Страница 65 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

16. Пропен образуется при отщеплении воды от
1) пропанола-1
2) пропаналя
3) глицерина
4) пропандиола-1,2

Чтобы определить, из какого вещества образуется пропен ($CH_3-CH=CH_2$) при отщеплении воды, необходимо рассмотреть реакцию дегидратации для каждого из предложенных вариантов.

1) пропанол-1

Пропанол-1 ($CH_3-CH_2-CH_2-OH$) — первичный спирт. Внутримолекулярная дегидратация спиртов является стандартным методом получения алкенов. При нагревании пропанола-1 с водоотнимающим агентом (например, концентрированной серной кислотой при температуре выше 140°C) отщепляется молекула воды с образованием двойной связи.

$CH_3-CH_2-CH_2-OH \xrightarrow{H_2SO_4, t > 140^\circ C} CH_3-CH=CH_2 + H_2O$

В результате реакции образуется пропен.

Ответ: при дегидратации пропанола-1 образуется пропен.

2) пропаналь

Пропаналь ($CH_3-CH_2-CHO$) — это альдегид. В его молекуле отсутствует гидроксильная группа (-OH), необходимая для реакции дегидратации, поэтому он не может образовывать пропен таким путем.

Ответ: реакция дегидратации с образованием пропена невозможна.

3) глицерин

Глицерин ($CH_2(OH)-CH(OH)-CH_2(OH)$) — трехатомный спирт. Его дегидратация приводит к отщеплению двух молекул воды и образованию ненасыщенного альдегида — акролеина ($CH_2=CH-CHO$), а не пропена.

$CH_2(OH)-CH(OH)-CH_2(OH) \xrightarrow{t, катализатор} CH_2=CH-CHO + 2H_2O$

Ответ: при дегидратации глицерина образуется акролеин.

4) пропандиол-1,2

Пропандиол-1,2 ($CH_3-CH(OH)-CH_2(OH)$) — двухатомный спирт. При его дегидратации происходит перегруппировка, приводящая к образованию карбонильных соединений (например, пропаналя), но не пропена.

Ответ: при дегидратации пропандиола-1,2 пропен не образуется.

Таким образом, пропен образуется при отщеплении воды от пропанола-1.

Ответ: 1

17. И с бензолом, и с толуолом реагирует

1) $HCl$.

2) $KMnO_4$.

3) $HNO_3$.

4) $Br_2$ на свету.

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать взаимодействие бензола ($C_6H_6$) и толуола ($C_6H_5CH_3$) с каждым из предложенных реагентов.

1) HCl

Соляная кислота ($HCl$) не реагирует ни с бензолом, ни с толуолом в стандартных условиях. Ароматические углеводороды устойчивы к действию таких кислот, так как для атаки на стабильное бензольное кольцо требуется более сильный электрофил или специфические катализаторы.

2) KMnO₄

Перманганат калия ($KMnO_4$) — сильный окислитель. Бензол очень устойчив к окислению и не вступает в реакцию с раствором $KMnO_4$. Толуол, в отличие от бензола, имеет боковую алкильную (метильную) группу, которая окисляется перманганатом калия при нагревании до карбоксильной группы, в результате чего образуется бензойная кислота. Таким образом, $KMnO_4$ реагирует с толуолом, но не с бензолом.

3) HNO₃

Азотная кислота ($HNO_3$) вступает в реакцию электрофильного замещения (нитрования) с ароматическими соединениями. Для этого обычно используется смесь концентрированных азотной и серной кислот (нитрующая смесь). И бензол, и толуол реагируют с $HNO_3$.

• Нитрование бензола приводит к образованию нитробензола:

  $C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_6H_5NO_2 + H_2O$

• Нитрование толуола происходит активнее, чем бензола, с образованием смеси орто- и пара-нитротолуолов, так как метильная группа является активирующим заместителем:

  $C_6H_5CH_3 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} o/p-C_6H_4(CH_3)NO_2 + H_2O$

Следовательно, азотная кислота реагирует и с бензолом, и с толуолом.

