ΒΛ/Μ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ. Τεύχος 4ο: Χημεία Γενικής Παιδείας: Καύση Αλκάνια

ΒΛ/Μ4 05-06 ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ Τεύχος 4ο: Χημεία Γενικής Παιδείας: Καύση Αλκάνια

ΕΚΔΟΤΙΚΕΣ ΤΟΜΕΣ ΟΡΟΣΗΜΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΗ ΕΚΔΟΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΚΑΙ ΤΟ ΛΥΚΕΙΟ Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α Χημεία Γενικής Παιδείας για την Β' Τάξη του Λυκείου 1. Καύση σελ. 101. Αλκάνια σελ. 109 1. Αλκένια. Αλκίνια Σ ΤΟ ΕΠΟΜΕ ΝΟ ΤΕΥΧΟΣ

ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 101 Καύση Αλκάνια Καύση Καύση ονομάζεται κάθε αντίδραση με το Ο που ελευθερώνει θερμότητα και φως. Τα στοιχεία μιας οργανικής ένωσης καίγονται ως εξής: C CO (τέλεια καύση) C CO ή C (ατελής καύση) H H O S SO N N (θεωρούμε ότι δεν καίγεται) Πως συμπληρώνουμε μια εξίσωση καύσης: α. Πρώτα υπολογίζουμε τα άτομα του C, βάζοντας έναν συντελεστή στο CO. C3H8 O 3CO HO β. Μετά υπολογίζουμε τα άτομα του Η, βάζοντας συντελεστή στο HO. C3H8 O 3CO 4HO γ. Τέλος, υπολογίζουμε τα άτομα του Ο, βάζοντας συντελεστή στο O. C3H8 5O 3CO 4HO Παραδείγματα: Καύση μεθανίου: CH4 O CO HO

10 ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 3 1 Καύση αλκανίου: C H CO 1 HO 3 Καύση αλκενίου: C H CO HO 3 1 Καύση αλκινίου: C H CO 1 HO 4x y y Καύση υδρογονάνθρακα (γενικά): CxHy O xco HO 4 Καύση κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλη ή κορεσμένου μονοσθενούς αιθέρα. 3 C H O CO 1 HO Πως δουλεύουμε στις ασκήσεις καύσης. Αρχικά γράφουμε τη χημική εξίσωση της καύσης και τη συμπληρώνουμε. Δουλεύουμε συνήθως με mol, εκτός αν ξέρουμε πως αντιδρώντα και προϊόντα είναι αέρια και τα δεδομένα και τα ζητούμενα είναι σε μονάδες όγκου, οπότε χρησιμοποιούμε mol ή L. Οι όγκοι πρέπει να έχουν μετρηθεί στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. π.χ. C H 3O CO H O 4 1mol 3mol mol mol 1L 3L L L 1ml 3ml ml ml ml 3 ml ml ml Το γραμμομοριακό όγκο,4 L/mol το χρησιμοποιούμε μόνον όταν έχουμε S.T.P. Με ποια σώματα γίνεται η καύση; Η καύση μιας οργανικής ένωσης μπορεί να γίνει: α. με καθαρό O β. με αέρα (μίγμα O και N ) γ. με μια οξυνούχο ένωση όπως π.χ. CuO

ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 103 Καύση με αέρα Ο αέρας είναι μίγμα που περιέχει περίπου 0% O και 80% N V / V. Όταν γίνεται με καύση με αέρα, θεωρούμε ότι το N δεν καίγεται, οπότε ολόκληρη η ποσότητα του N που περιέχεται στον αέρα θα βρίσκεται στα καυσαέρια. Για τον αέρα δίνεται συνήθως η σύσταση 0% O 80% N V / V, που σημαίνει: Σε 100L αέρα περιέχονται 0 L O και 80 L N Όπως προκύπτει από τη σύσταση του αέρα, ισχύουν τα εξής: V O 0 80 V ενώ V 100 N V ή V 100 π.χ. Έστω ότι καίγεται 1L C3H 8. Έχουμε: C H 5O 3CO 4H O 3 8 1L 5L 3L 4L 4V και N O V 5V O Παρατηρούμε ότι για την καύση απαιτούνται 5L Ο, άρα χρησιμοποιήθηκαν Vαερ 5VO 5 5 5L αέρα και Καύση με CuO V 4V 4 5L 0L N N O Όταν η καύση γίνεται με CuO, στα προϊόντα της αντίδρασης υπάρχει και Cu. π.χ. C3H8 10CuO 3CO 4HO 10Cu Μετά την απομάκρυνση των υδρατμών, ο σωλήνας που περιέχει το CuO παρουσιάζει ελάττωση μάζας, η οποία παριστάνει τη μάζα του οξυγόνου που υπήρχε στην ποσότητα του CuO που αντέδρασε. m MCuO MCu MO Σε 1 mol CuO που αντιδρά περιέχονται m 16gr O α mol CuO που αντιδρά περιέχονται m 16gr O Δέσμευση καυσαερίων CO : συγκρατείται σε διαλύματα βάσεων KOH, N OH,C Η ελάττωση του όγκου των καυσαερίων κατά τη διαβίβασή τους σε διάλυμα βάσης παριστάνει τον όγκο του CO που υπήρχε στα καυσαέρια. Ή αλλιώς, η αύξηση μάζας του διαλύματος της βάσης παριστάνει τη μάζα του CO που υπήρχε στα καυσαέρια.

104 ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια V ί VCO ή m ά mco HO : α. Με ψύξη των καυσαερίων οι υδρατμοί υγροποιούνται. Έτσι η ελάττωση του όγκου των καυσαερίων κατά την ψύξη τους παριστάνει τον όγκο των υδρατμών. Παράδειγμα V ύ V β. Με αφυδατικό μέσο, το οποίο έχει την ικανότητανα δεσμευτεί το HO (πυκνό SO4, C Cl, P O 5 ). Έτσι η αύξηση της μάζας του αφυδατικού μέσου παριστάνει τη μάζα του HO που δεσμεύτηκε: Δmαφυδατ m Μίγμα 3L προπανίου και 80L αέρα αναφλέγοντα. Αν θεωρήσουμε ότι η σύσταση του αέρα είναι 0% O 80% N V / V και όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. α. Ποια η % V / V σύσταση των προϊόντων πριν την ψύξη; β. Ποια η ελάττωση του όγκου των προϊόντων μετά τη διέλευση απο πυκνό διάλυμα HSO 4. γ. Ποια η ελάττωση του όγκου των προϊόντων μετά τη διέλευση απο διάλυμα NαOH. Λύση α. Υπολογίζουμε τον V O και V N που περιέχονται στον αέρα. V oλ 0 V 0 80 16L O 100 100 O αέρα V 80 V 80 80 64L N 100 100 Γράφουμε την εξίσωση καύσης: N αέρα C H 5O 3O 4H O 3 8 3L 15L 9L 1L Ο όγκος του O που απαιτείται είναι 15L. Άρα περισσεύει 16 15 1L οξυγόνου που θα περιέχεται στα καυσαέρια. H O

ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 105 Στα καυσαέρια θα περιέχονται: 9L CO 1L HO Συνολικά : 86L καυσαερίων 1L O 64L N Στα 86L καυσαερίων περιέχονται: 9L CO 1L HO 1L O 64L N Στα 100L καυσαερίων περιέχονται: x 1; x ; x 3; x 4; x1 10,46% v / v CO x 13,95% v / vho x 3 1,16% v / v O x4 74, 4% v / v N β. Το πυκνό διάλυμα HSO 4 συγκρατεί τους υδρατμούς. Άρα ΔVπροϊόντων VH O 1L γ. Το διάλυμα NαOH συγκρατεί το CO : ΔV VCO 9L Εύρεση μοριακού τύπου από την καύση Παράδειγμα Αλκίνιο καίγεται πλήρως και δίνει τριπλάσιο όγκο υδρατμών. Ποιος ο μοριακός τύπος και τα ισομερή του αλκίνιου; Λύση Έστω ότι καίγονται V L αλκινίου CνHν. Η χημική εξίσωση της καύσης είναι: 3ν 1 C νhν Ο νco v 1 HO 3ν 1 VL VL νvl v 1 VL Γνωρίζουμε ότι V HO 3 V v 1 V 3 V ν 1 3 ν 4 αλκινίου Άρα ο μοριακός τύπος του αλκινίου είναι: C4H6 Τα ισομερή είναι: CH3CHC CH 1-βουτίνιο, CH3C C CH3 -βουτίνιο

