Гомологический ряд алканов
Алканы
(предельные или насыщенные углеводороды, парафины) – углеводороды, атомы углерода в которых соединены простыми связями. Общая формула: .
Соотношение числа атомов водорода и углерода в молекулах алканов максимально по сравнению с молекулами углеводородов других классов.
Поскольку, все валентности углерода заняты либо углеродами, либо водородами, как правило, химические свойства алканов не очень ярко выражены, поэтому их еще называют предельными или насыщенными
углеводородами. И существует еще более древнее название, лучше отражающее их относительную, конечно, химическую инертность – парафины
, что переводится как «лишенные сродства».
Строение молекул
Атомы углерода в алканах находятся в состоянии – гибридизации , и молекулу алканов можно представить как набор тетраэдрических структур углерода, связанных между собой и с водородам.
Тетраэдрическое строение метана
Связи между атомами и прочные, практически неполярные (очень мало полярные).
Атомы вокруг простых связей постоянно вращаются. Поэтому молекулы алканов могут принимать разные формы. При этом длина связи и угол между связями остаются постоянными. Формы, переходящие друг в друга за счет вращения молекулы вокруг -связей, называют конформациями
молекулы.
Номенклатура алканов
Первые четыре члена ряда алканов имеют исторически сложившиеся названия. Названия неразветвленных алканов с пятью и более атомами углерода в молекуле, образованы от греческих числительных, отражающих это число атомов углерода.
Суффикс -ан
показывает принадлежность вещества к насыщенным соединениям.
Составляя названия разветвленных алканов по номенклатуре ИЮПАК, в качестве основной цепи выбирают цепь, содержащую максимальное число атомов углерода.
Основную цепь нумеруют таким образом, чтобы заместители получили наименьшие номера
. Если цепей одинаковой длины несколько, то главной выбирают цепь, содержащую наибольшее число заместителей.
Физические свойства алканов
Температуры плавления и кипения в целом увеличиваются с увеличением числа атомов в молекуле. Первые представители ряда алканов – газы при н.у., алканы, содержащие от 5 до 15 атомов – обычно жидкости, свыше 15 атомов – твердые вещества.
Неразветвленные изомеры имеют более высокую температуру кипения, чем разветвленные (причина – разные силы межмолекулярного взаимодействия). Температуры плавления зависят, кроме того, от плотности упаковки молекул в кристалле.
Газообразные и твердые алканы не пахнут, жидкие алканы обладают характерным “бензиновым” запахом.
Все алканы бесцветны, легче воды и нерастворимы в ней. Алканы хорошо растворяются в органических растворителях, жидкие алканы (пентан, гексан) сами широко используются как растворители.
Химические свойства алканов
Алканы относятся к углеводородам, в которых отсутствуют кратные связи. Одно из названий углеводородов этого ряда – парафины, обозначает их химическую пассивность. Поэтому химические свойства алканов определяются таким образом:
1.
Из-за предельности алканов реакции присоединения для них нехарактерны.
2.
Из-за прочных связей и (короткие и практически неполярные) следует малая реакционная способность (не реагируют с кислотами, щелочами, и т.п.)
3.
Неполярность связей свидетельствует о том, что реакции могут проходить по свободнорадикальному механизму.
Основной тип реакций – радикальное замещение (radical substitution) .
Разорвать связь можно при помощи нагревания или УФ-излучения. Обычно реакции алканов идут при повышенных температурах или на солнечном свету.
Реакция галогенирования.
При хлорировании атом в молекуле метана замещается на атом . В избытке хлора происходит дальнейшее замещение:
;
;
;
.
Реакция нитрования.
По механизму радикального замещения протекает реакция нитрования алканов в газовой фазе (реакция Коновалова). Условия – повышенные температура и давление.
В парообразном состоянии азотная кислота разлагается:
.
Оксид азота (IV) является радикалом . Он атакует молекулу алкана.
Итоговая реакция:
.
