Файл: Учебное пособие по химии для учащихся 10 классов, обучающихся в лицеях фдп рниму под редакцией проф. Теплова В. В.doc

Бромирование протекает менее энергично, взаимодействие с иодом осуществить практически не удаётся, наоборот, фтор взаимодействует с алканами со взрывом.

При бромировании преобладают соединения, в которых атом брома связан с третичным атомом углерода. При хлорировании образуется сложная смесь, в которых атом хлора связан с третичным, вторичным и первичным атомами углерода.

һ ν

СН₃− СН₂− СН− СН₃ + Br₂ СH₃−CH₂ – CBr − CH₃ + HBr +

| |

CH₃ CH₃

2-метилбутан 2-бром-2-метилбутан

(основной продукт)

CH₃ – CH – CH – CH₃

| |

Br CH₃

2- бром- 3- метилбутан

(побочный продукт)
В молекуле алкана могут замещаться один или несколько атомов водорода СН₃ − СН₂− СН₃ + Cl₂ СН₃ − СН − СН₃ + HCl

|

Cl
Cl

|

СН₃ − СН₂ − СН₃ + 2 Cl₂ СН₃ − С − СН₃ + 2 HCl

|

Cl
Cl

|

СН₃ − СН₂ − СН₃ + 3 Cl₂ СH₂ − С − СН₃ + 3 HCl

| |

Cl Cl
При этом образуется смесь галогенпроизводных.
2. Нитрование (реакция Коновалова)- реакция радикального

замещения S_R.
CH₄ + HNO₃ CH₃NO₂ + H₂O ( 140⁰C, P )
3. Реакции дегидрирования

t, Ni

C₂H₆ CH₂  CH₂+ H₂
t,Cr₂O₃/Fe₂O₃

2C₄H₁₀ CH₂  CH − CH₂ − CH₃ + CH₃ − CH  CH − CH₃ + 2H₂

В последнем случае образуются изомеры, отличающиеся положением двойной связи.
4. Крекинг – разрушение углеводородного скелета и образование углеводородов с меньшим числом углеродных атомов.−

---

t

C₈H₁₈ C₅H₁₂ + C₃H₆

t

C₈H₁₈ C₄H₁₀ + C₄H₈

Крекинг метана в зависимости от условий протекает по-разному:

1000^о 1500⁰

CH₄ C + 2 H₂ ; 2CH₄ C₂H₂ + 3 H₂ ;

500^о

СН₄ С₂Н₄ + 2 Н₂

4. Реакции окисления – не свойственны алканам и весьма специфичны.

Окисление бутана протекает в присутствии катализатора при нагревании:

2 C₄H₁₀ + 5 O₂ 4 CH₃COOH + 2 H₂O

Окисление метана в зависимости от условий может приводить к образованию различных продуктов:

CH₄ + 0,5O₂ CH₃OH ( 400⁰C, 100 атм)

O

//

CH₄ + O₂ H-C-H + H₂O ( 500⁰C, 10 атм)

O

//

CH₄ + 2,5O₂ H- C - OH +3 H₂O
5. Реакции горения

C₅H₁₂ + 8 O₂ 5 CO₂ + 6 H₂O

В общем виде:

C_nH_2n+2 + (3n +1)/2 O₂ n CO₂ + (n+1) H₂O

7. Изомеризация.

t,AlCl₃

CH₃− CH₂−CH₂ − CH₃ CH₃− CH −CH₃ (изобутан)

бутан |

CH₃
2.3. Примеры решения задач
Пример 11. Карбид алюминия массой 4,32 г обработали избытком соляной кислоты. Образовавшийся газ подвергли хлорированию. В результате получили смесь ди- и монохлоралканов. Масса хлора, пошедшего на реакцию, составила 11,36 г. Определить массовые доли продуктов хлорирования.

---

Решение:

Взаимодействие карбида алюминия с водным раствором кислот является лабораторным способом получения метана.

1) Определяем количество вещества карбида алюминия:

М (Al₄C₃) = 144 г/моль, n( Al₄C₃) = 4,32/144 = 0,03 (моль);

2) Напишем уравнение реакции:

Al₄C₃ + 12 HCl = 4 AlCl₃ + 3 CH₄ ↑

3) Вычисляем количество вещества метана:

в соответствии с уравнением реакции n( CH₄) = 3 ∙ n( Al₄C₃) = 3 ∙ 0,03 =

0,09 моль

4) Вычисляем количество вещества хлора n( Cl₂) = m( Cl₂)/M( Cl₂) =

11,36 / 71= 0,16 (моль)

Пусть образуется x(моль) хлорметана и y(моль) дихлорметана

5) Запишем реакции хлорирования метана:

а) CH₄ + Cl₂ CH₃Cl + HCl

x x x

б) CH₄ + 2Cl₂ CH₂Cl₂ + 2HCl

y 2y y

Тогда в соответствии с уравнениями (а) и (б) на образование x(моль) CH₃Cl требуется x(моль) Cl₂,а на образование y(моль) CH₂Cl₂ –

2y моль Cl₂.

