Przeczytaj

bg‑yellow

Spalanie alkenów

Spalanie alkenówalkenyalkenów zachodzi przy udziale tlenu, a produktami tego procesu, w zależności od ilości dostarczonego tlenu, mogą być:

węgiel (w postaci sadzy) – spalanie niecałkowitespalanie niecałkowitespalanie niecałkowite;
tlenek węgla( $II$ ) – spalanie niecałkowite;
tlenek węgla( $IV$ ) – spalanie całkowitespalanie całkowitespalanie całkowite.

Schematycznie proces spalania alkenów można zapisać w postaci równania:

alken + O_{2} \to {CO}_{2} (CO lub C) + H_{2} O + ciepło

bg‑yellow

Doświadczenie

Polecenie 1

Najprostszym przedstawicielem alkenów jest eten. Można go otrzymać na skutek depolimeryzacji polietylenu, co w praktyce sprowadza się do rozkładu folii wykonanej z polietylenu (PE) pod wpływem wysokiej temperatury.

Równanie reakcji tego procesu zostało przedstawione poniżej.

{[— {CH}_{2} —]}_{n} \overset{ogrzewanie}{\to} n {CH}_{2} = {CH}_{2}

Zebrany w odpowiedni sposób gaz, zazwyczaj poddawany jest dalszej charakterystyce (np. określana jest jego palność lub reaktywność chemiczna).

Wykonaj doświadczenie w laboratorium chemicznym. Zaproponuj problem badawczy/problemy badawcze oraz postaw hipotezę/hipotezy, w oparciu o materiał badawczy i instrukcję wykonania doświadczenia. Rozwiąż dany problem lub problemy i zweryfikuj hipotezę/hipotezy. W formularzu zapisz spodziewane obserwacje. Następnie sformułuj wnioski i zapisz równania reakcji chemicznych, pamiętając o uwzględnieniu współczynników stechiometrycznych.

R1Qyoh63JpJUA

Sprzęt i odczynniki laboratoryjne

łuczywko lub zapałki;

cztery probówki;

łapa;

statyw;

krystalizator;

rurka odprowadzająca do probówek;

pipeta;

papierowa kartka;

drewniana łapa do próbówek;

folia z polietylenu;

woda wapienna.

Instrukcja wykonania doświadczenia

Ponumeruj probówki (1-4).

Próbówkę nr 1 umocuj w łapie statywu i włóż do niej pociętą folię polietylenową. Zamknij próbówkę korkiem z rurką oprowadzającą.

W krystalizatorze z wodą umieść do góry dnem probówkę nr 2, napełnioną wodą. Probówkę nr 1 ogrzewaj, a wydzielający gaz zbieraj w próbówce nr 2. W ten sam sposób napełnij gazem probówki (3-4) i zamknij je korkami.

Do wylotu probówki nr 2 z zebranym gazem (etenem) zbliż zapalone łuczywko i obserwuj zachowanie płomienia przy pełnym dostępie tlenu.

Następnie (po zgaszeniu płomienia) dodaj do próbówki około 0,5 cm³ wody wapiennej i całość wstrząśnij.

Porównaj wygląd wody wapiennej przed i po dodaniu jej do probówki. Zanotuj obserwacje.

Zbliż do probówki nr 3 zapalone łuczywko i zbadaj zachowanie płomienia przy ograniczonym dostępie tlenu, używając do tego celu kartki papierowej.

Zgaś płomień i dodaj do probówki wodę wapienną jak poprzednio. Zanotuj obserwacje.

Do probówki nr 4 zbliż zapalone łuczywko i zbadaj wygląd płomienia, gdy zostanie szybko zgaszony.

Dodaj wodę wapienną, jak do probówki nr 2 oraz 3. Zanotuj obserwacje.

Problem badawczy

Hipoteza

Obserwacje

Wnioski

Równania reakcji chemicznych

RYa1aDFXJ4jqL

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

RMiabUPhqEjUP

Sprawdź, czy Twoje obserwacje, wyniki i wnioski są podobne do zamieszczonych. Poniżej zaproponowano jedną z możliwych hipotez.

Analiza doświadczenia

Otrzymywanie i spalanie etenu.

Problem badawczy

Jakie są produkty spalania etenu?

Hipoteza

Przy małym dostępie tlenu podczas spalania etenu, jednym z produktów jest sadza.

Obserwacje

Pełny dostęp tlenu: zmętnienie wody wapiennej.
Ograniczony dostęp tlenu: brak zmętnienia wody wapiennej, płomień świecący.
Mały dostęp tlenu: brak zmętnienia wody wapiennej, płomień kopcący.

Wnioski

Produktami całkowitego spalania alkenów jest tlenek węgla( $IV$ ) i woda. Potwierdzeniem obecności tlenku węgla( $IV$ ) w probówce jest zmętnienie wody wapiennej. Przy ograniczonym dostępnie tlenu, powstaje tlenek węgla( $II$ ) i woda, a przy braku tlenu – woda i sadza.

Równania reakcji

1. Pełny dostęp tlenu (spalanie całkowite):

C_{2} H_{4} + 3 O_{2} \to 2 {CO}_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Ca {(OH)}_{2} + {CO}_{2} \to {CaCO}_{3} + H_{2} O

2. Ograniczony dostęp tlenu (spalanie niecałkowite do $CO$ ):

C_{2} H_{4} + 2 O_{2} \to 2 CO + 2 H_{2} O

3. Mały dostęp tlenu (spalanie niecałkowite do $C$ ):

C_{2} H_{4} + O_{2} \to 2 C + 2 H_{2} O

Ważne!

Praktycznym przykładem tego procesu jest spawanie metali, do którego, jako gazu paliwowego, używa się czasami etenu.

Jakie efekty energetyczne towarzyszą reakcji spalania całkowitego etenu?

C_{2} H_{4} + 3 O_{2} \to 2 {CO}_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Na podstawie wartości energii wiązań, można przeprowadzić dla powyższej reakcji obliczenia standardowej entalpii reakcji ( $∆ H °$ ).

Typ wiązania	Energia wiązania $[\frac{kJ}{mol}]$
$C = C$	$612$
$C — C$	$338$
$O = O$	$499$
$C = O$	$742$
$C — C$	$415$
$C — C$	$465$

Ponieważ wszystkie wiązania kowalencyjne w cząsteczkach reagentów są zerwane, ilość ciepła wydzielanego w tej reakcji jest związana z siłą tych wiązań (i, oczywiście, siłą wiązań utworzonych w produktach).

RIKo949BohsWX

Ilustracja przedstawiająca równanie reakcji chemicznej. Cząsteczka etenu zbudowanego z dwóch połączonych ze sobą za pomocą wiązania podwójnego atomów węgla, z których każdy związany jest z dwoma atomami wodoru. Dodać cząsteczka tlenu zbudowana z dwóch atomów tlenu połączonych za pomocą wiązania podwójnego. Substraty zostały wzięte w klamrę, którą opisano "rozrywane wiązania". Strzałka w prawo, za strzałką znajdują się dwie cząsteczki tlenku węgla(<math aria‑label="cztery">IV), który to zbudowany jest z atomu węgla połączonego za pomocą dwóch wiązań podwójnych z dwoma atomami tlenu. Dodać dwie cząsteczki wody zbudowanej z atomu tlenu połączonego za pomocą dwóch wiązań pojedynczych z dwoma atomami wodoru. Produkty zostały wzięte w klamrę, którą opisano "tworzenie wiązania". — Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Standardowa entalpia reakcji:

Δ H^{\circ} = \underset{rozrywanie wiązania}{(4 \cdot E_{C — H} + 2 \cdot E_{C = C} + 3 \cdot E_{O = O})} - \underset{tworzenie wiązania}{(4 \cdot E_{C = O} + 4 \cdot E_{H — O})}

Δ H^{\circ} = (4 \cdot 415 \frac{kJ}{mol} + 2 \cdot 612 \frac{kJ}{mol} + 3 \cdot 499 \frac{kJ}{mol}) -

(4 \cdot 742 \frac{kJ}{mol} + 4 \cdot 465 \frac{kJ}{mol})

Δ H^{\circ} = - 477 \frac{kJ}{mol}

Wniosek:

Spalanie alkenów jest procesem egzotermicznym, ponieważ zmiana entalpii reakcji przyjmuje wartość ujemną. Oznacza to, że w trakcie reakcji wydzielają się ogromne ilości energii.

Słownik

czad

potoczna nazwa tlenku węgla( $II$ ), który ma silne właściwości toksyczne

alkeny

węglwodory nienasycone, które zawierają jedno wiązanie podwójne między atomami węgla; ich wzór ogólny to $C_{n} H_{2 n}$ , gdzie $n$ to liczna całkowita

spalanie całkowite

zachodzi wtedy, gdy cała ilość spalanej substancji ulega utlenieniu; spalaniu całkowitemu towarzyszy wydzielanie się tlenku węgla( $IV$ )

spalanie niecałkowite

zachodzi wtedy, gdy niecała ilość spalanej substancji ulega utlenieniu; spalaniu niecałkowitemu towarzyszy pojawienie się sadzy lub tlenku węgla( $II$ )

Bibliografia

Bieniek G., Chemia. Trening przed maturą. Doświadczenia chemiczne w zadaniach, Kraków 2007.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

Morrison R. T., Boyd R. N., Chemia organiczna, tłum. W. Antkowiak i in., t. 1‑2, Warszawa 2010.

Vollhardt P., Schore N. E., Organic Chemistry structure and function, 6th Edition, New York 2007.

Wprowadzenie

Film samouczek

Spalanie alkenów

Doświadczenie

Słownik

Bibliografia