Формула метана
Определение и формула метана
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Метан (болотный газ) - самый простой углеводород, первый член гомологичной серии алканов.
Формула - \(\
CH_{4}
\)
Молярная масса составляет 16,04 г / моль.
Физические свойства - при нормальных условиях - бесцветный газ, без запаха.
Он плохо растворяется в воде.
Известный физик А. Вольта обнаружил метан в болоте в 1776 году.
Метан является основным компонентом природного газа, он содержится в больших количествах в атмосфере газовых гигантов.
Химические свойства метана
Метан взаимодействует с галогенами при облучении светом радикальным механизмом:
\(\
CH_{4}+Cl_{2}=CH_{3}Cl+HCl
\)
Подвергается нитрованию разбавленной азотной кислотой при нагревании:
\(\
CH_{4}+HNO_{3}=CH_{3}NO_{2}+H_{2}O
\)
Может реагировать с аммиаком при температуре приблизительно \(\
1400^{\circ} \mathrm{C}
\) .Это приводит к образованию гидроциановой кислоты HCN.
Может взаимодействовать с водой при температуре \(\
800^{\circ} \mathrm{C}
\) на никелевом катализаторе:
\(\
CH4+H_{2}O=CO+H_{2}
\)
Термически разлагается при температуре \(\
1000^{\circ} \mathrm{C}
\) до ацетилена и водорода:
\(\
CH4+=C_{2}H_{2}+H_{2}
\)
Получение
В лабораторных условиях метан получают нагреванием безводного гидроксида натрия ледяной уксусной кислотой:
\(\
2NaOH+CH3COOH\rightarrow N_{a2}CO_{3}+H_{2}O+CH_{4}\uparrow
\)
Другой способ получения основан на слиянии ацетата натрия с \(\
N_{a}OH
\) :
\(\
CH+{3}COON_{a}+N_{a}OH\rightarrow CH_{4}\uparrow + N_{a2}CO_{3}
\)
заявка
Метан широко используется в качестве промышленного и внутреннего газа. он химически перерабатывается главным образом в ацетилен, сажу, фторид и производные хлора.
Примеры решения проблем
ПРИМЕР 1
Рассчитать энергию связи \(\
C-H
\) в \(\
CH_{4}
\) , используя энтальпии образования соответствующих веществ.
Запишем химическую реакцию, в которой метан разлагается на атомы углерода и водорода:
\(\
CH_{4}\rightarrow C+4H
\)
Определите изменение энтальпии этой реакции:
\(\
\Delta H=\Delta H(C)+4\cdot \Delta H (H) -\Delta H (CH_{4}) = 0+4\cdot 217,9-(-74,85)=946,45
\)
Эта энергия соответствует разрыву четырех связей \(\
C-H
\) , то энергия разрушения одной связи \(\
C-H
\) :
\(\
E(C-H)=\frac{\Delta H}{4}=\frac{946,45}{4}=236,61кДж / моль
\)
\(\
E(C-H)=236,61кДж / моль
\)
ПРИМЕР 2
Рассчитать изменение стандартной энергии Гиббса сольватации \(\
CH_{4}
\) в воде при \(\
25^{\circ} \mathrm{C}
\)
Процесс сольватации метана соответствует процессу растворения \(\
CH_{4}
\) в \(\
H_{2}O
\) . Это можно записать в виде уравнения:
\(\
CH_{4gas}\leftrightarrows CH_{4solution}
\)
Запишем выражение для константы равновесия этого процесса:
\(\
K=\frac {C_{M}}{P(CH_{4})}
\)
В этом случае стандартное состояние вещества в газообразном состоянии составляет 1 атм, а в растворе 1 моль / л.
Эта постоянная постоянная Генри с размером моль / (1 атм).
Мы берем его численное значение из справочника: \(\
K=1,4\cdot 10^{-3}
\)
Изменение стандартной энергии Гиббса рассчитывается по уравнению нормального сродства:
\(\
\Delta G^{0} =-R\cdot T\cdot lnK=-8,314\cdot 298\cdot ln [1,4\cdot10^{-3}]=16281 кДж/моль
\)
\(\
\Delta G^{0} =16,3 кДж/моль
\)