4) Br₂ на свету

Взаимодействие с бромом на свету (при УФ-облучении, $h\nu$) протекает по механизму свободно-радикального замещения. Бензол не имеет боковых цепей, и его кольцо не вступает в реакцию в этих условиях. Толуол же имеет метильную группу, в которой происходит замещение атома водорода на бром. Реакция идет по боковой цепи, а не в ароматическом кольце.

$C_6H_5CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CH_2Br + HBr$

Таким образом, бром на свету реагирует с толуолом, но не с бензолом.

Из анализа вариантов следует, что единственным веществом, реагирующим и с бензолом, и с толуолом, является азотная кислота.

Ответ: 3

18. И с этиленом, и с ацетиленом реагирует

1) $Na$.

2) $NaOH$.

3) $HNO_3$.

4) $H_2O$.

Для решения этой задачи необходимо рассмотреть химические свойства этилена ($C_2H_4$) и ацетилена ($C_2H_2$) и их способность взаимодействовать с каждым из предложенных веществ.

Этилен ($CH_2=CH_2$) является алкеном и содержит двойную связь, а ацетилен ($HC \equiv CH$) — алкином с тройной связью. Оба класса соединений являются ненасыщенными, для них характерны реакции присоединения и окисления. Ацетилен также обладает слабыми кислотными свойствами за счет атомов водорода при тройной связи.

Проанализируем каждый вариант:

1) Na

Натрий — это активный щелочной металл, который реагирует с соединениями, имеющими подвижный (кислотный) атом водорода. Ацетилен, как терминальный алкин, обладает такими свойствами и реагирует с натрием, образуя ацетиленид натрия:

$2HC \equiv CH + 2Na \rightarrow 2NaC \equiv CH + H_2 \uparrow$

Этилен не проявляет кислотных свойств и с натрием не реагирует. Следовательно, этот вариант не подходит.

2) NaOH

Гидроксид натрия является сильным основанием, но его силы недостаточно, чтобы отщепить протон от ацетилена (ацетилен — очень слабая кислота). С этиленом, не имеющим кислотных свойств, реакция также не идет. Следовательно, этот вариант не подходит.

3) HNO₃

Азотная кислота является сильным окислителем. Ненасыщенные углеводороды, такие как этилен и ацетилен, легко окисляются сильными окислителями по месту кратной (двойной или тройной) связи. Эта область молекулы имеет повышенную электронную плотность и уязвима для атаки окислителей.

Этилен будет окисляться азотной кислотой. В жестких условиях происходит разрыв связи $C=C$.

Ацетилен также энергично окисляется азотной кислотой, вплоть до разрыва тройной связи.

Таким образом, азотная кислота реагирует с обоими углеводородами. Этот вариант является правильным.

4) H₂O

Вода способна присоединяться к этилену и ацетилену (реакции гидратации), но эти процессы требуют специфических и, что важно, разных каталитических условий.

Гидратация этилена протекает в присутствии кислотного катализатора (например, $H_3PO_4$) при высокой температуре и давлении с образованием этанола:

$CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+, t, p} CH_3-CH_2OH$

Гидратация ацетилена (реакция Кучерова) требует присутствия солей ртути(II) в качестве катализатора и приводит к образованию ацетальдегида:

$HC \equiv CH + H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H^+} CH_3-CHO$

Хотя реакции возможны, они не протекают при простом смешивании с водой, в отличие от реакции с сильным окислителем, таким как $HNO_3$. Поэтому вариант с азотной кислотой является более общим и точным ответом на поставленный вопрос.

Ответ: 3

19. Изомером бутина-1 является

1) бутен-1.

2) бутан.

3) циклобутан.

4) бутадиен-1,3.

