Свойства метана и его гомологов, их применение

 
 

§ 25. Свойства метана и его гомологов, их применение

Вспомните: метан — неполярное вещество молекулярного строения, что определяет его нерастворимость в воде, летучесть, низкую температуру кипения.

Физические свойства гомологов метана

Поскольку вещества гомологического ряда метана имеют сходное строение и отличаются только длиной карбоновой цепи, то их физические свойства также подобны.

При обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда метана (от CH4 до C4H10) — газы, следующие (от C5H12 до C16H34) — жидкости, а соединения с большим числом атомов Карбона — твердые вещества (рис. 25.1). Это объясняется тем, что с увеличением длины карбоновой цепи увеличивается молекулярная масса веществ, поэтому возрастает количество энергии, необходимой для плавления или испарения веществ. Значит, для любого гомологического ряда справедливо правило, что с увеличением числа атомов Карбона повышаются температуры плавления и кипения веществ.

Рис. 25.1. Зависимость физических свойств алканов от длины карбоновой цепи: а — газ; б — жидкость; в — твердое вещество

Пропан и бутан являются газами, однако хорошо сжижаются при охлаждении и повышенном давлении. В быту и промышленности часто используют сжиженную смесь пропана и бутана (рис. 25.2, а, б).

Рис. 25.2. Алканы: а, б — промышленная цистерна и бытовой баллон сжиженной смеси пропана с бутаном; в — октан (бесцветная жидкость); г — парафин (белое вещество, смесь твердых алканов)

Все гомологи метана — бесцветные вещества. В отличие от газообразных и твердых алканов, жидкие обладают специфическим углеводородным или цветочным запахом (рис. 25.2, в).

Все гомологи метана — неполярные соединения, поэтому они почти нерастворимы в воде, а твердые — жирные на ощупь (рис. 25.2, г). Именно поэтому алканы и другие нецикличные углеводороды еще называют алифатическими соединениями (от греч. aleiphar — жир). Жидкие алканы легче воды, а при смешивании с водой смесь расслаивается: алкан собирается сверху, а вода — снизу (рис. 25.3). Поэтому нефть, состоящая преимущественно из жидких алканов, при попадании в воду растекается тонким слоем по поверхности, что представляет большую угрозу для окружающей среды (рис. 25.4).

Рис. 25.3. Октан не растворяется в воде, а собирается над слоем воды (четко видна граница раздела)

Рис. 25.4. Пятно нефти на поверхности океана

Поскольку алканы являются неполярными соединениями, они хорошо смешиваются друг с другом и растворяют другие неполярные вещества (рис. 25.5).

Рис. 25.5. Растворитель для краски — уайт-спирит — это смесь жидких углеводородов

Химические свойства метана и его гомологов

Алканы — химически неактивные вещества, из-за чего в XIX веке их называли «химическими мертвецами». К началу XX века для них не было известно ни одной химической реакции, кроме горения.

Алканы активно взаимодействуют с кислородом. Например, метан горит бледно-синим пламенем, слабо заметным при ярком солнечном свете:

CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O

Обратите внимание! В уравнениях реакций с участием органических веществ знак равенства всегда заменяют стрелкой, чтобы не спутать его с обозначением двойной связи.

При горении метана выделяется большое количество теплоты — около 50 кДж на 1 г углеводорода.

С воздухом метан образует взрывчатые смеси (вспомните из § 23, какое содержание метана является взрывоопасным). При работе с метаном, например при использовании газовых плит или баллонов, необходимо постоянно следить за тем, чтобы пламя не погасло.

Гомологи метана также окисляются кислородом воздуха, причем полное окисление до углекислого газа происходит только при горении в избытке кислорода. Например, для пентана:

C5H12 + 8O2  5CO2 + 6H2O

Если кислорода недостаточно, то вместо углекислого газа образуется чрезвычайно ядовитый угарный газ:

2C6H14 + 13O2  12CO + 14H2O

Высшие гомологи метана, т. е. алканы с большим числом атомов Карбона, при горении могут также образовывать углерод. Так, например, обычные бытовые парафиновые свечи, состоящие из смеси твердых алканов, при горении образуют коптящее пламя. Копоть — это частицы сажи (углерода), не успевшие сгореть:

