Учебное пособие по химии для учащихся 10 классов, обучающихся в лицеях фдп рниму под редакцией проф. Теплова В. В

• Название: Учебное пособие по химии для учащихся 10 классов, обучающихся в лицеях фдп рниму под редакцией проф. Теплова В. В
• Анкор: Posobie_dlya_10kl_gl_var.doc
• Дата: 28.01.2017
• Размер: 3.52 Mb.
• Имя файла: Posobie_dlya_10kl_gl_var.doc
• Тип: Учебное пособие; #419
• страница: 2 из 12

1.2.Задачи и упражнения для самостоятельного решения

1. Вычислите массу следующих количеств вещества:а) 1 моль атомов азота;б) 3 моль атомов кислорода;в) 0,2 кмоль атомов меди ;г) 0,3 кмоль воды ; д)0,1 моль аммиака;ж) 0,01 кмоль этана.

2. Сколько моль атомов содержится в :а) 4 г кислорода; б)10 г водорода; в)1,2 кг углерода ;г) 18 г воды;д) 4 г гидроксида натрия; ж)16 мг метана; з)4,4 г пропана;и) 8,8 кг углекислого газа?

3. В какой массе серной кислоты содержится столько же вещества, сколько содержится :а) в 4 мг гидроксида натрия;б) в 4.4 кг углекислого газа;в) в 2,12 г карбоната натрия;г) в 12 г этана?

4. Какой объем при н.у. займут:а) 0,5 моль водорода; б) 0,5 моль гелия; в)0,5моль воды;г) 0,5кмоль атомов хлора;д) 100 ммоль атомов кислорода?

5. Рассчитайте объем, который при н.у. займет газовая смесь, состоящая из 2,73 моль азота, 3,82 моль водорода, 0,45 моль оксида углерода (II) и 3,00 моль оксида углерода (IV).

6. Рассчитайте массу (при н.у.): а)1,12 л азота;б) 7,84 мл пропана;

в) 0,336 м³ кислорода.

7. Рассчитайте массу газовой смеси, состоящей из 8,96л (н.у.) оксида углерода (II) и 4,48л (н.у.) оксида углерода (IV).

8. Рассчитайте массу 22,4 л (н.у.) смеси газов, содержащей ( в %% по объему): 40% азота, 10% оксида углерода (II) и 50% этена.

9. Определите объем, который при н.у. занимают:а) 1кг водорода;

б) 11 г углекислого газа;в) 16 т метана.

10. Определите объем, который при н.у. занимает:а) 12,04 ∙ 10²⁴ молекул водорода;б) 3,01∙10²³ молекул метана.

11. Сравните число молекул:а) в 1г водорода и 1г кислорода;

б)в 1л водорода и 1л кислорода;в) в 1моль водорода и 1моль кислорода.

12. Вычислите молярную массу газа , а)если масса 1л газа (н.у.) равна 1,25г;б)если масса 300 мл газа (н.у.) равна 0,857 г. Предложите возможные формулы газов.

13. Определите массу этана, в которой содержится 12,04∙10²³ молекул.

14. В каком соотношении по объему следует смешать метан и этан, чтобы масса 1л газовой смеси была равна 1,0 г?

15. Сколько электронов содержится в 0,2 моль метана?

16. В каком объеме метана (н.у.) содержится столько электронов, сколько содержится в 5,6 г железа?

17. Определите относительную плотность по водороду и по воздуху: а)азота; б)хлора;в) метана.

18. Вычислите плотность при н.у.: а)этана;б) бутана.

19. Вычислите плотность и относительную плотность по воздуху газовой смеси, состоящей (в %% по объему) из водорода(20%), метана (50%), пропана (30%).

20. Вычислите среднюю молярную массу и относительную плотность по водороду газовой смеси, состоящей (в %% по объему) из углекислого газа (20%), метана (40%) и водорода (40%).

21. Определите состав газовой смеси (в %% по объему), содержащей метан и этан, если ее относительная плотность по водороду равна 9,4.

22. Определите состав газовой смеси, состоящей из метана и этана, если массовая доля водорода как элемента в ней равна 22%.

23. Определите относительную плотность по воздуху газовой смеси, состоящей из (в %% по массе): 20% водорода, 10% углекислого газа, 40% азота, 20% метана и 10% этана . Какой объем воздуха необходим для сжигания 1л такой смеси?

24. Газовая смесь, состоящая из воздуха и метана, имеет плотность по кислороду 0,82. Определите состав этой смеси в массовых долях, считая что в воздухе содержится 20% кислорода(по объёму).

25. В каком соотношении по объёму следует смешать углекислый газ и пропан, чтобы плотность газовой смеси была равна 1,964 г/л ?

26. В каком соотношении по массе следует смешать азот и этен, чтобы плотность по гелию газовой смеси была равна 7?

27. Рассчитайте массовую долю пропана в смеси с этаном, если её плотность по водороду равна 20. Какой объем воздуха необходим для сжигания 10 л такой смеси, считая, что в воздухе содержится 20% кислорода по объему?

28. Как изменится давление газовой смеси, находящейся с замкнутом сосуде и состоящей из равных объёмов кислорода и СО, если: а) весь оксид углерода (II) превратится в углекислый газ; б) половина оксида углерода (II) превратится в углекислый газ?

