Номер 9, страница 90 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 13. Предмет и значение органической химии. Глава 2. Основные понятия органической химии - номер 9, страница 90.

Условие.

9. При сгорании 8,6 г углеводорода образовалось 26,4 г углекислого газа. Плотность паров углеводорода по водороду равна 43. Определите молекулярную формулу вещества.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(C_xH_y) = 8,6 \text{ г}$

$m(CO_2) = 26,4 \text{ г}$

$D_{H_2}(C_xH_y) = 43$

Найти:

Молекулярная формула $C_xH_y - ?$

Решение:

1. Сначала определим молярную массу неизвестного углеводорода ($C_xH_y$), используя его относительную плотность по водороду ($D_{H_2}$). Молярная масса водорода $M(H_2) = 2 \text{ г/моль}$.

$M(C_xH_y) = D_{H_2}(C_xH_y) \times M(H_2) = 43 \times 2 \text{ г/моль} = 86 \text{ г/моль}$

2. Уравнение реакции горения углеводорода в общем виде:

$C_xH_y + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

При сгорании весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ ($CO_2$). Найдем массу углерода в 26,4 г $CO_2$.

Молярная масса $CO_2$ составляет $M(CO_2) = 12 + 2 \times 16 = 44 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $CO_2$ равно:

$\nu(CO_2) = \frac{m(CO_2)}{M(CO_2)} = \frac{26,4 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} = 0,6 \text{ моль}$

В одной молекуле $CO_2$ содержится один атом углерода, следовательно, количество вещества атомов углерода равно количеству вещества $CO_2$:

$\nu(C) = \nu(CO_2) = 0,6 \text{ моль}$

Масса углерода в исходном образце углеводорода:

$m(C) = \nu(C) \times M(C) = 0,6 \text{ моль} \times 12 \text{ г/моль} = 7,2 \text{ г}$

3. Углеводород состоит только из углерода и водорода. Найдем массу водорода в исходном образце, вычитая массу углерода из общей массы углеводорода:

$m(H) = m(C_xH_y) - m(C) = 8,6 \text{ г} - 7,2 \text{ г} = 1,4 \text{ г}$

4. Найдем количество вещества атомов водорода. Молярная масса атомарного водорода $M(H) = 1 \text{ г/моль}$.

$\nu(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{1,4 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 1,4 \text{ моль}$

5. Теперь найдем соотношение индексов $x$ и $y$ в формуле $C_xH_y$, которое равно соотношению количеств веществ атомов C и H:

$x : y = \nu(C) : \nu(H) = 0,6 : 1,4$

Чтобы получить простейшее целочисленное соотношение, разделим оба значения на наименьшее из них (0,6):

$x : y = \frac{0,6}{0,6} : \frac{1,4}{0,6} \approx 1 : 2,33$

Для получения целых чисел, представим $2,33$ как дробь $7/3$ и умножим оба члена отношения на 3:

$x : y = 1 \times 3 : \frac{7}{3} \times 3 = 3 : 7$

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула вещества - $C_3H_7$.

6. Определим истинную молекулярную формулу. Для этого вычислим молярную массу вещества по простейшей формуле и сравним ее с истинной молярной массой, найденной в п.1.

$M(C_3H_7) = 3 \times 12 + 7 \times 1 = 36 + 7 = 43 \text{ г/моль}$

Найдем отношение истинной молярной массы к молярной массе простейшей формулы:

$\frac{M(C_xH_y)}{M(C_3H_7)} = \frac{86 \text{ г/моль}}{43 \text{ г/моль}} = 2$

Это означает, что истинная молекулярная формула содержит в 2 раза больше атомов каждого элемента, чем простейшая. Умножаем индексы в простейшей формуле на 2:

$(C_3H_7)_2 = C_6H_{14}$

Искомая молекулярная формула - $C_6H_{14}$ (гексан).

Ответ: $C_6H_{14}$