При сгорании 4,4 г углеводорода образовалось 6,72 л оксида углерода (IV) (н.у.) и 7,2 г воды. Плотность...

Для определения формулы углеводорода, начнем с анализа данных о продуктах сгорания.

1. Найдем количество вещества (моль) углекислого газа (CO₂): Объем углекислого газа при нормальных условиях (н.у.) составляет 6,72 л. При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л. Следовательно, количество молей CO₂ можно найти следующим образом:

   [ n{CO₂} = \frac{V{CO₂}}{V_{m}} = \frac{6,72 \, \text{л}}{22,4 \, \text{л/моль}} \approx 0,3 \, \text{моль} ]

2. Найдем количество вещества (моль) воды (H₂O): Масса воды составляет 7,2 г. Молярная масса воды (H₂O) равна 18 г/моль, поэтому количество молей воды можно найти так:

   [ n{H₂O} = \frac{m{H₂O}}{M_{H₂O}} = \frac{7,2 \, \text{г}}{18 \, \text{г/моль}} = 0,4 \, \text{моль} ]

3. Запишем уравнение сгорания углеводорода: Углеводород можно представить в общем виде как (C_xH_y). Уравнение сгорания будет выглядеть так:

   [ C_xH_y + O_2 \rightarrow CO₂ + H₂O ]

   Из уравнения видно, что для 1 моль углеводорода образуется (x) моль CO₂ и (\frac{y}{2}) моль H₂O. Таким образом, мы можем записать:

   [ x = n{CO₂} = 0,3 \, \text{моль} \quad \text{и} \quad \frac{y}{2} = n{H₂O} = 0,4 \, \text{моль} ]

   Это дает:

   [ y = 2 \times 0,4 = 0,8 ]

4. Найдем соотношение углерода и водорода: У нас есть (x = 0,3) и (y = 0,8). Теперь найдем наименьшие целые числа. Разделим оба числа на 0,1 (наименьшее из них):

   [ x = 3 \quad \text{и} \quad y = 8 ]

   Следовательно, формула углеводорода — (C_3H_8).

5. Проверим массу углеводорода: Молярная масса (C_3H_8) равна:

   [ M_{C_3H_8} = 3 \times 12 + 8 \times 1 = 36 + 8 = 44 \, \text{г/моль} ]

   Теперь найдем объем углеводорода:

   [ n_{C_3H8} = \frac{m{C_3H8}}{M{C_3H_8}} = \frac{4,4 \, \text{г}}{44 \, \text{г/моль}} = 0,1 \, \text{моль} ]

   Объем углеводорода при н.у.:

   [ V_{C_3H8} = n{C_3H_8} \times V_m = 0,1 \, \text{моль} \times 22,4 \, \text{л/моль} = 2,24 \, \text{л} ]

6. Проверим плотность: Плотность углеводорода равна:

   [ \text{Плотность} = \frac{m}{V} = \frac{4,4 \, \text{г}}{2,24 \, \text{л}} \approx 1,96 \, \text{г/л} ]

   Это значение близко к заданной плотности 1,97 г/л, что подтверждает наши вычисления.

Таким образом, формула углеводорода, который сгорел, равна (C_3H_8) (пропан).

Давайте решим задачу поэтапно, чтобы определить молекулярную формулу углеводорода.

Дано:

1. Масса углеводорода ( m_{\text{угл.}} = 4,4 \, \text{г} ).
2. Образовавшийся объем углекислого газа ( V_{\text{CO}_2} = 6,72 \, \text{л} ) (н.у.).
3. Масса воды ( m_{\text{H}_2O} = 7,2 \, \text{г} ).
4. Плотность вещества ( \rho = 1,97 \, \text{г/л} ) (при н.у.).

Найти: молекулярную формулу углеводорода.

1. Определяем количество углерода в углеводороде

При сгорании углеводорода весь углерод переходит в углекислый газ (( \text{CO}_2 )).