29. После сжигания 120 мл(н.у.) смеси водорода с кислородом объём газовой смеси, измеренной при нормальных условиях, уменьшился в два раза. Определите содержание водорода в исходной газовой смеси(в %%) по объёму, если водород сгорел полностью.

30. Рассчитайте массу воды, которая может образоваться при сжигании смесей, состоящих из: а) 10г Н₂ и 10г О₂; б) 10л(н.у.) Н₂ и 10л(н.у.) О₂; в) 10г Н₂ и 10л(н.у.)О₂; г) 10л(н.у) Н₂ и 10г О₂.

31. Какой объём воздуха (при нормальных условиях)) необходим для полного сжигания 100г газовой смеси, состоящей (в %% по объёму): 20% СО₂ ,10% СО, 30% N₂ и 40%H₂? Содержание кислорода в воздухе принять равным 21% по объему.

32. Определите молекулярную формулу вещества содержащего углерод (ω = 84,21%) и водород (ω =15,79%). Плотность паров этого вещества по воздуху равна 3,93.

33. Определите формулу вещества, состоящего из углерода, водорода и кислорода, если при сжигании 2,9 г его получено 6,6 г углекислого газа и 2,7г воды. Плотность паров этого вещества при (н.у.) равна 2,59г/л.

Глава 2. АЛКАНЫ
Общая формула гомологического ряда алканов C_nH_2n+2 .Метан, этан, пропан и бутан в обычных условиях (25 ⁰С и 101 кПа) - газы. Углеводороды с содержанием атомов углерода от 5 до15- жидкости, остальные алканы - твердые вещества. Газообразные алканы не имеют запаха и цвета. Алканы хорошо растворяются в неполярных органических растворителях и не растворяются в воде.



2.1.Получение алканов
1. Основной источник углеводородов - природные газы и нефть. В промышленности углеводороды получают перегонкой нефтепродуктов.

2. Каталитическое гидрирование (Ni, Pd, Pt) ненасыщенных углеводородов при нагревании:

СН₂=СН₂ + Н₂ С₂Н₆ ; СН₃ – С ≡ СН + 2 Н₂ С₃Н₈

3. По реакции Вюрца, действуя натрием на галогеналканы при нагревании
CH₃−CH₂Cl + ClCH₂−CH₃ + 2 Na CH₃− CH₂−CH₂−CH₃ + 2 NaCl

бутан

2 CH₃− CH−CH₃ + 2 Na CH₃− CH−CH₃ + 2 NaCl

| |

Br CH₃−CH−CH₃

2,3-диметилбутан
Cl CH₃

| |

CH₃−Cl + CH₃− CH−CH₃ + 2 Na CH₃ −CH−CH₃ + 2 NaCl

изобутан

4. Гидролиз карбидов
Al₄C₃ + 12 H₂ O 4 Al(OH)₃ + 3 CH₄ ↑
Be₂C + 4 H₂ O 2 Be(OH)₂ + CH₄ ↑
5. Декарбоксилирование солей низших карбоновых кислот

(для газообразных углеводородов)

t⁰

CH₃COONa + NaOH Na₂CO₃ + CH₄↑

тв тв
t⁰

CH₃ CH ₂COOK + KOH K₂CO₃ + C ₂H₆↑

тв тв

2.2 Химические свойства алканов
1. Галогенирование – реакция радикального замещения (S_R)атомов

водорода на галогены.
а) Инициирование– образование свободных радикалов

Молекулы хлора поглощают свет и диссоциируют на атомы:



б) Рост цепи

Атом хлора может отнимать атом водорода у молекулы алкана с

образованием хлороводорода и алкильного радикала:



Алкильный радикал атакует молекулу хлора,образуя молекулу

алкилгалогенида и атом хлоа, который способен начать следующую

стадию этой цепной реакции



в) Обрыв цепи

Обрыв цепи происходит при взаимодействии каких-либо двух

имеющихся в смеси радикалов:

Вообще получить по этому методу монозамещённые продукты

практически невозможно, так как образующиеся алкилгалогениды

взаимодействуют дальше с атомами хлора. На ярком свету реакция

протекает очень бурно(со взрывом).

Устойчивость свободных радикалов уменьшается в следующем ряду:
аллил третбутил изопропил пропил
Поэтому основным продуктом радикального замещения в реакциях галогенирования алканов являются соединения, в которых атом галогена связан с аллильным или третичным атомом углерода. Гораздо меньше продуктов замещения по вторичному и первичному атомам углерода.

Бромирование протекает менее энергично, взаимодействие с иодом осуществить практически не удаётся, наоборот, фтор взаимодействует с алканами со взрывом.

При бромировании преобладают соединения, в которых атом брома связан с третичным атомом углерода. При хлорировании образуется сложная смесь, в которых атом хлора связан с третичным, вторичным и первичным атомами углерода.