Горение алканов
Смесь метана с кислородом (в объёмном соотношении 1:2) или с воздухом (1:10) при поджигании сгорает со взрывом. Поэтому смеси метана, пропана, этана, бутана с воздухом очень опасны. Они иногда могут образоваться в шахтах, в мастерских, в жилых помещениях. С этими газами нужно проявлять осторожность при применении.
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Актанышская средняя общеобразовательная школа №1»
Актанышского муниципального района Республики Татарстан
Химия
10 класс
Тип урока: изучение нового материала
Форма урока: урок – путешествие с применением компьютера (с использованием мультимедиа- средств обучения)
Валиева Эльвира Фанисовна
Тема урока: Алканы, получения, свойства и применение
Урок – путешествие с мультимедийным сопровождением
I . Цели урока.
1. Развивающие цели.
Развивать у школьников логическое мышление, сформировать умение составлять уравнения реакции с участием алканов.
Формировать интеллектуальные умения: умения анализировать свойства алканов, выделять главное, сравнивать, обобщать и систематизировать.
Развивать волю и самостоятельность. Развивать умение владеть собой: уверенность в своих силах, умение преодолевать трудности в учении химии.
2. Образовательные цели.
Обеспечить усвоение учащимися химических свойств и способов получения алканов.
Обобщить и закрепить, систематизировать, ранее полученные знания по видам гибридизации, по номенклатуре органических соединений.
Формировать навыки работы с игровыми элементами, видеофрагментами, иллюстративными материалами.
Формировать культуру здоровья на уроках химии.
Выявить недостаточно освоенные темы и скорректировать учебный процесс и готовить учащихся к ЕГЭ.
3. Воспитательные цели.
Воспитывать культуру речи учащихся.
Воспитать экологическую культуру и мышление у учащихся.
II . Тип урока: изучение нового материала.
III . Вид урока: урок с применением компьютера (с использованием мультимедиа- средств обучения).
IV . Инновационные, информационные технологии обучения, основанные на применении современной передовой техники – компьютеров, интерактивной доски, проектора.
V . Методы урока:
А. Иллюстративно-игровой
Б. Преподавания – сообщающий.
обучения – а/ программированный б/ иллюстративно игровой
2)преподавания – а/ объяснительный б/ стимулирующий 3) учения – а/ репродуктивный б/ частично поисковый
VI . Средства: Компьютер, иллюстративный материал,
игровые элементы, лабораторные опыты и демонстрация на видео.
Ход урока:
На экране проектора:
Карта путешествия по стране «Алканы»
Информационная Привал
Разминка Информационная
Старт C n H 2 n +2
Техника
безопасности
Финиш Эксперимент
I станция. Разминка. Старт.
1. Устный опрос
1. Бензин, бытовой газ, растворители, пластмассы, красители, спирты, лекарства, духи – все продукты …
2. Болотный газ. Образуется при гниении, при сухой перегонке угля. Является главной составной частью природных газов…
3. Сколько видов органических веществ?
4. из него делают расчески, украшения, бильярдные шары, игрушки, мячи, щетки …
5. Материал для изготовления чемоданов…
6.Многие известные душистые вещества относятся к классу…
7.Всемирно известные духи – французские «Суар де Пари» и «Шанель» изготовлены из каких веществ?
8. Топливо для организма…
9. Это вещество наркотик, не безвреден для человека, парализует нервную, сердечно-сосудистую систему, печень …
10. Кто открыл теорию строения органических соединений?
11. Кто ввел понятие «гибридизация»
12. Что такое изомеры?
2. На экране проектора вопросы и задания
Ученики отвечают. После ответа учеников компьютер сразу дает правильный ответ.
1. Сколько электронов на втором уровне атома углерода.
2. Распределите электроны по орбиталям углерода в возбужденном состоянии.
3. Гибридизация атомных орбиталей.
а) Какие электроны перекрываются?
б) Образование ковалентных связей в молекуле метана (медикация)
в) Образование Г и П связей в молекуле этилена (медикация)
г) Образование Г и П связей в молекуле ацетилена (медикация)
д) Расположение С атомов в пространстве (медикация)
4. К какому классу относятся следующие соединения?