106 ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια Απροσδιόριστη ανάλυση Παράδειγμα Κατά την πλήρη καύση ορισμένου όγκου ενός άκυκλου υδρογονάνθρακα, παράγονται τετραπλάσιος όγκος CO και τριπλάσιος όγκος υδρατμών. Να βρεθεί ο μοριακός τύπους του υδρογονάνθρακα. Λύση Θεωρούμε τον υδρογονάνθρακα CxH y Έστω ότι καίγονται V L του CxH y. Η χημική εξίσωση της καύσης είναι: 4x y y CxH y O xco HO 4 4x y y VL V x V V 4 Γνωρίζουμε ότι: V 4 V x y 4V x 4 CO HO Η / C y V 3 VΗ / C V 3V y 6 Άρα ο μοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα είναι C4H 6.

ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 107 Ασκήσεις για λύση: 1. 80 ml αιθανίου καίγονται πλήρως με τον απαιτούμενο όγκο ατμοσφαιρικού αέρα. Να υπολογίσετε: α. τον όγκο του διοξειδίου του άνθρακα στα καυσαέρια β. τον όγκο των υδρατμών στα καυσαέρια γ. τον όγκο του ατμοσφαιρικού αέρα που απαιτήθηκε για την καύση Δίνονται: η σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα 0% v / vo, 80% v / v N και ότι όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. (Απ. α. 160 ml, β. 40 ml, γ. 1800 ml). 8,8 g προπανίου καίγονται πλήρως με τον απαιτούμενο όγκο οξυγόνου. Να υπολογίσετε: α. τα mol του οξυγόνου που απαιτήθηκαν για την καύση β. τον όγκο του διοξειδίου του άνθρακα που παράχθηκε, σε συνθήκες S.T.P. γ. τη μάζα των υδρατμών που παράχθηκαν Δίνονται: οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1, Ο: 16 (Απ. α. 1mol, β. 13,44 L, γ. 14,4 g) 3. Ορισμένη ποσότητα αιθενίου καίγεται πλήρως με αέρα. Τα καυσαέρια διαβιβάζονται σε διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου το οποίο παρουσιάζει αύξηση μάζας 35,g. Να υπολογίσετε: α. τη μάζα του αιθενίου που κάηκε β. τον όγκο του ατμοσφαιρικού αέρα που απαιτήθηκε για την καύση σε συνθήκες S.T.P. Δίνονται: η σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα 0% v / vo, 80% v / v N και οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1, Ο: 16 (Απ. α. 11, g, β. 134,4 L) 4. 8 L αλκανίου καίγονται με τον απαιτούμενο όγκο ατμοσφαιρικού αέρα. Αν τα καυσαέρια περιέχουν 08 L Ν, ποιος είναι ο μοριακός τύπος του αλκανίου. (Απ. C 4 H 10 ) 5. 10 L ενός αλκινίου αναμιγνύονται με 50 L ατμοσφαιρικού αέρα και το μίγμα αναφλέγεται. Το αλκίνιο καίγεται πλήρως και στα καυσαέρια υπάρχουν 30 L διοξείδιο του άνθρακα. α. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος του αλκινίου