Решение

Изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковую молекулярную формулу (одинаковый качественный и количественный состав), но разное химическое строение и, как следствие, разные свойства. Чтобы найти изомер для бутина-1, нам нужно выполнить следующие шаги:

1. Определить молекулярную формулу бутина-1.
2. Определить молекулярные формулы всех предложенных в вариантах ответов соединений.
3. Сравнить полученные формулы. Соединение с такой же молекулярной формулой, как у бутина-1, и будет его изомером.

Шаг 1: Определение молекулярной формулы бутина-1
Бутин-1 относится к классу алкинов. Общая формула для алкинов: $C_nH_{2n-2}$.
Префикс "бут-" в названии указывает на наличие 4 атомов углерода (C) в основной цепи, следовательно, $n=4$.
Подставим значение $n=4$ в общую формулу: $C_4H_{2 \cdot 4 - 2} = C_4H_6$.
Таким образом, молекулярная формула бутина-1 — $C_4H_6$.

Шаг 2: Анализ предложенных вариантов

1) бутен-1
Это алкен (одна двойная связь). Общая формула алкенов — $C_nH_{2n}$. При $n=4$ молекулярная формула будет $C_4H_8$. Она не совпадает с формулой бутина-1.

2) бутан
Это алкан (только одинарные связи). Общая формула алканов — $C_nH_{2n+2}$. При $n=4$ молекулярная формула будет $C_4H_{10}$. Она не совпадает с формулой бутина-1.

3) циклобутан
Это циклоалкан. Общая формула циклоалканов — $C_nH_{2n}$. При $n=4$ молекулярная формула будет $C_4H_8$. Она не совпадает с формулой бутина-1.

4) бутадиен-1,3
Это алкадиен (две двойные связи). Общая формула алкадиенов — $C_nH_{2n-2}$. При $n=4$ молекулярная формула будет $C_4H_{2 \cdot 4 - 2} = C_4H_6$. Эта формула совпадает с молекулярной формулой бутина-1.

Шаг 3: Вывод
Молекулярная формула бутадиена-1,3 ($C_4H_6$) совпадает с молекулярной формулой бутина-1 ($C_4H_6$), но их структурные формулы различны:

• Бутин-1: $CH \equiv C-CH_2-CH_3$
• Бутадиен-1,3: $CH_2=CH-CH=CH_2$

Следовательно, бутадиен-1,3 является межклассовым изомером бутина-1.

Ответ: 4) бутадиен-1,3.

20. Изомером циклобутана является

1) бутан.

2) бутен-1.

3) бутин-2.

4) бутадиен-1,3.

Изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав (то есть одинаковую молекулярную формулу), но разное строение и, как следствие, разные свойства. Для нахождения изомера циклобутана необходимо определить его молекулярную формулу и сравнить её с формулами предложенных веществ.

Циклобутан относится к классу циклоалканов, общая формула которых $C_nH_{2n}$. Корень «бут-» в названии указывает на наличие 4 атомов углерода ($n=4$). Следовательно, молекулярная формула циклобутана: $C_4H_{2 \cdot 4}$ или $C_4H_8$.

Теперь проанализируем каждое из предложенных соединений:

1) бутан
Бутан является представителем класса алканов, общая формула которых $C_nH_{2n+2}$. Для бутана с 4 атомами углерода ($n=4$) молекулярная формула — $C_4H_{2 \cdot 4 + 2}$, то есть $C_4H_{10}$. Эта формула не совпадает с формулой циклобутана ($C_4H_8$), поэтому бутан не является его изомером.

2) бутен-1
Бутен-1 относится к классу алкенов (о чем говорит суффикс «-ен»). Общая формула алкенов — $C_nH_{2n}$. Для бутена ($n=4$) молекулярная формула — $C_4H_8$. Эта формула совпадает с молекулярной формулой циклобутана. Следовательно, бутен-1 является межклассовым изомером циклобутана.

