Задачи и упражнения для самостоятельного решения. 30.1. Сколько кубических метров СО2 (условия нормальные) можно получить из 1 т известняка, содержащего 95 % СаСО3?

30.1. Сколько кубических метров СО₂ (условия нормальные) можно получить из 1 т известняка, содержащего 95 % СаСО₃? (Ответ: 212,8 м³).

30.2. Вычислить объем одного моля эквивалентов СО₂ в реакции С + О₂ = СО₂ при нормальных условиях. (Ответ: 5,6 л).

30.3. Составить уравнения реакций взаимодействия: а) NaHCO₃ и HCl;

б) NaHCO₃ и NaOH; в) Ca(HCO₃)₂ и NaOH; г) Ca(HCO₃)₂ и Ca(OH)₂.

30.4. Какие типы гибридизации АО характерны для углерода? Описать с позиций метода ВС строение молекул СН₄, С₂Н₄, С₂Н₂.

30.5. Карбид кальция получают по схеме: СаО + 3С → СаС₂ + СО. Вычислить массу СаО, необходимую для получения 6,4 т СаС₂. Какой объем СО (условия нормальные) при этом образуется? (Ответ: 5,6 т; 2240 м³).

30.6. Вычислить энтальпию образования оксида магния, исходя из уравнения реакции CO₂ + 2Mg = 2MgO + C, ΔH° = –828,1 кДж. Энтальпия образования СО₂ равна –393,5 кДж/моль. (Ответ: −601,8 кДж/моль).

30.7. Закончить уравнения реакций: а) SiO₂ + KOH = …;

б) SiO₂ + HF = …; в) Si + NaOH + H₂O = …; г) SiO₂ + Mg ….

30.8. Реакция протекает по уравнению Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + H₂. Какая масса кремния и воды потребуется для получения водорода, необходимого для наполнения воздушного шара емкостью 200 м³ (условия нормальные)?

(Ответ: Si – 125 кг; Н₂О – 80,3 кг).

30.9. Вычислить молярную массу эквивалентов карбоната натрия при взаимодействии с кислотой, если образуется: а) гидрокарбонат; б) угольная кислота. (Ответ: 106 г/моль; 53 г/моль).

30.10. Определить массу 40 %-го раствора фтороводородной кислоты, необходимую для растворения 6 г оксида кремния (IV). (Ответ: 15 г).

30.11. Какие из перечисленных газов при пропускании их через раствор щелочи вступают с ней в реакцию: а) СО; б) СО₂; в) HCN; г) CF₄?

Составить соответствующие уравнения реакций.

30.12. Вычислить энтальпию образования SiC, исходя из уравнения реакии

SiO₂ + 3C = SiC + 2CO, ΔH°_х.р. = 510,9 кДж.

Энтальпии образования SiO₂ и CO соответственно равны –910,9 и ‑110,5 кДж/моль. (Ответ: –179 кДж/моль).

30.13. Закончить уравнения реакций:

а) CO + KMnO₄ + H₂SO₄ = …; б) CO + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ = ….

30.14. Через раствор, содержащий 112 г гидроксида калия, пропустили диоксид углерода (условия нормальные), полученный при действии избытка HCl на 300 г карбоната кальция. Какая соль при этом образовалась и какова ее масса?

(Ответ: КНСО₃; 200 г).

30.15. Какой объем СО₂ (условия нормальные) может дать огнетушитель, содержащий 20 л8 %-го раствора NaHCO₃ (плотность раствора 1,058 г/мл)? (Ответ: 448 л).

30.16. Состав минерала асбеста может быть выражен формулой CaО∙3MgО∙4SiO₂. Вычислить процентное содержание SiO₂ в асбесте.

(Ответ: 57,7 %).

30.17. Какой объем СО₂ (условия нормальные) можно получить из 210 г

NaHCO₃: а) прокаливанием; б) действием кислоты? (Ответ: 28 л; 56 л).

30.18. Закончить уравнения реакций:

а) SiO₂ + Na₂CO₃ ….

б) CaC₂ + H₂O = …; в) Mg₂Si + HCl = …; г) CO + Fe₂O₃ = …;

30.19. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

CaCO₃ → CO₂ → NaHCO₃ → Na₂CO₃ → CO₂.

30.20. Закончить уравнения реакций: а) Si + HNO₃ + HF = …;

б) Al + C …; в) Na₂SiO₃ + HCl (конц.) = …; г) H₂SiO₃ + KOH = ….

Углеводороды

Теоретическое введение

Углеводороды являются простейшими по составу органическими соединениями, так как состоят только из углерода и водорода. При замещении в молекулах углеводородов атомов водорода на атомы или группы атомов (радикалы) других элементов получаются другие классы органических соединений (производные углеводородов).