Количество молей ( \text{CO}2 ), образовавшегося при сгорании: [ n{\text{CO}2} = \frac{V{\text{CO}_2}}{V_m}, ] где ( V_m = 22,4 \, \text{л/моль} ) — молярный объем газа при н.у.

[ n_{\text{CO}_2} = \frac{6,72}{22,4} = 0,3 \, \text{моль}. ]

Каждая молекула ( \text{CO}_2 ) содержит 1 атом углерода, поэтому количество молей углерода равно количеству молей ( \text{CO}2 ): [ n{\text{C}} = 0,3 \, \text{моль}. ]

Масса углерода: [ m{\text{C}} = n{\text{C}} \cdot M{\text{C}}, ] где ( M{\text{C}} = 12 \, \text{г/моль} ) — молярная масса углерода.

[ m_{\text{C}} = 0,3 \cdot 12 = 3,6 \, \text{г}. ]

2. Определяем количество водорода в углеводороде

При сгорании углеводорода весь водород переходит в воду (( \text{H}_2O )).

Молярная масса воды: [ M_{\text{H}_2O} = 18 \, \text{г/моль}. ]

Количество молей воды: [ n_{\text{H}2O} = \frac{m{\text{H}2O}}{M{\text{H}_2O}} = \frac{7,2}{18} = 0,4 \, \text{моль}. ]

Каждая молекула воды (( \text{H}2O )) содержит 2 атома водорода, поэтому количество молей водорода: [ n{\text{H}} = 2 \cdot n_{\text{H}_2O} = 2 \cdot 0,4 = 0,8 \, \text{моль}. ]

Масса водорода: [ m{\text{H}} = n{\text{H}} \cdot M{\text{H}}, ] где ( M{\text{H}} = 1 \, \text{г/моль} ) — молярная масса водорода.

[ m_{\text{H}} = 0,8 \cdot 1 = 0,8 \, \text{г}. ]

3. Проверяем массу углерода и водорода

Общая масса углеводорода складывается из массы углерода и водорода: [ m{\text{угл.}} = m{\text{C}} + m_{\text{H}}. ]

Подставляем: [ m_{\text{угл.}} = 3,6 + 0,8 = 4,4 \, \text{г}. ]

Массы совпадают, расчет верен.

4. Определяем молекулярную массу углеводорода

Плотность вещества дана при нормальных условиях (( \rho = 1,97 \, \text{г/л} )), а молярный объем при н.у. равен ( Vm = 22,4 \, \text{л/моль} ). По закону Авогадро, молярная масса вещества рассчитывается как: [ M{\text{угл.}} = \rho \cdot V_m. ]

Подставляем: [ M_{\text{угл.}} = 1,97 \cdot 22,4 = 44,13 \, \text{г/моль}. ]

Округляем: [ M_{\text{угл.}} \approx 44 \, \text{г/моль}. ]

5. Определяем эмпирическую формулу углеводорода

Сначала определим соотношение количества атомов углерода и водорода.

Количество молей углерода: [ n_{\text{C}} = 0,3 \, \text{моль}. ]

Количество молей водорода: [ n_{\text{H}} = 0,8 \, \text{моль}. ]

Отношение: [ \frac{n{\text{C}}}{n{\text{C}}} = 1, \quad \frac{n{\text{H}}}{n{\text{C}}} = \frac{0,8}{0,3} \approx 2,67. ]

Округляем ( 2,67 ) до ближайшего целого числа, умножив на 3: [ \text{Соотношение атомов: } \text{C} : \text{H} = 3 : 8. ]

Эмпирическая формула углеводорода: [ \text{C}_3\text{H}_8. ]

6. Проверка молекулярной формулы

Эмпирическая формула ( \text{C}_3\text{H}8 ) имеет молекулярную массу: [ M{\text{C}_3\text{H}_8} = 3 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 44 \, \text{г/моль}. ]

Молекулярная масса углеводорода из расчета равна ( 44 \, \text{г/моль} ), что совпадает с экспериментальными данными.

Ответ:

Молекулярная формула углеводорода — ( \text{C}_3\text{H}_8 ) (пропан).