15. Ненасичені вуглеводні (§ 18)

• Назад до змісту

15.1. Схарактеризуйте будову молекул представників ненасичених вуглеводнів. Заповніть таблицю.

15.2. Схарактеризуйте фізичні властивості представників ненасичених вуглеводнів.

15.3. Порівняйте хімічні властивості алканів та етену й етину.

Які спільні: Усі вони горять на повітрі та в кисні з утворенням вуглекислого газу й води з виділенням теплоти; вступають у реакції з галогенами.

Відмінні: Алкани хімічно малоактивні й вступають лише в реакції заміщення при освітленні або нагріванні, не знебарвлюють бромну воду. Етен та етин хімічно дуже активні, легко вступають у реакції приєднання (гідрогенізація, галогенування), реакції полімеризації та швидко знебарвлюють бромну воду.

15.4. Порівняйте реакції горіння і гідрогенізації, а також гідрогенізації і галогенування етену (або етину), склавши для них діаграми Венна.

Порівняння реакцій горіння та гідрогенізації етену:

Порівняння реакцій гідрогенізації та галогенування етену:

15.5. Обчисліть відносну густину етену й етину за воднем та за повітрям. Чи буде на повітрі здійматися угору повітряна кулька, заповнена етеном чи етином?

Дано:

• $M(\mathrm{C_2H_4}) = 28\text{ г/моль}$
• $M(\mathrm{C_2H_2}) = 26\text{ г/моль}$
• $M(\mathrm{H_2}) = 2\text{ г/моль}$
• $M(\text{повітря}) = 29\text{ г/моль}$

Знайти:

• $D_{\mathrm{H_2}}(\mathrm{C_2H_4}) - ?$
• $D_{\text{пов.}}(\mathrm{C_2H_4}) - ?$
• $D_{\mathrm{H_2}}(\mathrm{C_2H_2}) - ?$
• $D_{\text{пов.}}(\mathrm{C_2H_2}) - ?$

Розв’язання:

1. Обчислимо відносну густину етену за воднем та повітрям:
   $D_{\mathrm{H_2}}(\mathrm{C_2H_4}) = \dfrac{M(\mathrm{C_2H_4})}{M(\mathrm{H_2})} = \dfrac{28\text{ г/моль}}{2\text{ г/моль}} = 14$
   $D_{\text{пов.}}(\mathrm{C_2H_4}) = \dfrac{M(\mathrm{C_2H_4})}{M(\text{повітря})} = \dfrac{28\text{ г/моль}}{29\text{ г/моль}} \approx 0{,}97$

2. Обчислимо відносну густину етину за воднем та повітрям:
   $D_{\mathrm{H_2}}(\mathrm{C_2H_2}) = \dfrac{M(\mathrm{C_2H_2})}{M(\mathrm{H_2})} = \dfrac{26\text{ г/моль}}{2\text{ г/моль}} = 13$
   $D_{\text{пов.}}(\mathrm{C_2H_2}) = \dfrac{M(\mathrm{C_2H_2})}{M(\text{повітря})} = \dfrac{26\text{ г/моль}}{29\text{ г/моль}} \approx 0{,}90$

3. Обидва гази дещо легші за повітря, оскільки їхня густина відносно повітря менша від 1. Проте молярна маса етену ($28\text{ г/моль}$) практично дорівнює молярній масі повітря ($29\text{ г/моль}$), тому вага гумової оболонки кульки перевищить незначну виштовхувальну силу, і кулька з етеном угору не злетить. Кулька з етином легша, проте різниця густин також мала, тому піднятися вона зможе лише за умови невагомої оболонки.

Відповідь: $D_{\mathrm{H_2}}(\mathrm{C_2H_4}) = 14$; $D_{\text{пов.}}(\mathrm{C_2H_4}) \approx 0{,}97$; $D_{\mathrm{H_2}}(\mathrm{C_2H_2}) = 13$; $D_{\text{пов.}}(\mathrm{C_2H_2}) \approx 0{,}90$. Повітряна кулька, заповнена етеном або етином, не злітатиме у повітрі через масу самої оболонки.

15.6. Спалили суміш об’ємом 6 л, яку одержали змішуванням однакових об’ємів етану й етену. Обчисліть об’єм використаного кисню, якщо вимірювання проводили за однакових умов.