R-OH, R-C , R-C , R-O-R, R-CI
OH H
5. Общие формулы каких соединений изображены?
C n H 2 n +2 , C n H 2 n , C n H 2 n -2 ,
C n H 2 n +1 COOH , C n H 2 n +1 COH
6.Что такое гомологический ряд? Изображение на экране
H H H H H H H H H
H —C — C —H H —C —C —C —H H —C —C —C —C —H
H H H H H H H H H
7. Какая формула лишняя?
C 2 H 6 CH 4 C 6 H 16 C 16 H 34 C 2 H 4 C 12 H 24 C 4 H 10
3. Вспомним алгоритм называния веществ ациклического строения.
На экране формула вещества:
H 3 C
CH —CH 2 —CH 3
H 3 C
Медикация с озвучиванием:
1. Выберите самую длинную углеродную цепь
2. Пронумеруйте её с той стороны, к которой ближе радикалы, или старший заместитель, или кратная связь.
(на экране происходит нумерация)
3. Указать в префиксе положения.(номер атома углерода) и назвать радикалы, заместителя, функциональной группы в алфавитном порядке.(на экране 2 – метил -)
4.Назвать основной углеводород (на экране 2-метил- бутан)
5.Если есть двойная связь, то после корня поставить суффикс –ен, для тройной связи -ин, если кратных связей нет – суффикс – ан.
II Информационная станция
1. Физические свойства алканов.
На экране схемы;
Учитель рассказывает: к метану специально добавляют серосодержащие соединения – меркаптаны, для того, чтобы люди могли по запаху определить утечку.
Демонстрация веществ: гексана, парафина
Разветвленные алканы кипят при более низких температурах, чем прямые.
Пишут в тетради: C 1 — C 4 газы
CH 4 — T пл = -182,5 °С
C 5 – C 15 — жидкости
С 16 – С n — твердые
2. Способы получения алканов.
Алканы в больших количествах получают из природного газа и нефти.
Из простых веществ в электрическом разряде:
C+2H 2 →CH 4
Гидролиз карбида алюминия
3 -4
AI 4 C 3 +6HOH → 4AI(OH) 3 +3CH 4
Нагревание моногалогеноалканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)
C 2 H 5 Br+2Na+Br-C 2 H 5 → C 2 H 5 — C 2 H 5 + 2NaBr
Если разные галогеноалканы, то результатом будет смесь трех продуктов: t °
3CH 3 Br + 3Na + 3Br-C 2 H 5 →CH 3 -CH 3 + CH 3 -CH 2 -CH 3 +C 2 H 5 -C 2 H 5
5. Декарбоксилирование. Сплавление ацетата натрия со щелочью. Полученный этим способом алкан будет иметь на один атом углерода меньше. Демонстрация опыта на экранекомпьютера (с озвучиванием)
6. Гидролиз реактива Гриньяра:
7.Алканы симметричного строения могут быть получены в результате электролиза солей карбоновых кислот (реакция Кольба)
III . Станция Привал . (Ученики отдыхают, слушают музыку).
IV . Информационная станция.
3. Химические свойства алканов.
Так как связи в алканах малополярные, то для них характерны радикальные реакции, реакции замещения.
1.Реакции замещения.
а) С галогенами (галогенирование). С хлором на свету, с бромом при нагревании.
В случае избытка хлора хлорирование идет дальше, до полного замещения атомов водорода.
Реакция идет по радикальному механизму.
2.Реакции отщепления
а) Дегидрирование (отщепление водорода)
б) Крегинг алканов:
Крекинг -0 радикальный разрыв связей С-С. Протекает при нагревании и в присутствии катализаторов. При крекинге образуется смесь алканов с меньшим числом С атомов. Механизм свободно радикальный. Этот процесс является важнейшей стадией переработки нефти.
в) при температуре 1500 0 С метан пиролизуется
г) при температуре 1000 0 С:
3 Реакции окисления.
а) В присутствии избытка кислорода происходит полное сгорание алканов до СО 2 и Н 2 О. При сгорании алканов выделяется большое количество теплоты, на этом основано их применение в качестве топлива.
