Номер 145, страница 45 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

145. Массовая доля углерода в некотором углеводороде равна 80,0 %. Установите молекулярную формулу углеводорода.

Дано:

Углеводород $C_xH_y$

Массовая доля углерода $w(C) = 80,0\%$

Найти:

Молекулярную формулу углеводорода $C_xH_y$ - ?

Решение:

1. Общая формула углеводорода - $C_xH_y$. Углеводороды состоят только из атомов углерода (C) и водорода (H). Сумма массовых долей всех элементов в веществе равна 100%.

2. Найдем массовую долю водорода в углеводороде:

$w(H) = 100\% - w(C) = 100\% - 80,0\% = 20,0\%$

3. Для нахождения простейшей (эмпирической) формулы предположим, что у нас есть 100 г этого углеводорода. Тогда масса углерода в этом образце составит 80,0 г, а масса водорода - 20,0 г.

4. Найдем количество вещества (в молях) каждого элемента, используя их относительные атомные массы: $A_r(C) \approx 12$, $A_r(H) \approx 1$.

Количество вещества углерода:

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{80,0\ г}{12\ г/моль} \approx 6,67\ моль$

Количество вещества водорода:

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{20,0\ г}{1\ г/моль} = 20,0\ моль$

5. Соотношение индексов x и y в формуле $C_xH_y$ равно соотношению количеств веществ атомов:

$x : y = n(C) : n(H) = 6,67 : 20,0$

Чтобы найти соотношение в виде целых чисел, разделим оба числа на наименьшее из них (6,67):

$x = \frac{6,67}{6,67} = 1$

$y = \frac{20,0}{6,67} \approx 3$

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула углеводорода - $CH_3$.

6. Молекулярная формула имеет вид $(CH_3)_n$, где n - целое число. Валентность углерода равна IV. Соединение с формулой $CH_3$ (метильный радикал) нестабильно, так как у атома углерода имеется неспаренный электрон. Следовательно, необходимо найти такое n, при котором получится устойчивая молекула.

При $n=1$, формула $CH_3$ - нестабильный радикал.

При $n=2$, формула $(CH_3)_2$ или $C_2H_6$. Это этан - стабильный насыщенный углеводород, в котором все валентности атомов углерода полностью использованы для образования связей C-C и C-H.

7. Проверим, соответствует ли массовая доля углерода в этане ($C_2H_6$) условию задачи.

Молярная масса этана:

$M(C_2H_6) = 2 \cdot A_r(C) + 6 \cdot A_r(H) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 30$ г/моль.

Массовая доля углерода в этане:

$w(C) = \frac{2 \cdot A_r(C)}{M(C_2H_6)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 12}{30} \cdot 100\% = \frac{24}{30} \cdot 100\% = 0,8 \cdot 100\% = 80\%$

Рассчитанная массовая доля углерода в этане совпадает с данной в условии задачи. Следовательно, искомый углеводород - этан.

Ответ:

Молекулярная формула углеводорода - $C_2H_6$.