Уравнение реакции сгорания этана в n2o

Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этана C2H6(г), в результате которой

Ваш ответ

решение вопроса

Этан: способы получения и свойства

Этан C₂H₆ – это предельный углеводород, содержащий два атома углерода в углеродной цепи. Бесцветный газ без вкуса и запаха, нерастворим в воде и не смешивается с ней.

Гомологический ряд этана

Все алканы — вещества, схожие по физическим и химическим свойствам, и отличающиеся на одну или несколько групп –СН₂– друг от друга. Такие вещества называются гомологами, а ряд веществ, являющихся гомологами, называют гомологическим рядом.

Самый первый представитель гомологического ряда алканов – метан CH₄. , или Н–СH₂–H.

Продолжить гомологический ряд можно, последовательно добавляя группу –СН₂– в углеводородную цепь алкана.

Название алкана	Формула алкана
Метан	CH₄
Этан	C₂H₆
Пропан	C₃H₈
Бутан	C₄H₁₀
Пентан	C₅H₁₂
Гексан	C₆H₁₄
Гептан	C₇H₁₆
Октан	C₈H₁₈
Нонан	C₉H₂₀
Декан	C₁₀H₂₂

Общая формула гомологического ряда алканов C_nH_2n+2.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C₅–C₁₇ – жидкости, начиная с C₁₈ – твердые вещества.

Строение этана

В молекулах алканов встречаются химические связи C–H и С–С.

Связь C–H ковалентная слабополярная, связь С–С – ковалентная неполярная. Это одинарные σ-связи. Атомы углерода в алканах образуют по четыре σ-связи. Следовательно, гибридизация атомов углерода в молекулах алканов – sp 3 :

При образовании связи С–С происходит перекрывание sp 3 -гибридных орбиталей атомов углерода:

При образовании связи С–H происходит перекрывание sp 3 -гибридной орбитали атома углерода и s-орбитали атома водорода:

Четыре sp 3 -гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.

Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в алканах направлены в пространстве под углом 109 о 28′ друг к другу:

Это соответствует тетраэдрическому строению молекулы.

Например, в молекуле этана C₂H₆ атомы водорода располагаются в пространстве в вершинах двух тетраэдров, центрами которых являются атомы углерода

Изомерия этана

Для этана не характерно наличие изомеров – ни структурных (изомерия углеродного скелета, положения заместителей), ни пространственных.

Химические свойства этана

Этан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для метана характерны реакции:

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для этана характерны радикальные реакции.

Этан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

1. Реакции замещения

В молекулах алканов связи С–Н более доступны для атаки другими частицами, чем менее прочные связи С–С.

1.1. Галогенирование

Этан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании этана сначала образуется хлорэтан:

Хлорэтан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорэтана, трихлорэтана, тетрахлорметана и т.д.

1.2. Нитрование этана

Этан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании и под давлением. Атом водорода в этане замещается на нитрогруппу NO₂.

Например. При нитровании этана образуется преимущественно нитроэтан:

2. Дегидрирование этана

Дегидрирование – это реакция отщепления атомов водорода.

В качестве катализаторов дегидрирования используют никель Ni, платину Pt, палладий Pd, оксиды хрома (III), железа (III), цинка и др.

При дегидрировании алканов, содержащих от 2 до 4 атомов углерода в молекуле, разрываются связи С–Н у соседних атомов углерода и образуются двойные и тройные связи.

Например, п ри дегидрировании этана образуются этилен или ацетилен:

3. Окисление этана

Этан – слабополярное соединение, поэтому при обычных условиях он не окисляется даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

3.1. Полное окисление – горение

Этан горит с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения этана сопровождается выделением большого количества теплоты.

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

При горении этана в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Получение этана

1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

Это один из лабораторных способов получения этана из хлорметана или бромметана. При этом происходит удвоение углеродного скелета.

Например , хлорметан реагирует с натрием с образованием этана:

2. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH → R–H + Na₂CO₃

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты.

При взаимодействии пропионата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуется этан и карбонат натрия:

CH₃–CH₂ –COONa + NaOH → CH₃–CH₂ –H + Na₂CO₃

3. Гидрирование алкенов и алкинов

Этан можно получить из этилена или ацетилена:

При гидрировании этилена образуется этан:

При полном гидрировании ацетилена также образуется этан:

4. Синтез Фишера-Тропша

Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды:

Это промышленный процесс получения алканов.

