Номер 255, страница 63 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

255. Смесь пропана и неизвестного алкена общим объемом $17,92 \text{ дм}^3$ (н. у.) пропустили через избыток бромной воды.

В результате объем газа уменьшился в четыре раза, а масса склянки с бромной водой увеличилась на $16,8 \text{ г}$. Установите формулу алкена.

Дано:

$V(\text{смеси}) = 17,92 \text{ дм}^3$ (н. у.)

$V(\text{смеси}) / V(\text{остатка}) = 4$

$\Delta m(\text{склянки}) = 16,8 \text{ г}$

Найти:

Формулу алкена - ?

Решение:

В исходной газовой смеси находятся пропан ($C_3H_8$) и неизвестный алкен, общая формула которого $C_nH_{2n}$.

При пропускании смеси через избыток бромной воды алкен вступает в реакцию присоединения по месту двойной связи, в то время как предельный углеводород (алкан) пропан не реагирует с бромной водой.

Уравнение реакции для алкена:

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

Газ, оставшийся после реакции, — это непрореагировавший пропан. По условию, объем газа уменьшился в четыре раза. Это означает, что объем оставшегося газа (пропана) составляет $1/4$ от начального объема смеси.

1. Найдем объем пропана $V(C_3H_8)$:

$V(C_3H_8) = V(\text{смеси}) / 4 = 17,92 \text{ дм}^3 / 4 = 4,48 \text{ дм}^3$

2. Найдем объем прореагировавшего алкена $V(C_nH_{2n})$. Он равен разности между начальным объемом смеси и объемом оставшегося пропана:

$V(C_nH_{2n}) = V(\text{смеси}) - V(C_3H_8) = 17,92 \text{ дм}^3 - 4,48 \text{ дм}^3 = 13,44 \text{ дм}^3$

3. Найдем количество вещества (число моль) алкена, используя молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$):

$\nu(C_nH_{2n}) = \frac{V(C_nH_{2n})}{V_m} = \frac{13,44 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,6 \text{ моль}$

4. Увеличение массы склянки с бромной водой происходит за счет поглощения алкена, поэтому масса прореагировавшего алкена равна увеличению массы склянки:

$m(C_nH_{2n}) = \Delta m(\text{склянки}) = 16,8 \text{ г}$

5. Теперь можно найти молярную массу ($M$) неизвестного алкена по формуле $M = m/\nu$:

$M(C_nH_{2n}) = \frac{m(C_nH_{2n})}{\nu(C_nH_{2n})} = \frac{16,8 \text{ г}}{0,6 \text{ моль}} = 28 \text{ г/моль}$

6. Молярная масса алкена с общей формулой $C_nH_{2n}$ также может быть выражена через относительные атомные массы углерода ($Ar(C) \approx 12$) и водорода ($Ar(H) \approx 1$):

$M(C_nH_{2n}) = n \cdot Ar(C) + 2n \cdot Ar(H) = 12n + 2n = 14n$

7. Приравняем полученное значение молярной массы к ее выражению через $n$ и найдем $n$:

$14n = 28$

$n = \frac{28}{14} = 2$

Таким образом, формула неизвестного алкена — $C_2H_{2 \cdot 2}$, то есть $C_2H_4$ (этен).

Ответ: Формула алкена - $C_2H_4$.