Формула бутана

Определение и формула бутана

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Бутан – химическое соединение являющееся предельным углеводородом, четвертый член гомологического ряда алканов.

Химическая формула – $C_4H_{10}$

Молярная масса равна $58,12$ г/моль.

Физические свойства – бесцветный горючий газ, со специфическим запахом.

Содержится в газовом конденсате и нефтяном газе (до $12 \%$ ). Является продуктом каталитического и гидрокаталитического крекинга нефтяных фракций.

Имеет два изомера: нормальный бутан и изобутан.

Химические свойства бутана

Бутан имеет химические свойства идентичные с другими алканами:

Получение

В отличие от низших алканов, бутан можно достаточно легко получить в лабораторных условиях с применением синтеза Вюрца.

Применение

н-Бутан применяется в общем и тонком органическом синтезе в промышленности. Является исходным веществом получения бутилена, бутадиена-1,3.

Входит в состав бензинов с высоким октановым числом.

Бутан высокой степени очистки может быть применен в качестве хладагента.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Определите объем кислорода (условия нормальные), который израсходуется для сжигания $120$ мл смеси $CH_4$ и $C_4H_{10}$ . Объемная доля бутана в смеси составляет $80 \%$ .

Решение

По условию задачи известно, что $\omega_{vol.\%} (C_4H_{10})= 80 \%, \omega_{vol.\%} (CH_4)= 20 \%$ , тогда найдем объем бутана и метана:

$V(C_4H_{10}) = V_{mix.} \cdot \omega_{vol.\%} (C_4H_{10}) = 120 \cdot 0,8 = 96$ мл

$V(CH_4) = V_{mix.} \cdot \omega_{vol.\%} (CH_4) = 120 \cdot 0,2 = 24$ мл

Согласно закону Авогадро, отношение объемов газов при одних и тех же условиях равно отношению их количеств.

Из уравнений реакций горения веществ:

$2C_4H_{10} + 13O_2 = 8CO_2 + 10H_2O$

поэтому $V(C_4H_{10}) : V(O_2) = 1 : 6,5$ , следовательно $V(O_2) = 96 \cdot 6,5 = 624$ мл

$CH_4 + 2 O_2 = CO_2 + 2H_2O$

поэтому $V(CH_4) : V(O_2) = 1 : 2$ , следовательно $V(O_2) = 24 \cdot 2 = 48$ мл

$V(O_2_{total}) = 624 + 48 = 672$ мл

Ответ

$V(O_2_{total}) = 672$ мл

ПРИМЕР 2

Задание

Какой объем кислорода и воздуха необходим для сжигания $67,2$ м $^3$ бутана $C_4H_{10}$ ?

Решение

Запишем реакцию горения бутана и воспользуемся следствием из закона Авогадро: объемные соотношения газов равны их мольным соотношениям.

$2C_4H_{10} + 13O_2 = 8CO_2 + 10H_2O$

Согласно уравнению реакции для сжигания $2$ моль бутана нужно $13$ моль кислорода. Пусть для сжигания $67,2$ м $^3$ бутана требуется $x$ м $^3$ кислорода. Составим пропорцию:

$\frac{2}{13}=\frac{67,2}{x}$

$x = \frac{67,2 \cdot 13}{2} = 436,8$

Необходимо $436,8$ м $^3$ кислорода. В воздухе содержится около $21 \%$ кислорода, или $0,21$ . Вычислим объем воздуха, необходимый для сжигания бутана: