УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры ФХОПГиТ

майор внутренней службы

________________М.Е. Шкитронов

«___»_____________ 2013 г.

Практическое занятие по дисциплине "химия процессов горения" для специальности 280705.65 – пожарная безопасность

СМК-УМК 4.4.2-40-2013

Тема 3.: Пожароопасные свойства углеводородов

Занятие № 3.2: Характеристики пожарной опасности углеводородов (4 час.)

	Должность	Фамилия/ Подпись	Дата
Разработал	Проф.каф.ФХОПГиТ , к.х.н., доц.	Коробейникова Е.Г.
Проверил	Зам. начальника каф. ФХОПГиТ, к.т.н	Кожевин Д.Ф.

1. Цели занятия

1.Учебная: обучение и закрепление знаний об особенностях строения и физико-химических свойствах углеводородов, методах расчета основных характеристик пожарной опасности углеводородов.

2. Воспитательная: воспитывать у обучающихся ответственность за подготовку к практической деятельности; стремление к углубленному освоению материала по теме занятия; обучение методам самостоятельной работы с учебными материалами.

2. Расчет учебного времени

№	Основные вопросы	Содержание вопросов, методика проведения	Время
	ВВОДНАЯ ЧАСТЬ	Принятие доклада, проверка наличия слушателей, объявление темы занятия и основных вопросов. Тестирование, опрос.	15
	ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ		160
	Учебные вопросы
1.	Строение и физико-химические свойства углеводородов	Преподаватель на примере одного из углеводородов рассматривает зависимость пожароопасных характеристик для 1.1 Гомологов данного соединения. 1.2. Изомеров выбранного углеводорода. Далее курсанты самостоятельно выполняют подобные индивидуальные задания .	30
2.	Характеристики пожарной опасности углеводородов	Преподаватель объясняет алгоритм решения задач 2.1 Расчет НКПР; 2.2. Расчет температуры вспышки; 2.3. Расчет температурных пределов распространения пламени Далее курсанты самостоятельно решают подобные задачи	130
	ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ	Преподаватель характеризует работу курсантов на занятии, отвечает на вопросы. Курсанты записывают в тетрадь задание на самоподготовку по теме занятия. Преподаватель объявляет правила выполнения задания и срок его сдачи.	5

III. Учебно-материальное обеспечение

1. Технические средства обучения: мультимедийная система, компьютерная техника, интерактивная доска.

IV. Методические рекомендации преподавателю

по подготовке и проведению практического занятия

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ (13 мин.)

Преподаватель проверяет наличие слушателей (курсантов), объявляет тему, учебные цели и вопросы занятия, последовательность их отработки, ориентировочное время выполнения задания и напоминает, что к концу занятия каждый слушатель должен выполнить.

Проводится тестирование, опрос.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ (160 мин.)

Вопрос № 1. Строение и физико-химические свойства углеводородов

(30 мин).

Соединения, сходные по строению, а значит и по химическим свойствам, и отличающиеся друг от друга на одну или несколько групп СН₂, называются гомологами. Группа СН₂ называется гомологической разностью. Гомологи образуют гомологический ряд, например, гомологический ряд метана.

В гомологическом ряду закономерно изменяется состав молекул гомологов. Закономерно изменяются и их свойства. Например, по мере удлинения цепи углеродных атомов в молекуле температуры плавления и кипения углеводородов повышаются, и плотность их возрастает.

Физические свойства и некоторые показатели

пожарной опасности предельных углеводородов

Углеводороды	Агрегатное состояние	Плотность кг/м3	tкип 0С	tсамовоспл 0С	Теплота сгорания, кДж/кг	НКПР %	ВКПР %
Метан СН4	газ	0,415	– 161,6	537	49560	5	15
Этан С2Н6	газ	0,546	– 88,6	472	47460	2,9	15
Пропан С3Н8	газ	0,582	– 42,1	466	46620	2,1	9,5
Бутан С4Н10	газ	0,600	– 0,5	405	45780	1,9	9,1
Пентан С5Н12	жидкость	626	36,1	309	45360	1,4	7,8
Гексан С6Н14	жидкость	659	68,7	247	44940	1,2	7,5
Гексадекан С16Н34	твердый	773	286,9	207	44398	–	–
Эйкозан С20Н42	твердый	790	344	232	44290	–	–

Подобные гомологические ряды можно построить для непредельных соединений, спиртов, альдегидов, кислот и других классов органических соединений.

Вещества, имеющие одинаковый состав и одинаковый молекулярный вес, но различное строение молекул, а потому обладающие разными свойствами, называются изомерами (от греческого слова «изомерес», что означает «составленный из равных частей»).

