Массовая доля углерода в углеводороде равна 85,71%, водорода 14,29%. Относительная плотность углеводорода по азоту равна 1. Выведите молекулярную и структурную формулу углеводородода.

Чтобы определить молекулярную и структурную формулу углеводорода, начнем с анализа процентного содержания атомов углерода и водорода.

1. Определим эмпирическую формулу углеводорода.

Сначала определим мольные соотношения углерода и водорода. Мы знаем, что массовая доля углерода составляет 85,71%, а водорода — 14,29%. Предположим, что мы имеем 100 г углеводорода:

• Масса углерода = 85,71 г
• Масса водорода = 14,29 г

Теперь переведем эти массы в моли:

• Молярная масса углерода (C) = 12 г/моль
• Молярная масса водорода (H) = 1 г/моль

Теперь найдем количество моль каждого элемента:

\[ n(C) = \frac{85,71 \, \text{г}}{12 \, \text{г/моль}} \approx 7,14 \, \text{моль} \]

\[ n(H) = \frac{14,29 \, \text{г}}{1 \, \text{г/моль}} = 14,29 \, \text{моль} \]

Теперь найдем соотношение моль углерода и водорода.

Чтобы упростить соотношение, разделим количество моль каждого элемента на наименьшее количество моль:

• Для углерода: \( \frac{7,14}{7,14} = 1 \)
• Для водорода: \( \frac{14,29}{7,14} \approx 2 \)

Это приводит нас к соотношению 1:2, что означает, что эмпирическая формула углеводорода – это \( \text{CH}_2 \).

2. Определим молекулярную формулу.

Далее, чтобы найти молекулярную формулу, нам нужно учесть относительную плотность углеводорода по азоту (N). Относительная плотность 1 означает, что углеводород имеет такую же плотность, как и азот. Мы знаем, что плотность газа прямо пропорциональна молекулярной массе при одинаковых условиях.

Молярная масса азота (N) = 28 г/моль. Таким образом, молярная масса углеводорода должна быть примерно 28 г/моль.

Теперь найдем молекулярную массу эмпирической формулы \( \text{CH}_2 \):

\[ \text{Молярная масса CH}_2 = 12 \, \text{г/моль} + 2 \times 1 \, \text{г/моль} = 14 \, \text{г/моль} \]

Чтобы найти молекулярную формулу, нам необходимо увидеть, сколько раз эмпирическая формула укладывается в молекулярную массу:

\[ \frac{28 \, \text{г/моль}}{14 \, \text{г/моль}} = 2 \]

Это значит, что молекулярная формула углеводорода — \( \text{C}_2\text{H}_4 \).

3. Определим структурную формулу.

Структурная формула для \( \text{C}_2\text{H}_4 \) может быть представлена как этилен (двойная связь между углеродами):

   H   H
    |   |
H - C = C - H
    |   |
   H   H

Таким образом, молекулярная формула углеводорода — \( \text{C}_2\text{H}_4 \), а структурная формула — это барьерная структура с двойной связью между углеродами.