Цель: получить метан лабораторным способом, исследовать его свойства, провести качественный анализ органического вещества.
Краткие теоретические материалы
Органическая химия – химия углеводородов и их производных, т.е. продуктов, образующихся при замене атомов водорода другими атомами или группами атомов.
Качественный элементный анализ позволяет определить, из каких элементов построены молекулы данного органического вещества. Наиболее часто в состав органических веществ, помимо углерода и водорода входят кислород, сера, азот и галогены. При выполнении элементного анализа органическое соединение разлагают таким образом, чтобы исследуемые элементы перешли в состав неорганических веществ. При этом углерод переходит в оксид углерода (IV), водород – в воду, азот – в цианид-ион, аммиак или молекулярный азот, сера в сульфид. Определение углерода и водорода основано на окислении органического соединения оксидом меди (II) при нагревании. При этом органическое соединение разлагается с выделением оксида углерода (IV) и воды. Оксид открывают с помощью известковой воды, а воду – по образованию кристаллогидрата сульфата меди:
R–CH3 + nCuO → хCO2↑ + yH2O + nCu;
CO2 + Сa(OH)2 → СaCO3 ↓ + H2O;
CuSO4 + 5H2O → CuSO4 ⋅ 5H2O.
белый голубой
Алканы – углеводороды с незамкнутыми (открытыми) углеродными цепями, в молекулах которых все атомы связаны одинарными связями с общей формулой СnH2n+2. Простейший представитель алканов метан СН4.
Алканы могут быть получены при сплавлении солей карбоновых кислот со щелочью при темпера- туре 250…300 °С. Образующийся при этом алкан содержит на один атом углерода меньше, чем исход- ная карбоновая кислота. В этой реакции образуется СО2, который связывается щелочью. Отщепление от молекулы СО2 называется декарбоксилированием. Реакция используется обычно для получения низших алканов – метана, этана. Кроме того метан может быть получен гидролизом карбида алюминия.
Алканы проявляют большую инертность. В обычных условиях они не реагируют ни с галогенами, ни с окислителями, ни с концентрированными минеральными кислотами. Лишь в особых, жестких условиях они вступают в реакции замещения атомов водорода.
Порядок выполнения работы:
Обратите внимание! ПТБ № 8, 11, 14
| Приборы и реактивы: | Штатив с пробирками, , металлический штатив с зажимом, газоотводная трубка асбестированная сетка, спиртовка, спички, сахар-песок, порошок оксида меди (II), ацетат натрия, натронная известь, растворы бромной воды и перманганата калия. |
Опыт №1 Качественное определение углерода и водорода окислением органических веществ
В сухую пробирку поместите 0,2 г сахарного песку, предварительно тщательно перемешанного с 1–2 г порошка оксида меди (II). Закройте пробирку и закрепите в зажиме штатива почти горизонтально с уклоном вниз. Проверьте герметичность прибора: зажмите в руке пробирку со смесью и следите, будут ли выходить пузырьки воздуха из газоотводной трубки. Нагревайте смесь сначала осторожно, затем сильнее, до получения результатов. Оксид меди окисляет органическое вещество. Входивший в его состав углерод образует СО2, вызывающий помутнее известковой воды Са(ОН)2. Из водорода получается вода, капельки которой конденсируются на стенках в верхней части пробирки. Вода обнаруживается по изменению окраски безводного сульфата меди, помещенного в горлышке пробирки: СuSO4 белые кристаллы ® СuSO4×5Н2О синие.
Напишите уравнения реакций:
1) разложения сахара до углерода;
2) окислительно – восстановительную реакцию оксида меди (II) с углеродом;
3) взаимодействие СО2 с известковой водой.
Сделайте вывод.
Опыт № 2 Получение и свойства метана
Сухую пробирку с приготовленной смесью безводного ацетата натрия и натронной извести (1:2) закройте пробкой с газоотводной трубкой и закрепите горизонтально в зажиме. Нагревайте смесь сначала осторожно, затем сильно, пропуская образующиеся газ поочередно через растворы (по 1мл) бромной воды и перманганата калия. Проверните пробку с газоотводной трубкой горизонтально в бок и подожгите выделяющийся газообразный метан у конца трубки. Метан спокойно сгорает голубоватым пламенем. Прекратите нагревание.
Напишите уравнения реакций:
1) получения метана из ацетата натрия и щелочи;
2) горения метана.
Объясните окраску пламени, учитывая соотношения С:Н, характер связи. Сделайте вывод о химической активности алканов на примере метана по его отношению к цветным реактивам.
Выполните задания:
- Рассчитайте массу 1л метана; вычислите относительную плотность метана по водороду DН2 и гелию DНе.
- Вычислите, какой объем воздуха расходуется при полном сгорании 1л метана (в воздухе 21% кислорода, т.е. 1/5 по объему).
- При проведение элементного микроанализа навески органического вещества было определенно процентное содержание: углерода 80% и водорода 20%. Плотность паров по водороду равна 15. Найдите молекулярную формулу вещества.
- Определите молекулярную формулу органического вещества, содержащего 82,76% углерода и 17,24% водорода, если его молекулярная масса равна 58.