Как правильно определить формулу углеводорода, зная массовую долю углерода в нем


Задача 115.
Углеводород содержит 81,82% углерода. Масса 1 л этого углеводорода (н. у.) составляет 1,964 г. Найдите молекулярную формулу углеводорода, составьте его структурную формулу и назовите. Откуда известно, что этот углеводород - газ ?
Решение:
В решении используется то, что 1 моль любого газа = 22,4л.

1. Вычислим соотношение количеств веществ (п) углерода и водорода. 

В условии дана информация о массовой доле, поэтому необходимо произвольно выбрать некоторый образец, в котором мы будем определять соотношение количеств веществ элементов. Удобно выбрать образец массой 100 г. В этом случае числовые значения массовой доли каждого элемента совпадут с его массой в этом стограммовом образце.

Итак, в 100 г искомого вещества содержится 81,82 г углерода и 18,18 г водорода. Теперь вычислим соотношение количеств веществ (n) углерода и водорода. Используем соотношение: m = n . М

М(С) = 12 г/моль;
n(C) = m(С)/М(С) = 81,82/12 = 6,8 моль.

М(Н) = 1 г/моль;
n(Н) = m(Н)/М(Н) = 18,18/1 = 18,18 моль.

N(С) : N(H) = 6,8 : 18,18

2. Находим простейшую формулу вещества.

N(С) : N(H) = 6,8 : 18,18

Выбираем наименьшее значение (в данном случае 6,8) и делим на него оба числа, получим:

N(С) : N(H) = (6,8/6,8) : (18,18/6,8)
N(С) : N(H) = 1 : 2,7

Приведем оба члена к целым числам, получим:

N(С) : N(H) = 1 : 2,7 = 3 : 8

Получили набор наименьших целых чисел. Это дает возможность записать простейшую формулу: С3Н8.

3. Выявление истинной формулы вещества.

Находим молярную массу углеводорода, зная масу 1л его, получим:

М(СхНу) = 1,964 . 22,4 = 43,99 или 44 г/моль.

Находим молярную массу углеводорода состава С3Н8, получим:

М(С3Н8) = (3 . 12) + (8 . 1) = 44 г/моль.

Вещество с формулой С3Н8 реально существует. Простейшая формула совпадает с истинной формулой, так как молярные массы совпадают (М(СхНу) = М(С3Н8).

Ответ: С3Н8, это пропан. Структурная формула имеет вид: СН3-СН2-СН3.

РS. Что это вещество газ вытекает из условия задачи - так как по условию дана масса 1 л этого газа.
 


"Гремучий газ"

 

Задание 116.
Какова масса и количество воды, которая образовалась при сгорании 8 г водорода. Как объяснить утверждение о том, что при сгорании определенного количества водорода образуется такое же количество воды? Верно ли это утверждение?
Решение:
Смесь водорода и кислорода - взрывоопасна, это "гремучий газ". 

Уравнение реакции имеет вид:

2H2 + O2 = 2H2O

По уравнению реакции две молекулы водорода реагируют с одной молекулой кислорода, значит оптимальное соотношение водорода и кислорода - два к одному. 

Это газовая система, где реакция протекает в газовой сфере. Поэтому, если рассматривать вещества системы в объемных отношениях, то можно сказать, что при сгорании определенного объема, например 1 л водорода, образуется 1 л паров воды. Это видно по уравнению реакции:
 1л                                 1л
2(газ) + О2(газ) = 2Н2О (газ)
 2.22,4л                      2.22,4л

Все это объясняется согласно закону Авогадро, который гласит - 1 моль любого газа занимает 22,4 л.

Эта реакция протекает с уменьшением объема в 1,5 раза (из 3 моль исходных газообразных веществ (водород и кислород) образуется 2 моль газообразного продукта (водяной пар). Если выразить количественно, то из 2 моль водорода образуется 2 моль паров воды. В нашем случае n(H2) = n(H2O). Конкретизируем для данной реакции: n(H2) = m(H2)/M(H2) = 8/2 = 4 моль; n(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 72/18 = 4 моль.

Таким образом, При сгорании водорода образуется одинаковое количество паров воды.

Но при рассчетах в массовом исчислении веществ, естественно, что из 8 г водорода образуется 72 г воды. Это можно отобразить схемой:

 8г                                  хг
2(газ) + О2(газ) = 2Н2О (газ)
 4г                                  36г

Расчет массы паров воды:

4г : 36 г
8г : хг

отсюда

х = (8 . 36)/4 = 72 г.

Массовое отношение водорода и воды равно 1 : 9 (8 : 72 = 1 : 9).

Все это объясняется согласно закону Ломоносова (Закон сохранения массы веществ).

Таким образом, из 1 массовой части водорода образуется 9 массовых частей воды.