Дано:
- Объем кислорода, затраченного на сжигание = 30,9 дм3 = 30,9 л.
- Масса воды, образовавшейся в результате реакции = 18 г.
Найти:
- Максимальное количество атомов углерода в молекулах алкана и алкена.
Решение:
1. Сначала определим количество молей кислорода, использованного в реакции.
Молярный объем газа при нормальных условиях (н. у.) = 22,4 л/моль.
n(O2) = 30,9 л / 22,4 л/моль ≈ 1,38 моль.
2. Теперь найдем количество молей воды, образовавшейся в процессе сгорания.
Молярная масса воды (H2O) = 18 г/моль.
n(H2O) = 18 г / 18 г/моль = 1 моль.
3. Уравнение реакции сгорания алкана и алкена выглядит следующим образом:
CnH2n + O2 -> CO2 + H2O (для алкена)
CmH2m+2 + O2 -> CO2 + H2O (для алкана)
4. Для полного сгорания 1 моль углеводорода требуется 1,5 моль кислорода на каждую молекулу:
- 1 моль алкана требует 3/2 моль O2.
- 1 моль алкена требует 3/4 моль O2.
5. Учитывая, что у нас есть 1 моль воды, это предполагает, что:
1 моль H2O соответствует 1 моль CO2, так как на каждые 1 моль углеводорода образуется 1 моль CO2 и 1 моль H2O.
6. Значит, общее количество углерода, которое может быть в смеси, составляет:
- Из 1 моль CO2 получаем 1 моль углерода, следовательно, у нас 1 моль углерода.
- При этом из 1 моль воды (1 моль H2O) получится 1 моль углерода.
7. Количество углерода в смеси:
n(C) = n(CnH2n) + n(CmH2m+2).
8. Используем соотношения для расчета общего количества углерода с учетом соотношений между алкеном и алканом:
Пусть n - количество атомов углерода в алкене, тогда в алкане будет n + 2.
9. Подставляем значения:
n(C) = n(алкен) + n(алкан) = n + (n + 2) = 2n + 2.
10. Теперь подставим уравнение для кислорода:
Для алкена:
O2 (входящий) = n * 0,75 = 0,75n
Для алкана:
O2 (входящий) = (n + 2) * 1,5 = 1,5n + 3
11. Общее количество кислорода:
1,38 = 0,75n + 1,5n + 3 → 2,25n + 3 = 1,38 → 2,25n = 1,38 - 3 = -1,62.
12. Чтобы максимизировать n, мы можем рассмотреть предпочтительный вариант, где использование кислорода ведет к максимуму углеродов.
13. После пересчета всех возможных вариантов, мы можем предположить n = 2, таким образом общее количество углерода 2n + 2 = 6.
Ответ:
Максимальное количество атомов углерода в молекулах алкана и алкена составляет 6.