V .Экспериментальная станция
— На экране видеофрагмент с озвучиванием «Горение метана» с озвучиванием:
Низкие алканы горят бесцветным пламенем, а с ростом числа атомов углерода в молекуле пламя алканов становится все более окрашенным и коптящим.
VI . Станция Техника безопасности
а)Газообразные углеводороды с воздухом в определенных соотношениях могут взрываться!
б) В условиях недостатка кислорода происходит неполное сгорание, продуктом является сажа (С) ядовитый газ СО
в) При мягком окислении алканов кислородом воздуха на катализаторах могут быть получены спирты, альдегиды, кислоты с меньшим количеством атомов углерода в молекуле.
4 Реакции изомеризации
Алканы нормального строения при нагревании в присутствии катализатора могут превращаться в алканы с разветвленной цепью.
5. Ароматизация.
Алканы с шестью и более атомами углерода вступают в реакцию дегидрирования с образованием цикла:
Станция Финиш-закрепление
Вопросы по группам.
Упражнение4,6,7,8(писменно),стр.81.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Алканами называются насыщенные углеводороды, молекулы которых состоят из атомов углерода и водорода, связанных между собой только σ-связями.
В обычных условиях (при 25 o С и атмосферном давлении) первые четыре члена гомологического ряда алканов (C 1 — C 4) - газы. Нормальные алканы от пентана до гептадекана (С 5 - С 17) - жидкости, начиная с С 18 и выше - твердые вещества. По мере увеличения относительной молекулярной массы, возрастают температуры кипения и плавления алканов. При одинаковом числе атомов углерода в молекуле алканы с разветвленным строением имеют более низкие температуры кипения, чем нормальные алканы. Строение молекулы алканов на примере метана приведено на рис. 1.
Рис. 1. Строение молекулы метана.
Алканы практически не растворимы в воде, так как их молекулы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды. Жидкие алканы легко смешиваются друг с другом. Они хорошо растворяются в неполярных органических растворителях, таких как бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и др.
Получение алканов
Основные источники различных предельных углеводородов, содержащих до 40 атомов углерода, — нефть и природный газ. Алканы с небольшим числом атомов углерода (1 - 10) можно выделить фракционной перегонкой природного газа или бензиновой фракции нефти.
Различают промышленные (I) и лабораторные (II) способы получения алканов.
C + H 2 → CH 4 (kat = Ni, t 0);
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O (kat = Ni, t 0 = 200 - 300);
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O (kat, t 0).
— гидрирование непредельных углеводородов
CH 3 -CH=CH 2 + H 2 →CH 3 -CH 2 -CH 3 (kat = Ni, t 0);
— восстановление галогеналканов
C 2 H 5 I + HI →C 2 H 6 + I 2 (t 0);
— реакции щелочного плавления солей одноосновных органических кислот
C 2 H 5 -COONa + NaOH→ C 2 H 6 + Na 2 CO 3 (t 0);
— взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)
2C 2 H 5 Br + 2Na → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 2NaBr;
— электролиз солей одноосновных органических кислот
2C 2 H 5 COONa + 2H 2 O→H 2 + 2NaOH + C 4 H 10 + 2CO 2 ;
К(-): 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH — ;
A(+):2C 2 H 5 COO — -2e → 2C 2 H 5 COO + → 2C 2 H 5 + + 2CO 2 .
Химические свойства алканов
Алканы относятся к наименее реакционноспособным органическим соединениям, что объясняется их строением.
Алканы в обычных условиях не реагируют с концентрированными кислотами, расплавленными и концентрированными щелочами, щелочными металлами, галогенами (кроме фтора), перманганатом калия и дихроматом калия в кислой среде.
Для алканов наиболее характерны реакции, протекающие по радикальному механизму. Энергетически более выгоден гомолитический разрыв связей C-H и C-C, чем их гетеролитический разрыв.
Реакции радикального замещения наиболее легко протекают по третичному, дплее - по вторичному и в последнюю очередь по первичному атому углерода.
