у 3,5 рази більше  (V22):V(C2H6)=7:2=3,5:1)тому V22)=V(C2H6)3,5=10 103 л 3,5 =35 103 л.

Отримали, що при згорянні суміші природного газу витратиться кисню:

V(О2)=V12)+V22)=360 103 л + 35 103 л = 395 103 л.

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

Отже, 395103 л О2  - 21%

        х л повітря   - 100%

х = (395 • 103 л • 100%) : 21% = 1881103 л.

Відповідь: V(повітря)=188110л

ІІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану і етану.

180103 л       х л

СН4     +    2О2       СО2 + 2Н2О    

1 об'єм         2 об'єми   

10 10л       у л

2Н6     +   7О2      4СО2 + 6Н2О  

2 об'єми       7 об'ємів  

Для складання пропорцій скористаємося законом об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА: об'єми газів, що вступають у реакцію, відносяться один до одного та до газоподібних продуктів реакції як невеликі цілі числа).

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який витратиться на згоряння метану об'ємом 180 103 л.

180103 л / 1 = х л / 2,   х = 180103 л2/1=360103 л.

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який витратиться на згоряння етану об'ємом 10 103 л..

10103 л / 2 = у л / 7,    у = 10103 л 7/2=35103 л.  

Отримали, що при згорянні суміші природного газу витратиться кисню:

V(О2)= х + у = 360103 л + 35103 л = 395103 л

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

Отже, 395103 л О2  - 21%

        х л повітря   - 100%

х = (395 • 103 л • 100%) : 21% = 1881103 л.

Відповідь: V(повітря)=188110л

 

...