Opgaver til 6.3

Opgaverne hører til afsnit 6.3 Alkaners reaktioner. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven. Atommasserne står i det periodiske system bagest i bogen.

Opgave 6.3.1: Hvad dannes der?

  1. Hvilke to stoffer dannes der ved en fuldstændig forbrænding af et carbonhydrid?
  2. Hvilke to stoffer kan der også dannes, når forbrændingen er ufuldstændig?
  3. Hvad er årsagen til, at en forbrænding bliver ufuldstændig?
  4. Hvordan kan man se på flammen, at forbrændingen er ufuldstændig?

Se på figuren med de to flammer i afsnit 6.3.

Ved en fuldstændig forbrænding får hvert carbonatom to oxygenatomer. Når der mangler oxygen, får nogle carbonatomer kun ét oxygenatom eller slet ingen.

  1. Carbondioxid, CO2, og vand, H2O
  2. Carbonmonoxid, CO, og sod, C
  3. Der er for lidt oxygen.
  4. Flammen er gul og soder. Den gule farve kommer fra små sodpartikler, der gløder.

Opgave 6.3.2: Er skemaet afstemt?

Tæl atomerne på begge sider af pilen, og afgør, om reaktionsskemaet er afstemt.

  1. CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
  2. C2H4 + 2 O2 → 2 CO2 + 2 H2O
  3. C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

Lav et lille skema for hvert reaktionsskema med antallet af C, H og O på venstre side og på højre side.

Tallet foran en formel ganges med de små tal i formlen. 2 H2O indeholder altså 4 hydrogenatomer og 2 oxygenatomer.

  1. Afstemt. Der er 1 C, 4 H og 4 O på begge sider.
  2. Ikke afstemt. Der er 4 O til venstre og 6 O til højre. Der skal stå 3 O2.
  3. Afstemt. Der er 3 C, 8 H og 10 O på begge sider.

Opgave 6.3.3: Afstem forbrændingen

Skriv og afstem reaktionsskemaet for den fuldstændige forbrænding af de tre alkaner.

  1. Pentan, C5H12
  2. Heptan, C7H16
  3. Nonan, C9H20

Skriv først stofferne op: alkanen og O2 til venstre, CO2 og H2O til højre. Afstem derefter i rækkefølgen carbon, hydrogen og oxygen.

Pentan har 5 carbonatomer, så der dannes 5 CO2. Pentan har 12 hydrogenatomer, så der dannes 6 H2O. Til højre er der nu 10 oxygenatomer i CO2 og 6 i H2O, i alt 16. Hvor mange O2 svarer det til?

  1. C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O
  2. C7H16 + 11 O2 → 7 CO2 + 8 H2O
  3. C9H20 + 14 O2 → 9 CO2 + 10 H2O

Opgave 6.3.4: Når det ikke går op

Skriv og afstem reaktionsskemaet for den fuldstændige forbrænding af de to alkaner.

  1. Butan, C4H10
  2. Octan, C8H18

Afstem carbon og hydrogen som i opgave 6.3.3. Antallet af oxygenatomer til højre bliver et ulige tal.

For butan er der 4 CO2 og 5 H2O til højre. Det er 13 oxygenatomer, og det svarer til 6½ O2. Gang alle tallene i skemaet med 2, så de bliver hele.

  1. 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
  2. 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

Opgave 6.3.5: Ufuldstændig forbrænding

  1. Afstem reaktionsskemaet, hvor propan brænder med for lidt oxygen, og der dannes carbonmonoxid:

C3H8 + O2 → CO + H2O

  1. Afstem reaktionsskemaet, hvor ethan brænder med meget lidt oxygen, og der dannes sod:

C2H6 + O2 → C + H2O

  1. Forklar, hvorfor det er farligt at bruge en gasvarmer i et lukket telt.

Brug den samme rækkefølge som før: carbon, hydrogen og oxygen. Husk, at CO kun har ét oxygenatom, og at sod slet ikke har nogen.

I spørgsmål a er der 3 CO og 4 H2O til højre. Det er 7 oxygenatomer, altså 3½ O2. Gang alle tallene med 2.

