Question

Массовая доля водорода в углеводороде X равна 20,0 %.  а) Установите молекулярную формулу углеводорода X. В результате хлорирования данного углеводорода получили смесь моно- и дихлорзамещенных изомеровб) Приведите структурные формулы и названия всех моно- и дихлорпроизводных, которые могут образоваться в результате описанного выше процесса.  в) Определите массовую долю дихлорзамещенных изомеров в полученной смеси хлорсодержащих органических веществ, если известно, что относительная плотность ее паров по воздуху равна 3,12.  Углеводород X можно получить по реакции между CO и H2. Такой способ получения углеводородов называется процессом Фишера—Тропша.  г) Учитывая, что, кроме углеводорода X, в процессе Фишера—Тропша еще образуется вода, приведите урав нение протекающей реакции.  д) Рассчитайте относительную плотность по водороду смеси CO и H2, взятой для синтеза углеводорода X и имеющей стехиометрический состав. В других условиях в процессе Фишера—Тропша из смеси CO и H2 можно получить смесь двух алканов, являющихся ближайшими гомологами. Массовая доля угле рода в полученной смеси равна 78,2 %.  е) Установите молекулярные формулы алканов, о которых идет речь. Ответ обоснуйте.

Answer 1

дано:  
- Массовая доля водорода в углеводороде X = 20,0 %  

найти:  
1. Молекулярную формулу углеводорода X.  
2. Структурные формулы и названия моно- и дихлорпроизводных.  
3. Массовую долю дихлорзамещенных изомеров в смеси.  
4. Уравнение реакции Фишера—Тропша для получения углеводорода X.  
5. Относительную плотность по водороду смеси CO и H2 для синтеза углеводорода X.  
6. Молекулярные формулы ближайших гомологов, если массовая доля углерода равна 78,2 %.  

решение:  

а) Для нахождения молекулярной формулы углеводорода X:

1. Пусть масса углеводорода X = 100 г (для удобства расчетов).
   Тогда масса водорода = 20,0 г.
   Следовательно, масса углерода = 100 г - 20,0 г = 80,0 г.

2. Найдем количество молей углерода и водорода:
   Количество молей C = 80,0 г / 12 г/моль = 6,67 моль.  
   Количество молей H = 20,0 г / 1 г/моль = 20,0 моль.

3. Определим соотношение атомов:
   Соотношение углерода к водороду: 6,67 : 20,0.
   Приведем к наименьшему целому числу: 1 : 3.
   Таким образом, получаем эмпирическую формулу C1H3.

4. Найдем молярную массу:
   Молярная масса CH3 = 12 + 3 = 15 г/моль.

5. Поскольку мы не знаем точное значение молекулярной формулы, будем считать, что molar mass является кратным 15. Найдём подходящее число.
   Если молярная масса углеводорода X = 30 г/моль, то его формула C2H6 (этан).
   Проверяем: 2*12 + 6*1 = 24 + 6 = 30.

Итак, молекулярная формула углеводорода X: C2H6.

б) Возможные моно- и дихлорпроизводные углеводорода X (C2H6):

Монохлорзамещенные изомеры:  
1. CH3CH2Cl (хлорэтан).

Дихлорзамещенные изомеры:  
1. CH2ClCH2Cl (1,2-дихлорэтан).  
2. CH3CHCl2 (1,1-дихлорэтан).

в) Рассчитаем массовую долю дихлорзамещенных изомеров.

1. Хлорирование приводит к образованию как моно-, так и дихлоризомеров. Из общего числа молекул получаем 3 молекулы (1 монохлор, 2 дихлора).
2. Доля дихлор производных: 2 из 3 = 2/3 = 66,7 %.

г) Уравнение реакции Фишера—Тропша:

CO + H2 → CnHm + H2O

Для углеводорода C2H6:  
2CO + 4H2 → C2H6 + 2H2O.

д) Рассчитаем относительную плотность смеси CO и H2:

1. Молярная масса CO = 28 г/моль, H2 = 2 г/моль.
   Отношение стехиометрического состава CO:H2 = 1:2.
   
2. Молярная масса смеси: Mсмеси = (1*28 + 2*2) / (1 + 2) = (28 + 4) / 3 = 32 / 3 = 10,67 г/моль.

3. Относительная плотность по водороду: P = Mсмеси / M(водород) = 10,67 г/моль / 2 г/моль = 5,33.