Уравнения реакций всех способов получения бутана

Бутан, получение, свойства, химические реакции

Физические свойства бутана:

Наименование параметра:	Значение:
Цвет	без цвета
Запах	специфический характерный запах
Вкус	без вкуса
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.)	газ
Плотность (состояние вещества – жидкость, при 0 °C), кг/м 3	601,2
Плотность (состояние вещества – газ, при 0 °C), кг/м 3	2,672
Температура плавления н-бутана, °C	-138,4
Температура плавления изобутана, °C	-159,6
Температура кипения н-бутана, °C	-0,5
Температура кипения изобутана, °C	-11,7
Температура самовоспламенения, °C	372
Критическая температура*, °C	152,01
Критическое давление, МПа	3,797
Критический удельный объём, м 3 /кг	228
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных	от 1,4 до 9,3
Удельная теплота сгорания, МДж/кг	45,8
Молярная масса, г/моль	58,12

* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.

Видео

Получение бутана. Химические реакции – уравнения получения бутана:

Так как бутан в достаточном количестве содержится в природном газе, попутном нефтяном газе и выделяется при крекинге нефтепродуктов, его не получают искусственно. Его выделяют при очистке и сепарации из природного газа , ПНГ и нефти при перегонке.

Бутан в лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:

1. 1. гидрирования непредельных углеводородов , например, бутена:

1. 2. восстановления галогеналканов:

1. 3. взаимодействия галогеналканов с металлическим щелочным металлом , например, натрием (реакция Вюрца):

Суть данной реакции в том, что две молекулы галогеналкана связываются в одну, реагируя с щелочным металлом .

1. 4. щелочного плавления солей одноосновных органических кислот:

Получение и применение алканов

* Другие методы получение алканов

При горении алканов выделяется большое количество теплоты. В связи с этим алканы используются в качестве топлива. Мы уже говорили, что метан является основным компонентом природного газа. Смесью пропана и изомерных бутанов заполняют газовые баллоны. Жидкие алканы входят в состав бензина и дизельного топлива.

Другим направлением использования алканов является получение из них различных веществ. То есть алканы применяются в качестве сырья в химической промышленности. Взаимодействием метана с водяным паром получают водород:

Этот процесс называют конверсией метана. Образующаяся смесь водорода и оксида углерода(II) называется синтез-газом. Из водорода, выделенного из синтез-газа, и азота воздуха получают аммиак. Эти процессы осуществляют в больших масштабах на предприятии ОАО «Гродно Азот».

Из алканов получают углеводороды с двойными и тройными связями (ненасыщенные углеводороды). Эти углеводороды являются химически более активными, и из них синтезируют множество полезных органических веществ. Способы получения и свойства ненасыщенных углеводородов рассмотрим в следующих параграфах.

Молекулы различных алканов имеют сходное строение, поэтому алканы обладают сходными химическими свойствами.

Алканы при повышенной температуре или облучении вступают в реакции замещения с галогенами (хлором и бромом), в результате которых углеродный скелет молекулы алкана сохраняется, а атомы водорода замещаются атомами галогенов.

При сильном нагревании алканов в их молекулах происходит разрыв связей и . В результате молекулы алканов могут быть полностью разрушены с образованием углерода и водорода (пиролиз).

Нагревая алканы неразветвлённого строения в присутствии катализатора, можно получить разветвлённые алканы (изомеризация).

Алканы сгорают в кислороде. В результате реакции могут образовываться СО₂, СО, С и Н₂О.

Алканы содержатся в природном газе и нефти.

Алканы в основном используются в качестве топлива, а также для получения других веществ (водород, ненасыщенные углеводороды).

Бутан, формула, газ, характеристики:

Бутан – органическое вещество класса алканов, состоящий из четырех атомов углерода и десяти атомов водорода. Название происходит от корня «бут-» (французское название масляной кислоты – acide butyrique) и суффикса «-ан» (что означает принадлежность к алканам).

Бутан, получение, свойства, химические реакции

Бутан, C4H10 – органическое вещество класса алканов. В природе содержится в природном газе, добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе. Образуется также при крекинге нефтепродуктов.

Бутан, формула, газ, характеристики

Физические свойства бутана

Химические свойства бутана

Химические реакции – уравнения получения бутана

Применение и использование бутана

Вопросы и задания

1. Напишите уравнение реакции монобромирования этана.

Напишите уравнения реакций, которые протекают при взаимодействии с хлором. Считайте, что только один атом водорода в молекуле замещается на хлор. Подпишите названия образующихся органических веществ.

