Номер 6, страница 162 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 27. Циклоалканы. Глава 3. Углеводороды - номер 6, страница 162.

Условие.

6. При сгорании циклоалкана образовалось 8,8 г углекислого газа. Рассчитайте массу образовавшейся при этом воды и массу сгоревшего циклоалкана. Можно ли установить формулу этого углеводорода?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{CO}_2) = 8,8 \text{ г}$
Углеводород - циклоалкан

Найти:

$m(\text{H}_2\text{O}) - ?$
$m(\text{циклоалкана}) - ?$
Формула циклоалкана - ?

Решение:

Запишем уравнение реакции горения циклоалкана в общем виде. Общая формула циклоалканов $C_nH_{2n}$.

$C_nH_{2n} + \frac{3n}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + nH_2O$

Рассчитаем количество вещества (моль) образовавшегося углекислого газа ($CO_2$). Молярная масса $CO_2$ составляет:

$M(\text{CO}_2) = M(\text{C}) + 2 \cdot M(\text{O}) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$

Количество вещества $CO_2$:

$\nu(\text{CO}_2) = \frac{m(\text{CO}_2)}{M(\text{CO}_2)} = \frac{8,8 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, количество вещества образовавшейся воды равно количеству вещества углекислого газа, так как их стехиометрические коэффициенты равны ($n$):

$\nu(\text{H}_2\text{O}) = \nu(\text{CO}_2) = 0,2 \text{ моль}$

Рассчитаем массу образовавшейся воды ($H_2O$). Молярная масса $H_2O$:

$M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot M(\text{H}) + M(\text{O}) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

Масса воды:

$m(\text{H}_2\text{O}) = \nu(\text{H}_2\text{O}) \cdot M(\text{H}_2\text{O}) = 0,2 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 3,6 \text{ г}$

Теперь рассчитаем массу сгоревшего циклоалкана. Его масса складывается из массы углерода и водорода, которые полностью перешли в продукты реакции.

Найдем массу углерода (C) в 0,2 моль $CO_2$:

$\nu(\text{C}) = \nu(\text{CO}_2) = 0,2 \text{ моль}$
$m(\text{C}) = \nu(\text{C}) \cdot M(\text{C}) = 0,2 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 2,4 \text{ г}$

Найдем массу водорода (H) в 0,2 моль $H_2O$:

$\nu(\text{H}) = 2 \cdot \nu(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$
$m(\text{H}) = \nu(\text{H}) \cdot M(\text{H}) = 0,4 \text{ моль} \cdot 1 \text{ г/моль} = 0,4 \text{ г}$

Масса сгоревшего циклоалкана равна сумме масс углерода и водорода:

$m(\text{циклоалкана}) = m(\text{C}) + m(\text{H}) = 2,4 \text{ г} + 0,4 \text{ г} = 2,8 \text{ г}$

Для ответа на вопрос о возможности установления формулы, найдем соотношение атомов C и H в молекуле.

$\nu(\text{C}) : \nu(\text{H}) = 0,2 : 0,4 = 1 : 2$

Это соотношение дает простейшую (эмпирическую) формулу $CH_2$. Общая формула циклоалканов $C_nH_{2n}$ как раз и соответствует этой простейшей формуле. Однако определить конкретное значение $n$ (например, 3 для циклопропана, 4 для циклобутана и т.д.) на основе имеющихся данных невозможно. Это происходит потому, что отношение массы сгоревшего циклоалкана к массе образовавшегося углекислого газа не зависит от $n$:

$\frac{m(C_nH_{2n})}{m(CO_2)} = \frac{1 \cdot M(C_nH_{2n})}{n \cdot M(CO_2)} = \frac{14n}{n \cdot 44} = \frac{14}{44} = \frac{7}{22}$

Так как $n$ сокращается, соотношение масс не зависит от конкретного представителя гомологического ряда циклоалканов.

Ответ:

масса образовавшейся воды составляет 3,6 г;
масса сгоревшего циклоалкана составляет 2,8 г;
установить точную молекулярную формулу циклоалкана невозможно.