һ ν

СН₃− СН₂− СН− СН₃ + Br₂ СH₃−CH₂ – CBr − CH₃ + HBr +

| |

CH₃ CH₃

2-метилбутан 2-бром-2-метилбутан

(основной продукт)

CH₃ – CH – CH – CH₃

| |

Br CH₃

2- бром- 3- метилбутан

(побочный продукт)
В молекуле алкана могут замещаться один или несколько атомов водорода СН₃ − СН₂− СН₃ + Cl₂ СН₃ − СН − СН₃ + HCl

|

Cl
Cl

|

СН₃ − СН₂ − СН₃ + 2 Cl₂ СН₃ − С − СН₃ + 2 HCl

|

Cl
Cl

|

СН₃ − СН₂ − СН₃ + 3 Cl₂ СH₂ − С − СН₃ + 3 HCl

| |

Cl Cl
При этом образуется смесь галогенпроизводных.
2. Нитрование (реакция Коновалова)- реакция радикального

замещения S_R.
CH₄ + HNO₃ CH₃NO₂ + H₂O ( 140⁰C, P )
3. Реакции дегидрирования

t, Ni

C₂H₆ CH₂  CH₂+ H₂
t,Cr₂O₃/Fe₂O₃

2C₄H₁₀ CH₂  CH − CH₂ − CH₃ + CH₃ − CH  CH − CH₃ + 2H₂

В последнем случае образуются изомеры, отличающиеся положением двойной связи.
4. Крекинг – разрушение углеводородного скелета и образование углеводородов с меньшим числом углеродных атомов.−

t

C₈H₁₈ C₅H₁₂ + C₃H₆

t

C₈H₁₈ C₄H₁₀ + C₄H₈

Крекинг метана в зависимости от условий протекает по-разному:

1000^о 1500⁰

CH₄ C + 2 H₂ ; 2CH₄ C₂H₂ + 3 H₂ ;

500^о

СН₄ С₂Н₄ + 2 Н₂

4. Реакции окисления – не свойственны алканам и весьма специфичны.

Окисление бутана протекает в присутствии катализатора при нагревании:

2 C₄H₁₀ + 5 O₂ 4 CH₃COOH + 2 H₂O

Окисление метана в зависимости от условий может приводить к образованию различных продуктов:

CH₄ + 0,5O₂ CH₃OH ( 400⁰C, 100 атм)

O

//

CH₄ + O₂ H-C-H + H₂O ( 500⁰C, 10 атм)

O

//

CH₄ + 2,5O₂ H- C - OH +3 H₂O
5. Реакции горения

C₅H₁₂ + 8 O₂ 5 CO₂ + 6 H₂O

В общем виде:

C_nH_2n+2 + (3n +1)/2 O₂ n CO₂ + (n+1) H₂O

7. Изомеризация.

t,AlCl₃

CH₃− CH₂−CH₂ − CH₃ CH₃− CH −CH₃ (изобутан)

бутан |

CH₃
2.3. Примеры решения задач
Пример 11. Карбид алюминия массой 4,32 г обработали избытком соляной кислоты. Образовавшийся газ подвергли хлорированию. В результате получили смесь ди- и монохлоралканов. Масса хлора, пошедшего на реакцию, составила 11,36 г. Определить массовые доли продуктов хлорирования.

Решение:

Взаимодействие карбида алюминия с водным раствором кислот является лабораторным способом получения метана.

1) Определяем количество вещества карбида алюминия:

М (Al₄C₃) = 144 г/моль, n( Al₄C₃) = 4,32/144 = 0,03 (моль);

2) Напишем уравнение реакции:

Al₄C₃ + 12 HCl = 4 AlCl₃ + 3 CH₄ ↑

3) Вычисляем количество вещества метана:

в соответствии с уравнением реакции n( CH₄) = 3 ∙ n( Al₄C₃) = 3 ∙ 0,03 =

0,09 моль

4) Вычисляем количество вещества хлора n( Cl₂) = m( Cl₂)/M( Cl₂) =

11,36 / 71= 0,16 (моль)

Пусть образуется x(моль) хлорметана и y(моль) дихлорметана

5) Запишем реакции хлорирования метана:

а) CH₄ + Cl₂ CH₃Cl + HCl

x x x

б) CH₄ + 2Cl₂ CH₂Cl₂ + 2HCl

y 2y y

Тогда в соответствии с уравнениями (а) и (б) на образование x(моль) CH₃Cl требуется x(моль) Cl₂,а на образование y(моль) CH₂Cl₂ –

2y моль Cl₂.

Составляем систему уравнений и решаем её:

х + у = 0,09 х = 0,02

х + 2у = 0,16 у = 0,07

6) Вычисляем массу продуктов хлорирования:

m ( CH₃Cl ) = n (CH₃Cl ) ∙ M (CH₃Cl ) = 0,07 ∙ 50,5 =3,535 (г)

m ( CH₂Cl₂ ) = n (CH₂Cl₂ ) ∙ M (CH₂Cl₂ ) = 0,02 ∙ 85 = 1,70 (г)

7) Массовую долю ди- и монохлорметана определяем по формуле:

ω(в-ва) = m(в-ва)/ m(смеси) ; m (см) =3,535 + 1,70 = 5,235 (г).

