Для определения молекулярной и структурной формулы углеводорода, который содержит 75% углерода по массе и имеет плотность по водороду 8, необходимо следовать нескольким шагам.
Определение молекулярной массы углеводорода:
Плотность по водороду (D) равна отношению молекулярной массы углеводорода (M) к молекулярной массе водорода (H₂), которая равна 2 г/моль (так как водород H₂ имеет молекулярную массу 1 г/моль для атома водорода, и молекула водорода состоит из двух атомов).
( D = \frac{M}{2} )
Таким образом, молекулярная масса углеводорода будет:
( M = D \times 2 )
( M = 8 \times 2 = 16 \, \text{г/моль} )
Определение эмпирической формулы:
Углеводород содержит 75% углерода по массе. Оставшаяся масса приходится на водород.
Масса углерода в 100 г углеводорода:
( 75 \, \text{г} )
Масса водорода в 100 г углеводорода:
( 100 \, \text{г} - 75 \, \text{г} = 25 \, \text{г} )
Определим количество молей каждого элемента:
[
n{\text{C}} = \frac{75 \, \text{г}}{12 \, \text{г/моль}} = 6.25 \, \text{моль}
]
[
n{\text{H}} = \frac{25 \, \text{г}}{1 \, \text{г/моль}} = 25 \, \text{моль}
]
Находим соотношение атомов углерода и водорода:
[
\frac{n{\text{C}}}{n{\text{C}}} : \frac{n{\text{H}}}{n{\text{C}}} = 1 : \frac{25}{6.25} = 1 : 4
]
Эмпирическая формула углеводорода ( \text{CH}_4 ).
Определение молекулярной формулы:
Эмпирическая формула ( \text{CH}_4 ) имеет молекулярную массу:
[
12 \, \text{г/моль} + 4 \times 1 \, \text{г/моль} = 16 \, \text{г/моль}
]
Поскольку эмпирическая формула и молекулярная масса совпадают (16 г/моль), молекулярная формула углеводорода также будет ( \text{CH}_4 ).
Структурная формула:
Структурная формула метана ( \text{CH}_4 ) представляет собой центральный атом углерода, к которому присоединены четыре атома водорода:
H
|
H-C-H
|
H
Таким образом, молекулярная формула углеводорода — ( \text{CH}_4 ) (метан), а его структурная формула изображена выше.