На полное сгорание 0,1 моль алкана неизвестного строения израсходовано 11,2 л кислород (н.у). Какова...

Конечно, давайте разберем задачу шаг за шагом.

Дано:

• Количество алкана: 0,1 моль
• Объем кислорода, израсходованного на сгорание: 11,2 л (при нормальных условиях)

Необходимо найти:

Структурную формулу алкана.

Решение:

1. Определение объема кислорода в молях: При нормальных условиях (н.у.) 1 моль газа занимает объем 22,4 л. Следовательно, мы можем определить количество молей кислорода, который израсходовался на сгорание:

   [ n(O_2) = \frac{V(O2)}{V{m}} = \frac{11,2 \, \text{л}}{22,4 \, \text{л/моль}} = 0,5 \, \text{моль} ]

2. Запись уравнения реакции сгорания алкана: Общая формула алканов имеет вид ( CnH{2n+2} ).

   Уравнение реакции сгорания алкана выглядит следующим образом:

   [ CnH{2n+2} + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O ]

   Для полного сгорания 1 моль алкана требуется ( \frac{(2n+2)}{2} ) моль кислорода:

   [ CnH{2n+2} + \left(n + 1\right) O_2 \rightarrow n CO_2 + \left(n + 1\right) H_2O ]

3. Сравнение количества кислорода: Мы знаем, что на сгорание 0,1 моль алкана требуется 0,5 моль кислорода. Подставим это в уравнение:

   [ 0,1 \, \text{моль} \times (n + 1) = 0,5 \, \text{моль} ]

   Решим уравнение:

   [ n + 1 = \frac{0,5}{0,1} = 5 \ n = 5 - 1 = 4 ]

4. Определение формулы алкана: Теперь мы знаем, что ( n = 4 ). Подставим это значение в общую формулу алканов:

   [ CnH{2n+2} = C4H{2(4)+2} = C4H{10} ]

5. Структурная формула: Структурная формула алкана с 4 атомами углерода - это бутан. Он может быть представлен следующим образом:

   • Прямую цепь (н-бутан): [ \text{CH}_3 - \text{CH}_2 - \text{CH}_2 - \text{CH}_3 ]

   • Или разветвленную цепь (изобутан): [ \text{CH}_3 - \text{C}(\text{CH}_3)(\text{CH}_2) ]

Ответ:

Структурная формула алкана — это бутан, ( C4H{10} ).

Конечно, давайте разберем задачу подробно и по шагам. Начнем с записи условий задачи и их анализа.

Дано:

1. Количество вещества алкана: ( n_{\text{алкан}} = 0,1 \, \text{моль} )
2. Объем кислорода: ( V_{\text{O}_2} = 11,2 \, \text{л} ) (нормальные условия: ( T = 273 \, \text{K}, P = 1 \, \text{атм} ))
3. Алкан — это углеводород, который имеет общую формулу ( CnH{2n+2} ), где ( n ) — число атомов углерода.

Найти: Определить структурную формулу алкана.

Решение:

1. Выразим уравнение реакции полного сгорания алкана.

Алкан при полном сгорании взаимодействует с кислородом с образованием углекислого газа (( CO_2 )) и воды (( H_2O )):

[ CnH{2n+2} + \frac{3n+1}{2} O_2 \to nCO_2 + (n+1)H_2O ]

Это общая формула реакции сгорания любого алкана, где ( n ) — число атомов углерода.

2. Найдем количество вещества кислорода (( n_{\text{O}_2} )).

Используем уравнение состояния для газов при нормальных условиях (( V_m = 22,4 \, \text{л/моль} )):

[ n_{\text{O}2} = \frac{V{\text{O}_2}}{V_m} = \frac{11,2 \, \text{л}}{22,4 \, \text{л/моль}} = 0,5 \, \text{моль} ]

Итак, для полного сгорания алкана израсходовано ( n_{\text{O}_2} = 0,5 \, \text{моль} ) кислорода.

3. Составим соотношение вещества алкана и кислорода.

По уравнению реакции:

[ CnH{2n+2} + \frac{3n+1}{2} O_2 \to nCO_2 + (n+1)H_2O ]

По стехиометрии, на 1 моль алкана расходуется ( \frac{3n+1}{2} ) моль кислорода.

Для 0,1 моль алкана расходуется:

[ n_{\text{O}_2} = 0,1 \cdot \frac{3n+1}{2} ]

Но нам известно, что ( n_{\text{O}_2} = 0,5 \, \text{моль} ). Тогда:

[ 0,1 \cdot \frac{3n+1}{2} = 0,5 ]

4. Решим уравнение.

Упростим уравнение:

[ \frac{3n+1}{2} = 5 ]

Умножим на 2, чтобы избавиться от дроби:

[ 3n + 1 = 10 ]

Вычтем 1:

[ 3n = 9 ]

Разделим на 3:

[ n = 3 ]

5. Определим формулу алкана.

Если ( n = 3 ), то формула алкана:

[ CnH{2n+2} \quad \Rightarrow \quad C3H{2 \cdot 3 + 2} = C_3H_8 ]

Это пропан (( C_3H_8 )).

Ответ:

Структурная формула алкана: пропан (( C_3H_8 )).

Если у вас есть дополнительные вопросы, задавайте! 🙂