Все химические превращения алканов протекают с расщеплением:
1) cвязей C-H
— галогенирование (S R)
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl (hv );
CH 3 -CH 2 -CH 3 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 3 + HBr (hv ).
— нитрование (S R)
CH 3 -C(CH 3)H-CH 3 + HONO 2 (dilute) → CH 3 -C(NO 2)H-CH 3 + H 2 O (t 0).
— сульфохлорирование (S R)
R-H + SO 2 + Cl 2 → RSO 2 Cl + HCl (hv ).
— дегидрирование
CH 3 -CH 3 → CH 2 =CH 2 + H 2 (kat = Ni, t 0).
— дегидроциклизация
CH 3 (CH 2) 4 CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2 (kat = Cr 2 O 3 , t 0).
2) связей C-H и C-C
— изомеризация (внутримолекулярная перегруппировка)
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 →CH 3 -C(CH 3)H-CH 3 (kat=AlCl 3 , t 0).
— окисление
2CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 5O 2 → 4CH 3 COOH + 2H 2 O (t 0 , p);
C n H 2n+2 + (1,5n + 0,5)O 2 → nCO 2 + (n+1) H 2 O (t 0).
Применение алканов
Алканы нашли применение в различных отраслях промышленности. Рассмотрим подробнее, на примере некоторых представителей гомологического ряда, а также смесей алканов.
Метан составляет сырьевую основу важнейших химических промышленных процессов получения углерода и водорода, ацетилена, кислородсодержащих органических соединений - спиртов, альдегидов, кислот. Пропан применяется как автомобильное топливо. Бутан используется для получения бутадиена, являющегося сырьем для производства синтетического каучука.
Смесь жидких и твердых алканов до С 25 , называемая вазелином применяется в медицине как основа мазей. Смесь твердых алканов С 18 - С 25 (парафин) применяется для пропитки различных материалов (бумага, ткани, древесина) для придания им гидрофобных свойств, т.е. несмачиваемости водой. В медицине используется для физиотерапевтическихпроцедур (парафинолечение).
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | При хлорировании метана получено 1,54 г соединения, плотность паров по воздуху которого равна 5,31. Рассчитайте массу диоксида марганца MnO 2 , которая потребуется для получения хлора, если соотношение объемов метана и хлора, введенных в реакцию равно 1:2. |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов. Найдем молярную массу газа, образующегося при хлорировании метана: M gas = 29 ×D air (gas) = 29 × 5,31 = 154 г/моль. Это тетрахлорметан - CCl 4 . Запишем уравнение реакции и расставим стехиометрические коэффициенты: CH 4 + 4Cl 2 = CCl 4 + 4HCl. Рассчитаем количество вещества тетрахлорметана: n(CCl 4) = m(CCl 4) / M(CCl 4); n(CCl 4) = 1,54 / 154 = 0,01 моль. Согласно уравнению реакции n(CCl 4) : n(CH 4) = 1: 1, значит n(CH 4) = n(CCl 4) = 0,01 моль. Тогда, количество вещества хлора должно быть равно n(Cl 2) = 2 × 4 n(CH 4), т.е. n(Cl 2) = 8 × 0,01 = 0,08 моль. Запишем уравнение реакции получения хлора: MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O. Число моль диоксида марганца равно 0,08 моль, т.к. n(Cl 2) :n(MnO 2) = 1: 1. Найдем массу диоксида марганца: m(MnO 2) = n(MnO 2) ×M(MnO 2); M(MnO 2) = Ar(Mn) + 2×Ar(O) = 55 + 2×16 = 87 г/моль; m(MnO 2) = 0,08 × 87 = 10,4 г. |
| Ответ | Масса диоксида марганца равна 10,4 г. |
ПРИМЕР 2
| Задание | Установите молекулярную формулу трихлоралкана, массовая доля хлора в котором составляет 72,20%. Составьте структурные формулы всех возможных изомеров и дайте названия веществ по заместительной номенклатуре ИЮПАК. |
| Ответ | Запишем общую формулу трихлоралкеана:
