Opracowała:

Małgorzata Rakicka

III „a”

Zad. 1.

W jakich odmianach występuje węgiel jako pierwiastek w przyrodzie?

Odp. 1

Węgiel w stanie wolnym występuje w przyrodzie w postaci trzech odmian, zwanych odmianami alotropowymi. Odmiany te różnią się między sobą właściwościami oraz aktywnością chemiczną. Różnice we właściwościach wynikają z różnej budowy wewnętrznej tych minerałów. Odmianami alotropowymi węgla są diament, grafit i fulereny.

Diament:

• najtwardszy ze znanych minerałów

• 
  jest przezroczystym ciałem stałym, bezbarwny lub błękitny, niebieski, żółty, brunatny do czarnego

• gęstość około 3,5 g/cm

• ma właściwości półprzewodnikowe

• jest dobrym przewodnikiem ciepła

• jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad

• spala się w wysokiej temperaturze

Grafit:

• jest nieprzezroczystym, miękkim, łupliwym minerałem

o stalowoszarej barwie,

• gęstość = 2,25 g/cm

• dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło

• jest odporny na wysoką temperaturę.

Fulereny:

• 
  C60 jest półprzezroczystym, brązowym ciałem stałym o metalicznym połysku, fullereny w stanie stałym są barwy żółtej

• Gęstość = 1,65 g/cm

• Wykazują właściwości półprzewodnikowe i nadprzewodnikowe

• C60 nie rozpuszcza się w wodzie ani eterze

• C60 rozpuszcza się w węglowodorach i czterochlorku węgla

(fulereny rozpuszczone w benzynie przyjmują czerwone zabarwienie)

Zad.2

Co to jest szereg homologiczny związków organicznych?

Odp. 2

Szereg homologiczny to zbiór związków organicznych o zbliżonej strukturze, które różnią się między sobą tylko liczbą grup metylenowych ( -CH₂- ) w ich łańcuchach węglowodorowych. Poszczególne związki z tego zbioru są nazywane homologami. Wzory sumaryczne wszystkich związków tworzących jeden szereg homologiczny daje się zapisać w formie ogólnej, w której występuje zmienna określająca liczbę grup metylenowych. Często w szeregach homologicznych węglowodorów nierozgałęzionych kilka pierwszych związków w szeregu ma nazwy zwyczajowe. W następnych rdzeń nazwy pochodzi od liczebników greckich lub łacińskich oznaczających liczbę atomów węgla w cząsteczce.

Zad. 3

Co to są węglowodory łańcuchowe nasycone i jakie mają właściwości?

Odp. 3

Węglowodory łańcuchowe nasycone to alkany. Ich cząsteczki

zawierają wiązania pojedyncze między atomami węgla.

Właściwości fizyczne węglowodorów nasyconych w szeregu

zmieniają się w sposób regularny ze wzrostem ich masy:
• Od 1-4 atomów C to gazy, od 5-16 atomów węgla to ciecze,

a 17 i więcej to ciała stałe
• Temperatury topnienia i wrzenia rosną wraz ze wzrostem

łańcucha
• Praktycznie nie rozpuszczalne w wodzie
• Między sobą mieszają się bez ograniczeń
• Dobre rozpuszczalniki tłuszczów i innych zw. Organicznych
• Gęstość ciekłych alkanów jest większa od gęstości wody

• Wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego maleje lotność i palność związków.

• Alkany są łatwopalne.

Zad. 4

Jakie są właściwości i zastosowanie metanu?

Odp. 4

• 
  gaz

• bezbarwny

• bezwonny

• lżejszy od powietrza

• nierozpuszczalny w wodzie

• d = 0,665 g/dm

• mało aktywny chemicznie

• ulega reakcji spalania:

• całkowitego

• półspalania

• niecałkowitego

Zastosowanie metanu:

• jako paliwo do silników

• jako surowiec do otrzymywania tworzyw sztucznych

• w przemyśle energetycznym

• jest głównym składnikiem gazu ziemnego, którego używa się w sieci gazociągowej w gospodarstwie domowym.

Zad. 5 Co to są węglowodory łańcuchowe nienasycone i jakie mają właściwości?

Odp. 5

Wiązania podwójne i potrójne nazywane są wiązaniami wielokrotnymi. Węglowodory, których cząsteczki zawierają wiązania wielokrotne, nazywa się węglowodorami nienasyconymi. Najważniejsze z nich to alkeny ( z wiązaniem podwójnym między atomami węgla) i alkiny ( z wiązaniem potrójnym między atomami węgla).

