Лабораторная работа на тему алифатические углеводороды

Цель: изучить лабораторные методы получения алифатических углеводородов, их физические и химические свойства. Оборудование: пробирка, газоотводная трубка, промывалка, кристаллизатор, цилиндр, горелка, штатив. Реактивы: безводный ацетат натрия (СН₃СООNa), натронная известь (NaOH), раствор перманганата калия (KMnO₄), раствор бромной воды (Br₂)

Опыт 1. Получение метана и изучение его свойств

а) Получение и горение метана. В сухую пробирку насыпали смесь для получения метана: безводный ацетат натрия и прокаленная натронная известь в соотношении 1:2 (высота ~ 4 см.) Закрыли пробирку пробкой с газоотводной трубкой и закрепили ее в штативе. Приготовили две пробирки – приемники: одну с 3 мл очень разбавленного раствора KMnO₄, вторую – с 3 мл бромной воды. Рис. 1. Прибор для получения метана Часть пробирки со смесью сильно нагрели. Уравнения реакций: СН₃СООNa + NaOH  СН₄↑ + Na₂CO₃ СН₄↑ + O₂  СО₂↑ + Н₂O Наблюдения: сначала из пробирки вытеснился воздух, затем начинается выделение метана. При поджигании метана у конца газоотводной трубки, наблюдали голубоватое несветящееся пламя. б) Отношение метана к окислителям: бромной воде, водному раствору перманганата калия. Полученный метан в ходе прокаливания смеси ацетата натрия и натронной извести, пропускали в две пробирки с растворами бромной воды и перманганата калия СН₄↑ +  Br₂  → реакция не идет СН₄↑ +  KMnO₄ → реакция не идет Наблюдения: Окраска бромной воды и перманганата калия в пробирке не исчезла, что означает отсутствие химической реакции с метаном Вывод: Метан относится к классу предельных углеводородов, все связи у него насыщены, и ввиду отсутствия кратных двойных или тройных связей в молекуле, он стоек к окислителям и не вступает с ними в реакцию при данных условиях. Как представитель алканов с небольшой молекулярной массой горит легко, без копоти, образуя продукты горения ввиде углекислого газа и паров воды.

Опыт 2. Получение этилена и изучение его свойств

Реактивы: смесь для получения этилена (смесь 96%-ного этилового спирта и концентрированной серной кислоты в объемном отношении 1:2), бромная вода, 2%-ный раствор KMnO₄, концентрированная серная кислота. Оборудование: прибор для получения этилена (рис. 2), пробирки, штатив, газовая горелка, тлеющая лучина. а) Получение этилена и реакция с перманганатом калия: Получение этилена дегидратацией этанола и его горение (Тяга!). рис. 2. Прибор для получения этилена В сухую пробирку налили 5 мл смеси (этиловый спирт и концентрированная серная кислота в объемном отношении 1:2). При смешивании этанола с серной кислотой образуется этилсерная кислота – кислый сложный эфир. С₂Н₅ОН + Н₂SO₄ → С₂Н₅ОSO₂OH + Н₂O ^{Этанол                                         этилсерная кислота} Закрыли пробирку пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагревали. С₂Н₅ОSO₂OH → СН₂=СН₂↑ + Н₂SO₄ этилсерная кислота       этилен Наблюдения: отметили выделение бесцветного газа. Реакция этилена с подкисленным раствором перманганата калия. В пробирку налили 2 мл 2% -го раствора KMnO₄, добавили несколько капель раствора серной кислоты и пропустили газообразный этилен. Уравнение реакции: Наблюдения: Фиолетовая окраска раствора KMnO₄ полностью исчезла. Этилен окислился до двухатомного спирта — этиленгликоля б) Реакция этилена с бромной водой. Выделяющийся этилен пропустили в раствор бромной воды Наблюдения: Окраска желтой бромной воды в пробирке обесцветилась в) Горение этилена. Полученный в ходе опытов этилен собрали в цилиндр и подожгли горящей лучиной С₂Н₄ + 3O₂  2СО₂↑ +  2Н₂O Наблюдения: Этилен горит светящимся коптящим пламенем. На крышке образуется черное пятно из-за высокого содержания углерода в молекуле. Вывод: Синтезировав в лабораторных условиях и изучив химические свойства этилена, представителя класса алкенов, выяснили что благодаря наличию кратных связей, вступает в реакции присоединения, способен к окислению, горит коптящим пламенем, т. к. содержит высокий процент углерода.

