дано:
- объем газообразной смеси = 8,96 дм3
- масса увеличения сосуда с бромной водой = 3,9 г
- масса образовавшейся воды = 4,5 г
найти:
- формулу алкана
- молярную массу исходной смеси углеводородов
решение:
1. Определим количество вещества воды (H2O):
масса H2O = 4,5 г
M(H2O) = 18 г/моль
n(H2O) = масса / M = 4,5 г / 18 г/моль = 0,25 моль
В процессе сгорания алканов и ацетилена (C2H2) образуется вода по уравнению:
CnH2n+2 + (3n + 1)O2 -> nCO2 + (n + 1)H2O
C2H2 + 2O2 -> 2CO2 + H2O
Поскольку 0,25 моль воды образуется, можно предположить, что эта вода получается от сгорания определённого количества алкана и ацетилена.
2. Определим количество вещества брома, прореагировавшего с смесью:
увеличение массы = 3,9 г
M(Br2) = 160 г/моль
n(Br2) = 3,9 г / 160 г/моль = 0,024375 моль
Углеводороды, содержащие двойные связи, реагируют с бромом. Ацетилен, как алкин, реагирует с бромом согласно уравнению:
C2H2 + Br2 -> C2H2Br2
Таким образом, 0,024375 моль брома прореагировало с ацетиленом.
3. Определяем состав смеси. Пусть x – количество моль ацетилена, тогда:
x + 0,024375 = n, где n – общее количество моль углеводородов в половине смеси.
Из уравнения реакции видно, что на 1 моль ацетилена требуется 1 моль брома. Следовательно,
x = 0,024375 моль.
Значит, во второй половине смеси будет оставшийся алкан. Общее количество смеси:
V = 8,96 дм3 / 2 = 4,48 дм3 = 4,48 л
Используя закон Бойля-Мариотта для идеальных газов при н.у., можем найти общее количество вещества:
n_total = V / Vm = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль.
Теперь находим количество моль алкана:
n(алкан) = n_total - x = 0,2 моль - 0,024375 моль = 0,175625 моль.
4. Воспользуемся соотношением для алканов:
n(алкан) = CnH2n+2
0,175625 = n,
подставляя n в формулу получаем:
n(алкан) = 0,175625 → n = 2, следовательно это бутан (C4H10).
5. Молярная масса alkan (бутан):
M(C4H10) = 4*12 + 10*1 = 58 г/моль.
6. Молярная масса смеси:
n(смесь) = n(алкан) + n(ацетилен);
M(смесь) = (M(алкан)*n(алкан) + M(ацетилен)*n(ацетилен)) / n(смесь).
M(ацетилен) = 2*12 + 2*1 = 26 г/моль.
M(смесь) = (58 г/моль * 0,175625 моль + 26 г/моль * 0,024375 моль) / 0,2 моль;
= (10,18 + 0,59) / 0,2 = 52,85 г/моль.
ответ:
- формула алкана: C4H10
- молярная масса исходной смеси углеводородов: 52,85 г/моль.