108 ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια β. Ποια είναι η σύσταση των καυσαερίων μετά την ψύξη τους Δίνονται: η σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα 0% v / vo, 80% v / v N και ότι όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. (Απ. α. CH3C CH, β. 30 L CO, 10L O, 00L N ) 6. Αέριο μίγμα αιθενίου και προπανίου έχει όγκο 70 ml. Το μίγμα αναμιγνύεται με 400 ml οξυγόνου και αναφλέγεται. Στα καυσαέρια υπάρχουν 180 ml διοξείδιο του άνθρακα. α. Ποια είναι η σύσταση του μίγματος β. Ποια είναι η σύσταση των καυσαερίων (Απ. α. 30mL C H 4, 40mL C 3 H 8, β. 110 ml O, 180 ml CO, 0 ml H O ) 7. Αέριο μίγμα μεθανίου και προπενίου έχει μάζα 31,6 g και όγκο,4 L σε συνθήκες S.T.P. Το μίγμα καίγεται με τον απαιτούμενο όγκο ατμοσφαιρικού αέρα. Να υπολογίσετε: α. τη σύσταση του μίγματος β. τη σύσταση των καυσαερίων μετά την ψύξη τους (Απ. α. 0,4mol CH 4, 0,6 mol C 3 H 6, β. 69,7 L CO, 49,8 L N ) 8. Αέριο μείγμα αλκανίου και βουτενίου όγκου 7L αναμιγνύεται με 00L ατμοσφαιρικού αέρα και αναφλέγεται. Τα καυσαέρια διαβιβάζονται σε διάλυμα υδροξειδίου του ασβεστίου και ο ό- γκος τους ελαττώνεται κατα 3L, ενώ μετά την ψύξη τους ο όγκος τους είναι 163L. Να βρείτε: α. τη σύσταση του μίγματος των υδρογονανθράκων β. το συντακτικό τύπο του αλκανίου Δίνονται: η σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα 0% v / vo, 80% v / v N και ότι όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. (Απ. α. 5L αλκανίου, L βουτενίου, β. CH 3 CH CH 3,) 9. Μίγμα αιθανίου και αλκενίου με αναλογία mol 4/11 καίγεται με τον απαιτούμενο όγκο αέρα. Τα καυσαέρια πριν την ψύξη περιέχουν 0% v/v διοξείδιο του άνθρακα. Να βρεθεί ο μοριακός τύπος του αλκενίου. Δίνονται: η σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα 0% v / vo, 80% v / v N και ότι όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. (Απ. C 3 H 6 )

ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 109 ΓΕΝΙΚΑ Αλκάνια Τα αλκάνια ανήκουν στην ομόλογη σειρά των κορεσμένων υδρογονανθράκων. Δηλαδή αλκάνιο ονομάζεται ο υδρογονάνθρακας που όλα τα άτομα του άνθρακα που υπάρχουν στο μόριό τους, ενώνονται μεταξύ τους με απλό δεσμό. Έχουν γενικό μοριακό τύπο C ν Η ν+, ν 1, ονομάζονται και IUPAC αλκάνια π.χ. για ν 1 CH 4 : μεθάνιο, ν CH 6 : αιθάνιο Η ισομέρεια που παρουσιάζεται στα αλκάνια είναι μόνο η ισομέρεια αλυσίδας. ν 1 3 4 C ν Η ν+ CΗ 4 C Η 6 C 3 Η 8 C 4 Η 10 Συντακτικοί τύποι CΗ 4 μεθάνιο CΗ 3 - CΗ 3 αιθάνιο CΗ 3 - CΗ - CΗ 3 προπάνιο CΗ 3 CΗ CΗ CΗ 3 βουτάνιο CH CHCH CH 3 3 3 μεθυλοπροπάνιο Τα αλκάνια εμφανίζουν τετραεδρική διάταξη στο χώρο. Δηλαδή, στο κέντρο του τετραέδρου τοποθετείται ένα άτομο άνθρακα και στις κορυφές τοποθετούνται οι υποκαταστάτες του. Προέλευση Οι κορεσμένοι υδρονονάνθρακες βρίσκονται στο φυσικό αέριο και στο πετρέλαιο. Επίσης το μεθάνιο (CH 4 ) αποτελεί το κύριο συστατικό του βιοαερίου. Βιοαέριο είναι το αέριο που παράγεται από τη σήψη της βιομάζας, δηλαδή το σύνολο της οργανικής ύλης που παράγουν τα ζώα και τα φυτά και του οποίου το κύριο συστατικό είναι το μεθάνιο. Γενικές παρασκευές αλκανίων 1. Από τα αλκυλαλογονίδια (R X), με αντικατάσταση του αλογόνου από υδρογόνο. R X H RH HX Από τα αλκυλαλογονίδια, δραστικότερα είναι τα αλκυλοϊωδίδια R I, ακολουθούν τα αλκυλοβρωμίδια R Br και αλκυλοχρλωρίδια R C, ενώ τα αλκυλοφθορίδια R F είναι τελείως αδρανή.

