Предельные углеводороды. Урок №4

ТЕМА УРОКА:
«Химические свойства алканов»
Цели урока:
На основе представлений о составе и строении молекул, природе химических связей рассмотреть химические свойства предельных углеводородов.
Обратить внимание на соблюдение правил пользования бытовым газом вследствие его взрывоопасности.

CnH2n+2
Химическая устойчивость алканов объясняется высокой прочностью б - связей С-С и С-Н, а также их неполярностью. Неполярные связи С-С и С-Н не склонны к ионному разрыву, но способны расщепляться гомолитически под действием активных свободных радикалов.
В обычных условиях алканы химически инертны. Они устойчивы к действию многих реагентов: не взаимодействуют с концентрированными серной и азотной кислотами, с концентрированными и расплавленными щелочами, не окисляются сильными окислителями – перманганатом калия KMnO4 и т. п.

Наиболее характерны для алканов реакции замещения, Наиболее характерны для алканов реакции замещения, отщепленияНаиболее характерны для алканов реакции замещения, отщепления, горения:

Реакции замещения.
Протекают по механизму радикального замещения, обозначаемого Sr (англ. substitution radicalic).
а) с галогенами (с Cl2 – на свету, с Br2 – при нагревании).
hv
трихлорметан
(хлороформ)
hv
тетрахлорметан
Хлорирование метана
CH4 + Cl2
CH3Cl + HCl
хлорметан
CH3Cl + Cl2
hv
CH2Cl2 + HCl
дихлорметан
CH2Cl2 + Cl2
hv
CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cl2
CCl4 + HCl

Механизм реакции замещения
Состоит из 3 стадий:
-зарождение цепи
Cl2
2Cl·
-развитие цепи
CH4
+
Cl·
свет
·CH3
+
HCl
-обрыв цепи
·CH3
·CH3
+
Cl2
CH3Cl
+
Cl·
+
Cl·
CH3Cl
2Cl·
Cl2
2·CH3
C2H6

Перед нами типичная цепная реакция… Теоретически хлорирование метана может идти до бесконечности, т.е. до тех пор пока не перестанут образовываться радикалы, пока цепь не замкнется.

Общая схема реакции Sr
* Замещение у хлорметана идет легче, чем у метана, так как атом хлора поляризует связи С-Н и делает их реакционноспособными.
* Замещение легче всего идет у третичного атома углерода, сложнее – у вторичного, первичного атомов.

Взаимодействие со фтором
в) в атмосфере фтора происходит следующая реакция:

Нитрование алканов
б) замещение может происходить с азотной кислотой при t=140º (реакция Коновалова), при этом получаются нитросоединения:
Схема реакции:
R-H + HO-NO2
140-150 C°,P
R-NO2 + H2O

Реакции отщепления.
а) дегидрирование:
CH3 – CH3
Pt,t°
CH2=CH2 + H2
б) крекинг алканов:
CH3 – CH2 – CH2 – CH3
t°
C2H6 + C2H4
в) полное термическое разложение:
CH4
1000° C
C + 2H2
г) для метана характерен пиролиз:
2CH4
C2H2 + 3H2
1500° C
CnH2n+2
nC + (n +1)H2
этилен
этан
этен
ацетилен

Крекинг алканов
Крекинг – реакции расщепления углеродного скелета крупных молекул при нагревании и в присутствии катализаторов.
При температуре 450 – 700 ° С алканы распадаются за счет разрыва связей С – С (более прочные связи С – Н при этом сохраняются) и образуются алканы и алкены с меньшим числом углеродных атомов.
Распад связей происходит гомолитически с образованием свободных радикалов:

ВИДЫ КРЕКИНГА

Реакции окисления.
а) все алканы горят с образованием углекислого газа и воды :
б) при недостатке кислорода алканы могут сгорать до угарного газа или с образованием сажи (коптят):
в) каталитически алканы могут окисляться с разрывом С – С связи примерно в середине молекулы:

Горение алканов:

Взрыв метана с кислородом
Для полного сгорания метана на один объем метана нужно взять два объема кислорода (см. уравнение реакции). Пластиковую бутылку, разделенную метками на три равные части, заполним способом вытеснения воды одной частью метана и двумя частями кислорода. При поджигании смеси происходит взрыв - полное сгорание метана в кислороде.
CH4 + 2О2 = СО2 + 2 Н2О
Оборудование: пробирка,
газоотводная трубка, промывалка,
кристаллизатор, цилиндр, горелка,
штатив.
Техника безопасности.
Соблюдать правила работы с
горючими газами и нагревательными
приборами.

Реакции изомеризации.
Алканы подвергаются изомеризации при нагревании на катализаторе AlCl3 :

Ароматизация.
Алканы с 6 и более атомами углерода вступают в реакции дегидрирования с образованием цикла (дегидроциклизации) :