Номер 5, страница 206 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 38. Получение и применение аренов. Глава 3. Углеводороды - номер 5, страница 206.

Условие.

5. При нагревании некоторого углеводорода с катализатором образовалось 55 л паров бензола и 220 л водорода. Установите структуру исходного углеводорода.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(C_6H_6) = 55 \text{ л}$

$V(H_2) = 220 \text{ л}$

Найти:

Структура исходного углеводорода - ?

Решение:

Процесс, описанный в задаче, — это каталитическая ароматизация (дегидроциклизация) углеводорода. Запишем общее уравнение реакции для неизвестного углеводорода $C_xH_y$:

$C_xH_y \xrightarrow{t, катализатор} C_6H_6 + H_2$

Согласно закону Авогадро, для газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) отношение их объемов равно отношению их количеств вещества (молей). Это позволяет нам найти стехиометрическое соотношение между продуктами реакции — бензолом и водородом.

$\frac{n(C_6H_6)}{n(H_2)} = \frac{V(C_6H_6)}{V(H_2)} = \frac{55 \text{ л}}{220 \text{ л}} = \frac{1}{4}$

Таким образом, на 1 моль образовавшегося бензола приходится 4 моля водорода. Уточненное уравнение реакции выглядит так:

$C_xH_y \rightarrow 1 \cdot C_6H_6 + 4 \cdot H_2$

Для определения формулы исходного углеводорода $C_xH_y$ воспользуемся законом сохранения массы, составив баланс атомов для углерода и водорода.

1.Баланс атомов углерода (C):

Все атомы углерода из исходного вещества переходят в молекулы бензола. Следовательно, число атомов углерода в исходной молекуле равно числу атомов углерода в одной молекуле бензола.

$x = 1 \cdot 6 = 6$

2.Баланс атомов водорода (H):

Все атомы водорода из исходного вещества распределяются между молекулами бензола и водорода. Число атомов водорода в левой части уравнения должно быть равно общему числу атомов водорода в правой части.

$y = (1 \cdot 6) + (4 \cdot 2) = 6 + 8 = 14$

Следовательно, молекулярная формула исходного углеводорода — $C_6H_{14}$.

Данная формула соответствует общей формуле алканов $C_nH_{2n+2}$ (при $n=6$, $2n+2 = 2 \cdot 6 + 2 = 14$). Значит, исходное вещество является гексаном.

Реакция каталитической дегидроциклизации с образованием бензола характерна для алканов с неразветвленной цепью из шести атомов углерода. Таким веществом является н-гексан (нормальный гексан).

Уравнение реакции для н-гексана:

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{Pt, t^{\circ}} C_6H_6 + 4H_2$

Ответ:

Исходный углеводород — н-гексан. Его структурная формула: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$.