Номер 4, страница 70 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

4. При сгорании углеводорода массой 2,34 г образовался оксид углерода(IV) объёмом 4,032 л (н. у.). Относительная плотность паров этого углеводорода по водороду равна 39. Выведите молекулярную формулу данного углеводорода.

Дано:

$m(\text{C}_x\text{H}_y) = 2,34 \text{ г}$

$V(\text{CO}_2) = 4,032 \text{ л}$ (н. у.)

$D_{\text{H}_2}(\text{C}_x\text{H}_y) = 39$

$V_m = 22,4 \text{ л/моль}$ (молярный объем при н. у.)

Перевод в СИ:

$m(\text{C}_x\text{H}_y) = 0,00234 \text{ кг}$

$V(\text{CO}_2) = 0,004032 \text{ м}^3$

$V_m = 0,0224 \text{ м}^3/\text{моль}$

Найти:

Молекулярную формулу углеводорода $(\text{C}_x\text{H}_y)$ - ?

Решение:

1. Общая формула углеводорода - $\text{C}_x\text{H}_y$. Уравнение реакции горения в общем виде:

$\text{C}_x\text{H}_y + (x + \frac{y}{4})\text{O}_2 \rightarrow x\text{CO}_2 + \frac{y}{2}\text{H}_2\text{O}$

2. Найдем молярную массу искомого углеводорода, используя его относительную плотность по водороду. Относительная плотность газа по другому газу - это отношение их молярных масс.

$D_{\text{H}_2}(\text{C}_x\text{H}_y) = \frac{M(\text{C}_x\text{H}_y)}{M(\text{H}_2)}$

Молярная масса водорода $M(\text{H}_2) = 2 \text{ г/моль}$.

Отсюда молярная масса углеводорода:

$M(\text{C}_x\text{H}_y) = D_{\text{H}_2}(\text{C}_x\text{H}_y) \times M(\text{H}_2) = 39 \times 2 \text{ г/моль} = 78 \text{ г/моль}$.

3. Определим количество вещества (число молей) образовавшегося оксида углерода(IV) $(\text{CO}_2)$. Поскольку объем дан для нормальных условий (н. у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$n(\text{CO}_2) = \frac{V(\text{CO}_2)}{V_m} = \frac{4,032 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,18 \text{ моль}$.

4. Весь углерод из сгоревшего углеводорода перешел в $\text{CO}_2$. В каждой молекуле $\text{CO}_2$ содержится один атом углерода, следовательно, количество вещества атомов углерода равно количеству вещества $\text{CO}_2$.

$n(\text{C}) = n(\text{CO}_2) = 0,18 \text{ моль}$.

5. Найдем массу углерода в исходном веществе. Молярная масса углерода $M(\text{C}) = 12 \text{ г/моль}$.

$m(\text{C}) = n(\text{C}) \times M(\text{C}) = 0,18 \text{ моль} \times 12 \text{ г/моль} = 2,16 \text{ г}$.

6. Углеводород состоит только из углерода и водорода. Найдем массу водорода в исходной навеске, вычитая массу углерода из общей массы углеводорода.

$m(\text{H}) = m(\text{C}_x\text{H}_y) - m(\text{C}) = 2,34 \text{ г} - 2,16 \text{ г} = 0,18 \text{ г}$.

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

$n(\text{H}) = \frac{m(\text{H})}{M(\text{H})} = \frac{0,18 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 0,18 \text{ моль}$.

8. Теперь найдем соотношение числа атомов углерода ($x$) и водорода ($y$) в молекуле. Это соотношение равно соотношению их количеств вещества.

$x : y = n(\text{C}) : n(\text{H}) = 0,18 : 0,18$

Разделив оба числа на наименьшее (0,18), получаем простейшее соотношение:

$x : y = 1 : 1$

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула углеводорода - $\text{CH}$.

9. Выведем истинную (молекулярную) формулу. Для этого сравним молярную массу, соответствующую простейшей формуле, с истинной молярной массой, найденной в п. 2.

Молярная масса простейшей формулы $\text{CH}$:

$M(\text{CH}) = M(\text{C}) + M(\text{H}) = 12 + 1 = 13 \text{ г/моль}$.

Истинная молярная масса $M(\text{C}_x\text{H}_y) = 78 \text{ г/моль}$.

Найдем, во сколько раз истинная молярная масса больше молярной массы простейшей формулы:

$\frac{M(\text{C}_x\text{H}_y)}{M(\text{CH})} = \frac{78}{13} = 6$.

Это означает, что в молекуле содержится 6 групп $\text{CH}$. Следовательно, молекулярная формула углеводорода - $(\text{CH})_6$, то есть $\text{C}_6\text{H}_6$.

Ответ: молекулярная формула данного углеводорода - $\text{C}_6\text{H}_6$.