  1. 2 C3H8 + 7 O2 → 6 CO + 8 H2O
  2. 2 C2H6 + 3 O2 → 4 C + 6 H2O
  3. Gasvarmeren bruger oxygenet i teltet. Når der bliver for lidt oxygen, bliver forbrændingen ufuldstændig, og der dannes carbonmonoxid. Gassen er giftig og kan hverken ses eller lugtes.

Opgave 6.3.6: Substitution

Ethan reagerer med chlor, når der er lys.

  1. Hvad kaldes reaktionstypen?
  2. Gør reaktionsskemaet færdigt:

C2H6 + Cl2 → …

  1. Hvorfor sker reaktionen ikke i mørke?

Se på figuren med methan og brom. Her sker det samme, bare med ethan og chlor.

Der dannes to stoffer. Det ene chloratom tager pladsen efter et hydrogenatom i ethan. Det andet chloratom binder sig til det hydrogenatom, der blev skiftet ud.

  1. En substitution
  2. C2H6 + Cl2 → C2H5Cl + HCl
  3. Lyset slår chlormolekylerne i stykker til løse chloratomer. Uden dem kan reaktionen ikke komme i gang.

Opgave 6.3.7: To reagensglas

Der hældes hexan og lidt brom i to reagensglas, så væsken i begge glas er gul. Glas 1 stilles ind i et mørkt skab. Glas 2 stilles i vindueskarmen i solen. Efter en time er væsken i glas 1 stadig gul, mens væsken i glas 2 er farveløs.

  1. Forklar forskellen på de to glas.
  2. Skriv reaktionsskemaet for reaktionen i glas 2. Hexan har formlen C6H14.
  3. Et stykke fugtigt indikatorpapir holdes hen over glas 2. Det viser, at der er dannet en syre. Hvilket stof er det?

Den gule farve kommer fra brom. Når farven forsvinder, er brommolekylerne blevet brugt i en reaktion.

Reaktionen er en substitution, og den kræver lys. Der dannes to stoffer: en alkan, hvor et hydrogenatom er skiftet ud med brom, og et lille molekyle med hydrogen og brom.

  1. Substitutionen kræver lys. I skabet sker der ingen reaktion, og brom beholder sin farve. I solen reagerer brom med hexan, og farven forsvinder.
  2. C6H14 + Br2 → C6H13Br + HBr
  3. Hydrogenbromid, HBr

Opgave 6.3.8: Carbondioxid fra methan

Hvor mange gram carbondioxid dannes der, når 8,02 g methan brænder fuldstændigt?

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)

Brug mængdeberegningsskemaet fra afsnit 4.5: ned til stofmængden af methan, på tværs til carbondioxid og op til massen.

Molarmasserne er 16,04 g/mol for CH4 og 44,01 g/mol for CO2. Forholdet mellem methan og carbondioxid er 1 : 1.

\[ n(\mathrm{CH_4}) = \frac{m}{M} = \frac{8{,}02\ \mathrm{g}}{16{,}04\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 0{,}500\ \mathrm{mol} \]

\[ n(\mathrm{CO_2}) = \frac{1}{1} \cdot 0{,}500\ \mathrm{mol} = 0{,}500\ \mathrm{mol} \]

\[ m(\mathrm{CO_2}) = n \cdot M = 0{,}500\ \mathrm{mol} \cdot 44{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 22{,}0\ \mathrm{g} \]

Der dannes 22,0 g carbondioxid.

Opgaver med fødevaretema

Når vi laver mad over ild, er det en forbrænding. Det er det også, når kroppen henter energi ud af maden.

Opgave 6.3.mad.1: En aften ved gasgrillen

En gasgrill brænder propan, C3H8. På en aften bruger grillen 44,1 g propan.

  1. Skriv og afstem reaktionsskemaet for den fuldstændige forbrænding af propan.
  2. Beregn stofmængden af propan.
  3. Beregn massen af den carbondioxid, der dannes.

Afstem i rækkefølgen carbon, hydrogen og oxygen. Brug derefter mængdeberegningsskemaet fra afsnit 4.5.