3) бутин-2
Бутин-2 — это алкин (суффикс «-ин»). Общая формула алкинов, содержащих одну тройную связь, — $C_nH_{2n-2}$. Для бутина ($n=4$) молекулярная формула будет $C_4H_{2 \cdot 4 - 2}$, то есть $C_4H_6$. Эта формула не совпадает с формулой циклобутана.

4) бутадиен-1,3
Бутадиен-1,3 — это алкадиен, то есть углеводород с двумя двойными связями. Их общая формула также $C_nH_{2n-2}$. Для бутадиена ($n=4$) молекулярная формула — $C_4H_{2 \cdot 4 - 2}$, то есть $C_4H_6$. Эта формула не совпадает с формулой циклобутана.

Таким образом, единственное соединение из списка, имеющее ту же молекулярную формулу, что и циклобутан ($C_4H_8$), это бутен-1.

Ответ: 2) бутен-1.

21. Бромная вода взаимодействует с обоими углеводородами

1) пропаном и бутаном.

2) бензолом и толуолом.

3) пропеном и пропином.

4) этаном и этиленом.

Решение

Бромная вода (водный раствор брома $Br_2$) используется как качественный реагент для обнаружения непредельных углеводородов, то есть соединений, содержащих кратные (двойные или тройные) углерод-углеродные связи. Реакция с бромной водой протекает по механизму электрофильного присоединения по кратной связи и сопровождается исчезновением коричневой окраски брома. Насыщенные углеводороды (алканы) и ароматические углеводороды (арены) в обычных условиях с бромной водой не взаимодействуют.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) пропаном и бутаном
Пропан ($C_3H_8$) и бутан ($C_4H_{10}$) – это алканы. Они являются предельными (насыщенными) углеводородами, в их молекулах все связи одинарные. Алканы не реагируют с бромной водой в обычных условиях. Следовательно, этот вариант неверный.

2) бензолом и толуолом
Бензол ($C_6H_6$) и толуол ($C_6H_5CH_3$) – это ароматические углеводороды (арены). Несмотря на формальную ненасыщенность, их ароматическая система очень устойчива и не вступает в реакции присоединения с бромной водой. Следовательно, этот вариант неверный.

3) пропеном и пропином
Пропен ($CH_2=CH-CH_3$) – это алкен, в его молекуле есть одна двойная связь. Пропин ($CH\equiv C-CH_3$) – это алкин, в его молекуле есть одна тройная связь. Оба этих углеводорода являются непредельными и легко вступают в реакцию присоединения с бромной водой, обесцвечивая ее.
Уравнение реакции для пропена:
$CH_2=CH-CH_3 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CHBr-CH_3$ (образуется 1,2-дибромпропан)
Уравнение реакции для пропина (при избытке брома):
$CH\equiv C-CH_3 + 2Br_2 \rightarrow CHBr_2-CBr_2-CH_3$ (образуется 1,1,2,2-тетрабромпропан)
Поскольку оба вещества в паре реагируют с бромной водой, этот вариант является правильным.

4) этаном и этиленом
В этой паре этан ($C_2H_6$) является предельным углеводородом (алканом) и не реагирует с бромной водой. Этилен (этен, $C_2H_4$) – непредельный углеводород (алкен), который реагирует с бромной водой. Так как только одно из двух веществ вступает в реакцию, этот вариант неверный.

Ответ: 3

22. Воду в определённых условиях могут присоединить оба углеводорода

1) этилен и бутадиен-1,3

2) пропан и циклопропан

3) бензол и циклогексан

4) пентан и пентен-2

Для того чтобы углеводород мог присоединять воду (вступать в реакцию гидратации), он должен быть непредельным, то есть содержать в своей структуре двойные или тройные углерод-углеродные связи, либо быть малым циклоалканом с высоким напряжением в цикле (например, циклопропан). Предельные углеводороды (алканы) и стабильные циклоалканы (как циклогексан) не вступают в реакции присоединения. Ароматические углеводороды, такие как бензол, также не присоединяют воду в обычных условиях из-за высокой стабильности ароматической системы.