Właściwości:

-bezbarwne
-łatwo palne
-słabo rozpuszczalne w wodzie
-reaktywne chemicznie (odbarwiają wodę bromową, ulegają reakcji: przyłączania, polimeryzacji)
-odczyn obojętny
-działanie narkotyczne

Zad. 6

Jakie są właściwości i zastosowanie etenu (etylenu)?

Odp. 6

• gaz

• bezbarwny

• o przyjemnym, delikatnym zapachu

• nierozpuszczalny w wodzie

• aktywny chemicznie

• ulega reakcji spalania:

• całkowitego

• półspalania

• niecałkowitego

• ulega reakcji przyłączania np. bromu, chloru, wodoru, chlorowodoru

• ulega reakcji polimeryzacji

Etylen jest jednym z podstawowych surowców przemysłu petrochemicznego. Stosowany jest do produkcji polietylenu i wielu kopolimerów, etylobenzenu (do produkcji styrenu), tlenku etylenu, chloropochodnych (chlorek winylu, dichloroetan), etanolu i wyższych alkoholi alifatycznych.

Przedmioty codziennego użytku, np. kubek do mycia zębów, okładka na zeszyt, torebka śniadaniowa, są wykonane z tworzywa sztucznego zwanego polietylenem, który z kolei powstaje w wyniku polimeryzacji etylenu.

Zad. 7

Jakie są właściwości i zastosowanie etynu (acetylenu)?

Odp. 7

• gaz

• bezbarwny

• bezwonny

• nierozpuszczalny w wodzie

• lżejszy od powietrza

• d = 1,08 g/dm

• bardzo aktywny chemicznie

• ulega reakcji spalania:

• całkowitego

• półspalania

• niecałkowitego

• ulega reakcji przyłączania np. bromu, chloru, wodoru, chlorowodoru

• ulega reakcji polimeryzacji

Acetylen stanowi surowiec do przemysłowego otrzymywania aldehydu octowego w tzw. reakcji Kuczerowa, katalizowanej przez siarczan rtęci. Znajduje także zastosowanie w produkcji m.in. chlorku winylu, chloroprenu i sadzy oraz używany jest do spawania i cięcia metali (palnik acetylenowo-tlenowy daje temperaturę 2700°C).

Zad. 8

Od czego zależą produkty spalania węglowodorów?

Odp. 8

Rodzaj produktów spalania zależy od warunków przeprowadzanego procesu, tj. od ilości dostarczonego tlenu.

Produktami spalania węglowodorów mogą być :

• CO2 i H2O (w spalaniu całkowitym)

• CO i H2O ( w półspalaniu)

• C i H2O ( w spalaniu niecałkowitym)

Zad. 9

Na czym polega proces polimeryzacji?

Odp. 9

Polimeryzacja to reakcja tworzenia z pojedynczych cząsteczek, zwanych monomerami, związku chemicznego wielocząsteczkowego produktu- polimeru.

Polimeryzacji ulegają węglowodory nienasycone. W zależnością od rodzaju polimeru liczba cząsteczek połączonych może być różna i właściwości tworzywa w ten sposób utworzonego inne.

Polimeryzacja przebiega zasadniczo w trzech etapach:

• zapoczątkowanie, czyli aktywacja monomeru (wytworzenie aktywnych cząsteczek),

• wzrost, czyli przyłączanie następnych cząsteczek monomeru, przy czym rosnąca cząsteczka zachowuje stan aktywny, pozwalający na przyłączanie dalszych cząsteczek monomeru,

• zakończenie procesu polimeryzacji z powodu wyczerpania się substratu.

Zad. 10

Jakie jest zastosowanie węglowodorów w życiu codziennym?

Odp. 10

Liczne węglowodory znajdują zastosowanie w życiu codziennym. Przykładami tego są:

• metan; używany jako paliwo do silników, składnik gazu ziemnego

• etan; otrzymywania alkoholi, estrów, benzyny, kauczuków syntetycznych i tworzyw syntetycznych

• etylen; w atmosferze zawierającej etylen owoce szybciej dojrzewają, przedmioty codziennego użytku (kubek, torebka śniadaniowa itp.)

• acetylen; w palnikach acetylenowo-tlenowych do spawania i cięcia metali (acetylen w dużej ilości tlenu spala się w temperaturze 2700°C)
  w lampie acetylenowej do oświetlenia
  w przemyśle chemicznym (m. in. do produkcji tworzyw sztucznych).

Sprawdź czy umiesz......

• Wykryć obecność węgla i wodoru w substancjach organicznych?

Jeżeli w probówce umieścimy dowolną substancję organiczną i zaczniemy ogrzewać probówkę w płomieniach palnika, zauważymy, że na ścianach probówki pojawiają się kropelki wody, a użyta do doświadczenia substancja organiczna ulega zwęgleniu.

Jest to dowód na to, że w skład badanej substancji organicznej wchodzą wodór, tlen i węgiel.

• Pisać wzory sumaryczne, strukturalne i półstrukturalne pierwszych czterech członów szeregów homologicznych alkanów, alkenów i alkinów?

• Metan

• Etan

• Propan

• Butan

• Eten

• Propen

• Buten

• Penten

• Etyn

• Propyn

• Butyn

• Pentyn

• Wykryć produkty spalania całkowitego i niecałkowitego węglowodorów?

Należy zapalić palnik gazowy. Nad płomieniem ustawić skośnie dnem do góry zlewkę, której ścianki zwilżone są wodą wapienną. Następnie nad płomieniem palnika należy umieścić dnem do góry uchwyconą w łapkę probówkę.

Na ściankach zlewki pojawi się biały osad. Wynika stąd, że jednym z produktów spalania jest dwutlenek węgla. Ścianki probówki natomiast pokryją się czarnym nalotem- sadzą (czyli węglem), a wewnątrz pojawi się skroplona para wodna.

• Pisać równania reakcji spalania węglowodorów przy pełnym i ograniczonym dostępie tlenu?

Spalanie niecałkowite:

2 C2H6 + 3 O2 4 C + 6 H2O

Spalanie całkowite:

2 C2H6 + 14 O2 4 CO2 + 6 H2O

Półspalanie:

2 C2H6 + 10 O2 4 CO + 6 H2O

• Otrzymać eten (etylen)? Zbadać doświadczalnie jego właściwości?

Pierwszą probówkę należy umieścić w statywie. Następnie umieścić w niej pociętą folię polietylenową. Probówkę należy zatkać korkiem z rurką odprowadzającą. W krystalizatorze z wodą umieścić należy dnem do góry drugą probówkę, napełnioną wodą. Probówkę pierwszą należy ogrzewać, a wydzielający się gaz zbierać w probówce 2.

W ten sposób należy napełnić gazem trzy probówki.

1. Należy sprawdzić barwę i zapach otrzymanego gazu

2. Do wylotu probówki z etenem należy zbliżyć zapalone łuczywo. Nad płomieniem palącego się gazu należy umieścić w łapie probówkę, uchwyconą dnem do góry.

3. Do probówki z etenem należy wlać mała ilość wody bromowej lub rozcieńczonego roztworu manganianu (VII) potasu. Należy wstrząsnąć probówką.

4. Dla porównania do probówki z małą ilością wody bromowej lub rozcieńczonego roztworu manganianu (VII) potasu należy dodać benzyny lub wprowadzić rurką szklaną gaz z zapalniczki.

W probówce 1. folia topnieje i po chwili wydziela się bezbarwny gaz o delikatnym zapachu. Można zbierać go pod wodą, ponieważ jest w niej nierozpuszczalny.

Eten spala się jasnym, świecącym płomieniem. Na ściankach probówki umieszczonej nad płonącym etylenem skrapla się para wodna i powstaje czarny nalot- sadza. Zachodzi reakcja, którą przedstawia równanie:

C2H4 + O2 2 C + H2O

Podczas spalania był niepełny dostęp tlenu- zaszło spalanie niecałkowite. Eten może też ulec półspalaniu lub jeśli jest pełny dostęp tlenu- spaleniu całkowitemu.

Eten powoduje odbarwienie wody bromowej lub rozcieńczonego roztworu KmnO4, co świadczy o jego dużej aktywności chemicznej. Benzyna ani gaz z zapaliczki nie odbarwiają wody bromowej. Przyczyną zjawisk obserwowanych w doświadczeniach 3. i 4. jest różnica w budowie cząsteczek alkenów i alkinów. Różnica wynikają z faktu, że jedno wiązanie w wiązaniu podwójnym jest słabe. Podczas reakcji wiązanie to „pęka” i następuje reakcja przyłączania pierwiastka. Zachodzi następująca reakcja:

C2H4 + Br2 C2H4Br

Podobnie przebiega reakcja z innymi fluorowcami, wodorem i fluorowcowodorami.