Molarmasserne er 44,09 g/mol for C3H8 og 44,01 g/mol for CO2. Reaktionsskemaet viser, at 1 mol propan giver 3 mol carbondioxid.

  1. C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
  2. Stofmængden af propan er

\[ n(\mathrm{C_3H_8}) = \frac{m}{M} = \frac{44{,}1\ \mathrm{g}}{44{,}09\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 1{,}00\ \mathrm{mol} \]

  1. Der dannes tre gange så mange mol carbondioxid.

\[ n(\mathrm{CO_2}) = \frac{3}{1} \cdot 1{,}00\ \mathrm{mol} = 3{,}00\ \mathrm{mol} \]

\[ m(\mathrm{CO_2}) = n \cdot M = 3{,}00\ \mathrm{mol} \cdot 44{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 132\ \mathrm{g} \]

Der dannes 132 g carbondioxid. Det er tre gange så meget, som propanen vejede, fordi oxygenet fra luften er kommet med i molekylerne.

Opgave 6.3.mad.2: Grillkul

Grillkul består næsten kun af carbon, C.

  1. Skriv reaktionsskemaet for den fuldstændige forbrænding af carbon.
  2. Når gløderne ligger tæt, og der ikke kommer luft nok til, dannes der carbonmonoxid. Afstem reaktionsskemaet:

C + O2 → CO

  1. Forklar, hvorfor man aldrig må tage en grill med glødende kul med ind i et telt eller en stue for at holde varmen.

Ved en fuldstændig forbrænding bliver alt carbon til carbondioxid. Der er ingen hydrogen i kul, så der dannes ikke vand.

I spørgsmål b er der 2 oxygenatomer til venstre og kun 1 til højre. Sæt et 2-tal foran CO, og afstem derefter carbon.

  1. C + O2 → CO2
  2. 2 C + O2 → 2 CO
  3. Gløderne bruger oxygenet i rummet, og der dannes carbonmonoxid. Gassen er giftig og kan hverken ses eller lugtes, så man opdager ikke faren i tide.

Opgave 6.3.mad.3: Forbrænding i kroppen

Kroppen henter energi ved at forbrænde glucose fra maden. Der dannes de samme to stoffer som ved forbrænding af en alkan.

  1. Hvilke to stoffer dannes der?
  2. Afstem reaktionsskemaet:

C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O

  1. Hvordan kommer kroppen af med den carbondioxid, der dannes?

Afstem i rækkefølgen carbon, hydrogen og oxygen. Læg mærke til, at der også er oxygenatomer i glucose.

Der dannes 6 CO2 og 6 H2O. Til højre er der 12 oxygenatomer i CO2 og 6 i H2O, i alt 18. Glucose har selv 6 oxygenatomer med, så O2 skal kun levere de sidste 12.

  1. Carbondioxid og vand
  2. C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
  3. Blodet fører carbondioxiden til lungerne, og vi ånder den ud.

Opgave 6.3.mad.4: Den sorte gryde

En gryde, der har hængt over et bål, er sort i bunden. En gryde, der har stået på et gasblus, er ren.

  1. Hvad er det sorte stof?
  2. Forklar forskellen på de to gryder.

Flammerne fra et bål er gule. Hvad fortæller farven om forbrændingen?

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • I bålet er forbrændingen …, fordi …
  • Der dannes derfor …, som sætter sig på gryden.
  • I gasblusset blandes gassen med …, før den brænder. Forbrændingen er derfor …, og der dannes kun …
  1. Sod, som er carbon
  2. I bålet er forbrændingen ufuldstændig, fordi der ikke kommer oxygen nok ind til alle dele af flammen. Der dannes derfor sod, som sætter sig på gryden. I gasblusset blandes gassen med luft, før den brænder. Forbrændingen er derfor fuldstændig, og der dannes kun carbondioxid og vand.

Opgaver med klimatema

Når benzin, diesel og gas brænder, bliver carbonatomerne til carbondioxid. Opgaverne træner det samme som opgave 6.3.1 til 6.3.8, men handler alle om fossile brændstoffer. Baggrunden står på siden Tema: Fossile brændstoffer og plast.

Opgave 6.3.klima.1: Hvad kommer der ud af udstødningen?