ω ( CH₃Cl ) = 3,535 ׃ 5,235 = 0,6753 (67,53 % )

ω ( CH₂Cl₂) = 1,70 ׃ 5,235 = 0,3247 ( 32,47 %)

Ответ: ω ( CH₃Cl ) = 67,53 %, ω ( CH₂Cl₂) = 32,47 %

2.4. Задачи и упражнения для самостоятельного решения

34. Из перечисленных соединений выберите пару изомеров и напишите их структурные формулы: 2,7-диметилнонан, 2-метил-4- этилнонан,

4-метил-4-этилдекан, 2-метил-4-пропилдекан,4-пропил-4-этилоктан.

35. Из бутана получите: а) 2,2,3,3 – тетраметилбутан;

б) 2,2 – диметилбутан.

36. Из пентана получите: а) 3,3,4,4 – тетраметилгексан;

б) 2- метил -2–этилбутан

37. В молекуле алкана имеются только первичные и третичные атомы углерода. Первичных атомов в два раза больше, чем третичных. Напишите формулу такого алкана.

38. Приведите формулу алкана, в молекуле которого имеются шесть первичных атомов углерода, но нет вторичных и третичных атомов углерода.

39. В молекуле одного из алканов находится 34 е. Составьте структурные формулы всех его изомеров.

40. Какие вещества нужно взять для получения по реакции Вюрца:

а) тетраметилбутана, б) 3,4-диметилгексана, в) 3,4 – диэтилгексана,

г) 2,5- диметилгексана? Напишите уравнения реакций

41. Составьте уравнения реакций в соответствии со схемой:

а) СН₄ А В С С₄Н₁₀;

AlCl₃,t Br₂, hν KOH, спирт

б) бутан А В С

в) карбид алюминия пропан

42. Назовите вещества А, Б, В в следующих цепочках превращений:

NaOH, t 1500⁰C H₂, Ni, t

а) СН₃СООNa А Б В
CI₂, hν Na, t Br₂, t

б) С₂Н ₆ А Б В
NaOH, t Cl₂, hν Na, t

в) СН₃СООNa А Б В
H₂O, t Cl₂, hν Na, t

г) AI₄C₃ А Б В
Na, t Al₂O₃,450⁰C Br₂, t

д) С₂Н ₅Cl А Б В
CI₂, hν Na, t HNO₃(p), t

е) СН₄ А Б В
NaOH, t Br₂, hν Na, t

ж) СН₃CH₂CH₂СООNa А Б В

43. Оксид углерода (IV) смешали с одним из алканов. В этой газовой смеси объемная доля углекислого газа составила 50%, а массовая доля -73,3%. Какой алкан находился в смеси?

44. Смесь состоит из пропана и азота. Массовая доля азота составляет

40 %. Определите среднюю молярную массу смеси и количество моль атомов водорода в 20 литрах (н.у.) этой смеси.

45. Образец смеси, состоящей из метана и бутана, объемом 10 л (н.у.) содержит 63,8∙10²³ электронов. Определить среднюю молярную массу и состав смеси (в % по объему).

46. Смесь состоит из метана и пропана. Массовая доля водорода составляет 20 %. Определить среднюю молярную массу смеси и количество моль атомов углерода в 20 литрах (н.у.) этой смеси. .

47. При добавлении какого газа к смеси равных объёмов этана и бутана плотность её по азоту не изменится?

48. Определите плотность по водороду газовой смеси, если известно, что пропана в ней в 2 раза больше, чем бутана; этана в 2 раза больше, чем пропана, а метана в 2 раза больше, чем этана.

49. Определите массовую долю метана в смеси с пропаном, если плотность по водороду данной смеси равна 12,8.

50. Карбид алюминия обработали разбавленным раствором соляной кислоты. Выделился газ объёмом 3,36 л (н.у.) . Реакция прошла с выходом 100%. Какая масса карбида алюминия была взята для проведения реакции?

51. 65,6 г ацетата натрия смешали с 40 г гидроксида натрия и прокалили. Рассчитайте объём выделившегося газа (н.у.), если реакция прошла с выходом 100%.

52. Рассчитайте массу хлороформа, которую можно получить из 124 кг етана при 90% выходе.

53. В результате бромирования пропана было получено 246 г бромпропана при 100% выходе. Сколько пропана прореагировало при этом?

54. При хлорировании 31,36 л ( н.у.) метана было получено 196,9 г смеси трихлорметана и тетрахлорметана. Определите массовые доли продуктов хлорирования метана.

55. При хлорировании 101г хлорметана образовалась смесь дихлорметана и трихлорметана в молярном соотношении 1:2. Вычислите объём хлороводорода (н.у.), выделившегося в ходе реакции.

56. Рассчитайте массу тетрахлорида углерода, который можно получить при хлорировании метана объёмом 13,44 л (н.у.) хлором, объём которого равен 78,4л (н.у). Выход продукта составляет 70% от теоретически возможного.

57. Определите объём кислорода, необходимый для сжигания 23 г газовой смеси, состоящей из метана и этана, если плотность газовой смеси по одному из её компонентов равна 0,767.

58. Смесь этана и бутана, средняя молярная масса которой равна 40 г/моль, сожгли. Определить объем полученного углекислого газа, если для сжигания этой смеси потребовалось 28 л кислорода.

59. Для сжигания 10 л ( н.у.) смеси пропана и этана потребовалось

47 л ( н.у.) кислорода. Определите состав смеси алканов

( в %% по объёму).

