Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 1.27 Mb.
|
| Тема 3. НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АЛКЕНЫ). АЦЕТИЛЕН – ПРЕДСТАВИТЕЛЬ АЛКИНОВ 3.1. Непредельные углеводороды (алкены) Алкены (олефины, этиленовые углеводороды) — непредельные углеводороды, содержащие одну двойную связь углерод—углерод. Простейший алкен — этилен или этен (по международной номенклатуре): С2Н4 Н Н \ ∕ или С=С. ∕ \ Н Н Этилен образует гомологический ряд, членами которого являются: С2Н4 этен (тривиальное название этилен), С3Н10 пропен (пропилен), С4Н8 бутен, C5H10 пентен и т. д. Общая формула алкенов CхH2х, где х—2, 3, 4. Названия алкенов образуют от названия алканов с таким же числом углеродных атомов с заменой окончания -ан на -ен. Изомерия. Начиная с бутена, алкены имеют изомеры. Изомерия алкенов связана с различным положением двойной связи и с разветвленностыо цепи). Номенклатура. Алкены, имеющие изомеры, называют следующим образом, Выбирают наиболее длинную углеродную цепь, содержащую двойную связь, например: СН2=СН–СН2–СН3 ; СН3–СН2–С=СН–СН3. | СН3 В этой цепи нумеруются атомы углерода, начиная с того, к которому ближе расположена двойная связь: 1 2 3 4 5 4 3 2 1 СН2=СН–СН2–СН3 СН3–СН2–С=СН–СН3 | СН3 Основу (корень) названия определяет длина главной (пронумерованной) цепи: 4 атома — бутен, 5 — пентен. В конце названия записывают номер углеродного атома (наименьший), при котором находится двойная связь. Кроме того, перед названием записывают углеводородные радикалы, присоединенные к главной цепи (как и в случае алканов). Таким образом, в наших примерах названия соединений следующие: 1 2 3 4 5 4 3 2 1 СН2=СН–СН2–СН3 СН3–СН2–С–СН–СН3 бутен-1 | СН3 3-метилпентен-2 Получение. Алкены получают из предельных углеводородов при каталитическом дегидрировании (отщеплении водорода), например: Ni CH3–CH3 → CH2=CH2+H2 или при термическом разложении (крекинге):  → СН3–СН=СН2+Н2t СН3–СН2–СН3— → СН2=СН2+СН4 В лабораторных условиях алкены получают действием спиртового раствора щелочи на галогенпроизводные алканов СН3–СН2Cl+NaOH→CH2=CH2+NaCl+H2O или дегидратацией (отщеплением воды) спиртов в присутствии серной кислоты: H2SO4∙t CH3–CH2OH → CH2=CH2–H2O этиловый спирт Свойства. Химические свойства этилена и его гомологов обусловлены наличием в их молекулах двойной связи, обладающей высокой реакционной способностью. Для алкенов характерны реакции присоединения и окисления. 1. Реакции присоединения сопровождаются разрывом двойной связи. В присутствии катализаторов (Ni, Pt) алкены присоединяют водород: Ni CH2=CH2+H2→CH3–CH3. Алкены легко присоединяют галогены, например обесцвечивают бромную воду: CH2=CH2+Br2→CH2Br–CH2Br. Алкены присоединяют также галогеноводороды и воду в соответствии с правилом Марковникова: при присоединении водородных соединений к несимметричным алкенам, атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизованному атому углерода при двойной связи. Например: CH3–CH=CH2+HBr→CH3–CHBr–CH3, CH3–CH=CH2+H2O→CH3–CHOH–CH3. Алкены в присутствии катализаторов (А1С13, H2SO4,) могут присоединять алканы (реакция алкилирования), например: → СН3–СН2–СН2–CН2–CН3AlCl3 СН2=СН2+СН3–СН2–СН3 — → СН3–СН2–СН–СН3 | СН3 Особый вид реакции присоединения — реакции полимеризации (соединение молекул вещества в более крупные молекулы), например: хСН2=СН2→(–СН2–СН2–)х, этилен полиэтилен где х — степень полимеризации (х может равняться нескольким сотням, тысячам и даже миллионам). 