Предельные углеводороды. Метан, этан. Физические и химические свойства. Применение

Цели урока: дать первоначальное понятие об органической химии, органических веществах, их составе, строении, свойствах в сравнении с неорганическими веществами; дать краткую историческую справку о развитии органической химии; рассмотреть предельные углеводороды, их физические и химические свойства.

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала

Предельные, углеводороды ряда метана (алканы)

Алканы, или парафины — алифатические предельные углеводороды, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой простой -связью. Оставшиеся валентности углеродного атома, не затраченные на связь с другими атомами углерода, полностью насыщены водородом. Поэтому предельные углеводороды содержат в молекуле максимальное число водородных атомов.

Углеводороды ряда алканов имеют общую формулу CnH2n+2. В таблице представлены некоторые представители ряда алканов и их некоторые физические свойства.

Формула	Название	Название радикала	Тпл. °С	Ткип. °С
CH4	метан	метил	-184	-162
C2H6	этан	этил	-172	-88
C3H8	пропан	пропил	-190	-42
C4H10	бутан	бутил	-135	-0,5
C4H10	изобутан	изобутил	-140	-10
C5H12	пентан	пентил	-132	36
C5H12	изопентан	изопентил	-161	28
C5H12	неопентан	неопентил	-20	10
C6H14	гексан	гексил	-94	69
C7H16	гептан	гептил	-90	98
C10H22	декан	децил	-30	174
C15H32	пентадекан		10	271
C20H42	эйкозан		37	348

Из таблицы видно, что эти углеводороды отличаются друг от друга количеством групп - СН2-. Такой ряд сходных по строению, обладающих близкими химическими свойствами и отличающихся друг от друга числом данных групп называется гомологическим рядом. А вещества, составляющие его, называются гомологами.

Физические свойства

Первые четыре члена гомологического ряда метана — газообразные вещества, начиная с пентана — жидкости, а углеводороды с числом углеродных атомов 16 и выше — твердые вещества (при обычной температуре). Алканы — неполярные соединения и трудно поляризуемые. Они легче воды и в ней практически не растворяются. Не растворяются также в других растворителях с высокой полярностью. Жидкие алканы — хорошие растворители для многих органических веществ. Метан и этан, а также высшие алканы не имеют запаха. Алканы — горючие вещества. Метан горит бесцветным пламенем.

Получение алканов

Для получения алканов используют в основном природные источники.

Газообразныеалканы получают из природного и попутных нефтяных газов, а твердые алканы — из нефти. Природной смесью твердых высокомолекулярных алканов является горный воск — природный битум.

1. Из простых веществ:

nC + 2nН2 500 °С, кат → СnН2n + 2

2. Действие металлического натрия на галогенопроизводные алканов— реакция А. Вюрца:

2CH3-Cl + 2Na → CH3-CH3 + 2NaCl

Химические свойства алканов

1. Реакции замещения - Галогенирование (стадийно)

CH4 + Cl2 hν → CH3Cl(хлорметан) + HCl (1 стадия);

метан

CH3Cl + Cl2 hν → CH2Cl2 (дихлорметан) + HCl (2 стадия);

СH2Cl2 + Cl2 hν → CHCl3 (трихлорметан) + HCl (3 стадия);

CHCl3 + Cl2 hν → CCl4 (хлорметан)+ HCl (4 стадия).

2. Реакции горения (горят светлым не коптящим пламенем)

CnH2n+2 + O2 t→ nCO2 + (n+1)H2O

3. Реакции разложения

а) Крекинг при температуре 700-1000 °С разрываются (-С-С-) связи:

C10H22 → C5H12 + C5H10

б) Пиролиз при температуре 1000 °С разрываются все связи, продукты – С (сажа) и Н2:

СH4 1000°С→ C + 2H2

Применение

· Предельные углеводороды находят широкое применение в самых разнообразных сферах жизни и деятельности человека.

· Использование в качестве топлива – в котельных установках, бензин, дизельное топливо, авиационное топливо, баллоны с пропанобутановой смесью для бытовых плит

· Вазелин используется в медицине, парфюмерии, косметике, высшие алканы входят в состав смазочных масел, соединения алканов применяются в качестве хладагентов в домашних холодильниках

· Смесь изомерных пентанов и гексанов называется петролейным эфиром и применяется в качестве растворителя. Циклогексан также широко применяется в качестве растворителя и для синтеза полимеров.

· Метан используется для производства шин и краски

· Значение алканов в современном мире огромно. В нефтехимической промышленности предельные улеводороды являются базой для получения разнообразных органических соединений, важным сырьем в процессах получения полупродуктов для производства пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств и многих других веществ. Велико значение в медицине, парфюмерии и косметике.

3. Закрепление изученного материала

№ 1. Составьте уравнения реакций горения этана и бутана.

№ 2. Составьте уравнения реакций получения бутана из следующих галогеналканов:

CH3 - Cl (хлорметан) и C2H5 - I (йодэтан).

№ 3. Осуществите превращения по схеме, назовите продукты:

C→ CH4 → CH3Cl → C2H6 → CO2

4. Домашнее задание

П. 51, упр. 6, 7.