60. Определите объём кислорода ( при н.у.), который потребуется для сжигания 18 г газовой смеси, состоящей из метана и водорода, с плотностью по водороду 4.

61. Определите объём кислорода ( при н.у.), который потребуется для сжигания газовой смеси, состоящей из водорода и этана с плотностью по гелию равной 1,2: а) 100 л газовой смеси; б)100 г газовой смеси.

62. Определите массовую долю углерода в смеси, состоящей из метана и пропана, если плотность по гелию данной смеси равна 9,2.

63. Определите молекулярную формулу вещества, содержащего

(в %% по массе) 12,78% углерода, 2,13% водорода и 85,09% брома. Плотность паров этого вещества по воздуху рана 6,48.

64. 2-метилбутан пропустили над нагретым платиновым катализатором. При этом плотность газовой смеси уменьшилась на 12%. Определите состав полученной газовой смеси (в % по объему) и выход в реакции дегидрирования.

65. Для сгорания некоторого алкана требуется объём кислорода в 11 раз больший, чем объём паров данного углеводорода при тех же условиях. Определите формулу алкана.

66. При сгорании алкана массой 5,8 г образуется углекислый газ объёмом 8,96 л (н.у.). Какой объём кислорода (н.у.) потребуется для реакции?

67. Продуктами горения углеводорода массой 17,6г являются оксид углерода (IV) и вода массой 28,8 г. Какой объём кислорода был затрачен в процессе горения?

68. Смешали 2,24 л (н.у.) метана и 25 л (н.у.) воздуха. Смесь подожгли. Вычислите объёмные доли веществ после конденсации паров воды.

69. Смешали 3 г этана и 100 л (н.у.) воздуха. Смесь подожгли. Вычислите бъёмные доли веществ после конденсации паров воды.

70. Сколько металлического натрия необходимо для получения по методу Вюрца 0,25 моль этана?

71. При нагревании бромметана массой 3,85г с металлическим натрием массой 1,15г получили этан, объём которого равен 358,4 мл (н.у.). Определите выход продукта реакции.

72. Из реакционной смеси, полученной при взаимодействии алкана с бромом, с помощью дистилляции была выделена жидкость, атомное соотношение элементов в которой составляет С : Н : Br = 6 : 13 : 2. Назовите алкан, полностью охарактеризуйте жидкость и сделайте предположение о других возможных продуктах реакции. Ответ поясните.

Глава 3. АЛКЕНЫ
Алкены – углеводороды, в молекуле которых имеется одна связь C=C. Первые три члена ряда С₂ – С₄ - газообразные вещества, от С₅- С₁₇ – жидкости, С₁₈ – и выше – твердые вещества.

Электронные орбитали атомов углерода, образующих двойную связь, находятся в состоянии sp²-гибридизации. Атомы углерода соединены одной σ- и одной π – связями: sp³ sp³ sp ² sp²

CH₃− CH₂ − CH = CH₂ (бутен-1)

Для алкенов возможна структурная и пространственная изомерия(геометрическая).
Структурные изомеры:
СH₃−CH₂− CH₂−CH=CH₂ СH₃−CH₂ − CH=CH−CH₃

пентен-1 пентен-2
СH₃− CH − CH=CH₂ СH₃− CH −C=CH₂

| |

CH₃ CH₃

3-метилбутен-1 2-метилбутен-1

СH₃ − C=CH − CH₃

|

CH₃

2-метилбутен-2
Пространственные изомеры:
H H H C₂H₅

\ / \ /

С = С С = С

/ \ / \

CH₃ C ₂H₅ СН₃ Н

цис-пентен-2 транс-пентен-2

Алкены с концевой двойной связью и алкены, имеющие одинаковые заместители у sp² – гибридизированного атома углерода, пространственных изомеров не имеют.
3.1. Получение алкенов
1. Крекинг и пиролиз нефтепродуктов
2. Каталитическое (Ni, Pt, Pd) дегидрирование алканов при нагревании

С₄Н₁₀ С₄Н₈ + Н₂
3. Из галогенпроизводных, действуя спиртовым раствором щелочи:

спирт

CH₃ − CН − CH − CH₃ + КОН CH₃ − C=CH − CH₃ + KBr + Н₂О

| | |

СН₃ Br СН₃

4. Из спиртов в присутствии кислоты при нагревании:

Н⁺

CH₃ − CH ₂ − CH₂ − ОН CH₃ − CН = CH₂ + Н₂О
Н⁺

СH₃ − CН(ОН) − CH₂−CH₃ CH₃ − CН = CH− CH₃ + Н₂О

Отщепление воды и галогеноводородов происходит по правилу Зайцева: атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода, т.е. атома, который связан с меньшим числом атомов водорода.
5. Из дигалогенпроизводных под действием активных двухвалентных металлов(Zn, Mg) при нагревании.

CH₃−CН−CH −СН₂−СН₃ + Zn CH₃−CН = CH−СН₂−CH₃ + ZnBr₂

| |

Br Br
3.2. Химические свойства алкенов
1. Для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения(ионного) А_Е , которые протекают с разрывом π- связи.

