Номер 234, страница 61 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

234. В результате пропускания смеси 2-метилпропана и пропена через избыток бромной воды масса склянки с бромной водой увеличилась на $16.8\text{ г}$, а объем непоглотившегося газа составил $4.48 \text{ дм}^3$ (н. у.). Рассчитайте объем (н. у.) исходной смеси углеводородов и массу образовавшегося в результате реакции органического вещества.

Дано:

Смесь: 2-метилпропан ($C_4H_{10}$) и пропен ($C_3H_6$)
$\Delta m_{\text{склянки}} = 16.8 \text{ г}$
$V_{\text{непоглотившегося газа}} = 4.48 \text{ дм³}$ (н. у.)

$V_{\text{непоглотившегося газа}} = 4.48 \text{ дм³} = 4.48 \times 10^{-3} \text{ м³}$
$\Delta m_{\text{склянки}} = 16.8 \text{ г} = 1.68 \times 10^{-2} \text{ кг}$

Найти:

$V_{\text{смеси}}$ (н. у.) - ?
$m_{\text{продукта}}$ - ?

Решение:

Исходная смесь состоит из 2-метилпропана ($C_4H_{10}$), который является алканом, и пропена ($C_3H_6$), который является алкеном. При пропускании такой смеси через избыток бромной воды ($Br_2(aq)$) происходит качественная реакция на двойную связь — реакция присоединения брома к алкену. Алкан в данных условиях с бромной водой не реагирует.

Уравнение реакции, которая протекает в склянке:
$CH_2=CH-CH_3 (\text{пропен}) + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CHBr-CH_3 (\text{1,2-дибромпропан})$

Газ, который не прореагировал и вышел из склянки (непоглотившийся газ), — это 2-метилпропан. Следовательно, его объем в исходной смеси составляет:
$V(C_4H_{10}) = 4.48 \text{ дм³}$.

Увеличение массы склянки с бромной водой произошло за счет массы поглотившегося пропена. Таким образом, масса пропена в исходной смеси:
$m(C_3H_6) = \Delta m_{\text{склянки}} = 16.8 \text{ г}$.

Расчет объема (н. у.) исходной смеси углеводородов

Для нахождения общего объема смеси нужно к объему 2-метилпропана прибавить объем пропена. Найдем объем пропена, исходя из его массы.

Сначала вычислим количество вещества (моль) пропена. Для этого найдем его молярную массу, используя относительные атомные массы $A_r(C)=12$ и $A_r(H)=1$:
$M(C_3H_6) = 3 \times 12 + 6 \times 1 = 42 \text{ г/моль}$.

Количество вещества пропена:
$n(C_3H_6) = \frac{m(C_3H_6)}{M(C_3H_6)} = \frac{16.8 \text{ г}}{42 \text{ г/моль}} = 0.4 \text{ моль}$.

Объем пропена при нормальных условиях (н. у.), где молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ дм³/моль}$:
$V(C_3H_6) = n(C_3H_6) \times V_m = 0.4 \text{ моль} \times 22.4 \text{ дм³/моль} = 8.96 \text{ дм³}$.

Теперь можем найти общий объем исходной газовой смеси:
$V_{\text{смеси}} = V(C_4H_{10}) + V(C_3H_6) = 4.48 \text{ дм³} + 8.96 \text{ дм³} = 13.44 \text{ дм³}$.

Расчет массы образовавшегося в результате реакции органического вещества

Органический продукт реакции — 1,2-дибромпропан ($C_3H_6Br_2$).

По уравнению реакции $C_3H_6 + Br_2 \rightarrow C_3H_6Br_2$, из 1 моль пропена образуется 1 моль 1,2-дибромпропана. Следовательно, их количества вещества равны:
$n(C_3H_6Br_2) = n(C_3H_6) = 0.4 \text{ моль}$.

Вычислим молярную массу 1,2-дибромпропана (используя $A_r(Br) = 80$):
$M(C_3H_6Br_2) = 3 \times 12 + 6 \times 1 + 2 \times 80 = 36 + 6 + 160 = 202 \text{ г/моль}$.

Масса образовавшегося 1,2-дибромпропана:
$m(C_3H_6Br_2) = n(C_3H_6Br_2) \times M(C_3H_6Br_2) = 0.4 \text{ моль} \times 202 \text{ г/моль} = 80.8 \text{ г}$.

Ответ: объем исходной смеси углеводородов равен 13,44 дм³; масса образовавшегося органического вещества составляет 80,8 г.