Опыт 3. Получение ацетилена и изучение его свойств

Реактивы: карбид кальция (CaC₂), вода (H₂O), хлорид натрия (NaCl), бромная вода (Br₂+H₂O), 2%-ный раствор KMnO₄, аммиачный раствор хлорида меди ([Cu (NH₃)₂] Cl), аммиачный раствор оксида серебра ([Ag(NH₃)₂]OH),  концентрированная серная кислота (Н₂SO₄). Оборудование: прибор для получения ацетилена, колба Вюрца, капельная воронка, газоотводная трубка, пробирки, штатив, газовая горелка, тлеющая лучина, фильтровальная бумага, огнезащитная прокладка. Получение ацетилена Собрали прибор по рис 3, для получения ацетилена. В колбу поместили несколько кусочков карбида кальция величиной с горошину, вставили плотно пробку с воронкой, налили в воронку насыщенный раствор поваренной соли и пустили несколько капель его в колбу. Дальнейшее прибавление раствора производили так, чтобы установился равномерный ток газа со скоростью, позволяющей считать пузырьки. Образующийся газ собрали в цилиндр по способу вытеснения воды. Рис. 3 Прибор для получения ацетилена Уравнение реакции: СаС₂ + 2Н₂O → НС≡СН↑ + Са(ОН)₂  Наблюдения: отметили выделение бесцветного газа в виде пузырьков в цилиндре с водой. а) реакция ацетилена с бромной водой Выделяющийся ацетилен, в результате действия воды на карбид кальция, пропустили в раствор бромной воды Наблюдения: Окраска желтой бромной воды в пробирке полностью обесцветилась. Происходит постепенное присоединение двух молекул брома по месту тройной связи. б) реакция с перманганатом калия Выделяющийся ацетилен, в результате действия воды на карбид кальция, пропустили через разбавленный раствор перманганата калия Наблюдения: Фиолетовая окраска перманганата калия в пробирке полностью быстро обесцветилась. Происходит окисление ацетилена по месту разрыва тройной связи, с образованием продукта окисления – щавелевой кислоты. в) реакция с однохлористой медью Выделяющийся ацетилен пропускаем через аммиачный раствор хлорида меди (I) CuCl + 2NH₃ →[Cu(NH₃)₂]Cl Наблюдения: при пропускании газа в синий аммиачный раствор хлорида меди (I) отметили выпадение осадка красно-кирпичного цвета – ацетиленида меди. г) реакция с аммиачным раствором оксида серебра Выделяющийся ацетилен пропускаем через приготовленный аммиачный раствор оксида серебра Наблюдения: при пропускании газа в прозрачный аммиачный раствор оксида серебра, отметили выпадение осадка бело-сероватого цвета – ацетиленида серебра. д) свойства ацетиленидов Взрыв ацетиленида серебра Полученный в предыдущем опыте просушенный на фильтровальной бумаге ацетиленид серебра подожгли тлеющей лучинкой AgC≡СAg → 2Ag + 2C Раскаленные частицы серебра и углерода окисляются кислородом воздуха. Конечными продуктами реакции являются оксиды серебра (I) и углерода (IV): 4Ag + O₂ → 2Ag₂O C + O₂ →CO₂ Наблюдения: Ацетиленид серебра взрывается от горящей лучинки. При нагревании происходит удаление остатков воды из ацетиленида серебра, в сухом состоянии он крайне неустойчив и взрывается. Происходит внутримолекулярная ОВР, окислителем являются атомы серебра со степенью окисления +1, восстановителем — атомы углерода со степенью окисления -1. Взрыв ацетиленида меди Полученный в предыдущем опыте просушенный на фильтровальной бумаге красный осадок ацетиленида меди подожгли тлеющей лучинкой CuC≡СCu → 2Сu + 2C Раскаленные частицы меди и углерода окисляются кислородом воздуха. Конечными продуктами реакции являются оксиды серебра (I) и углерода (IV): 2Сu + O₂ → 2CuO C + O₂ →CO₂ Наблюдения: Ацетиленид меди взрывается от горящей лучинки. При нагревании происходит удаление остатков воды из ацетиленида меди, в сухом состоянии он крайне неустойчив и взрывается. Происходит внутримолекулярная ОВР, окислителем являются атомы меди со степенью окисления +1, восстановителем — атомы углерода со степенью окисления -1. Вывод: Синтезировав в лабораторных условиях и изучив химические свойства ацетилена, выяснили что благодаря наличию кратных связей, вступает в реакции присоединения, способен к окислению, горит коптящим пламенем, т. к. содержит высокий процент углерода. Благодаря подвижности атома водорода, ацетилен и его гомологи с концевой тройной связью проявляя кислотные свойства, способны образовывать соли, замещая атом водорода на металл. Полученные ацетилениды устойчивы только во влажном состоянии, в сухом состоянии крайне неустойчивы и способны разлагаться.