Рассмотрим каждую предложенную пару веществ:

1) этилен и бутадиен-1,3

Этилен ($CH_2=CH_2$) — это алкен. Он имеет одну двойную связь и вступает в реакцию гидратации в присутствии кислотного катализатора, образуя этанол.

$CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+, t, p} CH_3-CH_2-OH$

Бутадиен-1,3 ($CH_2=CH-CH=CH_2$) — это диеновый углеводород с двумя двойными связями. Он также является непредельным соединением и способен присоединять воду.

$CH_2=CH-CH=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH(OH)-CH=CH_2$ (один из возможных продуктов)

Вывод: оба углеводорода в этой паре способны присоединять воду.

2) пропан и циклопропан

Пропан ($CH_3-CH_2-CH_3$) — это алкан, предельный (насыщенный) углеводород. Он не может вступать в реакции присоединения.

Циклопропан может реагировать с разрывом цикла, но поскольку пропан инертен в данной реакции, эта пара не удовлетворяет условию.

3) бензол и циклогексан

Бензол ($C_6H_6$) — это ароматический углеводород. Для него реакции присоединения нехарактерны из-за стабильности ароматического кольца.

Циклогексан ($C_6H_{12}$) — это циклоалкан без напряжения в цикле, он ведет себя подобно алканам и не вступает в реакции присоединения.

Вывод: ни один из углеводородов в этой паре не присоединяет воду.

4) пентан и пентен-2

Пентан ($C_5H_{12}$) — это алкан, предельный углеводород, который не вступает в реакции присоединения.

Пентен-2 — это алкен, и он способен присоединять воду. Однако, поскольку пентан не реагирует, эта пара не является правильным ответом.

Следовательно, единственная пара, где оба углеводорода могут присоединять воду в определённых условиях, это этилен и бутадиен-1,3.

Ответ: 1

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) $C_3H_6$

24. При ароматизации гептана образовалось 150 л паров толуола. Чему равен объём полученного при этом водорода?

(Объёмы газов соответствуют одинаковым условиям.)

1) 37,5 л.

2) 150 л.

3) 450 л.

4) 600 л.

Дано:

Объём паров толуола $V(C_7H_8) = 150 \text{ л}$

Объемы газов соответствуют одинаковым условиям (p, T = const).

Найти:

Объём водорода $V(H_2)$

Решение:

Процесс ароматизации гептана (каталитический риформинг) заключается в его дегидроциклизации с образованием ароматического углеводорода — толуола — и водорода. Составим уравнение этой химической реакции.

Формула гептана — $C_7H_{16}$.

Формула толуола — $C_7H_8$.

Запишем и сбалансируем уравнение реакции:

$C_7H_{16} \xrightarrow{kat, t, p} C_7H_8 + 4H_2$

Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, который является следствием закона Авогадро, объемы газообразных веществ, участвующих в реакции, относятся друг к другу как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции (при условии, что объемы измерены при одинаковых температуре и давлении).

Из уравнения реакции видно, что при образовании 1 моль паров толуола ($C_7H_8$) также образуется 4 моль водорода ($H_2$). Следовательно, соотношение их объемов будет таким же, как и соотношение их коэффициентов:

$\frac{V(C_7H_8)}{V(H_2)} = \frac{1}{4}$

Выразим из данной пропорции искомый объём водорода:

$V(H_2) = 4 \cdot V(C_7H_8)$

Подставим в формулу известное значение объёма паров толуола:

$V(H_2) = 4 \cdot 150 \text{ л} = 600 \text{ л}$

Ответ: 600 л.

25. При полном сгорании пропана образовалось 30 л углекислого газа. Сколько литров пропана израсходовано? Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.

