Номер 2, страница 16, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. При сжигании ароматического углеводорода массой 3,9 г образовалось 13,2 г $CO_2$ и 2,7 г $H_2O$. Определите структурную формулу этого арена.

Дано:

$m(арена) = 3,9 \text{ г}$

$m(CO_2) = 13,2 \text{ г}$

$m(H_2O) = 2,7 \text{ г}$

Найти:

Структурная формула арена - ?

Решение:

1. Ароматический углеводород (арен) состоит из атомов углерода и водорода, его общую формулу можно записать как $C_xH_y$. Уравнение реакции горения в общем виде:

$C_xH_y + (x + \frac{y}{4})O_2 \rightarrow xCO_2 + \frac{y}{2}H_2O$

2. Вычислим количество вещества (моль) продуктов горения — диоксида углерода и воды. Для этого нам понадобятся их молярные массы:

$M(CO_2) = 12,01 + 2 \cdot 16,00 = 44,01 \text{ г/моль}$

$M(H_2O) = 2 \cdot 1,01 + 16,00 = 18,02 \text{ г/моль}$

Количество вещества:

$n(CO_2) = \frac{m(CO_2)}{M(CO_2)} = \frac{13,2 \text{ г}}{44,01 \text{ г/моль}} \approx 0,3 \text{ моль}$

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{2,7 \text{ г}}{18,02 \text{ г/моль}} \approx 0,15 \text{ моль}$

3. Определим количество вещества атомов углерода (C) и водорода (H) в исходном соединении. Весь углерод из углеводорода перешел в $CO_2$, а весь водород — в $H_2O$.

В 1 моль $CO_2$ содержится 1 моль атомов C, следовательно:

$n(C) = n(CO_2) = 0,3 \text{ моль}$

В 1 моль $H_2O$ содержится 2 моль атомов H, следовательно:

$n(H) = 2 \cdot n(H_2O) = 2 \cdot 0,15 \text{ моль} = 0,3 \text{ моль}$

4. Найдем массы углерода и водорода в исходной навеске и проверим, совпадает ли их сумма с исходной массой арена.

$m(C) = n(C) \cdot M(C) = 0,3 \text{ моль} \cdot 12,01 \text{ г/моль} \approx 3,6 \text{ г}$

$m(H) = n(H) \cdot M(H) = 0,3 \text{ моль} \cdot 1,01 \text{ г/моль} \approx 0,3 \text{ г}$

$m(C) + m(H) = 3,6 \text{ г} + 0,3 \text{ г} = 3,9 \text{ г}$

Сумма масс углерода и водорода равна исходной массе вещества, что подтверждает, что соединение является углеводородом.

5. Найдем простейшую (эмпирическую) формулу углеводорода, определив соотношение атомов C и H:

$x : y = n(C) : n(H) = 0,3 : 0,3 = 1 : 1$

Простейшая формула соединения — $CH$.

6. Определим молекулярную формулу. Молекулярная формула будет иметь вид $(CH)_n$. Поскольку вещество является ареном, простейший представитель — бензол $C_6H_6$. Его формула соответствует простейшей формуле $CH$ при $n=6$. Проверим это, вычислив молярную массу неизвестного арена.

Количество вещества арена, вступившего в реакцию, можно найти, зная количество моль углерода и число атомов углерода в одной молекуле (x):

$n(C_xH_y) = \frac{n(C)}{x}$

Если предположить, что арен — это бензол ($C_6H_6$), то $x=6$.

$n(C_6H_6) = \frac{0,3 \text{ моль}}{6} = 0,05 \text{ моль}$

Тогда молярная масса арена равна:

$M(арена) = \frac{m(арена)}{n(арена)} = \frac{3,9 \text{ г}}{0,05 \text{ моль}} = 78 \text{ г/моль}$

Молярная масса бензола $C_6H_6$ равна $6 \cdot 12,01 + 6 \cdot 1,01 \approx 78,12 \text{ г/моль}$.

Рассчитанная молярная масса совпадает с молярной массой бензола. Следовательно, искомый арен — бензол.

7. Структурная формула бензола ($C_6H_6$) представляет собой шестиугольный цикл из шести атомов углерода, связанных чередующимися одинарными и двойными связями (или единой сопряженной π-системой), где каждый атом углерода связан с одним атомом водорода.

Ответ: Искомый арен — бензол, $C_6H_6$.