Сравните этан и этилен по следующим признакам : а) качественный и количественный состав б) строение молекул в? химические свойства

Задача: сравнить этан и этилен по качественному и количественному составу, строению молекул и химическим свойствам. Это подходит для химии 10 класса. Поясню пошагово и наглядно. 1) Качественный и количественный состав - Этан (этан = C2H6) - Качественный состав: это насыщённый углеводород, алкан. Состоит только из углерода и водорода; связь между углеродами — только одинарная C–C, между углеродами и водородами — C–H. Формула: C2H6. - Количественный состав: - Молярная масса приближённо M(C2H6) ≈ 2×12.0 + 6×1.0 ≈ 30.0 г/моль. - Соотношение элементов: 2 молекулы углерода и 6 атомов водорода. - Массовая доля элементов: около 79–80% C и около 20% H. Пример расчёта (формулы с использованием C = 12.01, H = 1.008): M ≈ 2×12.01 + 6×1.008 = 30.068 г/моль. %C ≈ (2×12.01)/30.068 ≈ 79.9%; %H ≈ (6×1.008)/30.068 ≈ 20.1%. - Этен (этилен = C2H4) - Качественный состав: это ненасыщённый углеводород, алкен. Имеет двойную связь C=C. Формула: C2H4. - Количественный состав: - Молярная масса M(C2H4) ≈ 2×12.0 + 4×1.0 ≈ 28.0 г/моль. - Соотношение элементов: 2 углерода и 4 водорода. - Массовая доля элементов: около 86% C и около 14% H. Пример расчёта (приближённо): %C ≈ (2×12.0)/28.0 ≈ 85.7%; %H ≈ (4×1.0)/28.0 ≈ 14.3%. - Сводка по а и б: - Этан: C2H6, насыщенный, одинарные связи. - Этен: C2H4, ненасыщенный, в молекуле есть двойная связь C=C. - Этан heavier по водороду (более насыщен водородом) и имеет меньший процент углерода по весу по сравнению с этиленом. 2) Строение молекул - Этан (CH3–CH3, C2H6) - Гибридизация углеродов: sp3 у каждого углерода. - Геометрия около каждого углерода: тетраэдрическая, угол примерно 109.5°. - Формула молекулы: скелет — два атома углерода, между ними одна σ-связь; вокруг каждого углерода три C–H σ-связи. - Физическая характеристика: молекула невысокая по размерам, находится в газообразном состоянии при комнатной температуре. - Этен (CH2=CH2) - Гибридизация углеродов: sp2 у каждого углерода. - Геометрия вокруг каждого углерода: плоскость, три σ-связи и одна π-связь образуют двойную C=C; угол около 120°. - Двойная связь C=C — причина высокой химической активности этилена по сравнению с этаном. - Физическая характеристика: тоже газ при комнатной температуре; молекула плоская и симметричная. - Сравнение структуры - Этан — сп3-гибридизация, одинарная связь; молекула свободно вращается вокруг C–C связи. - Этен — sp2-гибридизация, двойная связь; отсутствие свободного вращения вокруг C=C; молекула планарна. 3) Химические свойства - Этан (C2H6) - Общие свойства: насыщенный углеводород, в большинстве условий сравнительно малореактивен; характерные реакции — реакции горения и радикальные замещения под воздействием света. - Горение: - Полное сгорание: 2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O. - Радикальное замещение галогенов: - При воздействии света Cl2 или Br2 этан может заменить нитроген на замещающий заместитель: CH3–CH3 + Cl2 (свет) → CH3–CH2Cl + HCl (и продолжение реакций при длительном облучении). - Другие слабые реакции в обычных условиях не характерны; при экстремальных условиях может происходить окисление, крекинг и др., но это выходит за рамки школьной программы. - Этен (C2H4) - Общие свойства: ненасыщенный углеводород, очень реактивен по сравнению с этаном из-за наличия двойной связи. - Реакции присоединения (характерны для алкенов): - Гидрирование: C2H4 + H2 → C2H6 (при наличии катализатора). Эти реакции позволяют переходить от этилена к этану. - Галогенирование: C2H4 + Br2 → CH2Br–CH2Br (и аналогично с Cl2, и т. д.). Простой пример дигалогенпроизводной. - Присоединение воды (гидратация) в присутствии кислотного катализатора: C2H4 + H2O → C2H5OH (этанол). - Гидрогалогенирование: C2H4 + HBr → CH3–CH2Br (при отсутствии посторонних факторов, для простого этилена это добавление в молекулу, получаем этилбромид). - Полимеризация: - Этен может полимеризоваться по цепной реакции в полиэтилен: n CH2=CH2 → -(CH2-CH2)n- (полиэтилен). Это основа пластмасс. - Окисление: - При полном сгорании даёт CO2 и H2O (как и любая углеводорода). - При частичном/контролируемом окислении могут образовываться различные продукты, но в школьной программе основной акцент — на реакции присоединения и полимеризацию. - Ключевое отличие по свойствам: этен значительно более реактивен, чем этан, из-за наличия двойной связи и π-связи. - Сравнение по целому классу реакций - Этан — насыщен, реагирует в основном по радикальному поводку (галогенирование под светом) и горению; не даёт простые реакции присоединения к двойной связи (поскольку её нет). - Этен — ненасыщен, активна двойная связь; даёт широкий набор реакций присоединения, гидратацию, полимеризацию и т. д. - По кинетике и механизму: в этенах реакции часто идут за счет электрофильного присоединения к π-электронной паре двойной связи; у этана такие реакции требуют сильной активации и чаще приводят к радикальным процессам. Итоговое резюме - Качественный состав: и то, и другое — углеводороды, состоящие из C и H; этан — насыщенный C2H6, этилен — ненасыщенный C2H4. - Количественный состав: этан имеет больше водорода относительно углерода; этилен содержит меньше водорода на ту же долю углерода; массы молекул близки, но этилен легче (28 г/моль против 30 г/моль) и имеет больший процент C по весу. - Строение: этан — sp3-углероды, одинарные связи, свободное вращение; этилен — sp2-углероды, планарная молекула с двойной связью, фиксированное положение части молекулы. - Химические свойства: этан — менее реактивен, в основном горение и радикальные замещения; этилен — высокореактивный, даёт широкий набор реакций присоединения, гидратацию и полимеризацию. Если нужно, могу привести конкретные примеры задач на расчёт массы вещества по формулам, балансировку реакций или схематично показать механизмы радикального замещения и присоединения к двойной связи.