а) Гидрирование каталитическое (Ni, Pt, Pd) при нагревании :

CH₃−CН = CH₂ + Н₂ CH₃−CН₂−CH₃
б) Галогенирование ( Hal₂- Cl₂, Br₂, I₂): Br Br

CCl₄ или Н₂О | |

CH₃−C=CH₂ + Br₂ CH₃−C – CH₂

| |

CH₃ CH₃
в) Гидрогалогенирование - присоединение HHal( HCl, HBr, HI)
CH₃−C=CH−CH₃ + HBr CH₃−CBr– CH₂−CH₃

| |

CH₃ CH₃
г) Гидратация -присоединение воды в кислой среде при нагревании:


OH

|

CH₃−C=CH−CH₃ + H₂O CH₃−C– CH₂−CH₃

| |

CH₃ CH₃

Присоединение галогеноводородов и воды в основном протекает по правилу Марковникова: атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода, т.е. к атому, который связан с большим числом атомов водорода. Но есть исключения из этого правила.
CH₂−CH=CH₂ + HCl CH₂−CH₂−CH₂Cl

| |

NO₂ NO₂
CH₂=CH−COOH + HBr CH₂−CH₂−COOH

|

Br

2. Реакции полимеризации:

t

n CH₃−CH=CH₂ (−CH−CH₂−)_n

AlCl₃ |

СН₃

3. Реакции окисления

а) реакции мягкого окисления водным раствором перманганата калия

-1 -2 +7 0 -1

3 CH₃−CH=CH₂ + 2 KMnO₄ + 4 H₂O 3 CH₃−CH−CH₂ + 2 KOH +

+2MnO₂ | |

OH OH

-1 0

C - 1 е → C

-2 -1 процесс окисления

C - 1 е → C

+7 +4

Mn + 3 е → Mn процесс восстановления
Эта реакция обесцвечивания раствора перманганата калия является качественной реакцией на алкены, как и реакция обесцвечивания бромной воды.

б) действие жестких окислителей ( азотной кислоты, перманганата калия и дихромата калия в кислой среде) приводит к разрыву молекулы алкена по месту расположения двойной связи с образованием кислот и кетонов:

CH₃CH=CH­ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ CH₃COOH + CO₂ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O

CH₃−C(CH₃) = CH –CH₃ + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄

CH₃−C(O)СН₃ + CH₃COOH + Cr₂(SO₄)₃ + 4H₂O + K₂SO₄

ацетон

в каталитическое окисление кислородом:



г) реакции горения

C_nH_2n + 3n/2 O₂ nCO₂ + n H₂O
3.3. Примеры решения задач
Пример 12. Газовую смесь, состоящую из этена и водорода и имеющую плотность по водороду 3,6, пропустили над нагретым никелевым катализатором. При этом образовалась газовая смесь с плотностью по водороду 4,23. Определить выход в реакции гидрирования и состав полученной газовой смеси (в % по объему).

Решение:

Поскольку в условии задачи заданы только относительные значения

( т.е. величины, не зависящие от количества вещества – относительная плотность) и необходимо определить также относительные величины

( состав, выход в реакции), для упрощения расчетов зададимся каким-либо абсолютным значением.

1) Пусть количество моль исходной смеси n(см₁) =1 моль,

Исходная газовая смесь(смесь 1): С₂H₄ и H₂

2) Вычислим среднюю молярную массу этой смеси

Мср. (см₁)= D(см₁)∙М(Н₂) = 3,6 ∙ 2 = 7,2 г/моль,

3) Тогда масса смеси (1):

m(см₁) = М (см₁) ∙ n(см₁) = 7,2 ∙ 1 = 7,2 г.

4) Пусть n(С₂H₄)= х моль; n(H₂)= у моль.

Составим систему уравнений и решаем её:

х + у = 1 x = 0,2

28 х + 2у = 7,2 y = 0,8

Таким образом, исходная смесь состоит из 0,8 моль С₂H₄ и 0,2 моль H₂.

5) После реакции гидрирования:

С₂H₄ + H₂ = С₂H₆

получим смесь (2): С₂H_4, H₂ и С₂H₆.

Вычислим среднюю молярную массу этой смеси

Мср. (см₂)= D(см₂)∙М(Н₂) = 4,23 ∙ 2 = 8,46 г/моль.

6) Поскольку, согласно закону сохранения массы, общая масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна общей массе продуктов реакции; масса газовой смеси в результате гидрирования не меняется,

m(см₁) = m (см₂) = 7,2 г.

7) Вычислим количество вещества конечной газовой смеси (смеси 2):

n(см₂)= m (см₂)/ M(см₂) = 7,2 ׃ 8,46 = 0,851моль.

8) Пусть, в реакцию вступает z(моль) H₂, тогда в реакцию ступает также z моль С₂H₄ и в результате реакции образуется z моль С₂H₆.
Было 0,8 0,2

С₂H₄ + H₂ = С₂H₆

Прореагировало z z стало z

Запишем эти данные для удобства в виде таблицы

Вещества	Было(моль)	Прореаг.(моль)	Стало(моль)
С2Н4	0,8	z	0,8 – z
Н2	0,2	z	0,2 – z
С2Н6	-	-	z
∑(n)	1,0	2z	1 - z

9) Определим количества всех веществ в конечной газовой смеси(2):

n(см₂)= n(С₂Н₄)+ n(Н₂)+n(С₂Н₆)= (0,8-z)+(0.2-z)+z=1-z= 0,851

Отсюда z= 1-0,851=0,149

В смеси (2):

n(С₂Н₄)= 0,8-0,149=0,651 моль

n(Н₂)= 0,2-0,149=0,051 моль

n(С₂Н₆)=0,149моль

10) Выход в реакции гидрирования вычисляем как отношение количества вещества С₂Н_6, полученное практически, к количеству вещества, рассчитанному по уравнению химической реакции (т.е. теоретически).

Количество вещества С₂Н_6, полученное по реакции теоретически, рассчитываем по недостатку. В смеси (1) водород находится в недостатке. Следовательно n(С₂Н₆)_теор= 0,2 моль

η (С₂Н₆)=0,149/0,2= 0,745 (74,5%)

11) Определяем состав полученной газовой смеси (в % по объему)

φ( в-ва)=V(в-ва)/V(см₂)∙100%= n(в-ва)/n(см₂)∙100%

φ(С₂Н₆)=0,149:0,851∙100%= 17,51% φ(С₂Н₄)=0,651:0,851∙100%= 76,50%

φ(Н₂)=0,051:0,851∙100%= 5,99%

Ответ: φ(С₂Н₆)=17,51%; φ(С₂Н₄)= 76,50%; φ(Н₂)= 5,99%

η (С₂Н₆)=74,5%

Пример13. В молекуле нециклического углеводорода sp³ – гибридизованных атомов углерода равно трем, , а sp²- гибридизованных – двум. Установите строение этого углеводорода, если в его составе содержится только один третичный атом углерода. Какая масса бромоводорода может вступить в реакцию с 14 г этого углеводорода. Определить массовую долю брома как элемента в полученном бромпроизводном .

Решение:

1) Условию задачи отвечает следующее строение:

sp³ sp³ sp² sp²

CH₃-CH –CH= CH₂ - 3-метилбутен-2 C₅H₁₀

|

CH₃

sp³

2) Запишем реакцию взаимодействия алкена с бромоводородом
CH₃−CH−CH= CH_{2 +} HBr CH₃−CH −CH −CH₃

| | |

CH₃ CH₃ Br

2-бром-3-метил-бутан

Реакция протекает по правилу Марковникова.

М(C₅H₁₀) = 70 г/моль, n(C₅H₁₀) = 14 / 70 = 0,5 моль.

В соответствии с уравнением реакции n(HBr) = n (C₅H₁₀) =0,5 моль,

m ( HBr) = n ( HBr) ∙ М ( HBr) = 0,5 ∙ 81 = 40,5 (г)

3) Определяем массовую долю брома в полученном бромпроизводном C₅H₁₁Br ω (Br) = Ar( Br)∙n(Br)/ Mr(C₅H₁₁Br),

где Ar (Br) –относительная атомная масса Br,

n (Br)- число атомов брома в молекуле,

Mr (C₅H₁₁Br)- относительная молекулярная масса бромпроизводного

ω (Br) =80∙1/149= 0,5369 (53,69%)

Ответ: 3-метилбутен-2; ω (Br) =53,69%

Пример14. Определить массу 1,2 дихлорпропана, необходимую для получения 3,36 г пропена, учитывая, что реакция взаимодействия

1,2- дихлорпропана с избытком цинка проходит с выходом 72,7%.

Решение:

1) Реакция получения пропена :

_t

CH₃−CH −CH₂ +Zn СН₃−СН=СН₂ +ZnCl₂

| |

Cl Cl

2) Вычисляем количество полученного пропена практически

n (С₃Н₆) = m (С₃Н₆)/М (С₃Н₆)= 3,36: 42 = 0,08 моль.

3) Следовательно, n (С₃Н₆Cl₂), вступающего в реакцию, также равно

0,08 моль.

4) С учетом того, что выход в реакции равен отношению количества вещества практически вступающего в реакцию n(пр.), к количеству вещества, вступающего в реакцию теоретически n(теор.), определяем количество вещества С₃Н₆Cl_2, взятого для реакции

η = n(пр) /n(теор) ∙ 100% ═> n(теор)= n (пр) : η =0,08 :0.727= 1,1 моль.

5) Масса 1,2-дихлорпропана, взятая для реакции:

m(С₃Н₆Cl₂)= 0,11∙ 111=12,2 (г)

Ответ: m(С₃Н₆Cl₂)= 12,2 г

3.4. Задачи и упражнения для самостоятельного решения

73. Приведите структурные формулы всех возможных изомеров углеводорода состава C₆H₁₂, назовите каждый изомер.

74. Какое вещество является структурным изомером цис-пентена-2.

75. Назовите следующие соединения:

а) СН₃-С( С₂Н₅)=С( С₂Н₅)-СН₂-СН₃

б) СН₃-С( С₂Н₅)=СН- СН(СН₃)₂

Какое из этих соединений имеет цис-,транс-изомеры?

76. С какими из перечисленных реагентов будет вступать в реакцию

3-метилпентен-1:

бром, хлорид натрия, натрий, вода, водород, перманганат калия, бромоводород. Напишите уравнения, укажите условия протекания реакций.