Изобразим структурные формулы и докажем, что бутан может существовать в виде только двух изомеров: с неразветвленной цепью углеродных атомов – нормальный бутан (н-бутан), и с разветвленной цепью – 2-метилпропан (изобутан).

У пентана 3 изомера:

С



С – С – С – С – С С – С – С – С С – С – С

 

С С

н-пентан 2-метилбутан 2,2-диметилпропан

Физические свойства и некоторые показатели

пожарной опасности изомеров пентана

Изомеры пентана	Агрегатное состояние	Плотность кг/м3	tкип 0С	tвспыш 0С	tсамовос 0С	НКПР %	ВКПР %	НТПР 0С	ВТПР 0С
н-пентан	жидкость	621,4	36,4	– 44	286	1,47	7,7	– 48	– 23
2-метил-бутан	жидкость	619,6	27,9	– 52	432	1,36	9,0	– 56	– 30
2,2-диметил-пропан	газ	3,216 (в жидк. 613,0	9,5		450	1,38	7,3

Приведенные данные свидетельствуют о том, что изомеры с более разветвленной цепью имеют меньшие значения температуры кипения и температуры вспышки, и, следовательно, легче испаряются. Температура самовоспламенения имеет обратную зависимость. Эти данные необходимо учитывать при анализе пожарной опасности производств, где обращаются данные вещества.

Изомерия обычно подразделяется на структурную, когда молекулы изомеров отличаются порядком соединения атомов, и пространственную, когда порядок соединения атомов одинаков, а геометрическое строение молекул различно.

Структурная изомерия может подразделяться на изомерию углеродного скелета (например, бутан и изобутан), изомерию положения функциональной группы или кратной связи (например, пропанол – 1 СН₃-СН₂-СН₂ОН и пропанол - 2СН₃-СН₂ОН-СН_з; пентен – 2 СН₃-СН₂-СН= СН -СН₃ и пентен-1 СН₃-СН₂-СН₂- СН =СН₂), межклассовую изомерию, связанную со случайным совпадением состава соединений, имеющих разное строение и различные функциональные группы (например, диметиловый эфир СН₃-О-СН₃ и этанол СН₃-СН₂ОН).

Пространственная изомерия подразделяется на цис- транс- изомерию, возхникающую из-за затруднения вращения вокруг двойной связи,

Н СН₃ СН₃ СН₃

С = С С = С

СН₃ Н Н Н

транс-бутен - 2 цис-бутен – 2

и зеркальную изомерию (энантиометрию), когда существует две формы молекулы, различающиеся как предмет и его зеркальное отображение.

Задание 1.1.Из приведенных ниже веществ выберите гомологи:

1) СН₃-СН₂-СН₂- СН₂ -СН₃; 2) СН₃-СН₂-СН= СН -СН₃;

СН₂Сl

|

3) СН₃- С -СН₃; 4) СН₃-СН_2-СН₂ -СН₃; 5) СН₃-С≡С- СН₃;

|

СН₃

6) СН₃-СН₂-СН₂ –СН₂-СН₂-СН₂-СН₂ -СН₃.

Ответ: Гомологами являются следующие вещества: пентан (1), бутан (4); октан (6).

Задание 1.2. Из приведенных ниже веществ выберите изомеры углеродной цепи:

1) СН₃-СН₂-СН₂- СН₂ -СН₂ -СН₃; 2) СН₃-СН₂-СН= СН - СН₂ -СН₃;

СН₃ СН₃

| |

3) СН₃- С - СН₂ -СН₃; 4) СН₃-СН_2-СН₂ -СН₃; 5) СН₃-С=СН- СН₃;

|

СН₃

6) СН₃-СН₂-СН₂ –СН₂-СН₂-СН₂ -СН₃.

Ответ: гексан (1), 2,2 – диметилбутан (3).

Задание 1.3. Из приведенных ниже веществ выберите изомеры положения кратной связи.

1) СН₃-СН₂-СН₂- СН₂ -СН =СН₂; 2) СН₃-СН₂-СН=СН - СН₂ -СН₃;

СН₃ СН₃

| |

3) СН₃- С - СН₂ -СН₃; 4) СН₃-СН₂-СН₂ -СН₃; 5) СН₃-С=С=СН₂;|

|

СН₃

6) СН₃-СН₂-СН₂ -СН=СН - СН₃.

Ответ: гексен – 1 (1), гексен – 3 (2), гексен – 2 (6).