Номер 144, страница 45 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

144. Было установлено, что углеводород массой 20,00 г содержит 16,55 г углерода. Выведите простейшую и молекулярную формулы углеводорода. Напишите структурные формулы всех веществ, удовлетворяющих условию задачи.

Дано:

m(углеводорода) = 20,00 г

m(C) = 16,55 г

Найти:

Простейшую формулу (CxHy) - ?

Молекулярную формулу - ?

Структурные формулы - ?

Решение:

1. Углеводород состоит из углерода (C) и водорода (H). Найдем массу водорода в образце по закону сохранения массы:

$m(H) = m(углеводорода) - m(C) = 20,00 \text{ г} - 16,55 \text{ г} = 3,45 \text{ г}$

2. Определим количество вещества (число молей) атомов углерода и водорода. Для этого используем их молярные массы: $M(C) = 12 \text{ г/моль}$, $M(H) = 1 \text{ г/моль}$.

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{16,55 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} \approx 1,379 \text{ моль}$

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{3,45 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 3,45 \text{ моль}$

3. Найдем соотношение количеств веществ, чтобы вывести простейшую (эмпирическую) формулу углеводорода $C_xH_y$. Для этого разделим оба значения на наименьшее из них (1,379):

$x : y = n(C) : n(H) = 1,379 : 3,45$

$x : y = \frac{1,379}{1,379} : \frac{3,45}{1,379} \approx 1 : 2,5$

Поскольку индексы в формуле должны быть целочисленными, умножим полученное соотношение на 2:

$x : y = (1 \cdot 2) : (2,5 \cdot 2) = 2 : 5$

Таким образом, простейшая формула углеводорода — $C_2H_5$.

4. Выведем молекулярную формулу. Формула $C_2H_5$ соответствует частице с неспаренным электроном (радикалу), которая не является стабильной молекулой. В стабильных молекулах углеводородов число атомов водорода всегда четное. Следовательно, истинная молекулярная формула должна быть кратна простейшей: $(C_2H_5)_n$, где $n$ — четное число.

Простейший случай — $n=2$.

Молекулярная формула: $(C_2H_5)_2 = C_4H_{10}$.

Эта формула соответствует насыщенному углеводороду (алкану) с общей формулой $C_nH_{2n+2}$ (при n=4, $2n+2=10$). Бутан ($C_4H_{10}$) является стабильным газообразным веществом.

5. Напишем структурные формулы всех изомеров, соответствующих молекулярной формуле $C_4H_{10}$:

1. Бутан (н-бутан) — углеводород с неразветвленной цепью:

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$

2. 2-метилпропан (изобутан) — углеводород с разветвленной цепью:

$CH_3-CH-CH_3$
$\qquad| $
$\qquad CH_3$

Ответ:

Простейшая формула: $C_2H_5$.

Молекулярная формула: $C_4H_{10}$.

Структурные формулы веществ, удовлетворяющих условию задачи:

1. Бутан: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$

2. 2-метилпропан: $CH_3-CH(CH_3)-CH_3$