Уравнение реакции горения этилового спирта в воздухе (8 видео)

Содержание

Этанол: химические свойства и получение
Строение этанола
Водородные связи и физические свойства спиртов
Изомерия спиртов
Структурная изомерия
Химические свойства этанола
1.1. Взаимодействие с раствором щелочей
1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)
2. Реакции замещения группы ОН
2.1. Взаимодействие с галогеноводородами
2.2. Взаимодействие с аммиаком
2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)
2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами
3. Реакции замещения группы ОН
3.1. Внутримолекулярная дегидратация
3.2. Межмолекулярная дегидратация
4. Окисление этанола
4.1. Окисление оксидом меди (II)
4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора
4.3. Жесткое окисление
4.4. Горение спиртов
5. Дегидрирование этанола
Получение этанола
1. Щелочной гидролиз галогеналканов
2. Гидратация алкенов
3. Гидрирование карбонильных соединений
4. Получение этанола спиртовым брожением глюкозы
Физико-химические свойства этилового спирта
Уравнение реакции горения этилового спирта в воздухе
💡 Видео

Видео:Уравнивание реакций горения углеводородовСкачать

Этанол: химические свойства и получение

Этанол C₂H₅OH или CH₃CH₂OH, этиловый спирт – это органическое вещество, предельный одноатомный спирт .

Общая формула предельных нециклических одноатомных спиртов: C_nH₂_n₊₂O.

Видео:Горение. 7 класс.Скачать

Строение этанола

В молекулах спиртов, помимо связей С–С и С–Н, присутствуют ковалентные полярные химические связи О–Н и С–О.

Электроотрицательность кислорода (ЭО = 3,5) больше электроотрицательности водорода (ЭО = 2,1) и углерода (ЭО = 2,4).

Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:

Атом кислорода в спиртах находится в состоянии sp 3 -гибридизации.

В образовании химических связей с атомами C и H участвуют две 2sp 3 -гибридные орбитали, а еще две 2sp 3 -гибридные орбитали заняты неподеленными электронными парами атома кислорода.

Поэтому валентный угол C–О–H близок к тетраэдрическому и составляет почти 108 о .

Водородные связи и физические свойства спиртов

Спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Водородные связи вызывают притяжение и ассоциацию молекул спиртов:

Поэтому этанол – жидкость с относительно высокой температурой кипения (температура кипения этанола +78 о С).

Водородные связи образуются не только между молекулами спиртов, но и между молекулами спиртов и воды. Поэтому спирты очень хорошо растворимы в воде. Молекулы спиртов в воде гидратируются:

Чем больше углеводородный радикал, тем меньше растворимость спирта в воде. Чем больше ОН-групп в спирте, тем больше растворимость в воде.

Этанол смешивается с водой в любых соотношениях.

Видео:Составление уравнений реакций горения. 11 класс.Скачать

Изомерия спиртов

Видео:Опыты по химии. Окисление спирта в альдегидСкачать

Структурная изомерия

Для этанола характерна структурная изомерия – межклассовая изомерия.

Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Спирты являются межклассовыми изомерами с простыми эфирами. Общая формула и спиртов, и простых эфиров — C_nH_2n+2О.

Например. Межклассовые изомеры с общей формулой С₂Н₆О этиловый спирт СН₃–CH₂–OH и диметиловый эфир CH₃–O–CH₃

Этиловый спирт	Диметиловый эфир
СН₃–CH₂–OH	CH₃–O–CH₃

Видео:29. Общая реакция горения для всех углеводородов. Как расставить коэффициенты реакции легкоСкачать

Химические свойства этанола

Спирты – органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

1. Кислотные свойства

Спирты – неэлектролиты, в водном растворе не диссоциируют на ионы; кислотные свойства у них выражены слабее, чем у воды.

1.1. Взаимодействие с раствором щелочей

При взаимодействии этанола с растворами щелочей реакция практически не идет, т. к. образующийся алкоголят почти полностью гидролизуется водой.

Равновесие в этой реакции так сильно сдвинуто влево, что прямая реакция не идет. Поэтому этанол не взаимодействуют с растворами щелочей.

1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)

Этанол взаимодействует с активными металлами (щелочными и щелочноземельными).

Например, этанол взаимодействует с калием с образованием этилата калия и водорода .

Алкоголяты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла.

