Дано:
1. Масса углеводорода m(углеводород) = 2,88 г
2. Масса NaOH в растворе m(NaOH) = 14,00 г
3. Масса кислой соли m(кислой соли) = 4,20 г
Найти: молекулярную формулу углеводорода CnH2m.
Решение:
1. Сначала найдем количество вещества NaOH:
Молярная масса NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 г/моль.
Количество вещества NaOH:
n(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 14,00 г / 40 г/моль = 0,350 моль.
2. Кислая соль образуется при реакции углекислого газа с щелочью. Реакция можно записать следующим образом:
CO2 + NaOH → NaHCO3 (кислая соль).
Обозначим количество вещества CO2 как n(CO2). Поскольку на образование одной молекулы NaHCO3 требуется один атом углерода, то количество вещества CO2 будет равно количеству вещества NaHCO3:
n(NaHCO3) = m(кислой соли) / M(NaHCO3).
Молярная масса NaHCO3 = 23 + 1 + 12 + 16*3 = 84 г/моль.
Количество вещества NaHCO3:
n(NaHCO3) = m(кислой соли) / M(NaHCO3) = 4,20 г / 84 г/моль = 0,050 моль.
3. Таким образом, количество вещества CO2 также равно 0,050 моль:
n(CO2) = n(NaHCO3) = 0,050 моль.
4. Определяем, сколько углерода содержится в углеводороде. Каждая молекула углеводорода дает 1 молекулу CO2. Следовательно, количество углерода в углеводороде равно количеству CO2:
n(C) = n(CO2) = 0,050 моль.
5. Теперь определим количество водорода в углеводороде. Из уравнения сгорания углеводородов известно, что на 1 моль углеводорода CnHm при сгорании образуется (n + m/4) моль CO2 и (m/2) моль H2O.
Поскольку количество CO2 = n(C) = 0,050 моль, следует, что n = 0,050 * 4 = 0,200 моль для равенства по углероду. Углеводород имеет общее количество атомов водорода 2n + 2.
6. Найдем массу углеводорода в терминах n и m.
Строим молекулярную формулу: CnH2m, где n - количество углерода, а 2m - количество водорода.
7. Обратимся к массе углеводорода:
M(углеводорода) = n * M(C) + m * M(H).
Подставим число m:
2,88 г = n * 12 + m * 1.
Мы знаем, что:
n = 0,050 * 4 = 0,200.
8. Подставляем значение n в уравнение массы:
2,88 г = 0,200 * 12 + m * 1,
2,88 г = 2,4 + m,
m = 2,88 - 2,4 = 0,48.
9. Подсчитаем молекулярную формулу углеводорода:
n = 2, m = 2. Тогда молекулярная формула углеводорода:
C2H4.
Ответ: Молекулярная формула углеводорода - C2H4 (этилен).