В какие реакции вступают предельные углеводороды? На примере этана запишите уравнения химических реакций и укажите условия их протекания.
Предельные углеводороды (алканы) вступают в реакции горения, замещения, крекинга и дегидрирования.
Реакция горения: C2H6 + 7/2 O2 → 2CO2 + 3H2O (Избыток кислорода, высокая температура)
Реакция замещения (галогенирование): C2H6 + Cl2 → C2H5Cl + HCl (Свет или высокая температура)
Крекинг (разложение при нагревании): C2H6 → C2H4 + H2 (Высокая температура 600–800°C, катализаторы)
Дегидрирование (отщепление водорода): C2H6 → C2H4 + H2 (Катализатор Pt, Ni, температура 300–500°C)
Составьте электронную формулу этанола и укажите наиболее реакци-онноспособные связи в его молекуле. Какие можно предположить реакции этого спирта с другими веществами?
Этанол C2H5OH содержит полярную связь O-H, которая обуславливает его кислотные свойства, а также связи C-O и C-H, влияющие на реакционную способность.
Реакции этанола:
Горение: C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
Взаимодействие с металлами (образование алкоголятов): C2H5OH + Na → C2H5ONa + 1/2 H2
Окисление: C2H5OH + [O] → CH3CHO + H2O CH3CHO + [O] → CH3COOH
Дегидратация (обезвоживание): C2H5OH → C2H4 + H2O (Концентрированная H2SO4, нагрев)
Проблема. Почему по мере увеличения относительной молекулярной массы спиртов усиливается их способность коптить при горении?
С увеличением молекулярной массы спиртов возрастает доля углерода в их составе. Это приводит к неполному сгоранию и образованию сажи, которая делает пламя коптящим. Чем больше углеродных атомов в спирте, тем больше вероятность образования сажи.
1. Укажите наиболее реакционноспособные химические связи у предельных одноатомных спиртов на основе анализа структурной формулы 1-пропанола.
В молекуле 1-пропанола (CH3-CH2-CH2-OH) наиболее реакционноспособными являются:
Полярная связь O-H, которая обусловливает кислотные свойства спирта и его способность реагировать с активными металлами. Связь C-O, которая может разрываться в реакциях дегидратации и окисления.
2. В какие взаимодействия может вступить 1-пропанол? Напишите уравнения возможных реакций.
Горение: C3H7OH + 9/2 O2 → 3CO2 + 4H2O
Взаимодействие с металлами (образование алкоголятов): C3H7OH + Na → C3H7ONa + 1/2 H2
Дегидратация (образование алкена): C3H7OH → C3H6 + H2O (Концентрированная H2SO4, нагрев)
Дегидратация (образование простого эфира): 2C3H7OH → C3H7-O-C3H7 + H2O (Концентрированная H2SO4, температура 140°C)
3. Как можно окислить 1-пропанол? Запишите уравнение реакции.
Первичный спирт можно окислить до альдегида или кислоты:
До пропаналя (альдегида): C3H7OH + [O] → C2H5CHO + H2O (Катализатор Cu, температура)
До пропановой кислоты: C3H7OH + 2[O] → C2H5COOH + H2O (Окислитель KMnO4, H2SO4)
4. Приведите два способа получения этанола из этана. Запишите уравнения реакций и укажите условия их проведения.
Каталитическое гидратация через образование этилена: C2H6 → C2H4 + H2 (Катализатор Pt, температура) C2H4 + H2O → C2H5OH (Катализатор H3PO4, температура 300°C, давление 7 МПа)
Каталитическое окисление этана с последующей гидратацией: C2H6 + 1/2 O2 → C2H4 + H2O (Катализатор Ag, температура 500°C) C2H4 + H2O → C2H5OH (Катализатор H3PO4, температура 300°C, давление)
5. Какой объем водорода (н. у.) получится при взаимодействии 80 г метанола с 7,5 г металлического натрия?
Реакция метанола с натрием: 2CH3OH + 2Na → 2CH3ONa + H2
Найдем количество вещества метанола: Молярная масса CH3OH = 12 + 1×4 + 16 = 32 г/моль n(CH3OH) = 80 г / 32 г/моль = 2,5 моль
Найдем количество вещества натрия: Молярная масса Na = 23 г/моль n(Na) = 7,5 г / 23 г/моль ≈ 0,326 моль
Определим, что ограничивает реакцию. По уравнению: 2 моль CH3OH реагируют с 2 моль Na Отношение 2,5 : 2 ≈ 1,25 (избыток метанола) Отношение 0,326 : 2 ≈ 0,163 (натрия недостаточно)
Следовательно, натрий – лимитирующий реагент.
Найдем количество водорода: По уравнению 2 моль Na дают 1 моль H2, значит: n(H2) = 0,326 моль Na × (1 моль H2 / 2 моль Na) = 0,163 моль H2
Найдем объем водорода (н. у.): V(H2) = 0,163 моль × 22,4 л/моль = 3,65 л
6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно [осуществить следующие превращения (укажите условия):
1-хлорпропан —> 1-пропанол —> пропилат натрия.
Гидролиз 1-хлорпропана до 1-пропанола: C3H7Cl + H2O → C3H7OH + HCl (Щелочная среда, нагрев)
Реакция 1-пропанола с натрием (образование пропилата натрия): C3H7OH + Na → C3H7ONa + 1/2 H2
7. Составьте в электронном виде схему или таблицу, содержащую информацию о получении и применении предельных одноатом- ных спиртов.
Спирт Способы получения Применение Метанол (CH3OH) Каталитическое окисление метана Топливо, растворитель, производство формальдегида Этанол (C2H5OH) Брожение сахаров, гидратация этилена Алкоголь, антисептик, топливо, растворитель Пропанол (C3H7OH) Гидролиз галогенпроизводных алканов Растворитель, производство пластмасс и лекарств