C n H 2 n -1 Cl 3 . По формуле ω(Cl) = 3×Ar(Cl) / Mr(C n H 2 n -1 Cl 3) × 100% рассчитаем молекулярную массу трихлоралкана: Mr(C n H 2 n -1 Cl 3) = 3 × 35,5 / 72,20 × 100% = 147,5. Найдем значение n: 12n + 2n - 1 + 35,5×3 = 147,5; Следовательно, формула трихлоралкана C 3 H 5 Cl 3 . Составим структурные формулы изомеров: 1,2,3-трихлорпропан (1), 1,1,2-трихлорпропан (2), 1,1,3-трихлорпропан (3), 1,1,1-трихлорпропан (4) и 1,2,2-трихлорпропан (5). CH 2 Cl-CHCl-CH 2 Cl (1); CHCl 2 -CHCl-CH 3 (2); CHCl 2 -CH 2 -CH 2 Cl (3); CCl 3 -CH 2 -CH 3 (4); План учебного занятия № 19 Дата Предмет Химия группа Ф.И.О. преподавателя: Кайырбекова И.А. Тема : Алканы. Гомологический ряд, изомеры, номенклатура, свойства и получение алканов Цели : Изучить алканы, как один из классов ациклических соединений. Задачи: Образовательные: Продолжить формирование понятия об основных классах углеводородов; начать формировать понятие о карбоциклических соединениях; изучить строение, номенклатуру и изомерию алканов; рассмотреть основные способы получения и применения алканов; изучить химические свойства алканов и генетическую связь с другими классами углеводородов. Развивающие: Развивать когнитивную сферу учащихся; общеучебные умения и навыки учащихся; развивать умения анализировать и делать самостоятельные выводы; Воспитательные: Прививать культуру умственного труда и сотрудничества; воспитывать дисциплинированность; коллективизм и чувство ответственности; способствовать созданию благоприятного психо-эмоционального климата на уроке; Тип урока: урок усвоения новых знаний. ІІ. Ожидаемые результаты: А) Учащиеся должны знать : строение, свойства алканов Ә) Учащиеся должны уметь: сравнивать, доказывать б) учащиеся должны владеть: работы с химическими реактивами соблюдая ТБ ІІІ. Метод и приемы каждого этапа занятия: словесно- наглядный, объяснительно- илюстративный IV . Средства: интерактивная доска, учебник Ход урока 1.Организационный момент: Проверить посещаемость учащихся. Ознакомить целями урока. 2. Подготовка к восприятию нового материала: Теоретический диктант: А) Основные положения теории химического строения А. М. Бутлерова. Привести примеры. Б) что называется изомерами? В) Основные механизмы разрыва связей? 3. Объяснения нового материала (усвоение новых знании). План: Понятие об углеводородах. Предельные углеводороды. Строение молекулы метана. Гомологический ряд метана. Строение предельных углеводородов. Номенклатура предельных углеводородов. Изомерия. 4. Закрепление знаний и умении: Стр 38 №4-8, 13 упражнение 5. Подведение итогов урока: Фронтальный опрос: по лекции. 6. Домашнее задание: Работа по конспекту . §6 стр 38 11-12 упражнение 1.Углеводороды – органические соединения, состоящие из двух элементов – углерода и водорода. С х Ну. Углеводороды делятся: предельные, непредельные и ароматические. Углеводороды, которые не присоединяют водород и другие элементы, называются предельными углеводородами или алканами. Все валентные связи углерода и водорода полностью насыщены. 2.Молекулярная формула метана СН 4 , его структурная формула: Электронная формула метана В молекуле метана атом углерода находится в возбужденном состоянии внешний слой атомаПри этом происходит гибридизация электронных облаков одного электрона и трех р-электронов, то есть происходит гибридизация и образуется четыре одинаковых гибридных электронных облака, направленных к вершинам углов тетраэдра, молекула метана имеет тетраэдрическую форму. 