110 ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια Σειρά δραστικότητας: RI RBr RC RF Παραδείγματα Pt CH I H CH HI 3 4 3 Pt CH3CH Cl H CH3CHCH3 HCl CH. Από τα αλκυλαλογονίδια R X με επίδραση Να ή Κ σε άνυδρο (ή ξηρό) αιθέρα (Μέθοδος Würtz) Παραδείγματα ξηρός 3 αιθέρας 3 3 RX Nα R R NαΧ άνυδρος αιθέρας CH Cl Nα CH CH NαCl CH CH Br Nα CH CH CH CH NαBr ξηρός 3 αιθέρας 3 3 ξηρός CH3CH I K CH αιθέρας 3CH CH CH3 KI CH CH CH Παρατηρήσεις 3 3 3 Με τη μέθοδο αυτή, παρασκευάζονται αλκάνια που έχουν στο μόριό τους διπλάσιο αριθμό ατόμων άνθρακα από τον αριθμό των ατόμων άνθρακα που υπάρχουν στο μόριο του αλκυλαλογονίδιου. Οι αντιδράσεις αυτές ονομάζονται αντιδράσεις ανοικοδόμησης. Με τη μέθοδο αυτή δε μπορεί να παρασκευαστεί μεθάνιο (CH 4 ). 3. Από τα άλατα κορεσμένων μονοκαρβοξυλικών οξέων με Νa ή Κ (RCOONa ή RCOOK) με θέρμανση αυτών με στερεό ΝaOH ή ΚΟΗ RCOONa NaOH RH Na CO Παράδειγμα θ θ 3 CH COONa NaOH CH Na CO 3 4 3

ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 111 CH CH COONa NaOH CH CH Na CO 3 3 3 CH 3 Παρατήρηση θ Η μέθοδος αυτή ονομάζεται αποκαρβοξυλίωση και τα αλκάνια που προκύπτουν έχουν στο μόριό τους ένα άτομο άνθρακα λιγότερο από τα άτομα του άνθρακα που υπάρχουν στο μόριο του οξέος. 4. Με καταλυτική υδρογόνωση ακόρεστων υδρογονανθράκων. (καταλύτες: Pt, Ni ή Pd) Ni C H H C H v v v Ni C H H C H v v v v Παραδείγματα Ni CH CH H CH CH 3 3 Ni CH CH H CH CH 3 3 CH CH CH H CH CH CH 3 3 3 Παρατήρηση Ni Με τη μέθοδο αυτή δεν μπορεί να παρασκευαστεί CH4 Το αλκάνιο που σχηματίζεται έχει τον ίδιο αριθμό ατόμων C με τον ακόρεστο υδρογονάνθρακα Φυσικές ιδιότητες Τα κατώτερα μέλη των αλκανίων C Τα μεσαία μέλη C 5 16 1 4 C είναι αέρια, άχρωμα, άοσμα και αδιάλυτα στο νερό. C είναι υγρά με χαρακτηριστική οσμή πετρελαίου και τα ανώτερα μέλη ( C 17 και άνω) είναι στερεά, άχρωμα με υφή κεριού, όπως η βαζελίνη.

11 ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια Χημικές ιδιότητες Τα αλκάνια είναι αδρανές ενώσεις. Σε κατάλληλες όμως συνθήκες μπορούν να δώσουν ορισμένες αντιδράσεις, σημαντικότερες από τις οποίες είναι: η καύση, η πυρόλυση και η υποκατάσταση. 1. Καύση α. τέλεια καύση Τα αλκάνια καίγονται με περίσσεια οξυγόνου (ή αέρα) προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό (ύδρατμούς). 3v 1 C vhv O vco v 1 HO π.χ. CH4 O CO HO CH3CH3 7 O CO 3H O β. Ατελής καύση Στην περίπτωση που δεν υπάρχει επαρκής ποσότητα O γίνεται ατελής καύση και σχηματίζονται HO και διάφορα προϊόντα όπως C, CO ή μίγμα CO CO.. Πυρόλυση Η πυρόλυση των αλκανίων γίνεται με θέρμανση 0 0 350 500 C παρουσία καταλυτών και απουσία αέρα. Κατα την πυρόλυση γίνονται πολλές αντιδράσεις που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, τη διάρκεια της θέρμανσης, την πίεση, τους καταλύτες. Τέτοιες αντιδράσεις είναι: σχάση αλυσίδας, κυκλοποίηση, ισομερείωση και αφυδρογόνωση. Έτσι θα μπορούμε να πούμε ότι: Πυρόλυση αλκανίων είναι η θερμική διάσπαση απουσία αέρα κάτω από πίεση, με ή χωρίς ακαταλύτη, που οδηγεί σε μίγματα κορεσμένων και ακόρεστων υδρογονανθράκων με μικρότερη σχετική μοριακή μάζα ή σε ισομερείς με διακλαδισμένη αλυσίδα. α. Αφυδρογόνωση. πυρόλυση 3 3 3 CH CH CH CH CH CH H β. Διάσπαση της ανθρακικής αλυσίδας πυρόλυση 3 3 4 CH CH CH CH CH CH

ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 113 γ. Ισομερείωση πυρόλυση 3 3 3 3 CH CH CH CH CH CH CH δ. Κυκλοποίηση CH 3 3. Υποκατάσταση Σε ορισμένες συνθήκες είναι δυνατό να υποκατασταθούν ένα ή περισσότερα υδρογόνα ενός αλκανίου από άλλα στοιχεία ή ομάδες στοιχείων. Από αυτές τις αντιδράσεις ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η αλογόνωση (και ειδικότερα η χλωρίωση), η οποία είναι μια φωτοχημική αντίδραση, δηλαδή γίνεται παρουσία φωτός. Στο διάχυτο φως λοιπόν, γίνεται σταδιακή υποκατάσταση των ατόμων υδρογόνου του μεθανίου από άτομα χλωρίου. διάχυτο 4 φως 3 χλωρομεθάνιο CH Cl CH Cl HCl διάχυτο 3 φως διχλωρομεθάνιο CH Cl Cl CH Cl HCl διάχυτο φως 3 τριχλωρομεθάνιο ή χλωροφόρμιο CH Cl Cl CHCl HCl διάχυτο CHCl Cl CCl HCl 3 4 φως τετραχλωρομεθάνιο ή τετραχλωράνθρακας Συνολική αντίδραση: CΗ4 4CΗ CCl4 4HCl Χρήσεις Τα αλκάνια χρησιμοποιούνται είτε ως καύσιμα είτε ως πρώτες ύλες στη βιομηχανία των πετροχημικών. 4 CΗ : χρησιμοποιείται ως καύσιμο (φυσικό αέριο, βιοαέριο) και ως πρώτη ύλη στην πετροχημεία.

