Номер 3, страница 44 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 3. При сжигании 29 г углеводорода образовалось 44,8 л (н. у.) углекислого газа и 112 л воды. Относительная плотность паров вещества по гелию равна 14,5. Определите молекулярную формулу углеводорода.

Ответ: $C_4H_{10}$

Дано:

$m(C_xH_y) = 29 \text{ г}$

$V(CO_2) = 44,8 \text{ л}$ (н.у.)

$m(H_2O) = 112 \text{ г}$ (Данные о воде в условии "112 л" некорректны, так как объем жидкости не указывается в литрах в таких задачах, а объем пара привел бы к противоречию. Наиболее вероятная опечатка, где имелась в виду масса воды 112 г. Однако, как будет показано в решении, и эта масса не соответствует остальным данным. Расчет будет произведен без использования данных о воде).

$D_{He}(C_xH_y) = 14,5$

$M(He) = 4 \text{ г/моль}$

$V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Найти:

Молекулярную формулу углеводорода $C_xH_y$

Решение:

1. Определим молярную массу неизвестного углеводорода ($C_xH_y$), используя его относительную плотность паров по гелию ($D_{He}$).

$D_{He}(C_xH_y) = \frac{M(C_xH_y)}{M(He)}$

$M(C_xH_y) = D_{He}(C_xH_y) \cdot M(He) = 14,5 \cdot 4 \text{ г/моль} = 58 \text{ г/моль}$

2. Напишем уравнение реакции горения углеводорода в общем виде:

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

3. Найдем количество вещества (моль) углекислого газа ($CO_2$), образовавшегося в реакции. Так как объем дан для нормальных условий (н.у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{44,8 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 2 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $C_xH_y$ образуется $\text{x}$ моль $CO_2$. Весь углерод из сгоревшего углеводорода переходит в углекислый газ, поэтому количество вещества атомов углерода в исходном веществе равно количеству вещества углекислого газа.

$n(C) = n(CO_2) = 2 \text{ моль}$

5. Найдем массу углерода в исходной навеске углеводорода.

$m(C) = n(C) \cdot M(C) = 2 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 24 \text{ г}$

6. Масса водорода в исходном веществе равна разности масс всего углеводорода и массы углерода.

$m(H) = m(C_xH_y) - m(C) = 29 \text{ г} - 24 \text{ г} = 5 \text{ г}$

7. Найдем количество вещества атомов водорода.

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{5 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 5 \text{ моль}$

8. Найдем соотношение индексов $\text{x}$ и $\text{y}$ в формуле $C_xH_y$. Это соотношение равно соотношению количеств веществ атомов углерода и водорода.

$x : y = n(C) : n(H) = 2 : 5$

Простейшая (эмпирическая) формула углеводорода — $C_2H_5$.

9. Сравним молярную массу простейшей формулы с истинной молярной массой, найденной в п.1.

$M(C_2H_5) = 2 \cdot 12 + 5 \cdot 1 = 29 \text{ г/моль}$

Истинная молярная масса $M(C_xH_y) = 58 \text{ г/моль}$.

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

$\frac{M(C_xH_y)}{M(C_2H_5)} = \frac{58}{29} = 2$

Это означает, что индексы в молекулярной формуле в 2 раза больше, чем в простейшей.

Молекулярная формула: $(C_2H_5)_2 = C_4H_{10}$.

Проверка по воде: При сгорании 29 г (0,5 моль) $C_4H_{10}$ должно образоваться $0,5 \cdot \frac{10}{2} = 2,5$ моль воды, что составляет $2,5 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 45$ г воды. Данное в условии количество "112 л" (или 112 г) является ошибочным.

Ответ: $C_4H_{10}$