Дано:

• $V(\text{суміші}) = 6\text{ л}$
• $V(\mathrm{C_2H_6}) = V(\mathrm{C_2H_4})$

Знайти:

• $V(\mathrm{O_2}) - ?$

Розв’язання:

1. Оскільки об’єми газів у суміші однакові:
   $V(\mathrm{C_2H_6}) = V(\mathrm{C_2H_4}) = \dfrac{6\text{ л}}{2} = 3\text{ л}$

2. Складемо рівняння горіння етану:
   $\mathrm{2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O}$
   За законом об’ємних відношень газів:
   $V_1(\mathrm{O_2}) = \dfrac{7}{2} \cdot V(\mathrm{C_2H_6}) = 3{,}5 \cdot 3\text{ л} = 10{,}5\text{ л}$

3. Складемо рівняння горіння етену:
   $\mathrm{C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O}$
   За законом об’ємних відношень газів:
   $V_2(\mathrm{O_2}) = 3 \cdot V(\mathrm{C_2H_4}) = 3 \cdot 3\text{ л} = 9\text{ л}$

4. Знайдемо загальний об’єм кисню:
   $V(\mathrm{O_2}) = V_1(\mathrm{O_2}) + V_2(\mathrm{O_2}) = 10{,}5\text{ л} + 9\text{ л} = 19{,}5\text{ л}$

Відповідь: $V(\mathrm{O_2}) = 19{,}5\text{ л}$.

15.7. Обчисліть об’єм хлору, необхідного для повного хлорування етину об’ємом 15 л.

Дано:

• $V(\mathrm{C_2H_2}) = 15\text{ л}$

Знайти:

• $V(\mathrm{Cl_2}) - ?$

Розв’язання:

1. Складемо рівняння повного хлорування етину:
   $\mathrm{C_2H_2 + 2Cl_2 \rightarrow C_2H_2Cl_4}$

2. За законом об’ємних відношень газів коефіцієнти в рівнянні відповідають їхнім об’ємам:
   $V(\mathrm{Cl_2}) = 2 \cdot V(\mathrm{C_2H_2}) = 2 \cdot 15\text{ л} = 30\text{ л}$

Відповідь: $V(\mathrm{Cl_2}) = 30\text{ л}$.

15.8. Обчисліть об’єм водню, який потрібен для гідрування етену об’ємом 12 л.

Дано:

• $V(\mathrm{C_2H_4}) = 12\text{ л}$

Знайти:

• $V(\mathrm{H_2}) - ?$

Розв’язання:

1. Складемо рівняння реакції гідрування етену:
   $\mathrm{C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{t^\circ,\ Ni} C_2H_6}$

2. За законом об’ємних відношень газів об’єми реагентів відносяться як $1 : 1$:
   $V(\mathrm{H_2}) = V(\mathrm{C_2H_4}) = 12\text{ л}$

Відповідь: $V(\mathrm{H_2}) = 12\text{ л}$.

15.9. Як відрізняються масові частки хімічних елементів у етені й етині? Відповідь підтвердьте розрахунками.

Дано:

• Сполуки: $\mathrm{C_2H_4}$, $\mathrm{C_2H_2}$

Знайти:

• $w(\mathrm{C})$ та $w(\mathrm{H})$ в $\mathrm{C_2H_4}$ і $\mathrm{C_2H_2} - ?$

Розв’язання:

1. Знайдемо молярні маси сполук:
   $M(\mathrm{C_2H_4}) = 2 \cdot 12\text{ г/моль} + 4 \cdot 1\text{ г/моль} = 28\text{ г/моль}$
   $M(\mathrm{C_2H_2}) = 2 \cdot 12\text{ г/моль} + 2 \cdot 1\text{ г/моль} = 26\text{ г/моль}$

2. Обчислимо масові частки елементів в етені $\mathrm{C_2H_4}$:
   $w_1(\mathrm{C}) = \dfrac{2 \cdot 12\text{ г/моль}}{28\text{ г/моль}} \cdot 100\% = \dfrac{24}{28} \cdot 100\% \approx 85{,}71\%$
   $w_1(\mathrm{H}) = 100\% - 85{,}71\% = 14{,}29\%$

