Формула ацетилена

Определение и формула ацетилена

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Ацетилен (название по международной номенклатуре ИЮПАК — этин) – представляет собой ненасыщенный углеводород, в котором атомы углерода соединены между собой тройной связью. Он является родоначальником гомологического ряда алкинов. Для соединения характерна $sp$ -гибридизация атомов углерода.

Химическая формула – $C_2H_2$

Молярная масса равна $26,04$ г/моль.

Физические свойства – бесцветный газ, лишенный запаха в чистом состоянии, однако коммерческие образцы имеют выраженный запах благодаря наличию примесей.

Ацетилен находит применение в химической промышленности в качестве топлива и химического строительного блока.

Химические свойства ацетилена

Наличие тройной связи обуславливает реакции присоединения. Например, гидрирование протекает в присутствии катализаторов $(Pd, Pt, Ni)$ :
$CH \equiv CH + 2H_2 \rightarrow CH_3 - CH_3$
Ацетилен последовательно вступает в реакции с галогенами и галогеноводородами:
$CH \equiv CH + 2Br_2 \rightarrow CHBr_2 - CHBr_2$

$CH \equiv CH + 2HBr \rightarrow CH_3 - CHBr_2$
Из-за наличия «кислого» водорода, ацетилен реагирует с щелочными металлами и вступает в реакцию «серебряного зеркала» с аммиачным раствором оксида серебра с образованием осадка ацетиленида серебра:
$CH \equiv CH + 2Na \rightarrow CHNa \equiv CHNa$

Применение

Ацетилен применяют для газовой сварки и резки металлов, в производстве взрывчатых веществ.

Его широко используют и в органическом синтезе уксусной кислоты $CH_3COOH$ , различных органических растворителей.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Рассчитайте на основании справочных данных среднюю энтальпию сольватации ацетилена в воде.

Решение

На основании первой задачи рассчитаем константу Генри $(K)$ :

$C_2H_2_{(gas)} \rightleftharpoons C_2H_2_{(solution)}$

$K = \frac{C_M (C_2H_2)}{P (C_2H_2)}$

$C_M$ — молярность

$P$ — парциальное давлении

Из первой задачи

$C_M (C_2H_2) = \frac{P (C_2H_2) \cdot \alpha }{273 \cdot R} \Rightarrow K = \frac{C_M (C_2H_2)}{P (C_2H_2)} = \frac{\alpha }{273 \cdot R}$

$T_1 = 273 K \Rightarrow K_1 = \frac{\alpha_1}{273 \cdot R} = \frac{1,73}{273 \cdot 0,08206} = 0,07722$ моль/л · атм

$T_2 = 303 K \Rightarrow K_2 = \frac{\alpha_2}{273 \cdot R} = \frac{0,84}{303 \cdot 0,08206} = 0,0338$ моль/л · атм

Рассчитаем среднюю энтальпию сольватации $(\Delta H)$ по уравнению изобары.

$\ln \left ( \frac{K_2}{K_1} \right ) = \frac{\Delta H \cdot (T_2 - T_1)}{R \cdot T_2 \cdot T_1} \Rightarrow \Delta H = \frac{R \cdot T_1 \cdot T_2 \cdot \ln \left ( \frac{K_2}{K_1} \right ) }{T_2 - T_1}$

$R = 8,314$ Дж/моль

$\Delta H = \frac{8,314 \cdot 273 \cdot 303 \cdot \ln \left ( \frac{0,0338}{0,07722} \right ) }{303 - 273} = -18939,9$ Дж/моль $\approx -18,94$ кДж/моль

Ответ

$\Delta H \approx -18,94$ кДж/моль

ПРИМЕР 2

Задание

На основании справочных данных рассчитайте растворимость ацетилена в воде в единицах молярности при различных температурах.

Решение

Из справочника химика 3 том, стр. 316 имеются данные зависимости коэффициента поглощения (коэффициента адсорбции Бунзена) от температуры при парциальном давлении газа $P_2 = 1$ атм.

$\alpha$ — это коэффициент поглощения

При $T = 273 K$ имеем $\alpha = 1,73$

При $T = 303 K$ имеем $\alpha = 0,84$

Запишем уравнение связи коэффициента поглощения $(\alpha)$ с коэффициентом растворимости $(\gamma )$ .

$\alpha = \gamma \cdot \frac{273}{T} \Rightarrow \gamma = \frac{\alpha \cdot T}{273}$

Запишем уравнение связи коэффициента растворимости $(\gamma )$ с молярностью $(C_M)$ .

$\gamma = \frac{V_2}{V}$

$V_2$ — объем растворенного газа $(C_2H_2)$ при данной температуре и данном давлении.

$V$ — объем раствора.

Из уравнения состояния идеального газа следует

$P_2 \cdot V_2 = n_2 \cdot R \cdot T \Rightarrow V_2 = \frac{n_2 \cdot R \cdot T}{P_2}$

$n_2$ — число моль растворенного газа

$R$ — газовая постоянная.

$\gamma = \frac{n_2 \cdot R \cdot T}{P_2 \cdot V} = \frac{C_{M_2} \cdot R \cdot T}{P_2} \Rightarrow C_{M_2} = \frac{\gamma \cdot P_2}{R \cdot T} = \frac{P_2}{R \cdot T} \cdot \frac{\alpha \cdot T}{273} = \frac{P_2 \cdot \alpha }{273 \cdot R}$