Задачи по теме

Задача 1.При получении 1,3-бутадиена по методу С.В. Лебедева израсходовано 9,2 кг этилового спирта и образовалось 2,52 кг водяного пара. Рассчитать массу полученного бутадиена.

Запишем уравнение реакции.

2СН₃СН₂ОНН₂С=СНСН=СН₂+ 2Н₂О + Н₂,

из которого следует:

n(СН₃СН₂ОН) =n(Н₂О).

При количественном протекании процесса масса образованной воды равна:

m(Н₂О) =n(Н₂О)M(Н₂О) =n(СН₃СН₂ОН)M(Н₂О) =

(молярная масса взята в кг/моль).

Полнота протекания реакции (одновременно и выход продуктов реакции) равна:



Из уравнения реакции следует:

n(C₄H₆) = 1/2n(СН₃СН₂ОН);

m(C₄H₆) = 0,7n(C₄H₆)M(C₄H₆) = 0,71/2n(СН₃СН₂ОН)M(С₂Н₆) =

= 0,7 0,50,254 = 3,78 кг.

Задача 2.При дегидрировании бутана массой 5,8 кг до бутадиена выделилось 0,3 кг водорода. Какова масса полученных углеводородов, если образование бутенов прошло количественно?

Первая стадия дегидрирования имеет вид:

С₄Н₁₀С₄Н₈+ Н₂. (1)

Бутены С₄Н₈представлены двумя соединениями: 1-бутен и 2-бутен. Если процесс остановится на стадии (1), то возможно два варианта:

n(С₄Н₁₀) =n(H₂) илиn(С₄Н₁₀) >n(H₂).

В первом случае реакция (1) протекает количественно, во втором дегидрируется не весь бутан. Реально, исходя из условий задачи, получаем:

n(С₄Н₁₀) =n₁(С₄Н₈) =n₁(H₂)кмоль;

n(H₂)кмоль.

Исходя из данных задачи, n(H₂) >n(С₄Н₁₀),n(H₂) >n₁(Н₂). Следовательно, имеет место еще один процесс, являющийся источником молекулярного водорода. В соответствии с условиями задачи, таким процессом является дегидрирование бутенов:

С₄Н₈С₄Н₆+ Н₂. (2)

Рассчитаем количество вещества водорода, полученное по реакции (2).

n₂(H₂) =n(H₂) –n₁(H₂) = 0,15 – 0,10 = 0,05 кмоль.

Одновременно из уравнения реакции (2) следует:

n₂(С₄Н₈) =n(С₄Н₆) =n₂(H₂);

m(С₄Н₆) =n(С₄Н₆)M(С₄Н₆) =n₂(Н₂)M(С₄Н₆) = 0,0554 = 2,7 кг (М(вещества) использована в кг/моль).

Рассчитаем суммарную массу непрореагировавших бутенов.

m(С₄Н₈) = [n₁(С₄Н₈) – n₂(С₄Н₈)]M(С₄Н₈) = (0,1 – 0,05)56 = 2,8 кг.

Алкины (ацетиленовые углеводороды)

Алкины содержат в молекуле тройную связь, состоящую из одной - и двух-связей. Формула гомологического рядаC_nH_2n-2. Простейший представитель – ацетилен С₂Н₂.

Атомы углерода тройной связи находятся в состоянии sp-гибридизации (2 орбитали). Такая связь прочнее двойной. Рассмотрим вопрос энергетики двойных и тройных связей более подробно. Обозначим черезU_i– энергиюi-той связи.U_С–С(алканы) = 331,8 кДж/моль,U_С=С(олефины) = 587,9 кДж/моль. Если принять, что связи аддитивны, то есть не оказывают влияния друг на друга, то из разностиU_С=С–U_С–Слегко получить величинуU_{-связи}= 256,1 кДж/моль. Таким образом,-связь существенно слабее-связи, так как 331,8 >> 256,1.

В то же время, U_СС(ацетиленовые) = 830,0 кДж/моль. Тогда из тех же соображенийU_{-связи}= (830,0 – 331,8)/2 = 249,1 кДж/моль.

Следовательно, вторая -связь алкинов несколько ослабляет первую, хотя, в целом, конечно, они равноценны. Таким образом, усредненная величина энергии-связей в алкинах меньше и они менее прочны, чем в алкенах.

Свойства тройной связи:

– атомы углерода, связанные тройной связью, имеют электроотрицательность = 2,75;

– длина СС-связи = 0,120 нм;

– валентные углы в ацетилене на основании этой модели равны 180° и молекула имеет линейную конфигурацию, что делает невозможной цис-транс-изомерию при тройной связи;

– связь сильно поляризована, т.к. в sр- гибридной форме углеродный атом сильнее удерживает электроны, чем в sр² и sр³ - гибридных формах; следовательно; электронная пара СН-связи в молекуле ацетилена ближе к ядру С, чем в случае этилена, атом Н более подвижен, обладает слабыми кислотными свойствами (в отличие от алканов и алкенов).

Электронное строение молекулы ацетилена, для которой характерна sp-гибридизация, показано на рис. 13.

Рис. 13. Электронное строение молекулы ацетилена.

Изомерия алкинов. Для алкинов возможны два вида структурной изомерии:

– изомерия строения углеродной цепи;

– изомерия положения тройной связи.

Первые два гомолога: НССН этин (ацетилен) и Н₃СССН аллилен (пропилен, пропин) не имеют изомеров.

Для С₄Н₆возможны два изомера по положению тройной связи:

Пример изомерии строения углеродной цепи.

Н₃ССНССН

СН₃

3-метил-1-бутин

Номенклатура алкинов. По систематической номенклатуре алкины называют, заменяя в названии суффикс «ан» на «ин» (пропанпропин). Главная цепь должна обязательно включать тройную связь. Цепь нумеруют с конца, более близкого к тройной связи.

Н₃ССССН₃2-бутин

н-С₃Н₇ССН 1-пентин

СН₃ССС₂Н₅2-пентин