3. Обчислимо масові частки елементів в етині $\mathrm{C_2H_2}$:
   $w_2(\mathrm{C}) = \dfrac{2 \cdot 12\text{ г/моль}}{26\text{ г/моль}} \cdot 100\% = \dfrac{24}{26} \cdot 100\% \approx 92{,}31\%$
   $w_2(\mathrm{H}) = 100\% - 92{,}31\% = 7{,}69\%$

4. Порівняємо величини:
   $\Delta w(\mathrm{C}) = 92{,}31\% - 85{,}71\% = 6{,}60\%$
   $\Delta w(\mathrm{H}) = 14{,}29\% - 7{,}69\% = 6{,}60\%$

Відповідь: В етині масова частка Карбону на $6{,}60\%$ більша, ніж в етені ($92{,}31\%$ проти $85{,}71\%$), а масова частка Гідрогену на $6{,}60\%$ менша ($7{,}69\%$ проти $14{,}29\%$).

15.10. Суміш 3 л етену, 2 л етину й 15 л водню пропустили над каталізатором. Гідрування вуглеводнів відбулося повністю. Визначте об’єм кінцевої суміші газів.

Дано:

• $V(\mathrm{C_2H_4}) = 3\text{ л}$
• $V(\mathrm{C_2H_2}) = 2\text{ л}$
• $V(\mathrm{H_2}) = 15\text{ л}$

Знайти:

• $V(\text{кінцевої суміші}) - ?$

Розв’язання:

1. Запишемо рівняння реакцій повного приєднання водню до утворення етану:
   $\mathrm{C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{t^\circ,\ Ni} C_2H_6}$
   За рівнянням:
   $V_1(\mathrm{H_2}) = V(\mathrm{C_2H_4}) = 3\text{ л}$
   $V_1(\mathrm{C_2H_6}) = V(\mathrm{C_2H_4}) = 3\text{ л}$

   $\mathrm{C_2H_2 + 2H_2 \xrightarrow{t^\circ,\ Ni} C_2H_6}$
   За рівнянням:
   $V_2(\mathrm{H_2}) = 2 \cdot V(\mathrm{C_2H_2}) = 2 \cdot 2\text{ л} = 4\text{ л}$
   $V_2(\mathrm{C_2H_6}) = V(\mathrm{C_2H_2}) = 2\text{ л}$

2. Загальний об’єм водню, що вступив у реакцію:
   $V_{\text{реаг.}}(\mathrm{H_2}) = 3\text{ л} + 4\text{ л} = 7\text{ л}$

3. Об’єм надлишкового водню, що залишився:
   $V_{\text{зал.}}(\mathrm{H_2}) = 15\text{ л} - 7\text{ л} = 8\text{ л}$

4. Загальний об’єм утвореного етану:
   $V(\mathrm{C_2H_6}) = 3\text{ л} + 2\text{ л} = 5\text{ л}$

5. Об’єм кінцевої газової суміші:
   $V(\text{кінцевої суміші}) = V(\mathrm{C_2H_6}) + V_{\text{зал.}}(\mathrm{H_2}) = 5\text{ л} + 8\text{ л} = 13\text{ л}$

Відповідь: $V(\text{кінцевої суміші}) = 13\text{ л}$.

15.11. Запишіть рівняння реакцій, за якими можна здійснити перетворення: $\mathrm{C_2H_2 \rightarrow C_2H_6 \rightarrow C_2H_5Cl}$

1. Повне гідрування етину:
   $\mathrm{C_2H_2 + 2H_2 \xrightarrow{t^\circ,\ Ni} C_2H_6}$

2. Хлорування етану на світлі (реакція заміщення):
   $\mathrm{C_2H_6 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_2H_5Cl + HCl}$

15.12. Проаналізуйте приклади застосування етену й етину. Зробіть підписи до малюнків.

Застосування етену:

Застосування етину:

Підпишіть види діяльності на уроці й оцініть за ними свою роботу.

1. Робота з теоретичними поняттями та схемами молекул: матеріал про будову алкенів та алкінів засвоєно на високому рівні.
2. Розв’язування розрахункових задач на газові суміші та об’ємні відношення: усі розрахунки виконано точно, рівняння реакцій складено грамотно.
3. Аналіз практичного значення речовин: приклади застосування етену й етину в побуті та техніці розібрано успішно.