ГДЗ по Химии 10 Класс Параграф 4 Вопрос 5 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

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

а) Качественный и количественный состав

Этан и этилен состоят из одних и тех же элементов, то есть качественный состав одинаковый: в обоих случаях это углерод и водород.

Количественный состав различается по числу атомов водорода при одинаковом числе атомов углерода. Для этана формула C₂H₆: в молекуле 2 атома C и 6 атомов H. Для этилена формула C₂H₄: в молекуле 2 атома C и 4 атома H. Это сразу показывает, что этан более «насыщен» водородом, а этилен имеет меньшую степень насыщения.

б) Строение молекул

Этан относится к алканам и имеет только одинарную связь между атомами углерода: H₃C–CH₃. Одинарная связь C–C означает, что каждый атом углерода уже «насыщен» связями, поэтому в молекуле нет кратных связей и она менее реакционноспособна в реакциях присоединения.

Этилен относится к алкенам и имеет двойную связь между атомами углерода: H₂C=CH₂. Двойная связь состоит из более прочной σ-связи и дополнительной π-связи, причём именно π-связь легче разрушается при взаимодействии с реагентами. Поэтому для этилена характерны реакции присоединения по месту двойной связи.

в) Химические свойства

1. Горение (окисление кислородом)

И этан, и этилен при полном сгорании дают CO₂ и H₂O, потому что это углеводороды. Разница в коэффициентах связана с разным количеством водорода в молекулах.

Этан:
2C₂H₆+7O₂→4CO₂↑+6H₂O

Этилен:
C₂H₄+3O₂→2CO₂↑+2H₂O

Коэффициенты подбирают так, чтобы число атомов C и H в продуктах соответствовало исходным веществам, а затем уравнивают кислород.

2. Реакции с участием водорода (гидрирование и дегидрирование)

Этан (насыщенный) может отдавать водород при нагревании на катализаторе: это дегидрирование, которое приводит к появлению двойной связи и образованию этилена:
CH₃–CH₃ → CH₂=CH₂+H₂ (обычно 400–600°C, катализатор Cr₂O₃)

Этилен (ненасыщенный) легко присоединяет водород по двойной связи, потому что π-связь разрывается и образуется насыщенное соединение — этан:
CH₂=CH₂+H₂→CH₃–CH₃ (катализатор, нагрев)

Также этилен может дальше терять водород (дегидрирование) с образованием ацетилена, где уже тройная связь:
CH₂=CH₂→HC≡CH+H₂

3. Реакции с галогенами и галогеноводородами

Для этана характерно замещение (потому что присоединяться «некуда» — кратной связи нет). Например, при хлорировании один атом H заменяется на Cl, образуется хлороэтан и выделяется HCl:
CH₃–CH₃+Cl₂→CH₃–CH₂Cl+HCl

Для этилена характерно присоединение по двойной связи.

Галогенирование (например, бромирование) идёт как присоединение двух атомов Br к двум углеродам двойной связи, образуется 1,2-дибромэтан:
CH₂=CH₂+Br₂→CH₂Br–CH₂Br

Гидрогалогенирование (присоединение HBr) также идёт по двойной связи, образуется бромэтан:
CH₂=CH₂+HBr→CH₃–CH₂Br

4. Полимеризация (характерна для этилена)

Этилен способен соединяться в длинные цепи, потому что двойная связь «раскрывается» и мономеры связываются между собой. Так получают полиэтилен:
nCH₂=CH₂→(–CH₂–CH₂–)n (катализаторы типа TiCl₂, Al(C₂H₅)₃)

Для этана полимеризация нехарактерна, потому что у него нет кратной связи, которую можно «раскрыть» для образования цепи.

5. Окисление мягкими окислителями (качественная реакция на двойную связь)

Этилен обесцвечивает раствор перманганата калия в щелочной среде, потому что окисляется по месту двойной связи с образованием двухатомного спирта (этиленгликоля), при этом появляется бурый осадок MnO₂:
3CH₂=CH₂+2KMnO₄+4H₂O→3HO–CH₂–CH₂–OH+2MnO₂+2KOH (NaOH или Na₂CO₃)

Этан такой реакции в обычных условиях не даёт, потому что у него нет двойной связи, которая легко вступает в мягкое окисление.

Итоговое сравнение по свойствам такое: этан (алкан) в основном вступает в реакции замещения и горения, а этилен (алкен) — в реакции присоединения по двойной связи, полимеризацию, а также даёт качественные реакции на ненасыщенность.