По характеру связи между углеродными атомами различают углеводороды с простыми связями, в которых все атомы углерода связаны одной ковалентной связью, и углеводороды с кратными (двойными или тройными) связями. В углеводородах с двойными связями два углеродных атома связаны между собой двумя ковалентными связями. Простейшим из этих углеводородов является этилен СН₂=СН₂.

Углеводороды с тройной связью содержат атомы углерода, связанные между собой тремя ковалентными связями, например ацетилен Н−С≡С−Н.

Углеводороды с простой связью характеризуются малой химической активностью. Они не вступают в реакции присоединения и, вследствие этого, получили название предельных (насыщенных) углеводородов. Однако при определенных условиях они способны к реакциям замещения. Углеводороды с кратными связями способны за счет разрыва второй и третьей связи присоединять водород, галогены и т. д. Например:

CН₂=CН₂ + Br₂ → CН₂Br−CН₂Br.

этилен дибромэтан

Поэтому они названы непредельными (ненасыщенными) углеводородами.

Кратные связи могут содержаться и в молекулах циклических углеводородов. В тех случаях, когда цикл состоит из шести углеродных атомов, связанных между собой чередующимися простыми и двойными связями, углеводороды называются ароматическими. Простейшим из них является бензол С₆Н₆:

Несмотря на то, что в молекулах ароматических углеводородов имеются три двойные связи, они по своим химическим свойствам ближе к предельным углеводородам, т.е. способны, главным образом, к реакциям замещения.

Примеры решения задач

Пример 31.1. Написать уравнения реакций, при помощи которых из метана и неорганических реагентов можно получить бутан.

Решение. Бромированием метана можно получить бромметан:

CH₄ + Br₂ → CH₃Br + HBr.

При нагревании бромметана с натрием образуется этан:

2CH₃Br + 2Na → C₂H₆ + 2NaBr.

При взаимодействии этана с бромом образуется бромэтан:

C₂H₆ + Br₂ → C₂H₅Br + HBr.

Бутан получается из бромэтана по реакции Вюрца:

2C₂H₅Br + 2Na → C₄H₁₀ + 2NaBr.

Пример 31.2. При сжигании газообразного углеводорода объемом 2,24 л было получено оксида углерода (IV) массой 13,2 г и воды массой 7,2 г. Плотность газа по воздуху составляет 1,52 (условия нормальные). Определить молекулярную формулу газа.

Решение. Молярная масса газа равна:

М (возд.) = 29 г/моль; D_возд.(газа) = 1,52;

М (газа) = 29 г/моль ∙ 1,52 = 44 г/моль.

Масса углерода и водорода в 2,24 л углеводорода составляет:

12 г углерода образует 44 г СО₂

х г углерода образует 13,2 г СО₂ х = = 3,6 г С;

2 г водорода образует 18 г Н₂О

y г водорода образует 7,2 г Н₂О у = 0,8 г Н.

Масса углерода и водорода в сожженном газе составляет

3,6 + 0,8 = 4,4 г.

Рассчитаем массу 2,24 л углеводорода:

44 г углеводорода занимает объем 22,4 л

х г углеводорода занимает объем 2,24 л х = 4,4 г.

Итак, газ состоит только из углерода и водорода. Следовательно,

С:Н = = 1:2,66,

откуда простейшая формула СН_2,66 (М = 14,66). Отношение истинного соединения к массе простейшего соединения составляет . Значит, простейшую формулу надо увеличить в 3 раза, откуда истинная формула газа С₃Н₈.

Пример 31.3. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

этиловый спирт → Х → Y → Z → бутен-1

Указать условия протекания реакций.

Решение. При нагревании этилового спирта до 180–200 °С с концентрированной серной кислотой должен образоваться продукт, реагирующий с бромоводородом. Это этилен (вещество Х). Уравнение реакции

С₂Н₅ОН С₂Н₄ + Н₂О.

В результате присоединения бромоводорода к этилену образуется бромэтан (вещество Y):

С₂Н₄ + НBr → C₂H₅Br.

При нагревании бромэтана в присутствии натрия образуется бутан (Z)

C₂H₅Br + 2Na → C₄H₁₀ + 2NaBr.

Дегидрирование бутана в присутствии катализатора, например никеля – один из способов получения алкенов, в частности бутена-1.

CH₃−CH₂−CH₂−CH₃ CH₂=CH−CH₂−CH₃ + Н₂

Пример 31.4. Написать уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

циклогексан → бензол → толуол → бензойная кислота.

Указать условия протекания реакций.

Решение. Циклогексан превращается в бензол при пропускании его паров над нагретым платиновым катализатором:

С₆Н₁₂ С₆Н₆ + 3Н₂.

Ввести алкильную группу в бензольное кольцо можно действием галогеналкила в присутствии хлорида алюминия:

C₆H₆ + CH₃Cl C₆H₅−CH₃ + HCl.

При действии раствора перманганата калия на толуол образуется бензойная кислота:

C₆H₅−CH₃ + 3[O] C₆H₅−COOH + H₂O.