Конечно, давайте разберём оба вопроса по порядку.
Вопрос 1: Определение углеводорода по массовой доле водорода
Массовая доля водорода ((w_H)) в углеводороде составляет 18,18 %. Это значит, что на 100 г углеводорода приходится 18,18 г водорода.
Формула для расчета массовой доли водорода в углеводороде (C_nH_m):
[ w_H = \frac{mH}{M{общ}} \times 100\% ]
где:
- ( m_H ) — масса водорода,
- ( M_{общ} ) — молекулярная масса углеводорода.
Для углеводорода (C_nHm):
[ M{общ} = 12n + m ]
[ m_H = m \cdot 1 ] (где 1 — атомная масса водорода)
Подставим в формулу:
[ w_H = \frac{m}{12n + m} \times 100\% ]
Преобразуем уравнение для нахождения соотношения ( n ) и ( m ):
[ 18,18 = \frac{m}{12n + m} \times 100 ]
Решим это уравнение:
[ 0.1818 = \frac{m}{12n + m} ]
[ 0.1818 (12n + m) = m ]
[ 2.1816n = 0.8182m ]
[ n = \frac{0.8182m}{2.1816} ]
[ n \approx \frac{m}{2.6667} ]
Теперь проверим возможные значения (n) и (m) для предложенных углеводородов:
Этан ((C_2H_6)):
[ w_H = \frac{6}{12 \cdot 2 + 6} \times 100\% = \frac{6}{30} \times 100\% = 20\% ]
Пропан ((C_3H_8)):
[ w_H = \frac{8}{12 \cdot 3 + 8} \times 100\% = \frac{8}{44} \times 100\% \approx 18.18\% ]
Бутан ((C4H{10})):
[ w_H = \frac{10}{12 \cdot 4 + 10} \times 100\% = \frac{10}{58} \times 100\% \approx 17.24\% ]
Пентан ((C5H{12})):
[ w_H = \frac{12}{12 \cdot 5 + 12} \times 100\% = \frac{12}{72} \times 100\% = 16.67\% ]
Соответственно, углеводород с массовой долей водорода 18,18% — это пропан ((C_3H_8)).
Вопрос 2: Определение выхода продукта реакции
Рассчитаем выход продукта реакции при нагревании иодметана с избытком металлического натрия, где образуется этан.
Реакция:
[ 2CH_3I + 2Na \rightarrow C_2H_6 + 2NaI ]
Молекулярная масса иодметана ((CH_3I)):
[ M(CH_3I) = 12 + 3 \cdot 1 + 127 = 142 \text{ г/моль} ]
Количество вещества иодметана:
[ n(CH_3I) = \frac{масса}{молекулярная\ масса} = \frac{2.84 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} = 0.02 \text{ моль} ]
Количество вещества этана:
По уравнению реакции, из 2 моль иодметана получается 1 моль этана:
[ n(C_2H_6) = \frac{0.02 \text{ моль}}{2} = 0.01 \text{ моль} ]
Объем этана при н.у. (нормальные условия, (22.4 \text{ л/моль})):
[ V(C_2H_6) = n \times 22.4 = 0.01 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 0.224 \text{ л} = 224 \text{ мл} ]
Выход продукта:
Действительный объем этана (V_{\text{д}} = 179.2 \text{ мл}).
Выход (Y) рассчитывается по формуле:
[ Y = \frac{V{\text{д}}}{V{\text{теор}}} \times 100\% ]
[ Y = \frac{179.2 \text{ мл}}{224 \text{ мл}} \times 100\% \approx 80\% ]
Таким образом, выход продукта реакции составил 80%.