Номер 262, страница 65 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

262. Рассчитайте массовую долю углерода в молекулах этилена, пропилена и бутена-1. Объясните полученные результаты.

Дано:

Вещества: этилен, пропилен, бутен-1.

Относительные атомные массы (округленные): $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$.

Найти:

Массовую долю углерода $w(C)$ в молекулах этилена, пропилена и бутена-1. Объяснить полученные результаты.

Решение:

Массовая доля элемента в веществе рассчитывается по формуле:

$w(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)}$

где $n$ – число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ – его относительная атомная масса, а $Mr(вещества)$ – относительная молекулярная масса вещества.

Расчет массовой доли углерода

1. Этилен

Химическая формула этилена: $C_2H_4$.

Относительная молекулярная масса этилена:

$Mr(C_2H_4) = 2 \cdot Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 24 + 4 = 28$.

Массовая доля углерода в этилене:

$w(C) = \frac{2 \cdot Ar(C)}{Mr(C_2H_4)} = \frac{2 \cdot 12}{28} = \frac{24}{28} = \frac{6}{7} \approx 0,857$ или $85,7\%$.

2. Пропилен

Химическая формула пропилена: $C_3H_6$.

Относительная молекулярная масса пропилена:

$Mr(C_3H_6) = 3 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) = 3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 36 + 6 = 42$.

Массовая доля углерода в пропилене:

$w(C) = \frac{3 \cdot Ar(C)}{Mr(C_3H_6)} = \frac{3 \cdot 12}{42} = \frac{36}{42} = \frac{6}{7} \approx 0,857$ или $85,7\%$.

3. Бутен-1

Химическая формула бутена-1: $C_4H_8$.

Относительная молекулярная масса бутена-1:

$Mr(C_4H_8) = 4 \cdot Ar(C) + 8 \cdot Ar(H) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 48 + 8 = 56$.

Массовая доля углерода в бутене-1:

$w(C) = \frac{4 \cdot Ar(C)}{Mr(C_4H_8)} = \frac{4 \cdot 12}{56} = \frac{48}{56} = \frac{6}{7} \approx 0,857$ или $85,7\%$.

Ответ: Массовая доля углерода в этилене составляет $85,7\%$, в пропилене – $85,7\%$, в бутене-1 – $85,7\%$.

Объяснение полученных результатов

Массовая доля углерода во всех трех веществах оказалась одинаковой. Это связано с тем, что этилен ($C_2H_4$), пропилен ($C_3H_6$) и бутен-1 ($C_4H_8$) являются представителями одного гомологического ряда – алкенов. Общая формула для всех алкенов – $C_nH_{2n}$.

Если рассчитать массовую долю углерода для алкена в общем виде, то получим:

Относительная молекулярная масса: $Mr(C_nH_{2n}) = n \cdot Ar(C) + 2n \cdot Ar(H) = n \cdot 12 + 2n \cdot 1 = 12n + 2n = 14n$.

Массовая доля углерода:

$w(C) = \frac{n \cdot Ar(C)}{Mr(C_nH_{2n})} = \frac{n \cdot 12}{14n} = \frac{12}{14} = \frac{6}{7}$.

Из этого расчета видно, что массовая доля углерода для любого вещества из гомологического ряда алкенов является постоянной величиной и не зависит от значения $n$ (т.е. от конкретного представителя ряда).

Ответ: Результаты расчетов одинаковы, так как все три соединения относятся к одному гомологическому ряду алкенов с общей формулой $C_nH_{2n}$. Для таких соединений соотношение масс углерода и водорода постоянно, что приводит к одинаковой массовой доле углерода для всех членов ряда.