114 ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια C3H8 C4H10 C5H1 C6H1 C7H16 C9H0 : χρησιμοποιούνται ως υγραέριο στις φιάλες πετρογκάζ ή τα κοινά γκαζάκια, τα οποία περιέχουν μίγμα C3H 8 και C4H 10 υγροποιημένο υπό πίεση. : χρησιμοποιούνται υπό μορφή μίγματος κυρίως ως διαλύτες με το όνομα πετρελαϊκός αιθέρας. : χρησιμοποιούνται υπό μορφή μίγματος ως καύσιμο (βενζίνη). Αλκάνια με 0 και πάνω άτομα C στο μόριο τους, χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική (βαζελίνη) και για την κατασκευή κεριών (παραφίνη). Ερωτήσεις: 1. Να παρασκευάσετε με όλους τους γενικούς τρόπους παρασκευής αλκανίων: α. μεθάνιο β. αιθάνιο γ. βουτάνιο. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων. α. Επίδραση H στο - χλωροπροπάνιο β. Προσθήκη H στο μεθυλο - προπένιο. γ. Επίδραση H στο βρωμοαιθάνιο. δ. Επίδραση δ/τος ΝaΟΗ στο αιθανικό νάτριο και θέρμανση. 3. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων. α. Προσθήκη H στο αιθίνιο ( στάδια) β. Επίδραση Κ στο χλωροαιθάνιο, σε άνυδρο αιθέρα. γ. Επίδραση Νa στο - χλωροπροπάνιο, σε άνυδρο αιθέρα. δ. Επίδραση ΝaΟΗ στο προπανικό νάτριο και θέρμανση. 4. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Wurtz, να παρασκευάσετε τα παρακάτω αλκάνια: α. βουτάνιο β.,3 - διμεθυλοβουτάνιο γ. εξάνιο δ. προπάνιο 5. Ποιές από τις παρακάτω ενώσεις μπορούν να σχηματίσουν απευθείας, με μια αντίδραση αιθάνιο; α. CH3COONa β. CH3CHCl γ. CH3CHCOONa δ. CH4 ε. CH3Cl στ. CH3CHCH Cl

ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 115 6. Να συμπληρωθούν οι παρακάτω χημικές εξισώσεις: α. CH CH COONa... CH CH... 3 3 3 β. CH3I...... NaI γ. CH3CH CH... CH3CHCH3 δ. CH3CHCl...... HCl 7. Να συμπληρωθούν οι παρακάτω χημικές εξισώσεις: α. CH COONa...... Na CO θ 3 3 β. CH CH... CH CH ανυδρός Ni θ 3 3 γ.... Na CH CH CH CH... αιθέρας δ.... H CH CH Pt 3 3 3 3

116 Λυμένες ασκήσεις: ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 1. 87, g βρωμοαιθανίου αντιδρούν με μεταλλικό νάτριο σε ξηρό αιθέρα. Ο υδρογονάνθρακας που παράγεται καίγεται πλήρως με ατμοσφαιρικό αέρα. Να υπολογίσετε: α. τον όγκο του υδρογονάνθρακα που παράχθηκε σε S.T.P. β. τον όγκο του ατμοσφαιρικού αέρα σε S.T.P. που απαιτήθηκε για την καύση Δίνονται: η σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα 0% v / vo, 80% v / v N και οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1, Br: 80 Λύση Mr Ar 5Ar Ar 1 5 1 80 109 n C H Br C H Br 5 5 C H Br m C H Br 5 Mr C H Br 5 87, g 109g / mol 0,8 mol α. Η χημική εξίσωση της αντίδρασης του βρωμοαιθανίου με το νάτριο είναι: ξηρόςαιθέρας 3 3 3 CH CH Br Na CH CH CH CH NaBr 0,8mol C H C H 4 10 0,4mol Mr 4Ar 10Ar 4 1 10 1 58 m n Mr 0, 4mol 58g / mol 3,g C4H10 C H C H 4 10 4 10 β. Η χημική εξίσωση της καύσης του βουτανίου είναι: C4H10 13 O 4CO 5HO 0, 4mol,6mol 1,6mol Ο όγκος του οξυγόνου που απαιτήθηκε για την καύση είναι: V n V,6mol,4L / mol 58, 4L O O m Ο όγκος του ατμοσφαιρικού αέρα είναι πενταπλάσιος από τον όγκο του οξυγόνου: V 5V 5 58,4L 91,L αερ O

ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 117 Ασκήσεις για λύση: 1. 19, g προπανικού νατρίου θερμαίνονται με περίσσεια ΝaOH. Να βρείτε το συντακτικό τύπο, την ονομασία και τον όγκο S.T.P. του υδρογονάνθρακα που παράγεται. Δίνονται: οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1, Ο: 16, Νa: 3 (Απ. αιθάνιο 4,48 L). 13,44 L προπενίου μετρημένα σε συνθήκες S.T.P. αντιδρούν με υδρογόνο παρουσία νικελίου. Ο υδρογονάνθρακας που παράγεται καίγεται πλήρως με οξυγόνο. Να υπολογίσετε: α. τη μάζα του υδρογονάνθρακα β. τον όγκο του διοξειδίου του άνθρακα, σε συνθήκες S.T.P., που παράχθηκε από την καύση Δίνονται: οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1 (Απ. α. 6,4g, β. 40,3 L) 3. Ορισμένη ποσότητα -χλωροπροπανίου διαλύεται σε ξηρό αιθέρα και αντιδρά με μεταλλικό νάτριο. Αν το αλκάνιο που παράχθηκε είχε μάζα 34,4 g να βρείτε: α. το συντακτικό τύπο και την ονομασία του αλκανίου β. τα mol του -χλωροπροπανίου που αντέδρασαν Δίνονται: οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1 (Απ. α.,3-διμέθυλο βουτάνιο, β. 0,8 mol) 4. Αλκένιο έχει πυκνότητα σε S.T.P. 1,5 g / L. Το αλκάνιο αυτό αντιδρά με υδρογόνο παρουσία λευκοχρύσου και παράγεται αλκάνιο. Αν το αλκάνιο που παράχθηκε είχε μάζα 36 g να βρείτε: α. το συντακτικό τύπο και το όνομα του αλκενίου β. το συντακτικό τύπο και το όνομα του αλκανίου γ. τον όγκο του αλκενίου σε S.T.P. που αντέδρασε Δίνονται: οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1 (Απ. α. αιθένιο, β. αιθάνιο, γ. 6,88 L) 5. Ορισμένη ποσότητα -βουτενίου αντιδρά με υδρογόνο παρουσία νικελίου και ο υδρογονάνèñáêáò ðï õ ðáñüãåôáéêáßãåôáéðëþñùò, ï ðüôå ðáñüãï í ôáé9 g H O. Ποια είναι η μάζα του - βουτενίου που αντέδρασε. Δίνονται: οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1, Ο: 16 (Απ. 5,6 g)

118 ΧΗΜΕΙΑ: Καύση - Αλκάνια 6. 49, g αιθανικού νατρίου θερμαίνονται με υδροξείδιο του νατρίου. Ο υδρογονάνθρακας που παράγεται καίγεται πλήρως με αέρα. Να υπολογίσετε: α. τον όγκο του ατμοσφαιρικού αέρα που απαιτήθηκε για την καύση β. τη μάζα των υδρατμών που παράχθηκαν κατά την καύση γ. τη σύσταση των καυσαερίων σε συνθήκες S.T.P. Δίνονται: οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1, Ο: 16, Νa: 3 (Απ. α. 134,4 L, β. 1,6 g, γ. 13,44 L CO, 107,5 L Ν ) 7. Ορισμένη ποσότητα αλκυλοχλωριδίου αντιδρά πλήρως με υδρογόνο και παράγονται 18 g υδρογονάνθρακα Α. Ίση ποσότητα του αλκυλοχλωριδίου διαλύεται σε ξηρό αιθέρα και αντιδρά πλήρως με νάτριο και παράγονται 6,7 L υδρογονάνθρακα Β μετρημένα σε S.T.P. α. ποιος είναι ο συντακτικός τύπος του υδρογονάνθρακα Α β. ποιος είναι ο συντακτικός τύπος του υδρογονάνθρακα Β Δίνονται: οι σχετικές ατομικές μάζες C:1, Η:1 (Απ. α. CH 3 CH 3, β. CH 3 CH CH CH 3 ) 8. Αέριο μίγμα βουτανίου και ενός αλκανίου Α έχει όγκο σε συνθήκες S.T.P. 13,44 L. Το μίγμα καίγεται με τον απαιτούμενο όγκο ατμοσφαιρικού αέρα. Αν στα καυσαέρια υπάρχουν 46,8 g νερού και 1344 L N να βρείτε: α. το συντακτικό τύπο του αλκανίου Α β. τη σύσταση του μίγματος των υδρογονανθράκων Δίνονται: οι σχετικές ατομικές μάζες Ο:16, Η:1 και η σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα 0% v / vo, 80% v / v N (Απ. α. CH 3 CH CH 3, β. 0, mol C 4 H 10, 0,4 mol C 3 H 8 )