18. Спирти (§ 21)

• Назад до змісту

18.1. Опишіть вплив водневих зв’язків на фізичні властивості спиртів порівняно з вуглеводнями.

Молекули спиртів містять полярні гідроксильні групи $-\mathrm{OH}$, завдяки яким між ними виникають міжмолекулярні водневі зв’язки. Це призводить до значного зростання їхніх температур кипіння та плавлення порівняно з відповідними вуглеводнями близької молекулярної маси: метанол та етанол за звичайних умов є рідинами, тоді як метан та етан — газами. Крім того, здатність молекул спиртів утворювати водневі зв’язки з молекулами води зумовлює їхню необмежену розчинність у воді, тоді як вуглеводні у воді не розчиняються.

18.2. Запишіть рівняння реакцій горіння спиртів.

а) метанолу:
$2\mathrm{CH_3OH} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CO_2} + 4\mathrm{H_2O}$

б) етанолу:
$\mathrm{C_2H_5OH} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CO_2} + 3\mathrm{H_2O}$

18.3. Для приготування фармацевтичних настоянок використовують розчин спирту у воді з масовою часткою спирту 70 %. Обчисліть масу води та масу спирту в такому розчині об’ємом 1 л, якщо його густина 0,874 г/мл.

Відомо:

• $V(\text{р-ну}) = 1\text{ л} = 1000\text{ мл}$
• $w(\mathrm{C_2H_5OH}) = 70\% \quad (0{,}7)$
• $\rho(\text{р-ну}) = 0{,}874\text{ г/мл}$

Обчислити:

• $m(\mathrm{C_2H_5OH}) - ?$
• $m(\mathrm{H_2O}) - ?$

Розв’язання:

1. Обчислимо масу розчину спирту:
   $m(\text{р-ну}) = V(\text{р-ну}) \cdot \rho(\text{р-ну}) = 1000\text{ мл} \cdot 0{,}874\,\dfrac{\text{г}}{\text{мл}} = 874\text{ г}$

2. Обчислимо масу чистого спирту в розчині:
   $m(\mathrm{C_2H_5OH}) = m(\text{р-ну}) \cdot w(\mathrm{C_2H_5OH}) = 874\text{ г} \cdot 0{,}7 = 611{,}8\text{ г}$

3. Обчислимо масу води в розчині:
   $m(\mathrm{H_2O}) = m(\text{р-ну}) - m(\mathrm{C_2H_5OH}) = 874\text{ г} - 611{,}8\text{ г} = 262{,}2\text{ г}$

Відповідь: $m(\text{спирту}) = 611{,}8\text{ г}$, $m(\text{води}) = 262{,}2\text{ г}$.

18.4. Порівняйте об’єм вуглекислого газу (н. у.), що виділиться під час згоряння метану й етанолу масою по 1 г.

Відомо:

• $m(\mathrm{CH_4}) = 1\text{ г}$
• $m(\mathrm{C_2H_5OH}) = 1\text{ г}$
• $V_m = 22{,}4\text{ л/моль}$

Обчислити:

• порівняти $V_1(\mathrm{CO_2})$ та $V_2(\mathrm{CO_2})$

Розв’язання:

1. Молярні маси речовин:
   $M(\mathrm{CH_4}) = 12 + 4 \cdot 1 = 16\text{ г/моль}$
   $M(\mathrm{C_2H_5OH}) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46\text{ г/моль}$

2. Горіння метану:
   $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$
   $n(\mathrm{CH_4}) = \dfrac{m(\mathrm{CH_4})}{M(\mathrm{CH_4})} = \dfrac{1\text{ г}}{16\text{ г/моль}} = 0{,}0625\text{ моль}$
   За рівнянням реакції кількість утвореного $\mathrm{CO_2}$ дорівнює кількості спаленого метану:
   $n_1(\mathrm{CO_2}) = n(\mathrm{CH_4}) = 0{,}0625\text{ моль}$
   $V_1(\mathrm{CO_2}) = n_1(\mathrm{CO_2}) \cdot V_m = 0{,}0625\text{ моль} \cdot 22{,}4\,\dfrac{\text{л}}{\text{моль}} = 1{,}4\text{ л}$