  1. Hvilke to stoffer dannes der, når benzin brænder fuldstændigt i en bilmotor?
  2. Hvilke to stoffer kan der også dannes, når forbrændingen er ufuldstændig?
  3. Hvad er årsagen til, at en forbrænding bliver ufuldstændig?
  4. En gammel dieselbil sender sort røg ud af udstødningen. Hvad fortæller det om forbrændingen?

Læs afsnittene Forbrænding og Ufuldstændig forbrænding i afsnit 6.3.

Carbonatomerne i brændstoffet bliver til CO2, når der er oxygen nok. Er der for lidt oxygen, får hvert carbonatom kun ét oxygenatom eller slet ingen. Sod er sort.

  1. Carbondioxid, CO2, og vand, H2O
  2. Carbonmonoxid, CO, og sod, som er carbon, C
  3. Der er for lidt oxygen.
  4. Den sorte røg er sod. Forbrændingen er altså ufuldstændig.

Opgave 6.3.klima.2: Er forbrændingen afstemt?

Tæl atomerne på begge sider af pilen, og afgør, om reaktionsskemaet er afstemt.

  1. Ethan fra naturgas: C2H6 + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
  2. Pentan fra benzin: C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O
  3. Bioethanol: C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

Tæl carbon, hydrogen og oxygen hver for sig. Tallet foran en formel skal ganges med det lille tal i formlen.

I skema a er der 6 oxygenatomer til venstre i de 3 O2. Til højre er der 4 i de 2 CO2 og 3 i vand. I skema c skal du huske oxygenatomet i ethanol.

  1. Nej. Der er 6 oxygenatomer til venstre og 7 til højre.
  2. Ja. Der er 5 C, 12 H og 16 O på begge sider.
  3. Ja. Der er 2 C, 6 H og 7 O på begge sider.

Opgave 6.3.klima.3: Afstem tre brændstoffer

Skriv og afstem reaktionsskemaet for den fuldstændige forbrænding af de tre alkaner.

  1. Propan fra flaskegas, C3H8
  2. Undecan fra flybrændstof, C11H24
  3. Pentadecan fra dieselolie, C15H32

Følg rækkefølgen i afsnit 6.3: først carbon, så hydrogen og til sidst oxygen.

For propan giver 3 carbonatomer 3 CO2, og 8 hydrogenatomer giver 4 H2O. Til højre er der så 6 oxygenatomer i CO2 og 4 i H2O, i alt 10, og det svarer til 5 O2.

  1. C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
  2. C11H24 + 17 O2 → 11 CO2 + 12 H2O
  3. C15H32 + 23 O2 → 15 CO2 + 16 H2O

Opgave 6.3.klima.4: Når det ikke går op i benzin og diesel

Skriv og afstem reaktionsskemaet for den fuldstændige forbrænding af de to alkaner.

  1. Hexan fra benzin, C6H14
  2. Decan fra dieselolie, C10H22

Afstem carbon og hydrogen som i opgave 6.3.klima.3. Antallet af oxygenatomer til højre bliver et ulige tal.

For hexan er der 6 CO2 og 7 H2O til højre. Det er 19 oxygenatomer, og det svarer til 9½ O2. Gang alle tallene i skemaet med 2, så de bliver hele.

  1. 2 C6H14 + 19 O2 → 12 CO2 + 14 H2O
  2. 2 C10H22 + 31 O2 → 20 CO2 + 22 H2O

Opgave 6.3.klima.5: For lidt oxygen

  1. Afstem reaktionsskemaet, hvor naturgas brænder med for lidt oxygen, og der dannes carbonmonoxid:

CH4 + O2 → CO + H2O

  1. Afstem reaktionsskemaet, hvor propan brænder med meget lidt oxygen, og der dannes sod:

C3H8 + O2 → C + H2O

  1. Forklar, hvorfor en bil ikke må stå med motoren tændt i en lukket garage.

Afstem carbon først, så hydrogen og til sidst oxygen. Læg mærke til, at der kun er ét oxygenatom i CO og slet ingen i C.

