дано:
объем углеводорода (н.у.) = 224 см3 = 0,224 дм3
масса кислорода = 2,88 г
масса осадка (гидроксида кальция) = 5,50 г
относительная плотность углеводорода по водороду ≤ 45
найти:
формулу углеводорода
решение:
1. Найдем количество кислорода, использованного для горения углеводорода. Используем молярную массу кислорода:
Молярная масса O2 = 32 г/моль
Количество вещества кислорода:
n(O2) = m(O2) / M(O2) = 2,88 г / 32 г/моль = 0,09 моль
2. Запишем уравнение реакции горения углеводорода CxHy:
CxHy + (x + y/4) O2 -> x CO2 + (y/2) H2O
Из уравнения видно, что на каждый моль углеводорода потребуется (x + y/4) моль кислорода. Отсюда получаем:
n(CxHy) = n(O2) / (x + y/4)
Полное количество углеводорода:
n(CxHy) = 0,09 моль / (x + y/4)
3. Далее рассчитаем количество образовавшегося углекислого газа (CO2). Объем угля и газа в нормальных условиях равны. На 1 моль угля выделяется 1 моль углекислого газа.
Так как объем углеводорода равен 224 см3, то:
n(CO2) = V / 22,4 л/моль = 0,224 дм3 / 22,4 = 0,01 моль
4. Теперь найдем количество углерода, образующегося при реакции. Каждый моль углеводорода дает 1 моль углерода, поэтому массу углерода в углекислом газе можно найти следующим образом:
Молярная масса CO2 = 12 + 2*16 = 44 г/моль
Масса CO2:
m(CO2) = n(CO2) * M(CO2) = 0,01 моль * 44 г/моль = 0,44 г
5. Теперь найдем массу образовавшегося кальция:
При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида кальция возникает осадок карбоната кальция (CaCO3).
Молярная масса CaCO3 = 40 + 12 + 48 = 100 г/моль
Количество вещества CaCO3:
n(CaCO3) = m(CaCO3) / M(CaCO3) = 5,50 г / 100 г/моль = 0,055 моль
6. Мы знаем, что из одного моля CO2 образуется один моль CaCO3, значит, количество углерода будет равно количеству углекислого газа:
n(C) = n(CO2) = 0,055 моль (из условия)
7. Определяем соотношение угля и водорода в углеводороде:
Пусть CxHy = C:
- У нас 0,055 моль углеводорода.
- Так как m(CO2) = m(C) и n(C) = 0,055, значит, углеродов = 5,5 г.
- Таким образом, определим количество водорода:
Общее уравнение горения указывает на потребление кислорода:
n(O2) = 0,09 моль → x + y/4 = 0,09.
8. Воспользуемся относительной плотностью углеводорода по водороду, которая не превышает 45, т.е.:
M(CxHy) / 2 < 45 → M(CxHy) < 90 г/моль.
9. Подставим значения для получения формулы углеводорода:
Рассмотрим возможные значения для x и y. Нам нужны целые числа, так чтобы общая масса не превышала 90 г/моль.
Сначала можем попробовать x=4, y=10:
M = 4*12 + 10*1 = 58 г/моль (принимается).
Таким образом, формула углеводорода может быть C4H10.
ответ:
Формула C4H10.