Лабораторная работа №6 Химические свойства алканов

Алканы (предельные, метановые, насыщенные, парафины) – это углеводороды, в состав молекул которых входят атомы углерода, связанные только одинарными связями. Общая формула алканов - С_nН_2n+2. Все атомы углерода находятся в состоянии sp³-гибридизации, все связи в алканах равноценны и находятся под тетраэдрическим углом друг к другу.

В химическом отношении при обычных условиях алканы менее реакционноспособны, чем углеводороды других типов. К настоящему времени известны следующие основные типы реакций, в которые вступают алканы: реакции замещения водорода (проходят по радикальному механизму, часто только при облучении), реакции окисления, дегидрирования, крекинга (т.е. идущие с расщеплением связей С-С).

Цель работы: изучить характерные химические свойства предельных углеводородов

Оборудование и материалы:

1. набор пробирок

2. газоотводная трубка

3. промывалка

4. кристаллизатор

5. цилиндр

6. горелка

7. зажим пробирочный

8. штатив

9. фарфоровые чашки

10. лучина

11. огнезащитная прокладка

Опыт 1. Получение метана

Метан в лаборатории получают прокаливанием безводного ацетата натрия с натронной известью, которая представляет собой смесь гидроксида натрия с гидроксидом кальция. Тщательно перемешиваем натронную известь с ацетатом натрия, помещаем в пробирку, закрытую пробкой с газоотводной трубкой и равномерно прогреваем смесь. Сначала из пробирки вытесняется воздух, потом начинает выделяться метан. Напишите уравнение химической реакции получения метана в лабораторных условиях.

Опыт 2. Горение метана и изучение его физических свойств

Заполняем цилиндр метаном методом вытеснения воздуха. Он легче воздуха, поэтому легко улетучивается из открытого цилиндра. Метан представляет собой бесцветный газ без запаха, практически нерастворимый в воде. При поджигании метан загорается и горит несветящимся голубоватым пламенем, при этом образуются углекислый газ и водяные пары. Напишите уравнение горения метана.

Если внести в пламя метана фарфоровую крышку от тигля, то черного пятна сажи не образуется. Почему?

Опыт 3. Взрыв метана с кислородом

Для полного сгорания метана на один объем метана нужно взять два объема кислорода (см. уравнение реакции опыт 2). Пластиковую бутылку, разделенную метками на три равные части, заполняем способом вытеснения воды одной частью метана и двумя частями кислорода. При поджигании смеси происходит взрыв в результате быстрого сгорания метана в кислороде.

Объясните, почему при нарушении соотношения 1:2 метана и кислорода взрыва не происходит?

Опыт 4. Горение жидких и твердых углеводородов

Для проведения опыта в качестве жидких углеводородов возьмем гексан и керосин, а твердых – парафин. Молекула гексана содержит шесть атомов углерода. Керосин – это смесь молекул алканов, в составе которых от двенадцати до восемнадцати атомов углерода. Подожжем небольшие количества гексана и керосина. Гексан загорается сразу: алканы с небольшой молекулярной массой загораются легко.

Поджечь керосин оказывается немного труднее, появляется коптящее пламя. В виде копоти выделяется несгоревший углерод. Большинство алканов горят коптящим пламенем из-за высокого содержания углерода.

Почему в отличие от метана жидкие предельные углеводороды горят коптящим пламенем? Напишите уравнения реакций горения пентана и додекана и рассчитайте содержание в% углерода иводорода в метане, пентане и додекане.

Парафин – это смесь твердых алканов, содержащих в своем составе от 16 до 40 атомов углерода. Твердый парафин на воздухе загорается с трудом, в то время как кипящий парафин на воздухе самовозгорается. Нагреем парафин до кипения и выльем кипящий парафин из пробирки в кристаллизатор, наполненный водой. Кипящий парафин, смешиваясь с воздухом, загорается с образованием углекислого газа и водяных паров.

Напишите уравнения наблюдаемой реакции и сформулируйте вывод о реакционной способности алканов в зависимости от их молекулярной массы.

Опыт 5. Отношение метана к раствору перманганата калия и бромной воде

При пропускании метана, полученного при прокаливании безводного ацетата натрия с натронной известью, через раствор перманганата калия никаких видимых изменений не наблюдается. Бромная вода также не изменяет своей окраски. Метан стоек к окислителям и не вступает в реакцию с ними в данных условиях.

Сформулируйте вывод о низкой реакционной способности алканов с позиции теории валентных связей.

Оформление работы:

1. Номер и название лабораторной работы

2. Цель работы

3. Оборудование и материалы

4. Описание хода работы

5. Сформулируйте выводы о возможности протекания химических реакций алканов

6. Подготовьте ответы на контрольные вопросы

Контрольные вопросы:

1. Какие типы гибридизации атома углерода существуют в углеводородах?

2. Какие углеводороды называют алканами и циклоалканами?

3. Названия алканов и циклоалканов по систематической (международной) номенклатуре. Приведите примеры.

4. Понятия “гомологические ряды” и “структурная изомерия” углеводородов. Приведите примеры.

5. Основные закономерности изменения физических свойств (плотности, температур фазовых переходов) алканов.

6. Какие алканы существуют в твердом, жидком и газообразном состояниях?

7. В какие химические реакции вступают алканы и при каких условиях?

8. Реакции полного и частичного окисления алканов, циклоалканов, алкенов

9. Какие химические реакции характерны для нафтенов?

Список литературы:

Основная литература

13. Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высшая школа, 2007.

14. Никольский А.Б., Суворов А.В. Химия. – СПб.: Химиздат, 2007.

3. Иванов В.Г., Горленко В.А., Гева О.Н. Органическая химия. – М.: изд. центр «Академия», 2008.

4. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. – М.: Иван Федоров, 2002

Дополнительная литература

17. Глинка Н.А. Общая химия. - Л.: Химия, 2005.

18. Угай А.Я. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 1997.

19. Хаускрофт К., Констебл Э. Современный курс общей химии. В 2-х т. – М.: Мир, 2002.

4. Иванов В.Г., Гева О.Н., Гаверова Ю.Г. Практикум по органической химии. – М.: Издательский центр «Академия», 2002.