Например, этилат калия разлагается водой:

Видео:Горение этилового спиртаСкачать

2. Реакции замещения группы ОН

2.1. Взаимодействие с галогеноводородами

При взаимодействии спиртов с галогеноводородами группа ОН замещается на галоген и образуется галогеналкан.

Например, этанол реагирует с бромоводородом.

2.2. Взаимодействие с аммиаком

Гидроксогруппу спиртов можно заместить на аминогруппу при нагревании спирта с аммиаком на катализаторе.

Например, при взаимодействии этанола с аммиаком образуется этиламин.

2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)

Одноатомные и многоатомные спирты вступают в реакции с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.

Например, этанол реагирует с уксусной кислотой с образованием этилацетата (этилового эфира уксусной кислоты):

2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами

Спирты взаимодействуют и с неорганическими кислотами, например, азотной или серной.

Например, при взаимодействии этанола с азотной кислотой образуется сложный эфир этилнитрат :

Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать

Видео:Горение спиртовСкачать

3. Реакции замещения группы ОН

В присутствии концентрированной серной кислоты от спиртов отщепляется вода. Процесс дегидратации протекает по двум возможным направлениям: внутримолекулярная дегидратация и межмолекулярная дегидратация.

3.1. Внутримолекулярная дегидратация

При высокой температуре (больше 140 о С) происходит внутримолекулярная дегидратация и образуется соответствующий алкен.

Например, из этанола под действием концентрированной серной кислоты при температуре выше 140 градусов образуется этилен:

Видео:Принцип реакции горения спиртовых соединений!Скачать

В качестве катализатора этой реакции также используют оксид алюминия.

3.2. Межмолекулярная дегидратация

При низкой температуре (меньше 140 о С) происходит межмолекулярная дегидратация по механизму нуклеофильного замещения: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы. Продуктом реакции является простой эфир.

Например, при дегидратации этанола при температуре до 140 о С образуется диэтиловый эфир:

Видео:Составление уравнений химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать

4. Окисление этанола

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на каталитическое, мягкое и жесткое.

При окислении первичных спиртов они последовательно превращаются сначала в альдегиды, а потом в карбоновые кислоты. Глубина окисления зависит от окислителя.

Первичный спирт → альдегид → карбоновая кислота

Типичные окислители — оксид меди (II), перманганат калия KMnO₄, K₂Cr₂O₇, кислород в присутствии катализатора.

4.1. Окисление оксидом меди (II)

Cпирты можно окислить оксидом меди (II) при нагревании. При этом медь восстанавливается до простого вещества.

Например, этанол окисляется оксидом меди до уксусного альдегида

4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора

Cпирты можно окислить кислородом в присутствии катализатора (медь, оксид хрома (III) и др.).

4.3. Жесткое окисление

При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) первичные спирты окисляются до карбоновых кислот.

Например, при взаимодействии этанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется уксусная кислота

4.4. Горение спиртов

Образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.

Например, уравнение сгорания этанола:

Видео:Получение этилового спирта по наукеСкачать

5. Дегидрирование этанола

При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования.

Например, при дегидрировании этанола образуется этаналь

Видео:Спирты: химические свойства | Химия ЕГЭ для 10 класса | УмскулСкачать

Получение этанола

Видео:Реакции горенияСкачать

1. Щелочной гидролиз галогеналканов

При взаимодействии галогеналканов с водным раствором щелочей образуются спирты. Атом галогена в галогеналкане замещается на гидроксогруппу.

Например, при нагревании хлорэтана с водным раствором гидроксида натрия образуется этанол

Видео:Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

2. Гидратация алкенов

Гидратация (присоединение воды) алкенов протекает в присутствии минеральных кислот. При присоединении воды к алкенам образуются спирты.

Например, при взаимодействии этилена с водой образуется этиловый спирт.

Видео:Горение нитроцеллюлозыСкачать

3. Гидрирование карбонильных соединений

Присоединение водорода к альдегидам и кетонам протекает при нагревании в присутствии катализатора. При гидрировании альдегидов образуются первичные спирты, при гидрировании кетонов — вторичные спирты, а из формальдегида образуется метанол.

Например, при гидрировании этаналя образуется этанол

Видео:Горение изопропилового спиртаСкачать

Видео:C4H9OH + 6O2 → 4CO2 + 5H2O | Реакция горения бутанолаСкачать

4. Получение этанола спиртовым брожением глюкозы

Для глюкозы характерно ферментативное брожение, то есть распад молекул на части под действием ферментов. Один из вариантов — спиртовое брожение.

Видео:Химия 10 класс (Урок№6 - Одноатомные предельные спирты.)Скачать

Физико-химические свойства этилового спирта

Этиловый спирт – бесцветная прозрачная жидкость; молярная масса С₂Н₅ОН 46 г/моль; температура плавления –114,14°С; температура кипения 78,3°С; критическое давление 6,395 МПа; температура вспышки 13°С; температура самовоспламенения 404°С; плотность 0,7893 г/см3; смешивается с водой в любых соотношениях.

Расчет термодинамических величин

2.1. Реакция горения этилового спирта в воздухе:

С_nН_mO_r + ×(O₂ + 3,75 N₂)

n CO₂(г) + H₂O(ж) + ×3,75 N₂.

C₂H₅OH_(Ж) + 3 (O₂ + 3,75N₂)(г) 2 CO₂(г) + 3H₂O(ж) + 11,25 N₂.

2.2. Табличное значение стандартной энтальпии сгорания этилового спирта =−1366,91 кДж/моль.

Следовательно, высшая энтальпия сгорания топлива равна:

−1366,91 кДж/моль С₂Н₅ОН.

2.3. Высшая теплота сгорания топлива QВ:

Qв 29715кДж/кг С₂Н₅ОН≈

2.4. Низшая энтальпия сгорания топлива рассчитывается по уравнению реакции:

С_nН_mO_r + ×(O₂+3,75 N₂)

n CO₂(г) + H₂O(г)+ ×3,75 N₂.

Для этилового спирта

C₂H₅OH_(Ж) + 3 (O₂ + 3,75N₂)(г) 2 CO₂(г) + 3H₂O(г) + 11,25 N₂.

Низшая энтальпия сгорания отличается от высшей на энтальпию конденсации водяного пара =−44,01 кДж/моль. Из уравнения реакции горения этилового спирта видно, что образуются три моля воды. Поэтому

−1366,91+3·44,01=

2.5. Низшая теплота сгорания топлива Q_Н:

Q_Н 26845 кДж/кг С₂Н₅ОН ≈

2.6. Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива:

= 8,9 кг воздуха/кг топлива.

2.7. Количество топливовоздушной смеси:

М₁ = 1топлива + (О₂ + 3,75N₂)=1_{топлива}+3(1+3,75)=15,25 моль.

2.8. Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси q_н, она же калорийность стехиометрической смеси топлива с воздухом:

кДж/м 3 .

Сравнительные характеристики (Q_Н, , q_н)

Этилового спирта и бензина

Характеристики	Бензин	Этиловый спирт
Справочные данные	Расчет
Низшая теплотворная способность, Q_Н (МДж/кг)	43,3 – 44,0	25,0 – 26,8	26,85
Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси, q_н (кДж/м 3 )	3439 − 3910
Стехиометрическая потребность воздуха в процессе сгорания, (кг воздуха / кг топлива)	14,9	9,0	8,9

Выводы

Из приведенных данных (табл. 6) следует, что этиловый спирт и бензин имеют близкую по значению теплотворную способность стехиометрической смеси.

Для этилового спирта характерна меньшая теплотворная способность единицы массы топлива и требуется меньшее стехиометрическое количество воздуха, необходимое для сгорания спирта, что обусловлено меньшим содержанием углерода и большим содержанием кислорода в спирте.

Анализ физико-химических свойств этилового спирта и термодинамических расчетов в сравнении со свойствами бензина показывает возможность его использования в качестве топлива для двигателей с искровым зажиганием.

Проблемой, ограничивающей применение этилового спирта в качестве топлива, являются большие затраты энергии на производство спирта по сравнению с энергией, получаемой в процессе его сгорания.

Кроме того, коррозионная активность спиртов, а также их активность по отношению к ряду пластмасс требует пересмотра материалов топливной системы.

Этиловый спирт применяется в настоящее время для питания автомобилей в виде смеси (90% бензина + 10% С₂Н₅ОН – газойль).

ПРИЛОЖЕНИЕ

Варианты заданий для выполнения курсовой работы

Видео:ВСЕ ПРО АЛКАНЫ за 8 минут: Химические Свойства и ПолучениеСкачать