1. Ацетилен: структурная формула, химические свойства, получение, применение 2. Вычислить объём углекислого газа и массу воды, образующихся при сгорании 500 л метана

1. Ацетилен: структурная формула, свойства, получение, применение

Ацетилен — это простейший представитель алкинов, то есть непредельных углеводородов с одной тройной связью.

Молекулярная формула ацетилена:

C₂H₂

Структурная формула:

H–C≡C–H

Между атомами углерода находится тройная связь. Из-за этого ацетилен относится к непредельным углеводородам и легко вступает в реакции присоединения. Молекула ацетилена имеет линейное строение.

Физические свойства ацетилена

Ацетилен — бесцветный газ. В чистом виде он почти не имеет запаха, но технический ацетилен часто пахнет из-за примесей. Он легче воздуха, малорастворим в воде, хорошо горит. Смеси ацетилена с воздухом или кислородом взрывоопасны.

Химические свойства ацетилена

Главные химические свойства ацетилена связаны с наличием тройной связи.

1. Горение

Ацетилен горит с выделением большого количества теплоты:

2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O

При полном сгорании образуются углекислый газ и вода. Пламя ацетилена очень горячее, поэтому его используют для сварки и резки металлов.

При недостатке кислорода ацетилен горит коптящим пламенем, так как образуется сажа.

2. Присоединение водорода

Ацетилен может присоединять водород. При этом сначала образуется этилен, а затем этан:

C₂H₂ + H₂ → C₂H₄

C₂H₄ + H₂ → C₂H₆

Суммарно:

C₂H₂ + 2H₂ → C₂H₆

Реакция идёт в присутствии катализаторов, например никеля, платины или палладия.

3. Присоединение галогенов

Ацетилен обесцвечивает бромную воду, так как присоединяет бром по тройной связи:

C₂H₂ + Br₂ → C₂H₂Br₂

При дальнейшем присоединении:

C₂H₂Br₂ + Br₂ → C₂H₂Br₄

Эта реакция является качественной реакцией на непредельные углеводороды.

4. Присоединение галогеноводородов

Например, при присоединении хлороводорода образуется винилхлорид:

C₂H₂ + HCl → CH₂=CHCl

Винилхлорид используется для получения поливинилхлорида — ПВХ.

5. Гидратация ацетилена

При присоединении воды к ацетилену в присутствии катализаторов образуется ацетальдегид:

C₂H₂ + H₂O → CH₃CHO

Эта реакция называется реакцией Кучерова.

6. Кислотные свойства ацетилена

Ацетилен проявляет слабые кислотные свойства, потому что атомы водорода при тройной связи могут замещаться металлами. Например, с натрием:

2C₂H₂ + 2Na → 2C₂HNa + H₂

С аммиачным раствором оксида серебра ацетилен образует ацетиленид серебра:

C₂H₂ + 2Ag₂O → AgC≡CAg + 2AgOH

Ацетилениды серебра и меди взрывоопасны в сухом виде.

7. Полимеризация и тримеризация

При нагревании ацетилен может превращаться в бензол:

3C₂H₂ → C₆H₆

Это пример тримеризации ацетилена.

Получение ацетилена

1. Из карбида кальция

В лаборатории и промышленности ацетилен часто получают действием воды на карбид кальция:

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

Это один из самых известных способов получения ацетилена.

2. Пиролиз метана

В промышленности ацетилен можно получать из метана при очень высокой температуре:

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂

Реакция идёт при сильном нагревании без доступа воздуха.

3. Дегидрогалогенирование галогенпроизводных

Например, из 1,2-дибромэтана при действии спиртового раствора щёлочи:

CH₂Br–CH₂Br + 2KOH → HC≡CH + 2KBr + 2H₂O

Применение ацетилена

Ацетилен применяют:

1. Для газовой сварки и резки металлов, потому что при горении в кислороде он даёт очень высокую температуру пламени.

2. В органическом синтезе — для получения различных веществ: ацетальдегида, уксусной кислоты, винилхлорида, синтетических каучуков, пластмасс.

3. Для получения бензола при тримеризации.

4. Для получения сажи при неполном сгорании.

5. В производстве полимеров, например через винилхлорид получают ПВХ.

2. Вычисление объёма углекислого газа и массы воды при сгорании 500 л метана

Дано:

V(CH₄) = 500 л

Найти:

V(CO₂) и m(H₂O)

Уравнение реакции горения метана:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Из уравнения видно:

1 моль метана даёт 1 моль углекислого газа.

Также 1 объём метана даёт 1 объём углекислого газа, если газы измерены при одинаковых условиях.

Значит:

V(CO₂) = V(CH₄) = 500 л

Теперь найдём массу воды.

При нормальных условиях молярный объём газа равен:

Vm = 22,4 л/моль

Количество вещества метана:

n(CH₄) = V / Vm

n(CH₄) = 500 / 22,4 ≈ 22,32 моль

По уравнению реакции:

1 моль CH₄ образует 2 моль H₂O

Значит:

n(H₂O) = 2 · n(CH₄)

n(H₂O) = 2 · 22,32 = 44,64 моль

Молярная масса воды:

M(H₂O) = 18 г/моль

Масса воды:

m(H₂O) = n · M

m(H₂O) = 44,64 · 18 ≈ 803,6 г

Округлённо:

m(H₂O) ≈ 804 г

Ответ:

V(CO₂) = 500 л

m(H₂O) ≈ 804 г