2. Реакции окисления. Перманганат калия в нейтральной или щелочной среде окисляет алкены с расщеплением двойной связи: KMnO4 CH2=CH2+[O]+Н2О → СН2ОН–CН2ОН. Сильные окислители (перманганат калия или дихромат калия в присутствии серной кислоты) окисляют алканы с разрывом молекулы по месту двойной связи. В результате образуются различные кислородсодержащие органические соединения, например: K2Cr2O7 ,Н2SО4 СН3–СН=СН2+4[О] → СН3–СООН+НСООН. При высокотемпературном окислении алкенов в кислороде или на воздухе они сгорают: С2Н4+3О2→2СО2+2Н2О. Пример: 1. Напишите структурные формулы изомеров, соответствующих эмпирической формуле С4Н8, и дайте им названия. Решение. Эмпирической формуле С4Н8 могут отвечать алкены (изомерные бутены) и циклоалканы (изомерные циклобутаны). Изомерия алкенов обусловлена положением двойной связи и разветвленностью углеродного скелета: СН2=СН–СН2–СН3 ; СН3–СН=СН–СН3 ; СН2=С–СН3. бутен-1 бутен-2 | СН3 2-метилпропен Изомерия циклоалканов обусловлена числом атомов углерода в цикле: СН3 |   циклобутан метилциклопропан Таким образом, эмпирической формуле С4Н8 соответствуют пять изомеров. Пример: 2. При крекинге бутана объемом 3,36 л (нормальные условия) образуются этан и этилен. Рассчитайте массу бромной воды (массовая доля Вг2 1,6%), которую могут обесцветить продукты крекинга. Дано: V(C4H10)=3,36 л; w(Br2)=1,6% _______________________________ m(бромной воды)=? Решение. 2.1. Рассчитываем количество вещества бутана, подвергнутого крекингу:   2.2. Составляем уравнение реакции термического разложения (крекинга) бутана: t С4Н10→С2Н6+С2Н4. Из уравнения реакции следует: n(С2Н4)=n(С4Н10); n(С2Н4)=0,15 моль. 2.3. С бромной водой реагирует только этилен: С2Н4+Br2→С2Н4Br2. На основании этого уравнения реакции записываем: n(Br2)=n(C2H4); n(Br2)=0,15 моль. 2.4. Вычисляем массу брома, требуемого для реакции: m(Вг2) = n(Вг2) ∙M(Вг2); m(Вг2) = 0,15 моль ∙160 г/моль = 24 г. 2.5. Рассчитываем массу бромной воды, которую может обесцветить образовавшийся при крекинге бутана этилен:  Пример: 3.Алкен нормального строения содержит двойную связь при первом углеродном атоме. Образец этого алкена массой 2,8 г присоединил бром массой 8 г. Определите формулу алкена и назовите его. Дано: алкен СхН2х; m(СхН2х)=2,8 г; m(Br2)=8 г. _______________________________________ х=? Решение. 3.1. Вычисляем количество вещества брома, участвующего в реакции:  3.2. Составляем уравнение реакции бромирования алкена: Cx2H2x+Br2→ CxH2xBr2. Из уравнения реакции следует: n(CxH2x)=n(Br2); n(CxH2x)=0,05 моль. 3.3. Вычисляем молярную массу алкена:  3.4. С другой стороны, молярная масса алкена равна: М(CxH2x)=хМ(С)+2хМ(Н); М(CxH2x)=(х ∙12+2х ∙1) г/моль=14х г/моль. 3.5. Получаем уравнение 14х=56, решая которое, находим, что х—4, т. е. формула алкена С4Н8 (бутен). Так как известно, что алкен имеет нормальное строение и содержит двойную связь при первом атоме углерода, записываем его структурную формулу: СН2=СН–СН2–СН3. бутен-1 Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 44.