При сжигании 2,52 г углеводорода с относительной плотностью паров по водороду 42 образовалось 7,92 г углекислого газа и 3,24 г воды. Определите молекулярную формулу углеводорода.

Дано:

m (C (х) H (у)) = 2,52 г

D H2 (C (х) H (у)) = 42

m (CO2) = 7,92 г

m (H2O) = 3,24 г

Найти:

формула в-ва - ?

При решении данной задачи необходимо знать и уметь применить:

методику работы с периодической системой Д. И. Менделеева; понятия "количество вещества", "закон сохранения масс", "плотность по водороду"; провести расчеты, используя необходимые формулы.

Решение:

Количественное определение элементов в веществе

1) По условию задачи дан углеводород, значит вещество состоит только из C и H;

2) В задаче нам потребуются молярные массы CO2 и H2O. С помощью периодической системы Д. И. Менделеева произвести расчет, что численно будет равно молекулярным массам:

Mr (CO2) = Ar (C) + Ar (O) * 2 = 12 + 16 * 2 = 44 г/моль;

Mr (H2O) = Ar (H) * 2 + Ar (O) * 3 = 1 * 2 + 16 = 18 г/моль;

3) Найти количество вещества CO2 и H2O:

n (CO2) = m (CO2) / Mr (CO2) = 7,92 / 44 = 0,18 моль;

n (H2O) = m (H2O) / Mr (H2O) = 3,24 / 18 = 0,18 моль;

4) Рассчитать количество вещества C и H в CO2 и H2O (по определению):

n (C в CO2) = n (CO2) = 0,18 моль;

n (H в H2O) = n (H2O) * 2 = 0,18 * 2 = 0,36 моль;

5) Найти количество вещества C и H в C (х) H (у) (по закону сохранения масс):

n (C в C (х) H (у)) = n (C в CO2) = 0,18 моль;

n (H в C (х) H (у)) = n (H в H2O) = 0,36 моль;

Выведение формулы неизвестного вещества

6) Исходя из определения "количество вещества", можно вывести формулу неизвестного вещества C (х) H (у). То есть соотношение стехиометрических коэффициентов элементов (х, у) прямо пропорционально соотношению найденному их значению количество вещества:

х: у = n (C) : n (H) = 0,18 : 0,36;

Необходимо все значения разделить на минимальное из них (0,18):

х: у = 1 : 2;

7) Таким образом, получена простейшая формула неизвестного вещества - CH2. Такое вещество не существует. По условию нам дана плотность неизвестного вещества по водороду. Вычислить молярную массу неизвестного вещества:

Mr (в-ва) = D H2 (C (х) H (у)) * Mr (H2) = 42 * 2 = 84 г/моль;

8) Найти молярную массу простейшей формулы неизвестного вещества - CH2:

Mr (CH2) = Ar (C) + Ar (H) * 2 = 12 + 1 * 2 = 14 г/моль;

9) Определить соотношение между найденными молярными массами:

Mr (в-ва) : Mr (CH2) = 84 : 14 = 6 : 1;

10) Так как Mr (в-ва) в 6 раза больше, чем Mr (CH2), то и количество каждого элемента в молекуле в 6 раза больше. Следовательно, формула неизвестного вещества:

C6H12 - циклогексан.

Ответ: Формула неизвестного вещества - C6H12 - циклогексан.

Решение:

1. Составим уравнение реакции, в котором x - число атомов углерода, y - число атомов водорода. Некоторые коэффициенты будут в виде выражений:

CxHy + (x + y/4) O2 = xCO2 + (y/2) H2O;

2. Найдём молекулярную массу неизвестного углеводорода:

2 * 42 = 84 г/моль;

3. Найдём количество вещества у неизвестного углеводорода:

2,52 / 84 = 0,03 моль;

4. Найдём количество вещества у углекислого газа:

7,92 / 44 = 0,18 моль;

5. Составим пропорцию и найдём значение x:

0,03 / 1 = 0,18 / x;

0,03x = 0,18;

x = 0,18 / 0,03

x = 6;

6. Найдём количество вещества у воды:

3,24 / 18 = 0,18 моль;

7. Составим пропорцию и найдём значение y:

0,03 / 1 = 0,18 / (y/2);

0,03 = 0,36 / y;

y = 0,36 / 0,03;

y = 12;

8. Неизвестный углеводород имеет химическую формулу C6H12. Это гексен. Его молекулярная масса равна 84, что соответствует расчёту во втором действии.

Ответ: молекулярная формула углеводорода C6H12.