3. Горіння етанолу:
   $\mathrm{C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O}$
   $n(\mathrm{C_2H_5OH}) = \dfrac{m(\mathrm{C_2H_5OH})}{M(\mathrm{C_2H_5OH})} = \dfrac{1\text{ г}}{46\text{ г/моль}} \approx 0{,}0217\text{ моль}$
   За рівнянням реакції кількість $\mathrm{CO_2}$ у два рази більша за кількість спирту:
   $n_2(\mathrm{CO_2}) = 2 \cdot n(\mathrm{C_2H_5OH}) = 2 \cdot 0{,}0217\text{ моль} = 0{,}0434\text{ моль}$
   $V_2(\mathrm{CO_2}) = n_2(\mathrm{CO_2}) \cdot V_m = 0{,}0434\text{ моль} \cdot 22{,}4\,\dfrac{\text{л}}{\text{моль}} \approx 0{,}972\text{ л}$

4. Порівняння об’ємів:
   $1{,}4\text{ л} > 0{,}972\text{ л} \quad (V_1 > V_2)$

Відповідь: під час згоряння $1\text{ г}$ метану виділиться більший об’єм вуглекислого газу ($1{,}4\text{ л}$), ніж під час згоряння $1\text{ г}$ етанолу ($\approx 0{,}972\text{ л}$).

18.5. Метанол у промисловості одержують реакцією сполучення карбон(II) оксиду з воднем. Запишіть рівняння цієї реакції. Обчисліть, об’єм водню (н. у.), необхідний для взаємодії з чадним газом об’ємом 500 л. Яку масу метанолу можна одержати?

Відомо:

• $V(\mathrm{CO}) = 500\text{ л}$
• $V_m = 22{,}4\text{ л/моль}$

Обчислити:

• $V(\mathrm{H_2}) - ?$
• $m(\mathrm{CH_3OH}) - ?$

Розв’язання:

1. Складемо рівняння реакції синтезу метанолу:
   $\mathrm{CO + 2H_2 \xrightarrow{p,\, t^\circ\text{,\ кат.}} CH_3OH}$

2. За законом об’ємних відношень газів коефіцієнти в рівнянні відповідають їхнім об’ємам:
   $V(\mathrm{H_2}) = 2 \cdot V(\mathrm{CO}) = 2 \cdot 500\text{ л} = 1000\text{ л}$

3. Обчислимо кількість речовини $\mathrm{CO}$:
   $n(\mathrm{CO}) = \dfrac{V(\mathrm{CO})}{V_m} = \dfrac{500\text{ л}}{22{,}4\text{ л/моль}} \approx 22{,}32\text{ моль}$

4. За рівнянням реакції:
   $n(\mathrm{CH_3OH}) = n(\mathrm{CO}) = 22{,}32\text{ моль}$
   Молярна маса метанолу:
   $M(\mathrm{CH_3OH}) = 12 + 4 \cdot 1 + 16 = 32\text{ г/моль}$
   $m(\mathrm{CH_3OH}) = n(\mathrm{CH_3OH}) \cdot M(\mathrm{CH_3OH}) = 22{,}32\text{ моль} \cdot 32\,\dfrac{\text{г}}{\text{моль}} \approx 714{,}24\text{ г}$

Відповідь: $V(\mathrm{H_2}) = 1000\text{ л}$, $m(\mathrm{CH_3OH}) \approx 714{,}24\text{ г}$.

18.6. Проаналізуйте приклади застосування етанолу. Зробіть підписи до малюнків.

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

• Стовпчаста діаграма: Обчислення та розв’язування розрахункових хімічних задач. Оцінка: відмінно.
• Шестерні: Встановлення взаємозв’язку між будовою, властивостями й застосуванням спиртів. Оцінка: відмінно.
• Блокнот з олівцем: Підбиття підсумків уроку та самостійна перевірка результатів. Оцінка: відмінно.