Номер 23, страница 65 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

23. При полном сгорании углеводорода образовалось 27 г воды и 33,6 л (н. у.) углекислого газа. Относительная плотность углеводорода по неону равна 2,1. Установите его молекулярную формулу.

1) $C_2H_4$

2) $C_3H_6$

3) $C_3H_8$

4) $CH_4$

Дано:

$m(H_2O) = 27 \ г$

$V(CO_2) = 33,6 \ л \ (н.у.)$

$D_{Ne}(C_xH_y) = 2,1$

Найти:

Молекулярную формулу углеводорода $C_xH_y$ - ?

Решение:

1. Запишем общее уравнение реакции горения углеводорода, где $x$ и $y$ - число атомов углерода и водорода соответственно:

$C_xH_y + (x + \frac{y}{4})O_2 \rightarrow xCO_2 + \frac{y}{2}H_2O$

2. Найдем количество вещества (моль) продуктов реакции — воды ($H_2O$) и углекислого газа ($CO_2$).

Молярная масса воды $M(H_2O) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \ г/моль$.

Количество вещества воды:

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{27 \ г}{18 \ г/моль} = 1,5 \ моль$

При нормальных условиях (н. у.) молярный объем любого газа $V_m = 22,4 \ л/моль$.

Количество вещества углекислого газа:

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{33,6 \ л}{22,4 \ л/моль} = 1,5 \ моль$

3. Определим количество вещества атомов углерода (C) и водорода (H) в сгоревшем углеводороде. Весь углерод из углеводорода перешел в $CO_2$, а весь водород — в $H_2O$.

Количество вещества атомов углерода равно количеству вещества углекислого газа:

$n(C) = n(CO_2) = 1,5 \ моль$

Количество вещества атомов водорода в два раза больше количества вещества воды, так как в каждой молекуле $H_2O$ содержится 2 атома H:

$n(H) = 2 \cdot n(H_2O) = 2 \cdot 1,5 \ моль = 3 \ моль$

4. Установим простейшую (эмпирическую) формулу углеводорода. Для этого найдем соотношение индексов $x$ и $y$, которое равно соотношению количеств веществ атомов C и H:

$x : y = n(C) : n(H) = 1,5 : 3$

Чтобы получить простейшее целочисленное соотношение, разделим оба числа на наименьшее из них (1,5):

$x : y = \frac{1,5}{1,5} : \frac{3}{1,5} = 1 : 2$

Таким образом, простейшая формула углеводорода — $CH_2$.

5. Установим истинную (молекулярную) формулу. Для этого найдем молярную массу искомого углеводорода, используя его относительную плотность по неону ($Ne$).

Молярная масса неона $M(Ne) \approx 20 \ г/моль$.

Относительная плотность газа A по газу B связана с их молярными массами соотношением $D_B(A) = \frac{M(A)}{M(B)}$.

Следовательно, молярная масса углеводорода:

$M(C_xH_y) = D_{Ne}(C_xH_y) \cdot M(Ne) = 2,1 \cdot 20 \ г/моль = 42 \ г/моль$

6. Сравним молярную массу истинной формулы с молярной массой простейшей формулы.

Молярная масса простейшей формулы $M(CH_2) = Ar(C) + 2 \cdot Ar(H) = 12 + 2 \cdot 1 = 14 \ г/моль$.

Истинная формула имеет вид $(CH_2)_k$. Найдем коэффициент $k$:

$k = \frac{M(C_xH_y)}{M(CH_2)} = \frac{42 \ г/моль}{14 \ г/моль} = 3$

Следовательно, молекулярная формула углеводорода: $(CH_2)_3$, то есть $C_3H_6$.

Эта формула соответствует предложенному варианту ответа 2.

Ответ: 2) $C_3H_6$