77. При пропускании каких из перечисленных веществ происходит обесцвечивание фиолетового раствора перманганата калия: бутана, пропана, углекислого газа, этана, пропена.

78. Осуществите превращение:

1-бром-3-метилбутан 2-метилбутен-2

79. Назовите вещества А, Б, В в следующих цепочках превращений:
Н₂О, Н⁺ - Н₂О,H⁺ Cl₂, t

а) СН₃СН=СН₂ А Б В
Br₂ Zn, t H₂, Ni, t

б) СН₃СН=СН₂ А Б В
Br₂, t KOH(спирт) Br₂

в) СН₃СН₂СН₃ А Б В
HBr KOH(спирт) KMnO₄, H₂O

г) СН₃СН=СН₂ А Б В

80. Осуществите следующие превращения, укажите вещество Х:
а) СН₃СНBrСН₂Br X СН₃СНClСН₃

б) СН₃СН₂СНBrСН₂Br X СН₃СН₂СНОНСН₂ОН

в) СН₃СН₂СН₂Br X СН₃СНBrСН₃
г) СН₃СН₂СН₂ОН X СН₃СНОНСН₃

81. Получите из 1-бромпропана 2-бромпропан.

82. При гидрировании некоторого алкена массой 11,2 г требуется 4,48 л водорода (н.у.). Определите формулу алкена. Напишите структурные формулы изомеров.

83. При добавлении какого газообразного углеводорода к газовой смеси, состоящей из азота и оксида углерода(II), плотность газовой смеси будет равна 1,25 г/л?

84. Через 450 г раствора брома в тетрахлорметане c массовой долей брома 0,032 пропустили 3,36 л ( н.у.) смеси бутана, бутена-1 и бутена-2.Раствор брома при этом полностью обесцветился. Определите объём кислорода

( н.у.), необходимый для сжигания этой смеси.

85. 77,4 г смеси предельного и этиленового углеводорода, содержащих одинаковое количество атомов углерода, реагирует с 20,16 л (н.у.) бромоводорода. Определите состав смеси (в %% по объёму) и напишите структурные формулы углеводородов, если известно, что продукт взаимодействия этиленового углеводорода с бромом в 50,5 раз тяжелее гелия.

86. Газовую смесь, состоящую из этена и водорода и имеющую плотность по водороду 4,9, пропустили над нагретым платиновым катализатором. При этом образовалась газовая смесь с плотностью по водороду на 20% больше исходной газовой смеси. Определите состав полученной газовой смеси (в % по объему).

87. 2-метилбутан пропустили над нагретым платиновым катализатором, при этом плотность газовой смеси уменьшилась на 12%.Определите состав полученной газовой смеси( в % по объему) и выход в реакции дегидрирования.

88. Газовую смесь, состоящую из пентена и водорода и имеющую плотность по гелию 12, пропустили над нагретым никелевым катализатором .При этом образовалась газовая смесь с плотностью по гелию 14,1.Определите выход в реакции гидрирования и состав полученной газовой смеси (в % по объему).

89. Газовую смесь, состоящую из бутена-1 и водорода и имеющую плотность по аммиаку 2,5, пропустили над нагретым платиновым катализатором, при этом образовалась газовая смесь с плотностью по воздуху 1,83. Определите выход в реакции гидрирования и состав полученной газовой смеси (в %% по объему).

90.Через 500 г раствора брома в тетрахлорметане c массовой долей брома 0,064 пропустили 11,2 л ( н.у.) смеси бутана, бутена-1 и бутена-2. Раствор брома при этом полностью обесцветился. Определите массовую долю бутана в смеси углеводородов.

91. При пропускании 2,24 л ( н.у.) смеси этена, бутена и бутана через бромную воду прореагировало 40 г раствора с массовой долей брома 20%. Плотность газовой смеси по водороду равна 24,3. Определите состав смеси углеводородов ( в %% по объёму).

92. После пропускания смеси этана и этена через склянку с бромной водой масса склянки увеличилась на 2,8 г. При полном сгорании исходной смеси углеводородов образовалось 8,96 л (н.у.) оксида углерода (IV). Определите состав исходной смеси углеводородов (в %% по объему).

93. 38,7 г смеси алкана и алкена, содержащих одинаковое количество атомов углерода, может прореагировать с 10,08 л (н.у.) бромоводорода. Определите состав смеси (в%% по объему) и напишите структурные формулы углеводородов, если известно, что продукт взаимодействия этиленового углеводорода с бромом в 7,214 раз тяжелее этилена.

94. При пропускании 14,0 л (н.у.) смеси этена, пропена и бутана через раствор брома в тетрахлорметане прореагировало 320 г раствора с массовой долей брома 20%. Плотность газовой смеси по азоту равна 1,546. Определите состав смеси углеводородов ( в %% по объему).

95. При сжигании углеводорода, плотность паров которого 3,75 г/л (н.у.) получено 13,44 л углекислого газа и 10,8 г воды. Определите формулу углеводорода.

96. Определите строение этиленового углеводорода, если на полное каталитическое гидрирование 21 г его потребовалось 6,72 л ( н.у.) водорода. Напишите структурную формулу продукта гидрирования, если известно, что он содержит один третичный атом углерода.