Напишите структурные формулы следующих алкенов: а) З-метилпентен-2; б) 4,4-диметил-З-этилгексен-1; в) 4-изопропилгептен-2. 45. Назовите по заместительной номенклатуре следующие соединения: а) СН2=СН–СН–СН3; б) СН3–СН=СН–СН2–СН–СН2–СН3; | | СН3 СН2–СН3 в) СН3–СН–СН=СН–СН–СН3 ; г) СН2=С – СН–СН2–С–СН3. | | | | | СН3 СН3 СН3 С2Н5 СН3 46. Напишите формулы изомерных углеводородов, состав которых отвечает эмпирической формуле С5Н10. Сколько может быть таких углеводородов? 47. Сколько изомерных алкенов соответствует формуле С6Н12? Изобразите их структурные формулы и назовите по заместительной номенклатуре. 48. Рассчитайте массу бромной воды (массовая доля брома 2,4%), которую может обесцветить пропилен объемом 1,68 л (нормальные условия). 49. Рассчитайте объем этилена, приведенный к нормальным условиям, который можно получить из технического этилового спирта С2Н5ОН массой 300 г. Учтите, что технический спирт содержит примеси, массовая доля которых равна 8%. 50. Рассчитайте объем водорода, измеренный при нормальных условиях, который может присоединить смесь газов массой 15,4 г, содержащую этилен (массовая доля 54,5%), пропилен (27,3%) и бутилен (18,2%). 51. Смесь пропана и пропилена объемом 2 л (нормальные условия) обесцветила бромную воду массой 250 г (массовая доля Вг2 в бромной воде 3,2%). Рассчитайте объемную долю пропилена в смеси. 52. 2-Метилпропен подвергнут каталитическому гидрированию. Какое вещество получено при этом? Рассчитайте объем продукта, который образуется при гидрировании 2-метилпропена массой 12,6 г (нормальные условия). 53. Составьте уравнения реакций между 2-метил-бутеном-1 и следующими веществами: а) водородом; б) бромом; в) перманганатом калия в нейтральной среде; г) бромоводородом. 54. Какой продукт образуется в реакции присоединения иодоводорода к пропилену? Рассчитайте, какая масса его будет получена, если объем исходного пропилена равен 3,92 л (нормальные условия), а массовая доля выхода равна 60%. 55. Назовите соединения А, Б и В и напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения: HCl КОН (спиртовой раствор) бромная вода СН2=СН2 → А → Б → В. 56. Какие вещества образуются, если к бутену-1 присоединить бромоводород, а на полученный продукт подействовать спиртовым раствором гидроксида натрия? Составьте уравнения реакций. 57. 2-метилпропен объемом 0,784 л (нормальные условия) сожгли. Выделившийся оксид углерода (IV) полностью нейтрализовали водным раствором гидроксида натрия (массовая доля NaOH 15%, плотность 1,17 г/моль). Рассчитайте объем раствора щелочи, затраченного на нейтрализацию. 58. Определите формулы веществ А, Б и В и составьте уравнения осуществленных реакций: КОН (спиртовой раствор) HBr Na СН3–СН2–СН2–СН2Cl → А → Б → В. 59. Какие из записанных веществ являются изомерами:  а) –С2Н5; б) СН3–СН2–СН2–СН=СН2; в) СН3–СН–СН3; | С2Н5 СН3 СН2 ∕ | г  ) СН3–СН=С–СН3; д) ; е) | СН2– –СН2 . СН3 | СН=СН 60. Напишите уравнения реакций, при помощи которых из бутена-1 можно получить бутен-2. 61. Из этилового спирта объемом 40 мл (массовая доля примесей 6%, плотность 0,807 г/мл) получили этилен объемом 10,2 л (нормальные условия). Рассчитайте массовую долю выхода продукта. 62. Изобразите структурные формулы цис- и транс-изомеров бутена-2. Одинаковые или различные продукты образуются при бромировании этих изомеров? 