• Otrzymać etyn (acetylen) i zbadać doświadczalnie jego właściwości?

Należy zamontować zestaw jak w poprzednim doświadczeniu. W próbówce 1. należy umieści małą ilość świeżego karbidu (CaC2) i dodawać bardzo ostrożnie wodę z etanolem (zmieszane w stosunku 1:1) i z kroplą fenoloftaleiny. Probówkę należy zatkać korkiem z rurką odprowadzającą.

1. Wydzielający się gaz należy zbierać w probówce 2. W ten sposób napełnić dwie probówki i zatkać je korkami.

2. Korzystając z zebranego w probówce acetylenu, należy sprawdzić jego właściwości oraz działanie na wodę bromową.

3. Do wylotu probówki z zebranym gazem zbliżyć należy zapalone łuczywko.

Użyty w doświadczeniu karbid, czyli węglik wapnia CaC2, to biała, stała substancja krystaliczna. W czasie reakcji wydziela się bezbarwny, bezwonny, nierozpuszczalny w wodzie gaz- acetylen.

Równanie można zapisać następująco:

CaC2 + 2 H2O C2H2 + Ca(OH)2

Acetylen powoduje odbarwienie wody bromowej, podobnie jak etylen. Świadczy to o jego dużej aktywności chemicznej, związanej z obecnością potrójnego wiązania pomiędzy atomami węgla w cząsteczce. Równanie reakcji acetylenu z bromem ma następujący zapis:

C2H2 + 2 Br C2H2Br4

Acetylen jest łatwopalny, spala się kopcącym płomieniem. Zachodzi reakcja spalania niecałkowitego , którą przedstawia równanie:

2 C2H2 + O2 4 C + 2 H2O

• Odróżnić doświadczalnie węglowodór nasycony i nienasycony?

Aby rozróżnić węglowodór nasycony i nienasycony należy przygotować dwie probówki. W jednej umieścić węglowodór nasycony (np. metan), a w drugiej- nienasycony (np. etyn).

Następnie do każdej z probówek należy dodać wody bromowej lub rozcieńczonego roztworu manganianu (VII) potasu.

W probówce pierwszej nie zajdą żadne zmiany. Natomiast w probówce drugiej- woda bromowa odbarwi się, co jest skutkiem posiadania wielokrotnego wiązania między atomami węgla.

• Pisać równania reakcji węglowodorów nienasyconych z wodorem, fluorowcami i fluorowcowodorami?

C2H4 + H2 C2H6

C2H2 + 2 Br2 C2H2Br4

CH₃-CH=CH₂ + HCl CH₃-CHCl-CH₃

• Obliczać procentową zawartość węgla w węglowodorach?

Np. dla C2H6

mC2H6= 2* mC + 6 * mH

mC2H6 = 2 * 12 u + 6 * 1u

mC2H6 = 30 u

%C = mC / mC2H6 * 100%

%C = 2 * 12 u / 30 u * 100%

%C = 80

• Podać wzór i nazwę węglowodoru na podstawie znajomości masy cząsteczkowej?

Np. Masa cząsteczkowa = 26 u

CnH2n+2

12n + 2n + 2 = 26

14n= 24

n= 1, 7....

CnH2n

12n + 2n = 26

14n = 26

n= 1,9.....

CnH2n-2

12n+2n-2 = 26

14n= 28

n=2

CnH2n-2

C2H2*2-2

C2H2 - etin- acetylen

• Obliczać stosunek mas węgla do wodoru w węglowodorach?

Np. propan - C3H8

mC3H8 = 3*mC + 8*mH

mC3H8 = 3*12u + 8*1u

mC3H8 = 44 u

mC3 = 3*12u

mC3 = 36 u

mH8= 8 * 1u

mH8 = 8 u

sprawdzenie:

mC3H8 = mC3 + mH8

mC3H8 = 36 u + 8 u

mC3H8 = 44 u

stosunek mas węgla do wodoru jest równy:

36u : 8 u

czyli

36:8

czyli

9:2

---