2C20H42 + 21O2  40C + 42H2O

Кроме кислорода алканы реагируют только с очень активными веществами, например с галогенами. Реакции взаимодействия с галогенами называют галогенированием. Взаимодействие алканов с хлором или бромом происходит только при освещении или нагревании. При этом один атом галогена замещает атом Гидрогена в составе органической молекулы, а другой соединяется с высвобожденным атомом Гидрогена и образует молекулу гидроген галогенида (символом hν в уравнениях реакций обозначают, что реакция происходит при освещении):

С использованием молекулярных формул это уравнение записывают следующим образом:

При избытке галогена могут замещаться несколько атомов Гидрогена:

При хлорировании метана образуются ценные вещества: CH2Cl2 — дихлорметан (хлористый метилен), который используют как растворитель в лабораториях, в жидкостях для снятия лака и для обезжиривания поверхностей, при изготовлении быстрорастворимого кофе и экстракта хмеля; CHCl3 — трихлорметан (хлороформ) является ценным растворителем в производстве лекарств и красителей, с середины XIX века и до недавнего времени его использовали в качестве наркоза при хирургических операциях; CCl4 — тетрахлорметан, который используют как растворитель для жиров и смол, это одно из немногих негорючих органических веществ, благодаря чему его использовали для тушения пожаров в военной и авиационной технике.

Керосиновую лампу изобрели во Львове работники аптеки «Под золотой звездой» Игнатий Лукасевич и Ян Зег в 1853 году. В том же году во львовском госпитале при свете керосиновой лампы была проведена первая хирургическая операция. Впоследствии керосиновая лампа была представлена на международной выставке в Мюнхене и отмечена специальной грамотой.

Памятник изобретателям керосиновой лампы, г. Львов

Лингвистическая задача

На латыни parum означает «мало» или «незначительно», а affinis — «родственный». Почему, по вашему мнению, в XIX веке алканы назвали парафинами?

Применение метана и его гомологов

Насыщенные углеводороды — важные вещества в нашей жизни. Большие объемы добытых углеводородов используют в качестве разнообразного топлива: бензин, керосин, дизельное топливо, авиационный бензин, мазут (его сжигают на тепловых электростанциях). Из насыщенных углеводородов путем химических превращений добывают много ценных веществ: синтетические моющие средства, растворители, хладагенты для холодильников, пластмассы, каучуки и т. д. (рис. 25.6).

Рис. 25.6. Применение алканов

Ключевая идея

Метан и его гомологи — неполярные и химически малоактивные вещества.

Контрольные вопросы

  • 281. Опишите физические свойства и применение метана и его гомологов.
  • 282. Как меняются температуры плавления и кипения у членов одного гомологического ряда с увеличением числа атомов Карбона в молекуле? Почему?
  • 283. Какие химические свойства характерны для метана и его гомологов? Составьте уравнение реакции полного сгорания метана.
  • 284. При каких условиях возможно неполное сгорание алканов? Чем это может быть опасно?

Задания для усвоения материала

285. В чем сходны и чем различаются физические свойства бутана и гексана?

286. Как отличить две жидкости — гексан и воду — по их физическим свойствам? Предложите не менее трех способов.

287. Составьте уравнение реакции полного сгорания пропана. Какой объем кислорода необходим для сжигания пропана объемом 5,6 л (н. у.)? Какой объем углекислого газа при этом образуется?

288. Образец парафина массой 1 г полностью сожгли в кислороде. Вычислите массу осадка, который выделится при пропускании образовавшегося углекислого газа через известковую воду при условии образования только средней соли. Примите, что молекулы парафина содержат в среднем по 24 атома Карбона.

289. Вычислите массу хлорметана, которую можно получить из метана объемом 5,6 л (н. у.).

290. Вычислите массу продуктов реакций, которые могут образоваться при взаимодействии метана количеством вещества 0,15 моль с хлором объемом (н. у.): а) 3,36 л; б) 6,72 л; в) 10,08 л; г) 13,44 л.

291*. В Украине во многих домах пользуются газовой плитой. Вычислите, какая доля от теплоты сгорания природного газа расходуется на нагревание, а какая рассеивается. Необходимая для расчетов информация: на средней конфорке газовой печи сжигается 0,25 м3 газа в час, вода массой 1 кг на такой конфорке нагревается от комнатной температуры (20 °С) до кипения за 8 минут, теплоемкость воды — 4,2 кДж/(кг · °С), при сгорании природного газа количеством вещества 1 моль выделяется около 760 кДж теплоты, молярный объем газа при таких условиях равен 24 л/моль.

292*. Найдите в дополнительных источниках информацию о применении алканов. Объясните, какими физическими или химическими свойствами алканов обусловлено их применение.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Хімії за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.