Номер 252, страница 63 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

252. Для полного гидрирования алкена требуется водород объемом $560 \text{ см}^3$ (н. у.). При пропускании такой же массы данного алкена через избыток раствора брома образуется дибромпроизводное алкана массой $5,05 \text{ г}$. Установите формулу алкена.

Дано:

$V(\text{H}_2) = 560 \text{ см}^3$ (н. у.)

$m(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{Br}_2) = 5.05 \text{ г}$

$V(\text{H}_2) = 560 \text{ см}^3 = 560 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 5.6 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$
$m(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{Br}_2) = 5.05 \text{ г} = 0.00505 \text{ кг}$
$V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 0.0224 \text{ м}^3\text{/моль}$

Найти:

Формулу алкена.

Решение:

1. Запишем общие уравнения реакций гидрирования и бромирования для алкена. Общая формула алкенов – $C_nH_{2n}$.

Реакция гидрирования (присоединения водорода):

$C_nH_{2n} + H_2 \rightarrow C_nH_{2n+2}$

Реакция бромирования (присоединения брома):

$C_nH_{2n} + Br_2 \rightarrow C_nH_{2n}Br_2$

2. Из уравнения реакции гидрирования видно, что алкен и водород реагируют в мольном соотношении 1:1. Это означает, что количество вещества алкена равно количеству вещества водорода.

$n(\text{алкена}) = n(H_2)$

3. Найдем количество вещества водорода, используя его объем при нормальных условиях (н. у.), где молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$. Предварительно переведем объем водорода из $см^3$ в литры: $560 \text{ см}^3 = 0.56 \text{ л}$.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{0.56 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.025 \text{ моль}$

Следовательно, количество вещества алкена, вступившего в реакцию, также равно 0.025 моль.

$n(\text{алкена}) = 0.025 \text{ моль}$

4. По условию, такая же масса алкена была пропущена через раствор брома. Это означает, что количество вещества алкена в реакции бромирования то же самое, то есть 0.025 моль.

Из уравнения реакции бромирования следует, что количество вещества образовавшегося дибромпроизводного равно количеству вещества исходного алкена:

$n(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{Br}_2) = n(\text{алкена}) = 0.025 \text{ моль}$

5. Зная массу ($5.05 \text{ г}$) и количество вещества ($0.025 \text{ моль}$) дибромпроизводного, мы можем рассчитать его молярную массу $M$.

$M(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{Br}_2) = \frac{m(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{Br}_2)}{n(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{Br}_2)} = \frac{5.05 \text{ г}}{0.025 \text{ моль}} = 202 \text{ г/моль}$

6. Теперь определим значение $n$ (число атомов углерода), используя вычисленную молярную массу. Молярная масса $C_nH_{2n}Br_2$ выражается через относительные атомные массы элементов: $Ar(C) \approx 12$, $Ar(H) \approx 1$, $Ar(Br) \approx 80$.

$M(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{Br}_2) = n \cdot Ar(C) + 2n \cdot Ar(H) + 2 \cdot Ar(Br)$

$M(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{Br}_2) = 12n + 2n + 2 \cdot 80 = 14n + 160$

Приравняем это выражение к найденной молярной массе:

$14n + 160 = 202$

$14n = 202 - 160$

$14n = 42$

$n = \frac{42}{14} = 3$

7. Мы установили, что в молекуле алкена содержится 3 атома углерода. Подставив $n=3$ в общую формулу алкенов $C_nH_{2n}$, получаем искомую формулу.

Формула алкена: $C_3H_6$ (пропен).

Ответ: $C_3H_6$.