Номер 345, страница 80 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.345. При сжигании монохлоралкана и конденсации паров воды была получена 28,85%-я соляная кислота. Определите молекулярную формулу монохлоралкана. Растворимостью углекислого газа в воде пренебречь.

Дано:
Массовая доля соляной кислоты, $\omega(HCl) = 28,85\% = 0.2885$

Найти:
Молекулярную формулу монохлоралкана - ?

Решение:

Общая формула для насыщенных одноатомных спиртов - $C_nH_{2n+1}Cl$, где $n$ – число атомов углерода в молекуле.

При сжигании (полном окислении) монохлоралкана образуются углекислый газ ($CO_2$), вода ($H_2O$) и хлороводород ($HCl$). Запишем уравнение реакции в общем виде:

$C_nH_{2n+1}Cl + \frac{3n}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + nH_2O + HCl$

Из условия задачи следует, что полученная соляная кислота образовалась при растворении хлороводорода ($HCl$) в воде ($H_2O$), которые оба являются продуктами реакции сгорания. Растворимостью углекислого газа в воде можно пренебречь.

Массовая доля растворенного вещества ($\omega$) в растворе вычисляется по формуле:

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)}{m(раствора)} = \frac{m(HCl)}{m(HCl) + m(H_2O)}$

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль монохлоралкана $C_nH_{2n+1}Cl$ образуется 1 моль $HCl$ и $n$ моль $H_2O$.

Примем количество сгоревшего монохлоралкана за 1 моль. Тогда:

Количество вещества хлороводорода $\nu(HCl) = 1$ моль.

Количество вещества воды $\nu(H_2O) = n$ моль.

Найдем массы этих веществ, используя молярные массы:

$M(HCl) = 1 + 35.5 = 36.5$ г/моль

$M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$ г/моль

Масса хлороводорода: $m(HCl) = \nu(HCl) \cdot M(HCl) = 1 \text{ моль} \cdot 36.5 \text{ г/моль} = 36.5$ г.

Масса воды: $m(H_2O) = \nu(H_2O) \cdot M(H_2O) = n \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 18n$ г.

Теперь подставим массы в формулу для массовой доли и используем значение, данное в условии задачи, для нахождения $n$:

$0.2885 = \frac{36.5}{36.5 + 18n}$

Решим это уравнение:

$0.2885 \cdot (36.5 + 18n) = 36.5$

$10.53025 + 5.193n = 36.5$

$5.193n = 36.5 - 10.53025$

$5.193n = 25.96975$

$n = \frac{25.96975}{5.193} \approx 5$

Так как $n$ — это число атомов углерода, оно должно быть целым. Следовательно, $n = 5$.

Подставим найденное значение $n$ в общую формулу монохлоралкана $C_nH_{2n+1}Cl$:

$C_5H_{2 \cdot 5 + 1}Cl = C_5H_{11}Cl$

Ответ: Молекулярная формула монохлоралкана $C_5H_{11}Cl$.