Составляем систему уравнений и решаем её:

х + у = 0,09 х = 0,02

х + 2у = 0,16 у = 0,07

6) Вычисляем массу продуктов хлорирования:

m ( CH₃Cl ) = n (CH₃Cl ) ∙ M (CH₃Cl ) = 0,07 ∙ 50,5 =3,535 (г)

m ( CH₂Cl₂ ) = n (CH₂Cl₂ ) ∙ M (CH₂Cl₂ ) = 0,02 ∙ 85 = 1,70 (г)

7) Массовую долю ди- и монохлорметана определяем по формуле:

ω(в-ва) = m(в-ва)/ m(смеси) ; m (см) =3,535 + 1,70 = 5,235 (г).

ω ( CH₃Cl ) = 3,535 ׃ 5,235 = 0,6753 (67,53 % )

ω ( CH₂Cl₂) = 1,70 ׃ 5,235 = 0,3247 ( 32,47 %)

Ответ: ω ( CH₃Cl ) = 67,53 %, ω ( CH₂Cl₂) = 32,47 %

---

2.4. Задачи и упражнения для самостоятельного решения

34. Из перечисленных соединений выберите пару изомеров и напишите их структурные формулы: 2,7-диметилнонан, 2-метил-4- этилнонан,

4-метил-4-этилдекан, 2-метил-4-пропилдекан,4-пропил-4-этилоктан.

35. Из бутана получите: а) 2,2,3,3 – тетраметилбутан;

б) 2,2 – диметилбутан.

36. Из пентана получите: а) 3,3,4,4 – тетраметилгексан;

б) 2- метил -2–этилбутан

37. В молекуле алкана имеются только первичные и третичные атомы углерода. Первичных атомов в два раза больше, чем третичных. Напишите формулу такого алкана.

38. Приведите формулу алкана, в молекуле которого имеются шесть первичных атомов углерода, но нет вторичных и третичных атомов углерода.

39. В молекуле одного из алканов находится 34 е. Составьте структурные формулы всех его изомеров.

40. Какие вещества нужно взять для получения по реакции Вюрца:

а) тетраметилбутана, б) 3,4-диметилгексана, в) 3,4 – диэтилгексана,

г) 2,5- диметилгексана? Напишите уравнения реакций

41. Составьте уравнения реакций в соответствии со схемой:

а) СН₄ А В С С₄Н₁₀;

AlCl₃,t Br₂, hν KOH, спирт

б) бутан А В С

в) карбид алюминия пропан

42. Назовите вещества А, Б, В в следующих цепочках превращений:

NaOH, t 1500⁰C H₂, Ni, t

а) СН₃СООNa А Б

---

В
CI₂, hν Na, t Br₂, t

б) С₂Н ₆ А Б В
NaOH, t Cl₂, hν Na, t

в) СН₃СООNa А Б В
H₂O, t Cl₂, hν Na, t

г) AI₄C₃ А Б В
Na, t Al₂O₃,450⁰C Br₂, t

д) С₂Н ₅Cl А Б В
CI₂, hν Na, t HNO₃(p), t

е) СН₄ А Б В
NaOH, t Br₂, hν Na, t

ж) СН₃CH₂CH₂СООNa А Б В

43. Оксид углерода (IV) смешали с одним из алканов. В этой газовой смеси объемная доля углекислого газа составила 50%, а массовая доля -73,3%. Какой алкан находился в смеси?

44. Смесь состоит из пропана и азота. Массовая доля азота составляет

40 %. Определите среднюю молярную массу смеси и количество моль атомов водорода в 20 литрах (н.у.) этой смеси.

45. Образец смеси, состоящей из метана и бутана, объемом 10 л (н.у.) содержит 63,8∙10²³ электронов. Определить среднюю молярную массу и состав смеси (в % по объему).

46. Смесь состоит из метана и пропана. Массовая доля водорода составляет 20 %. Определить среднюю молярную массу смеси и количество моль атомов углерода в 20 литрах (н.у.) этой смеси. .

---