Номер 5, страница 221 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

5. Углеводород состоит из 75% углерода, его плотность по воздуху равна 0,552. Определите его формулу.

Дано:

Углеводород $C_xH_y$

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

Плотность по воздуху $D_{воздух} = 0.552$

Найти:

Формулу углеводорода $C_xH_y$

Решение:

1. Определим молярную массу неизвестного углеводорода. Плотность по воздуху ($D_{воздух}$) связана с молярной массой вещества ($M_{вещ}$) и средней молярной массой воздуха ($M_{воздух}$) соотношением:

$D_{воздух} = \frac{M_{вещ}}{M_{воздух}}$

Средняя молярная масса воздуха принимается равной 29 г/моль.

Отсюда молярная масса углеводорода:

$M(C_xH_y) = D_{воздух} \cdot M_{воздух} = 0.552 \cdot 29 \text{ г/моль} = 16.008 \text{ г/моль} \approx 16 \text{ г/моль}$

2. Углеводород состоит из углерода и водорода. Так как массовая доля углерода составляет 75%, то массовая доля водорода будет:

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

3. Найдем простейшую (эмпирическую) формулу углеводорода. Для этого найдем соотношение числа атомов углерода ($x$) и водорода ($y$) в молекуле. Это соотношение равно соотношению их количеств вещества (в молях).

Примем атомные массы: $A_r(C) = 12$ г/моль, $A_r(H) = 1$ г/моль.

Соотношение индексов $x$ и $y$ в формуле $C_xH_y$ можно найти как:

$x : y = \frac{\omega(C)}{A_r(C)} : \frac{\omega(H)}{A_r(H)}$

$x : y = \frac{75}{12} : \frac{25}{1} = 6.25 : 25$

Чтобы найти простейшее целочисленное соотношение, разделим оба числа на меньшее из них (6.25):

$x : y = \frac{6.25}{6.25} : \frac{25}{6.25} = 1 : 4$

Таким образом, простейшая формула углеводорода — $CH_4$.

4. Проверим, совпадает ли молярная масса простейшей формулы с истинной молярной массой, найденной в п.1.

Молярная масса для формулы $CH_4$:

$M(CH_4) = A_r(C) + 4 \cdot A_r(H) = 12 + 4 \cdot 1 = 16 \text{ г/моль}$

Полученная молярная масса (16 г/моль) совпадает с молярной массой, рассчитанной по плотности (16 г/моль). Следовательно, простейшая формула является истинной молекулярной формулой.

Ответ: Формула углеводорода — $CH_4$ (метан).