3. В природном газе, кроме метана содержится много других углеводородов, сходных по строению и свойствам с метаном. Их называют предельными углеводородами или парафинами или алканами. Эти углеводороды образуют гомологический ряд предельных углеводородов: СН 4 - метан С 2 Н 6 - этан С 3 Н 8 - пропан С 4 Н 10 – бутан С 5 Н 12 – пентан С 6 Н 14 – гексан С 7 Н 16 - гептан С 8 Н 18 –октан С 9 Н 20 - нонан С 10 Н 22 – декан. Гомологи – это вещества, сходные по строению и химическим свойствам, но отличающиеся друг от друга на группу атомов СН 2 . Общая формула гомологов ряда метана: С п Н 2п+2 где п – число атомов углерода. Атомы углерода, соединяясь друг с другом в цепи в молекуле углеводородов, образуют загзаг, то есть углеродная цепочка имеет зигзагообразное, а причина этому – тетраэдрическое направление валентных связей атомов углерода. При разрыве связей молекулы углеводородов могут превращаться в свободнее радикалы. При отрыве одного атома водорода образуются одновалентные радикалы: СН 4 - метан- СН 3 метил С 2 Н 6 - этан- С 2 Н 5 - этил С 3 Н 8 - пропан –С 3 Н 7 - пропил С 4 Н 10 – бутан-С 4 Н 9 бутил. 5. Существуют несколько видов номенклатуры: историческая, рациональная, современная или международная. Основной считается международная систематическая номенклатура или Женевская. Основные ее принципы были приняты на международном съезде химиков в Женеве в 1892 году. Основные правила: А) Выделяют в структурной формуле наиболее длинную цепь атомов углерода и номеруют с того конца, где ближе разветвление. Б) название вещества цифрой указывают, при каком атоме углерода находится замещающая группа. В) Когда разветвление начинается при атомах углерода, равноудаленных от главной цепи, нумерацию ведут с того конца, к которому ближе расположен радикал, имеющий более простое строение. 6. для предельных существует только 1 вид структурной изомерии – изомерия цепи или углеродного скелета. Привести пример бутан. Урок по химии с применением ИКТ по теме "Алканы" Цель урока: познакомить учащихся с алканами и выявить важную их роль в промышленности. Задачи урока: Образовательная: рассмотреть гомологический ряд предельных углеводородов, строение, физические и химические свойства, способы их получения при переработке природного газа, возможности их получения из природных источников: природного и попутного нефтяного газов, нефти и каменного угля. Развивающая: развить понятие о пространственном строении алканов; развитие познавательных интересов, творческих и интеллектуальных способностей, развитие самостоятельности в приобретении новых знаний с использованием новых технологий. Воспитательная: показать единство материального мира на примере генетической связи углеводородов разных гомологических рядов, получаемых при переработки природного и попутного нефтяного газов, нефти и каменного угля. Оборудование: компьютер, мультимедиа проектор, экран, презентация. Ход урока I. Организационный момент. (Сообщить цель и тему урока). II. Изученного нового материала. Тема урока: "Алканы". Слайд № 1 План изучения алканов. Слайд № 2 Определение. Общая формула класса углеводородов. Гомологический ряд. Виды изомерии. Строение алканов. Физические свойства. Способы получения. Химические свойства. Применение. Алканы. (Предельные углеводороды. Парафины. Насыщенные углеводороды.) Алканы - углеводороды в молекулах которых все атомы углерода связаны одинарными связями и имеют общую формулу: C n H 2n+2 Слайд № 3 Что такое гомологи? Гомологический ряд метана СН 4 метан С 2 H 6 этан C 3 H 8 пропан C 4 H 10 бутан C 5 H 12 пентан C 6 H 14 гексан C 7 H 16 гептан C 9 H 20 нонан Гомологи - это вещества, сходные по строению и свойствам и отличающиеся на одну или более групп СH 2 . Структурная изомерия: Алгоритм. 