63. Напишите уравнения реакций между спиртовым раствором гидроксида калия и следующими веществами: СН3 | а) СН3–СНBr–СН3; б) СН3–СНBr–С–СН3; в) СН3–СНBr–СН–СН3. | | СН3 СН3 Назовите полученные продукты по заместительной номенклатуре. 64. Массовая доля углерода в непредельном углеводороде равна 85,7%, а водорода — 14,3%. Относительная плотность газа по водороду равна 21. Определите формулу газа и назовите его. 65. При сгорании углеводорода массой 1,4 г образуется оксид углерода (IV) объемом 2,24 л (нормальные условия) и вода массой 1,8 г. Относительная плотность этого углеводорода по водороду равна 14. Определите формулу углеводорода и назовите его. 66. Неизвестный алкен массой 7 г присоединяет бромоводород объемом 2,8 л (нормальные условия). Определите формулу алкена, изобразите структурные формулы его изомеров. 67. К бутену-1 массой 47,6 г присоединили хлоро-водород. На образовавшееся хлорпроизводное подействовали спиртовым раствором щелочи. Из реакционной смеси выделили бутен-2 объемом 8,96 л (нормальные условия). Рассчитайте массовую долю выхода бутена-2. Составьте уравнения осуществленных реакций. 68. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: СН3–СНОН–СН3→СН3–СН=СН2→СН3–СНCl–СН3→СН3–СН=СН2→ СН3 СН3 \ ∕ →СН3–СНBr–СН3→ СН–СН ∕ \ СН3 СН3 69. При термическом крекинге пропана объемом 13,44 л (нормальные условия) получена смесь метана и этилена. Рассчитайте массу бромной воды, которую могут обесцветить продукты крекинга (массовая доля Вг2 в бромной воде равна 3,2%). 70. При гидрировании смеси этана с этиленом массой 5,8 г получен этан массой 6 г. Рассчитайте объемную долю этилена в исходной смеси. 72. Алкен имеет нормальное строение, а двойная связь находится при втором атоме углерода. Образец этого алкена массой 45,5 г присоединил водород объемом 14,56 л (нормальные условия). Определите формулу алкена и назовите его по заместительной номенклатуре. 73. Газовую смесь объемом 20 л, содержащую этан, этилен и водород, пропустили над нагретым платиновым катализатором. После приведения к исходным условиям объем смеси составил 13 л, причем в ней содержался водород объемом 1 л. Определите объемные доли газов в исходной смеси. 74. Сосуд, заполненный азотом, имеет массу 80,84 г; тот же сосуд, заполненный алкеном, имеет массу 81,33 г (газы в сосуде находятся при нормальных условиях). Определите структурную формулу алкена и назовите его, если известно, что он имеет одно ответвление от главной цепи. Учтите, что масса сосуда без газов равна 80,35 г. 75. При гидрировании смеси этилена с пропиленом массой 9,8 г получена смесь этана с пропаном массой 10,4 г. Рассчитайте объемную долю этилена в исходной смеси. 3.2. Ацетилен – представитель алкинов Алкины (ацетиленовые углеводороды) содержат два атома углерода, связанные тройной связью. Простейший алкин — этин или ацетилен (тривиальное название) С2Н2 или Н—С = С—Н. Названия алкинов по заместительной номенклатуре производят от названий алканов с тем же числом углеродных атомов, заменяя окончание -ен на -ин. При этом цифра после окончания показывает наименьший номер углеродного атома в цепи, который находится при тройной связи. Первыми членами гомологического ряда алкинов являются: СН = СН этин (ацетилен); СН3—С = СН. пропин; С4Н6 бутин (СН3—СН2—С = СН бутин-1 или СН3—С = С—СН3 бутин-2). Общая формула алкинов СхН2х-2, где х=2, 3, 4. Получение. Для получения ацетилена используют метан или карбид кальция СаС2: 2СН4→С2Н2+3Н2, СаС2+2Н2О→С2Н2+Са(ОН)2. Гомологи ацетилена получают действием спиртового раствора щелочи на дигалогенпроизводные алканов, например: СН3–СНCl–СН2Cl+2КОН→СН3–С=СН+2КСl+2Н2О, СН3–СН2–СНСl2+2КОН→СН3–С=СН+2КСl+2Н2О. Свойства. Химические свойства алкинов во многом аналогичны свойствам других непредельных соединений. 1. Реакции присоединения водорода, галогенов, галогеноводородов могут протекать с размыканием одной или двух связей углерод — углерод, например: Fe Pt СН = СН+Н2→СН2=СН2 или СН = СН+2Н2→СН3–СН3, CН = СН+Br2→СНBr=СНBr, СНBr=CHBr+Br2→CHBr2–CHBr2 СН = СН+НСl→СН2=СНСl; СН2=СНСl+НСl→СН3–СНСl2 присоединение второй молекулы галогеноводорода идет по правилу Марковникова. Гидратация алкинов в присутствии солей ртути (II) приводит к образованию альдегидов (реакция Кучерова): О Hg2+ ∕ ∕ СН = СН+Н2О → СН3–С \ Н уксусный альдегид 2. Ацетилен и его гомологи легко окисляются, например обесцвечивают водный раствор перманганата калия: СН = СН+4[О] → НООС–СООН. щавелевая кислота 3. Для алкинов характерны реакции замещения атома водорода при тройной связи, например при взаимодействии с аммиачными растворами оксида серебра или оксида меди (I): СН = СН+AgС→AgС = СAg+Н2О, 2СН3–С = СН+Сu2О→2СН3–С = ССu+Н2О. Пример: 1.Эмпирическая формула некоторого углеводорода С3Н4. Известно, что это вещество реагирует с бромной водой и натрием (при этом выделяется водород). Определите структурную формулу углеводорода. Напишите уравнения реакций его с бромом и натрием. Решение. Состав С3Н4 могут иметь алкин (CHs = C—CH3) и циклоалкен. Эти вещества являются непредельными, поэтому реагируют с бромной водой. Но с натрием с выделением водорода может реагировать только алкин, у которого атом водорода при углероде обладает высокой подвижностью и связан тройной связью с другим атомом углерода. Следовательно, неизвестный углеводород имеет структуру молекулы СН = С—СН3. Это пропин. Записываем уравнения реакций пропина с бромом и натрием: СН = C–CН3+Br2→CHBr=CBr–CH3, СHBr=CBr–CH3+Br2→CHBr2–CBr2–CH3, CH = C–CH3+Na→NaC=C–CH3+  H2.Пример: 2. Технический карбид кальция массой 5 г обработали избытком воды и получили ацетилен, который о избытком аммиачного раствора оксида серебра образует ацетиленид серебра массой 15,6 г. Определите массовую долю СаС2 в техническом карбиде. Дано: m(карбида)=5 г; m(AgC2)=15,6 г. _________________________________ w(СаС2)=? Решение. 2.1. Вычисляем количество вещества образовавшегося ацетиленида серебра Ag2C2:  2.2. Составляем уравнение реакций между карбидом кальция и водой, ацетиленом и аммиачным раствором оксида серебра: СаС2+2Н2О→Са(ОН)2+С2Н2, С2Н2+Ag2O→Ag2С2+Н2О. Из уравнений (а) и (б) следует, что n(СаС2)=n(Ag2C2); n(СаС2)=0,065 моль. 2.3. Рассчитываем массу СаС2 в образце технического карбида: m(СаС2)=n(СаС2) ∙M(СаС2); m(СаС2)=0,065 моль ∙64 г/моль=4,16 г. 2.4. Массовая доля СаС2 в техническом карбиде равна:  Пример: 3.Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: →СН2=СН–СН3СНBr2–СН2–СН3→СН = С–СН3– →CuС = С–СН3 Укажите условия протекания реакций. Решение. 