Синтезом Фишера-Тропша можно получить этан:

5. Получение этана в промышленности

В промышленности этан получают из нефти, каменного угля, природного и попутного газа . При переработке нефти используют ректификацию, крекинг и другие способы.

Правильный расчет теплового эффекта реакций и теплот образования веществ

Тепловой эффект реакции

Задание 95.
Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:
С₆Н₆(ж) + 15/2О_2(г) = 6СО_2(г) + 3Н₂О_(г); =?
Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что молярная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж. Ответ: —3135,58 кДж.
Решение:
∆H°С₆Н₆(парообр.) = +33,9 кДж/моль;
∆H°С₆Н₆(г) = +82,9 кДж/моль;
∆H°Н₂О = -241,98 кДж/моль;
∆H°СО₂ = -393,51 кДж/моль;
(С₆Н₆(ж) → (С₆Н₆(г); ∆H = +33,9 кДж;
ΔН = ?
Зная мольную теплоту парообразования и мольную теплоту образования газообразного бензола, рассчитаем мольную теплоту образования жидкого бензола из соотношения:

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствие из закона Гесса:

Ответ: ΔН = -3136 кДж.

Задание 96.
Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моля этана С₂Н₆(г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м 3 этана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 63742,86 кДж.
Решение:
Уравнение реакции горения этана имеет вид:

С₂Н_{6 (г)} + 31/2O₂ = 2СО_2(г) + 3Н₂О _(ж); = ?

Рассчитаем теплоту, выделяющуюся при сжигании 1м 3 этана из пропорции:

Ответ: . Q = 69637,05 кДж.

Теплота образования вещества

Задание 97.
Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:
4NH_3(г) + 3O_{2 (г)} = 2N_2(г) + 6Н₂O_(ж); = —1530,28 кДж. Вычислите теплоту образования NH3 (г).
Ответ: —46,19 кДж/моль.
Решение:
Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном дав-лении Qp равные изменению энтальпии системы . Значение приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой c запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г — газообразное, ж — жид-кое, к —- кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно, например, О₂, Н₂ и др.
Термохимическое уравнение реакции имеет вид:

4NH_3(г) + 3O_{2 (г)} = 2N_2(г) + 6Н₂O_(ж); = —1530,28 кДж.

= 6(6Н₂O_(ж)) – 4 (NH_3(г))

Отсюда вычислим теплоту образования NH₃:

4 (NH_3(г)) = 6(6Н₂O_(ж)) – ;
4 (NH_3(г)) = [(-285,84) – (–1530,28кДж);
4(NH_3(г)) = –184,76кДж;
(NH3(г)) = –184,7/4 = —46,19 кДж/моль.

Ответ: –46,19 кДж/моль.

Задание 98.
При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа ЕеS. Ответ: —100,26 кДж/моль.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

Ответ: —100,26 кДж/моль.

Задание 99.
При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксида углерода. Вычислите теплоту образования С₂Н_2(г). Ответ. 226,75 кДж/моль.
Решение:
Уравнение реакции горения ацетилена имеет вид:

Рассчитаем теплоту, выделяющуюся при сжигании 1моль ацетилена из пропорции:

Термохимическое уравнение реакции горения ацетилена будет иметь вид:

Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса:

= 6(СО₂) + 3(Н₂О) – (С₆Н₆)

Отсюда вычислим теплоту образования С₂Н₂:

(С₂Н₂) = [2(СО₂) + (Н₂О)] — ;
(С₂Н₆₎ = [2 -393,51) + (-241,83)] – (–1255,587) = 226,75кДж.

Ответ: 226,75 кДж/моль.

Задание 100.
При получении молярной массы эквивалента гидроксида кальция из СаО(к) и Н₂О(ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция. Ответ: –635,6 кДж.
Решение:
Так как молярная масса эквивалента гидроксида кальция равна 1/2M(Са(ОН)₂), то при по-лучении 1моль его выделится 65,06 кДж теплоты (2 . 32,53 = 65,06).
Термохимическое уравнение получения гидроксида кальция из СаО(к) и Н₂О(ж) будет иметь вид:

СаО(к) + Н₂О(ж) = Са(ОН)₂(к); = 65,06 кДж.

Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса:

= (Са(ОН)_2(к)) –[(СаО_(к)) + (Н₂О_(ж))].