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) 2С₂Н₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O;

б) СН₃—СН₂—СН₃ + Сl₂ → СН₃—СН₂—СН₂Cl + 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 (M 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=(480000г•22,4 л)/24г=448000 л

Пропорція для обчислення об'єму водню:

480000 г/24 г = у л/ 67,2 л, звідси у=(480000г•67,2 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 M 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=Y•Vм, де - Vм постійна величина і дорівнює 22,4 л/моль за н.у.

Обчислюємо об'єм етану кількістю речовини 20000 моль.

V(С₂Н₆)=20000 моль•22,4 л/моль=448000 л.

Обчислюємо об'єм водню кількістю речовини 60000 моль.

V(Н2)=60000 моль•22,4 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= 200•10³ л; φ(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)= 0,9•200м³=180 м³ = 180 •10³ л.

V(C₂H₆)=φ(С₂Н₆)•V(CH₄;C₂H₆;CO₂;N₂)= 0,05•200м³=10 м³ = 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.

180•10³ л     х л

СН₄     +    2О₂   → СО₂ + 2Н₂О      

22,4 л         44,8 л

10 •10³ л       у л

2С₂Н₆    +   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 180•10³ л.

180•10³ л / 22,4 = х л / 44,8 л, звідси х=180•10³ л •44,8 л/ 22,4л =360•10³ л.

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який потрібно взяти для спалювання етану об'ємом 10•10³ л.

10 •10³ л / 44,8 л = у л / 156,8 л, звідси у=10•10³ 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, 395•10³ л О₂  - 21%

        х л повітря   - 100%

х = (395 • 10³ л • 100%) : 21% = 1881•10³ л.

Відповідь: V(повітря)=1881•10³ л

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану і етану.

СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О         

2С₂Н₆ + 7О₂ → 4СО₂ + 6Н₂О     

За рівнянням реакції під час згоряння метану об'ємом 180•10³ кисню витрачається у 2 рази більше (V₁(О₂):V(CH₄)=2:1),

тому V₁(О₂)=V(CH₄)•2=180•10³ л •2=360•10³ л.

За рівнянням реакції під час згоряння етану об'ємом 10•10³ кисню витрачається у 3,5 рази більше  (V₂(О₂):V(C₂H₆)=7:2=3,5:1), тому V₂(О₂)=V(C₂H₆)•3,5=10 •10³ л •3,5 =35 •10³ л.

Отримали, що при згорянні суміші природного газу витратиться кисню:

V(О₂)=V₁(О₂)+V₂(О₂)=360 •10³ л + 35 •10³ л = 395 •10³ л.

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

Отже, 395•10³ л О₂  - 21%

        х л повітря   - 100%

х = (395 • 10³ л • 100%) : 21% = 1881•10³ л.

Відповідь: V(повітря)=1881•10³ л

ІІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану і етану.

180•10³ л       х л

СН₄     +    2О₂      → СО₂ + 2Н₂О    

1 об'єм         2 об'єми   

10 •10³ л       у л

2С₂Н₆     +   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.

180•10³ л / 1 = х л / 2,   х = 180•10³ л•2/1=360•10³ л.

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

10•10³ л / 2 = у л / 7,    у = 10•10³ л •7/2=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, 395•10³ л О₂  - 21%

        х л повітря   - 100%

х = (395 • 10³ л • 100%) : 21% = 1881•10³ л.

Відповідь: V(повітря)=1881•10³ л