Номер 2, страница 49 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 2. Сожгли 7 г циклического углеводорода, образовалось 22 г углекислого газа и 9 г воды. Определите формулу вещества, если плотность его паров в нормальных условиях составляет 3,125 г/л. С каким веществом из другого класса оно изомерно?

Ответ: $C_5H_{10}$.

Дано:

$m(\text{углеводорода}) = 7 \text{ г}$

$m(\text{CO}_2) = 22 \text{ г}$

$m(\text{H}_2\text{O}) = 9 \text{ г}$

$\rho(\text{паров}) = 3,125 \text{ г/л}$ (при н.у.)

Найти:

Молекулярная формула вещества - ?

Изомер из другого класса - ?

Решение:

1. Определим количество вещества продуктов сгорания - углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$).

Молярная масса $CO_2$:

$M(\text{CO}_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$

Количество вещества $CO_2$:

$n(\text{CO}_2) = \frac{m(\text{CO}_2)}{M(\text{CO}_2)} = \frac{22 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

Молярная масса $H_2O$:

$M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

Количество вещества $H_2O$:

$n(\text{H}_2\text{O}) = \frac{m(\text{H}_2\text{O})}{M(\text{H}_2\text{O})} = \frac{9 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

2. Найдем количество вещества атомов углерода (C) и водорода (H) в исходном углеводороде. Весь углерод из углеводорода перешел в $CO_2$, а весь водород - в $H_2O$.

Количество вещества атомов углерода равно количеству вещества $CO_2$:

$n(\text{C}) = n(\text{CO}_2) = 0,5 \text{ моль}$

Количество вещества атомов водорода вдвое больше количества вещества $H_2O$, так как в каждой молекуле воды 2 атома водорода:

$n(\text{H}) = 2 \cdot n(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 0,5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

3. Установим простейшую (эмпирическую) формулу углеводорода, найдя соотношение количества атомов углерода и водорода.

$n(\text{C}) : n(\text{H}) = 0,5 : 1$

Чтобы получить целочисленное соотношение, разделим оба числа на наименьшее (0,5):

$\frac{0,5}{0,5} : \frac{1}{0,5} = 1 : 2$

Таким образом, простейшая формула вещества — $CH_2$.

4. Определим истинную молярную массу углеводорода, используя плотность его паров при нормальных условиях.

Молярная масса газа связана с его плотностью $\rho$ и молярным объемом $V_m$ (при н.у. $V_m = 22,4$ л/моль) соотношением:

$M = \rho\cdot V_m$

$M(\text{углеводорода}) = 3,125 \text{ г/л} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 70 \text{ г/моль}$

5. Найдем истинную (молекулярную) формулу углеводорода.

Молярная масса, соответствующая простейшей формуле $CH_2$:

$M(\text{CH}_2) = 12 + 2 \cdot 1 = 14 \text{ г/моль}$

Истинная формула имеет вид $(CH_2)_n$. Найдем коэффициент $\text{n}$, разделив истинную молярную массу на молярную массу простейшей формулы:

$n = \frac{M(\text{углеводорода})}{M(\text{CH}_2)} = \frac{70 \text{ г/моль}}{14 \text{ г/моль}} = 5$

Следовательно, молекулярная формула углеводорода: $(CH_2)_5$, то есть $C_5H_{10}$.

6. Определим, с каким веществом из другого класса оно изомерно.

Найденная формула $C_5H_{10}$ соответствует общей формуле $C_nH_{2n}$. В условии сказано, что исходное вещество - циклический углеводород, то есть оно относится к классу циклоалканов (например, циклопентан). Межклассовыми изомерами для циклоалканов являются алкены, которые также имеют общую формулу $C_nH_{2n}$.

Примером такого изомера может служить любой алкен состава $C_5H_{10}$, например, пентен-1.

Ответ: Молекулярная формула вещества – $C_5H_{10}$. Вещество является циклоалканом и изомерно представителям класса алкенов (например, пентену-1).