3.1. Действуя спиртовым раствором щелочи на дибромпроизводное алкана, получаем пропин: СНBr2–СН2–СН3+2КОН→СН = С–СН3+2КBr+2Н2О. 3.2. Пропин гидрируется до пропилена (катализатор железо): Fe СН = С–СН3+Н2→СН2=СН–СН3. 3.3. При взаимодействии пропина с аммиачным раствором оксида меди (I) получаем метил ацетиленид меди (I): 2СН = С–СН3+Cu2О→2CuС = С–СН3+Н2О. Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 76. Напишите структурные формулы следующих Соединений: а) 3,3-диметилбутина-1; б) 2,5-диметилгексина-3; в) 4-метил-5-этилоктина-2. 77. Напишите структурные формулы изомерных алкинов состава C5H8. Сколько алкинов соответствует этой эмпирической формуле? 78. Сколько изомерных алкинов соответствует эмпирической формуле C6H10? Составьте структурные формулы этих изомеров и назовите их по заместительной номенклатуре. 79. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения: А14С3 — А — Б — Ag2C2. Назовите вещества А и Б, укажите условия протекания реакций. 80. С помощью, каких реакций можно осуществить следующие превращения: СН2Br–СН2–СН2–СН3→СН2=СН–СН2–СН3→СН2Br–СНBr–СН2–СН3→СН = С–СН2–СН3. 81. Дайте названия следующим алкинам по заместительной номенклатуре: СН3 ∕ а) СН3–С = С–СН2–СН3 б) СН = С–СН–СН–СН | | \ СН3 СН3 СН3 СН3 СН3 СН3 \ ∕ | в) СН–С = С–СН г) СН3–С–С = С–СН–СН–СН ∕ \ | | СН3 СН3 СН3 СН3–С–СН3 | СН3 82. Назовите соединения А и Б, которые получены на первом и втором этапах синтеза, протекающего по схеме: карбид кальция →А→Б→СН3–СН2Br. Составьте уравнения реакций, необходимых для осуществления данных превращений, указав условия их протекания. 83. Напишите уравнения реакций, при помощи которых, исходя из метана, можно получить этан двумя различными способами. 84. Образец технического карбида кальция массой 1,2 г обработали водой. Выделившийся ацетилен пропустили через избыток бромной воды, получив тетрабромпроизводное этана массой 5,19 г. Вычислите массовую долю СаС2 в техническом карбиде кальция. 85. Массовая доля примесей в карбиде кальция равна 12%. Рассчитайте объем ацетилена, приведенный к нормальным условиям, который можно получить из образца этого карбида массой 400 г. 86. Из ацетилена объемом 61,6 л (нормальные условия) по реакции гидратации в присутствии солей ртути получен уксусный альдегид, массой 72,6 г. Рассчитайте массовую долю выхода в реакции Кучерова. 87. Рассчитайте массу бромной воды (массовая доля Вг2 3,2%), которая обесцвечивается ацетиленом, полученным из карбида кальция массой 40 г. Карбид содержит посторонние примеси, массовая доля которых равна 4%. 88. При гидрировании ацетилена объемом 1,232 л (нормальные условия) получили смесь этана и этилена. Полученная смесь может присоединить бром массой 4 г. Рассчитайте объемную долю этана в этой смеси. 89. Рассчитайте объем оксида углерода (IV), который может быть получен при полном сгорании смеси ацетилена и этилена объемом 89,6 л. 90. Из технического карбида кальция массой 30 г получен ацетилен объемом 8,4 л (нормальные условия). Рассчитайте массовую долю примесей в образце карбида. 91. Смесь ацетилена и этилена объемом 11,2 л при каталитическом гидрировании до этана присоединила водород объемом 14,56 л (нормальные условия). Рассчитайте массовую долю ацетилена в исходной смеси. |