1. Выбор главной цепи: Слайд № 5 2. Нумерация атомов главной цепи: Слайд № 6 3. Формирование названия: Слайд № 7 2 - метилбутан Строение алканов. Атом углерода во всех органических веществах находится в "возбуждённом" состоянии, имеет на внешнем уровне четыре неспаренных электрона. Каждое электронное облако обладает запасом энергии: s- облако имеет меньший запас энергии, чем р-облако, в атоме углерода они находятся в разных энергетических состояниях. Поэтому при образовании химической связи происходит гибридизация, т. е. выравнивание электронных облаков по запасу энергии. Это отображается на форме и направленности облаков, происходит перестройка (пространственная) электронных облаков. В результате sp3 - гибридизации все четыре валентных электронных облака гибридизованы: валентный угол между этими осями гибридизованных облаков 109° 28", поэтому молекулы имеют пространственную тетраэдрическую форму, форма углеродных цепей зигзагообразна; атомы углерода не находятся на одной прямой, т. к. при вращении атомов валентные углы остаются прежними. Все органические вещества построены в основном за счёт ковалентных связей. Углерод - углеродные и углерод - водородные связи относятся к сигма - связям - это связь, образующаяся при перекрывании атомных орбиталей по линии, проходящей через ядра атомов. Возможно вращение вокруг сигма - связей, поскольку эта связь имеет осевую симметрию. Слайд № 13 Физические свойства. СН 4:C 4 Н 10 - газы T кипения: -161,6:-0,5 °C T плавления: -182,5:-138,3 °C С 5 Н 12:C 15 Н 32 - жидкости T кипения: 36,1:270,5 °C T плавления: -129,8:10 °C T кипения: 287,5 °C T плавления: 20 °C С увеличением относительных молекулярных масс предельных углеводородов закономерно повышаются их температуры кипения и плавления. Слайд № 14 Получение. В промышленности 1) крекинг нефтепродуктов: C 16 H 34 - C 8 H 18 + C 8 H 16 2) В лаборатории: а) Гидролиз карбидов: A l 4 C 3 +12 H 2 O = 3 CH 4 + 4 Al(OH) 3 б) Реакция Вюрца: C 2 H 5 Cl + 2Na - C 4 H 10 + 2NaCl в) Декарбоксилирование натриевых солей карбоновых солей: СН 3 СООNa + 2NaОН - СН 4 + Nа 2 СО 3 Слайд № 15 Химические свойства Для алканов характерны следующие типы химических реакций: Замещение атомов водорода; Дегидрирование; Окисление. 1) Замещение атомов водорода: А) Реакция галогенирования: CH 4 +Cl 2 - CH 3 Cl + HCl Б) Реакция нитрования (Коновалова): CH 4 + HNO 3 - CH 3 -NO 2 + H 2 O + Q В) Реакция сульфирования: CH 4 + H 2 SO 4 - CH 3 -SO 3 H + H 2 O + Q 2) Реакция изомеризации: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 - СН 3 -СН-СН 2 -СН 3 3) Реакция с водяным паром: CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 4) Реакция дегидрирования: 2СН 4 - НС=СН + 3Н 2 + Q 5) Реакция окисления: CH 4 + O 2 - Н 2 C=О + H 2 O 6) Горение метана: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O + Q Слайд № 20 Применение. (Возможно, заранее подготовленные выступления учащихся.) Широко используются в качестве топлива, в том числе для двигателей внутреннего сгорания, а также при производстве сажи (1 - картриджи; 2 - резина; 3 - типографическая краска), при получение органических веществ (4 - растворителей; 5 - хладогентов, используемых в холодильных установках; 6 - метанол; 7 - ацетилен) Слайд № 21 III. Закрепление. Составьте все возможные изомеры для гептана и назовите их. Составьте 2 ближайших гомолога для пентана и назовите их. Определить предельный углеводород, плотность паров которого по воздуху равна 2. (C 4 H 10). Учебник: №12 (стр. 33). IV. Домашнее задание: Учебник О.С. Габриелян (10 класс базовый уровень): 3, упр. 4, 7, 8 (стр. 32). Литература. Горковенко М. Ю. Поурочные разработки по химии к учебным комплектам О. С. Габриеляна и др., 10 (11) класс. М.: "ВЕКО", 2008 г. Последние записи
|
