Номер 3.49, страница 21, часть I - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

3.49. Выведите простейшую формулу водородного соединения углерода, в котором массовая доля углерода составляет 75%.

Дано:

Водородное соединение углерода ($C_xH_y$)

Массовая доля углерода $\omega(C) = 75\%$

Массовые доли являются безразмерными величинами, поэтому перевод в систему СИ не требуется.

Найти:

Простейшую формулу соединения — $C_xH_y$

Решение:

Простейшая (эмпирическая) формула вещества показывает соотношение атомов элементов в нем. Это соотношение равно соотношению количеств вещества (числа молей) этих элементов. Общая формула водородного соединения углерода — $C_xH_y$.

1. Поскольку соединение состоит только из углерода и водорода, суммарная массовая доля этих элементов равна 100%. Найдем массовую долю водорода:

$\omega(H) = 100\% - \omega(C) = 100\% - 75\% = 25\%$

2. Для нахождения соотношения атомов в молекуле удобно принять массу образца вещества равной 100 г. Тогда массы углерода и водорода в этом образце будут численно равны их массовым долям в граммах:

$m(C) = 100 \text{ г} \cdot 0.75 = 75 \text{ г}$

$m(H) = 100 \text{ г} \cdot 0.25 = 25 \text{ г}$

3. Теперь найдем количество вещества (в молях) для каждого элемента. Используем молярные массы, которые численно равны относительным атомным массам: $M(C) \approx 12 \text{ г/моль}$ и $M(H) \approx 1 \text{ г/моль}$.

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{75 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} = 6.25 \text{ моль}$

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{25 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 25 \text{ моль}$

4. Соотношение индексов $x$ и $y$ в формуле $C_xH_y$ равно соотношению количеств вещества атомов:

$x : y = n(C) : n(H) = 6.25 : 25$

5. Чтобы получить простейшее целочисленное соотношение, разделим оба значения на наименьшее из них (в данном случае на 6.25):

$x = \frac{6.25}{6.25} = 1$

$y = \frac{25}{6.25} = 4$

Следовательно, простейшее соотношение атомов углерода к водороду равно 1:4. Таким образом, простейшая формула соединения — $CH_4$.

Ответ: Простейшая формула водородного соединения углерода — $CH_4$.