I skema a giver 1 CO og 2 H2O i alt 3 oxygenatomer. Det svarer til 1½ O2, så alle tal skal ganges med 2. Til spørgsmål c: Tænk på, hvad der sker med mængden af oxygen i et lukket rum.

  1. 2 CH4 + 3 O2 → 2 CO + 4 H2O
  2. C3H8 + 2 O2 → 3 C + 4 H2O
  3. Motoren bruger oxygenet i garagen. Når der er for lidt oxygen, bliver forbrændingen ufuldstændig, og der dannes carbonmonoxid. Gassen er giftig, og den kan hverken ses eller lugtes.

Opgave 6.3.klima.6: Kølemidler og ozonlaget

Methan reagerer med chlor, når der er lys.

  1. Hvad kaldes reaktionstypen?
  2. Gør reaktionsskemaet færdigt:

CH4 + Cl2 → …

  1. Hvorfor sker reaktionen ikke i mørke?
  2. I gamle køleskabe brugte man kølemidlet CCl2F2, som skadede ozonlaget. Hvor mange af hydrogenatomerne i methan er skiftet ud med andre atomer i det stof?

Se på figuren med substitution. Ét hydrogenatom bliver skiftet ud med et chloratom.

Der dannes to stoffer. Det hydrogenatom, der forlader methan, binder sig til det andet chloratom. Til spørgsmål d: Methan har fire hydrogenatomer.

  1. Substitution
  2. CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
  3. Lyset skal til for at sætte reaktionen i gang.
  4. Alle fire. To er skiftet ud med chlor, og to er skiftet ud med fluor.

Opgave 6.3.klima.7: To glas med benzin

Der hældes heptan, som findes i benzin, og lidt brom i to reagensglas, så væsken i begge glas er gul. Glas 1 pakkes ind i sølvpapir. Glas 2 stilles under en kraftig lampe. Efter en time er væsken i glas 1 stadig gul, mens væsken i glas 2 er farveløs.

  1. Forklar forskellen på de to glas.
  2. Skriv reaktionsskemaet for reaktionen i glas 2. Heptan har formlen C7H16.
  3. Et stykke fugtigt indikatorpapir holdes hen over glas 2. Det viser, at der er dannet en syre. Hvilket stof er det?

Den gule farve kommer fra brom. Når farven forsvinder, er brommolekylerne blevet brugt i en reaktion.

Reaktionen er en substitution, og den kræver lys. Der dannes to stoffer: en alkan, hvor et hydrogenatom er skiftet ud med brom, og et lille molekyle med hydrogen og brom.

  1. Substitutionen kræver lys. I sølvpapiret sker der ingen reaktion, og brom beholder sin farve. Under lampen reagerer brom med heptan, og farven forsvinder.
  2. C7H16 + Br2 → C7H15Br + HBr
  3. Hydrogenbromid, HBr

Opgave 6.3.klima.8: Carbondioxid fra en lighter

Hvor mange gram carbondioxid dannes der, når 5,81 g butan fra en lighter brænder fuldstændigt?

2 C4H10(g) + 13 O2(g) → 8 CO2(g) + 10 H2O(g)

Brug de tre trin fra afsnit 4.5: beregn stofmængden af butan, find stofmængden af carbondioxid med koefficienterne, og beregn massen.

Molarmasserne er 58,12 g/mol for C4H10 og 44,01 g/mol for CO2. Forholdet er 8 divideret med 2, så der dannes 4 gange så mange mol carbondioxid, som der bruges butan.

\[ n(\mathrm{C_4H_{10}}) = \frac{m}{M} = \frac{5{,}81\ \mathrm{g}}{58{,}12\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 0{,}100\ \mathrm{mol} \]

\[ n(\mathrm{CO_2}) = \frac{8}{2} \cdot 0{,}100\ \mathrm{mol} = 0{,}400\ \mathrm{mol} \]

\[ m(\mathrm{CO_2}) = n \cdot M = 0{,}400\ \mathrm{mol} \cdot 44{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 17{,}6\ \mathrm{g} \]

Der dannes 17,6 g carbondioxid. Det er tre gange så meget, som butanen vejede, fordi oxygenet fra luften er kommet med i molekylerne.