1) 10

2) 30

3) 90

4) 120

Дано:

Объём образовавшегося углекислого газа $V(CO_2) = 30$ л.

Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.

Найти:

Объём израсходованного пропана $V(C_3H_8)$ — ?

Решение:

1. Сначала составим уравнение химической реакции полного сгорания пропана ($C_3H_8$). При полном сгорании углеводородов образуются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Уравнение реакции в общем виде:

$C_3H_8 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

2. Уравняем количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения (расставим стехиометрические коэффициенты):

$C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

3. В условии задачи сказано, что объёмы газов измерены при одинаковых условиях (одинаковые температура и давление). Согласно закону объёмных отношений Гей-Люссака, объёмы реагирующих и образующихся газов относятся друг к другу как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

4. Из сбалансированного уравнения реакции видно, что из 1 моль (и, следовательно, 1 объёмной части) пропана образуется 3 моль (3 объёмные части) углекислого газа. Мы можем составить пропорцию для объёмов пропана и углекислого газа:

$\frac{V(C_3H_8)}{1} = \frac{V(CO_2)}{3}$

5. Выразим из этой пропорции искомый объём пропана $V(C_3H_8)$ и подставим известное значение объёма углекислого газа $V(CO_2) = 30$ л:

$V(C_3H_8) = \frac{V(CO_2)}{3} = \frac{30 \text{ л}}{3} = 10 \text{ л}$

Следовательно, для получения 30 л углекислого газа потребовалось сжечь 10 л пропана.

Ответ: израсходовано 10 литров пропана.

26. Сколько литров углекислого газа образуется при полном сгорании 40 л бутана? Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.

1) 10

2) 40

3) 160

4) 200

Дано:

$V(C_{4}H_{10}) = 40 \text{ л}$

Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.

Найти:

$V(CO_{2}) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение реакции полного сгорания бутана ($C_{4}H_{10}$). При полном сгорании углеводородов образуются углекислый газ ($CO_{2}$) и вода ($H_{2}O$).

Сначала запишем схему реакции:

$C_{4}H_{10} + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O$

Теперь уравняем её, расставив стехиометрические коэффициенты.

1. Уравняем атомы углерода (C): слева 4 атома, значит, справа перед $CO_{2}$ ставим коэффициент 4.
2. Уравняем атомы водорода (H): слева 10 атомов, значит, справа перед $H_{2}O$ ставим коэффициент 5 (так как $5 \times 2 = 10$).
3. Уравняем атомы кислорода (O): справа получилось $4 \times 2 + 5 \times 1 = 13$ атомов. Чтобы слева было 13 атомов, перед $O_{2}$ нужно поставить коэффициент $13/2$.

Получаем уравнение: $C_{4}H_{10} + \frac{13}{2}O_{2} \rightarrow 4CO_{2} + 5H_{2}O$.

Чтобы избавиться от дробного коэффициента, умножим все коэффициенты в уравнении на 2:

$2C_{4}H_{10} + 13O_{2} \rightarrow 8CO_{2} + 10H_{2}O$

В условии сказано, что объёмы газов измерены при одинаковых условиях. Согласно закону объёмных отношений (закон Гей-Люссака), объёмы вступающих в реакцию и образующихся в ней газов относятся как их стехиометрические коэффициенты.

Из уравнения реакции видно, что из 2 моль (или 2 объёмных частей) бутана образуется 8 моль (или 8 объёмных частей) углекислого газа. Составим пропорцию для объёмов:

$\frac{V(C_{4}H_{10})}{V(CO_{2})} = \frac{2}{8}$

Из этой пропорции выразим объём углекислого газа $V(CO_{2})$:

$V(CO_{2}) = V(C_{4}H_{10}) \times \frac{8}{2} = 4 \times V(C_{4}H_{10})$

Подставим известное значение объёма бутана:

$V(CO_{2}) = 4 \times 40 \text{ л} = 160 \text{ л}$

Ответ: 160.