3. Сколько хлорпроизводных можно получить в результате хлорирования этана? Напишите уравнения реакций получения всех возможных хлорпроизводных этана, назовите хлорпроизводные. Можно ли при записи уравнений реакций в данном случае использовать молекулярные формулы?

4. Напишите уравнение реакции горения бутана в избытке кислорода. Какой объём (н. у.) углекислого газа образуется при сжигании 1 моль бутана?

5. Напишите уравнение реакции пиролиза метана с образованием водорода и углерода. Найдите массу углерода, который может быть получен при полном разложении 44,8 дм 3 (н. у.) метана.

6. Назовите основные области применения алканов.

7*. Напишите уравнения реакций, при помощи которых из этана и неорганических веществ можно получить н-бутан .

8*. В результате реакции хлорирования этана образуется небольшое количество н-бутана . Объясните данное явление, напишите уравнения соответствующих реакций.

9*. Напишите структурную формулу вещества состава С₃Н₆О₂, если известно, что его водный раствор имеет кислую реакцию, а при прокаливании его натриевой соли с NaOH образуется этан. Напишите уравнения протекающих реакций. (Ответ: пропановая кислота.)

10*. Предложите две возможные структурные формулы вещества состава С₄Н₈О₂, если известно, что его раствор имеет кислую реакцию. При прокаливании натриевой соли вещества с гидроксидом натрия образуется пропан. (Ответ: бутановая кислота и 2-метилпроановая кислота.)

11*. Установите строение углеводорода С₆Н₁₄, при монобромировании которого образуется третичное бромпроизводное. Этот углеводород может быть получен по методу Вюрца без побочных продуктов. Напишите схемы протекающих реакций. (Ответ: 2,3-диметилбутан. )

12*. Получите пропан из уксусной кислоты.

13*. В газообразной смеси метана и хлора на три молекулы метана приходится одна молекула хлора.

Источник

Бутан

Характеристики и физические свойства бутана

Бутан практически не растворим в воде, так как его молекулы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды. Он хорошо растворяется в неполярных органических растворителях, таких как бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и др.

Рис. 1. Строение молекулы бутана.

Таблица 1. Физические свойства бутана.

Плотность (0 o С), г/см 3

Температура плавления, o С

Температура кипения, o С

Получение бутана

Основными источникамибутанаявляются нефть и природный газ. Его можно выделить фракционной перегонкой природного газа или бензиновой фракции нефти.

В лабораторных условиях бутан получают следующими способами:

— гидрированием непредельных углеводородов

— по реакции щелочного плавления солей одноосновных органических кислот

— взаимодействием галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

Химические свойства бутана

В обычных условиях бутан не реагирует с концентрированными кислотами, расплавленными и концентрированными щелочами, щелочными металлами, галогенами (кроме фтора), перманганатом калия и дихроматом калия в кислой среде.

Для бутана наиболее характерны реакции, протекающие по радикальному механизму. Энергетически более выгоден гомолитический разрыв связей C-H и C-C, чем их гетеролитический разрыв.

Все химические превращения бутана протекают с расщеплением:

Источник

Бутан: способы получения и химические свойства

Бутан C₄H₁₀ – это предельный углеводород, содержащий четыре атома углерода в углеродной цепи. Бесцветный газ без вкуса и запаха, нерастворим в воде и не смешивается с ней.

Гомологический ряд бутана

Все алканы — вещества, схожие по физическим и химическим свойствам, и отличающиеся на одну или несколько групп –СН₂– друг от друга. Такие вещества называются гомологами, а ряд веществ, являющихся гомологами, называют гомологическим рядом.

Самый первый представитель гомологического ряда алканов – метан CH₄. , или Н–СH₂–H.

Продолжить гомологический ряд можно, последовательно добавляя группу –СН₂– в углеводородную цепь алкана.

Название алкана	Формула алкана
Метан	CH4
Этан	C2H6
Пропан	C3H8
Бутан	C4H10
Пентан	C5H12
Гексан	C6H14
Гептан	C7H16
Октан	C8H18
Нонан	C9H20
Декан	C10H22

Общая формула гомологического ряда алканов C_nH_2n+2.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C₅–C₁₇ – жидкости, начиная с C₁₈ – твердые вещества.

Строение бутана

В молекулах алканов встречаются химические связи C–H и С–С.

Связь C–H ковалентная слабополярная, связь С–С – ковалентная неполярная. Это одинарные σ-связи. Атомы углерода в алканах образуют по четыре σ-связи. Следовательно, гибридизация атомов углерода в молекулах алканов – sp 3 :

При образовании связи С–С происходит перекрывание sp 3 -гибридных орбиталей атомов углерода:

При образовании связи С–H происходит перекрывание sp 3 -гибридной орбитали атома углерода и s-орбитали атома водорода:

Четыре sp 3 -гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.

Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в алканах направлены в пространстве под углом 109 о 28′ друг к другу:

Это соответствует тетраэдрическому строению.

Например, в молекуле бутана C4H10 атомы водорода располагаются в пространстве в вершинах тетраэдров, центрами которых являются атомы углерода. При этом углеродный скелет имеет зигзагообразное строение.

Изомерия бутана

Структурная изомерия

Для бутана характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета.

Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.

Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.

Например. Для н-бутана (алкана с линейной цепью) существует изомер с разветвленным углеродным скелетом – изобутан

Бутан	Изобутан

Для бутана не характерна пространственная изомерия.

Химические свойства бутана

Бутан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для бутана характерны реакции:

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для бутана характерны радикальные реакции.

Бутан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

1. Реакции замещения

В молекулах алканов связи С–Н более доступны для атаки другими частицами, чем менее прочные связи С–С.

1.1. Галогенирование

Бутан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании бутана образуется смесь хлорпроизводных.

Например, при хлорировании бутана образуются 1-хлорбутан и 2-хлорбутан: Бромирование протекает более медленно и избирательно. Избирательность бромирования: сначала замещается атом водорода у третичного атома углерода, затем атом водорода у вторичного атома углерода, и только затем первичный атом. С третичный–Н > С вторичный–Н > С первичный–Н Например, при бромировании пропана преимущественно образуется 2-бромбутан: Хлорбутан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорбутана, трихлорбутана, тетрахлорбутана и т.д. 1.2. Нитрование бутана Бутан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании и под давлением. Атом водорода в бутане замещается на нитрогруппу NO2. Например. При нитровании бутана образуется преимущественно 2-нитробутана: 2. Дегидрирование бутана Дегидрирование – это реакция отщепления атомов водорода. В качестве катализаторов дегидрирования используют никель Ni, платину Pt, палладий Pd, оксиды хрома (III), железа (III), цинка и др. При дегидрировании алканов, содержащих от 2 до 4 атомов углерода в молекуле, разрываются связи С–Н у соседних атомов углерода и образуются двойные и тройные связи. Например, п ри дегидрировании бутана преимущественно образуются бутен-2 (бутилен) или бутин-2. При дегидрировании бутана под действием металлических катализаторов образуется смесь продуктов. Преимущественно образуется бутен-2: Если бутан нагревать в присутствии оксида хрома (III), преимущественно образуется бутадиен-1,3: 3. Окисление бутана Бутан – слабополярное соединение, поэтому при обычных условиях он не окисляется даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.). 3.1. Полное окисление – горение Бутан горит с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения пропана сопровождается выделением большого количества теплоты. Уравнение сгорания алканов в общем виде: При горении бутана в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С. 3.2. Каталитическое окисление Каталитическое окисление бутана – промышленный способ получения уксусной кислоты: 4. Изомеризация бутана Под действием катализатора и при нагревании неразветвленные алканы, содержащие не менее четырех атомов углерода в основной цепи, могут превращаться в более разветвленные алканы. Например, н-бутан под действием катализатора хлорида алюминия и при нагревании превращается в изобутан: Получение бутана 1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца) Это один из лабораторных способов получения бутана. При этом происходит удвоение углеродного скелета. Хлорэтан взаимодействует с натрием с образованием бутана: 2. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма) Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении. R–COONa + NaOH → R–H + Na2CO3 Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты. При взаимодействии пентаноата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуются бутан и карбонат натрия: CH3–CH2–CH2– CH2 –COONa + NaOH → CH3–CH2 – CH2 – CH3 + Na2CO3 3. Гидрирование алкенов и алкинов Бутан можно получить из бутилена или бутина: При гидрировании бутена-1 или бутена-2 образуется бутан: При полном гидрировании бутадиена-1,3 также образуется бутан: 4. Синтез Фишера-Тропша Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды: Это промышленный процесс получения алканов. Из угарного газа и водорода можно получить бутан: 5. Получение бутана в промышленности В промышленности бутан получают из нефти, каменного угля, природного и попутного газа . При переработке нефти используют ректификацию, крекинг и другие способы. Источник Читайте также:  Вычислите любым удобным способом Оцените статью Вам также может понравиться Ясень семена способ распространения Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической Ярлыки способы создания ярлыков ос windows Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки Японское удобрение фуджима способ применения Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка Японский чай способ заварки Технология заваривания японского чая Известно, что Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты