 |
Этилен. Физические и химические свойства
|
|
|
|
Курсовая работа
по дисциплине «Химия»
Тема:
Определение термодинамической возможности
протекания химических процессов в реакции:
Исполнитель: *********.
студентка группы ЭУПу-08-10
Руководитель:
доцент кафедры химии
Кузнецова Т.А.
Ангарск 2009
Задание к курсовой работе
1. Привести физико-химическую характеристику всех участников реакции и способов их получения.
2. Рассчитать тепловой эффект реакции H 2+ Cl 2=2 HCl при стандартных условиях и при температуре 
= 1000 К.
3. Рассчитать изменение энтропии химической реакции при стандартных условиях и при температуре = 1000 К.
4. Определить возможность протекания реакции H 2+ Cl 2=2 HCl при стандартных условиях и при температуре = 1000 К.
5. Используя метод Темкина-Шварцмана рассчитать 
при температуре 
= 1200, 
=1500. Построив зависимость 
графически определить температуру, при которой процесс возможен, как самопроизвольный в прямом направлении.
6. Рассчитать константу равновесия при температуре = 1000 К, = 1200, =1500.
Содержание
1. Теоретическая часть
1.1 Этанол и его свойства
1.2 Способы получения этанола
1.3 Применение
1.4 Этилен. Физические и химические свойства
1.5 Получение этилена
1.6 Применение
1.7 Вода
2. Расчетная часть
2.1 Нахождение теплового эффекта реакции
2.2 Расчет изменения энтропии химической реакции
2.3 Определение возможности протекания реакции
2.4 Расчет 
при температуре 
используя метод Темкина – Шварцмана
2.5 Расчет константы равновесия
3. Заключение
4. Список литературы
Приложение
1. Теоретическая часть
Этанол и его свойства
Этанол – бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом.
Таблица 1. Физические свойства этанола
|
|
|
| Молекулярная масса | 46,069 а.е.м. |
| Температура плавления | −114,15 °C |
| Температура кипения | 78,39 °C |
| Критическая точка | 241 °C (при давлении 6,3 МПа) |
| Плотность | 0,974 г/см 
|
Смешивается с водой, эфиром, ацетоном и многими другими органическими растворителями; легко воспламеняется; с воздухом этанол образует взрывоопасные смеси (3,28-18,95% по объему). Этанол обладает всеми характерными для одноатомных спиртов химическими свойствами, например с щелочными и щелочноземельными металлами образует алкоголяты, с кислотами – сложные эфиры, при окислении этанола – ацетальдегид, при дегидратации – этилен и этиловый эфир. При хлорировании этанола образуется хлораль.
Способы получения этанола
Существует 2 основных способа получения этанола — микробиологический (брожение и гидролиз) и синтетический:
Брожение
Известный с давних времён способ получения этанола — спиртовое брожение органических продуктов, содержащих сахар (свёкла и т. п.). Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, древесины и др. под действием фермента зимазы. Реакция эта довольно сложна, её схему можно выразить уравнением:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
В результате брожения получается раствор, содержащий не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции.
Промышленное производство спирта из биологического сырья
· Винокуренные заводы
· Гидролизное производство
Для гидролизного производства применяется сырьё, содержащее целлюлозу – древесина, солома.
· Отходами бродильного производства являются барда и сивушные масла
Гидратация этилена
В промышленности, наряду с первым способом, используют гидратацию этилена. Гидратацию можно вести по двум схемам:
|
|
|
· прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа, в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесённую на силикагель, активированный уголь или асбест:
CH2=CH2 + H2O → C2H5OH
· гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты, с последующим его гидролизом (при температуре 80—90 °С и давлении 3,5 МПа):
CH2=CH2 + H2SO4 → CH3-CH2-OSO2OH (этилсерная кислота)
CH3-CH2-OSO2OH + H2O → C2H5OH + H2SO4
Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира.
Очистка этанола
Этанол, полученный путём гидратации этилена или брожением, представляет собой водно-спиртовую смесь, содержащую примеси. Для его промышленного, пищевого и фармакопейного применения необходима очистка. Фракционная перегонка позволяет получить этанол с концентрацией около 95.6 % об.; эта неразделимая перегонкой азеотропная смесь содержит 4.4 % воды (вес.) и имеет температуру кипения 78.2 °C.
Перегонка освобождает этанол как от легколетучих, так и от тяжёлых фракций органических веществ (кубовый остаток).
Абсолютный спирт
Абсолютный спирт — этиловый спирт, практически не содержащий воды. Кипение при температуре 78,39 °C в то время как спирт спирт-ректификат, содержащий не менее 4,43 % воды кипит при температуре 78,15 °C. Получают перегонкой водного спирта, содержащего бензол, и другими способами.
Применение
Топливо
Этанол может использоваться как топливо (в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания).
Химическая промышленность
· Служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др.;
· Широко применяется как растворитель (в красочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях);
· Является компонентом антифриза.
Медицина
Этиловый спирт в первую очередь используется как антисептик
· как обеззараживающее и подсушивающее средств, наружно;
· растворитель для лекарственных средств, для приготовления настоек, экстрактов из растительного сырья и др.;
· консервант настоек и экстрактов (минимальная концентрация 18 %)
Парфюмерия и косметика
|
|
|
Является универсальным растворителем различных душистых веществ и основным компонентом духов, одеколонов и т. п. Входит в состав разнообразных лосьонов.
Пищевая промышленность
Наряду с водой, является необходимым компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.). Содержание этанола в свежем кефире ничтожно (0,12 %), но в долго стоявшем, особенно в тёплом месте, может достичь 1 %. В кумысе содержится 1−3 % этанола (в крепком до 4,5 %), в квасе — от 0,6 до 2,2 %. Растворитель для пищевых ароматизаторов. Применяется как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности
Этилен. Физические и химические свойства
Этилен, H2C=CH2 – ненасыщенный углеводород, первый член гомологического ряда олефинов, бесцветный газ со слабым эфирным запахом; практически нерастворим в воде, плохо - в спирте, лучше - в эфире, ацетоне. Горит слабокоптящим пламенем, с воздухом образует взрывоопасные смеси. Этилен весьма реакционноспособен.
Таблица 2. Физические свойства этилена
| Температура плавления | 169,5°C |
| Температура кипения | 103,8°C |
| Температура воспламенения | 540 °C |
| Плотность | 0,570 г/см 
|
Химические свойства этилена и его гомологов в основном определяются наличием в их молекулах двойной связи. Для них характерны реакции присоединения, окисления и полимеризации.
1. Реакции присоединения
§ Этилен и его гомологи взаимодействуют с галогенами. Так, например, они обесцвечивают бромную воду:
Н2С=СН2 + Вr2 — СН2Вr— СН2Вr
Дибромэтан
§ Аналогично происходит присоединение водорода (гидрирование этилена и его гомологов).
§ В присутствии серной или ортофосфорной кислоты и других катализаторов этилен присоединяет воду (реакция гидратации):
Этой реакцией пользуются для получения этилового спирта в промышленности.
§ Этилен и его гомологи присоединяют также галогеноводороды:
|
|
|
Н2С=:СН2 + НС1 →СН3— СН2С1
Этилхлорид
Этилхлорид применяют в медицине для местной анестезии.
2. Реакции окисления.
§ Этилен и его гомологи способны гореть в воздухе:
С2Н4 + ЗО2 →2СО2 + 2Н2О
С воздухом этилен и его газообразные гомологи образуют взрывчатые смеси.
§ Этилен и его гомологи легко окисляются, например, перманганатом калия. При этом раствор последнего (в кислой среде) обесцвечивается:
КM n О4
СН2=СН2 +[О] + Н2О →НО—СН2—СН2—ОН
Этиленгликоль
Этиленгликоль широко применяется для производства труднозамерзающих жидкостей — антифризов, а также синтетического волокна лавсана, взрывчатых веществ и др.
3. Реакции полимеризации.
§ При повышенной температуре и давлении или в присутствии катализаторов молекулы этилена соединяются друг с другом вследствие разрыва двойной связи.
Процесс соединения многих одинаковых молекул в более крупные называется реакцией полимеризации. Полимеризацией этилена и его гомологов получают полиэтилен, полипропилен и многие другие.
Получение этилена
1) Этилен в лаборатории получают при нагревании смеси этилового спирта с концентрированной серной кислотой;
2) Углеводороды ряда этилена можно получить также дегидрированием предельных углеводородов;
3) На производстве этилен получают из природного газа и в процессе крекинга нефти;
4) Углеводороды ряда этилена можно получить при взаимодействии дигалогенопроизводных предельных углеводородов с металлам;
5) При действии спиртовых растворов щелочей на галогенопроизводные отщепляется галогеноводород и образуется углеводород с двойной связью.
Применение
Этилен используют для ускорения созревания плодов (например, помидоров, дынь, апельсинов, мандаринов, лимонов, бананов), дефолиации растений, снижения предуборочного опадения плодов, для уменьшения прочности прикрепления плодов к материнским растениям, что облегчает механизированную уборку урожая. В высоких концентрациях этилен оказывает на человека и животных наркотическое действие.
Вода
Вода́ (оксид водорода) — прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме) и запаха. Химическая формула: Н2O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озера, реки).
Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).
Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.
|
|
|
Физические свойства
Вода обладает рядом необычных особенностей:
ü При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
ü При нагревании от 0 °C до 4 °C (3,98 °C — точно) вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода, как менее плотная, остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.
ü Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
ü Высокая теплоёмкость жидкой воды.
ü Высокая вязкость.
ü Высокое поверхностное натяжение.
ü Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.
Химические свойства
Вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.
В воде практически всегда растворены те или иные соли, то есть в ней присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество.
Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор.
Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта.
Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты.
Расчетная часть
|
|
|
