Уравнение реакции горения этилового спирта в воздухе

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

Общая формула предельных нециклических одноатомных спиртов: C_nH_2n+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.

Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:

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:

Этанол смешивается с водой в любых соотношениях.

Видео:Уравнивание реакций горения углеводородовСкачать

Изомерия спиртов

Видео:Составление уравнений реакций горения. 11 класс.Скачать

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.

Видео:Горение этилового спиртаСкачать

Химические свойства этанола

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

1. Кислотные свойства

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).

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

Видео:Горение спиртовСкачать

2. Реакции замещения группы ОН

2.1. Взаимодействие с галогеноводородами

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

2.2. Взаимодействие с аммиаком

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

2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)

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

2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами

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

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

Видео:Опыты по химии. Окисление спирта в альдегидСкачать

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.

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

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.

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

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.

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.

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.

4.4. Горение спиртов

Образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.

Видео:Получение этилового спирта по наукеСкачать

5. Дегидрирование этанола

При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования.

Видео:Реакции горенияСкачать

Получение этанола

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

1. Щелочной гидролиз галогеналканов

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

Видео:Принцип реакции горения спиртовых соединений!Скачать

2. Гидратация алкенов

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

Видео:Горение изопропилового спиртаСкачать

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.

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

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

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:Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.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, QН (МДж/кг)	43,3 – 44,0	25,0 – 26,8	26,85
Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси, qн (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:Горение нитроцеллюлозыСкачать

Уравнение реакции горения этилового спирта в воздухе

Горение спиртов

Нальем понемногу этилового, бутилового и изоамилового спиртов в фарфоровые чашки. Поднесем к чашкам горящую лучину. Этиловый спирт быстро загорается и горит голубоватым, слабосветящимся пламенем. Бутиловый спирт горит светящимся пламенем. Труднее загорается изоамиловый спирт, он горит коптящим пламенем. С увеличением молекулярной массы одноатомных спиртов повышается температура кипения и возрастает светимость их пламени.

Оборудование: огнезащитная прокладка, фарфоровые чашки, лучина.

Техника безопасности. Соблюдать правила работы с огнеопасными жидкостями.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

📹 Видео

Расчет выхода продукта от теоретически возможного. 10 класс.Скачать

ВСЕ ПРО АЛКАНЫ за 8 минут: Химические Свойства и ПолучениеСкачать